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沒有任何機床設備是完美的，因為所有的軸會以不同的方式存在著誤差：比較典型的有主軸導程誤差、長軸垂度誤差和高機身傾斜等問題。此類誤差均可以通過現代化設備控制系統的相應功能得到糾正。但是，每個軸的補償通常都是單獨進行。其他有些常見的誤差(如軸間角度小偏差和輕微偏轉)在此尚未被顧及到。對這些誤差往往通過NC程序加以消除。但是缺點是，此類程序無法直接用于其他設備上，他必須要進行重新匹配。

圖1 ?在Fanuc 30i和31i-A5型CNC系列加工中心上集成了3D誤差補償功能，實現設備外形誤差的糾偏

誤差補償功能集成在控制系統里

采用集成在Fanuc 30i和31i-A5系列CNC上的3D誤差補償功能(圖1)，可以對此類軸誤差進行立體補償。其前提條件便是對設備和所有軸進行精確的空間測量。這個過程在以往比較費時費力，因此人們大多望而卻步。但是，據這種現代化銑鏜床設備制造廠家介紹，由于找到了一種新的方法，因此這種空間測量變得簡單得多。

其高速CNC設備以性能可靠、使用壽命長和精度高等特點而見長。用數字表示則是：主軸方向定位精度為0.006?mm，可重復精度為±0.002?mm。切削機床的有效軸長為500?mm、400?mm和330?mm，結構非常緊湊。這種CNC設備可以被用于對載重車部件、電氣部件、鐘表和首飾工業以及醫療工業設備的加工。

圖2 ?這種激光干涉儀可以測定行走軸的剩余外形誤差

為了進一步優化銑鏜床的精度，制造廠家在其Fanuc控制系統中使用了3D誤差補償功能。為了測定行走軸剩余外形誤差，廠家使用了Etalon校準系統。該系統由Laser tracer激光測量儀和軟件組成，軟件可以從測量數據中直接計算出軸偏差并可給出校準數值(圖2)。由此可以達到很高的測量精度：由于只采用長度差異，因此可以避免角度測量或采用其他輔助手段時的不確定性。儀器內部已獲專利的原理可以消除車削軸的機械誤差。

為了測定軸偏差，激光干涉儀被置于機床設備里(圖3)。激光儀可以通用型旋臂盤在設備的狹小空間里進行精確定位。設備里還安設了溫度傳感器，以負責對激光波長進行糾偏。在機床設備之外，還使用了空氣壓力和濕度傳感器;在主軸上設有反射器。

主要的工作在于對測量任務的規劃。Trac-Cal軟件里確定了設備測量路徑，銑鏜床的測量路徑擁有998個測量點，測量點之間的間距為40?mm。針對所需的設備誤差模型，設計了四個不同測量路徑的位置。在測量配置的參數誤差方面，Monte-Carlo模擬得出了最大為1?μm和1?μrad的不確定性。

連同改裝作業在內的整個糾偏過程耗時90?min

為了實現對銑鏜床的控制，測量技術人員以G代碼格式編寫了四種設備程序并把程序復制到控制系統里。現有的補償功能被關斷，而四個程序則依次啟動。在測量過程中，設備的特定可重復性達到<2?μm。程序工作流程至少持續7?min。包含加裝和換裝在內的整個校準過程需要90?min。

考慮到在校準時的軸的尺寸膨脹因素，技術人員使用了Etalon溫度測量系統。在整個校準過程中，測溫系統可提供有關各個測量點溫度的詳情。各個測量點上的三個傳感器可以對溫度狀況進行監測，其數據通過無線通信傳送給基站。一臺求值計算機計算出相應的校準值。求值結果表明，各個溫度值水平雖然相對穩定，但是每個軸的溫度值各不相同。

圖3 ?為了測定軸的偏差，激光干涉儀取代工件而進入到機床設備里。在主軸上設置反射器，而非刀具

從測量中可以計算出較低的誤差模型水平，因為對于此類機器設備來說，最后一個軸的旋轉偏差并不重要。由此可以測定出各軸之間的定位偏差、直線度、直角度和部分俯仰角、偏角和滾動狀況。然后，校準數據被復制到CNC系統里并啟動補償功能。

為了證明計算機對空間精度誤差補償糾偏的有效性，可對機床設備再次進行測量。對具備補償功能和無補償功能的剩余偏差的對比結果表明，所有參數偏差狀況得到了明顯的改善。誤差量平均下降77%，這相當于精度提高了四倍。在后續采用Trac-Check軟件所單獨進行的ISO230-2和-6檢測過程證實了這種精度的提高。

誤差補償取決于于設備的能力

誤差補償結果當然取決于測量和設備的機械性能。隨著人們對精度要求的日益提高，對于重視產品精度的機床設備制造廠商來說，3D誤差補償是一種投入少、見效快的技術途徑。最終用戶也可從中受益：因為每臺帶有Fanuc 30i和31i-A5系列CNC系統的三軸至五軸機床設備均可接受后續測量并通過3D誤差補償功能進行改進。