科技信息

2010 年

第 21 期

SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION

数控机床定位精度超差的研究

陈颂阳

（广州市番禺职业技术学校

广东广州

511400

）

【摘

要】本文对数控机床的 NC 系统、电气系统、检测系统、进给传动系统、导轨运动副等可能引起定位精度超差的部位进行故障机理分

析，并提出定位精度超差故障的处理措施。

【关键词】数控机床；定位精度；故障机理；处理措施

数控机床定位精度指的是机床各坐标轴在数控装置控制下运动

部件所能达到的目标位置的准确程度，即指零件或刀具等在程序指令
控制下所能达到实际位置与标准位置(理论位置、理想位置)之间的差
距，它反映了机床轴在行程内任意定位点的定位稳定性。定位精度是
机床的一项非常重要的精度指标，将直接影响到零件的加工精度，也
是机床验收中的一个重要项目。在各机床制造厂销售产品中，均作为
主要技术参数给出明确的精度值，以表明机床的精度等级。

精密加工技术的迅速发展，对数控机床的位置精度也提出了更高

的要求，特别是数控机床各轴的定位与重复定位精度。在数控机床的
使用过程中，由于磨损等多种原因，定位精度会逐渐下降，并超出精度
范围，致使加工产品精度下降，废品率上升。同时，也可能使机床本身
不能正常运转，加剧机床的磨损，缩短其工作寿命。因此，研究数控机
床定位精度超差的故障机理并提出调整处理措施，对快速处理数控机
床定位精度超差故障，具有重要的意义。

定位精度超差故障的处理思路

数控机床的定位精度受伺服系统、检测系统、进给系统和移动部

件导轨的几何误差、进给传动环节的间隙与刚性以及摩擦特性等因素
的影响。定位精度超差的故障部位主要分为 NC 系统、电气系统、检测
系统、进给传动系统、导轨运动副和其他外围因素，如图 1 所示。

图 1 故障部位框图

当机床定位精度下降导致加工零件出现的尺寸、形状、位置公差

超差时，应对加工零件超差原因进行统计分析，并对机床运动轴进行
定位精度检测（按国家标准执行），分清定位精度超差的运动轴。并根
据精度超差分析与检测结果初步判别故障的类别，大致确定故障部
位，以便于具体分析查找故障原因。

定位精度超差的故障机理与处理措施

2.1

NC 系统

对于数控机床出现定位精度超差，从 NC 系统方面来

说，可能引起故障的原理一般是伺服进给系统的调整与参数设定不
当，包括位置环增益、速度环增益、螺距误差补偿，反向间隙补偿等参
数设置失效或设置不合理等。

NC 系统引起定位精度超差的故障机理是： ①位置环增益设置超

调。位置环增益它影响进给速度和跟随误差，过高位置环增益会使机
床振动，过低的位置环增益使系统位置指令的跟随能力差，从而影响
定位精度，而且它和速度环增益是相互影响。 ②速度环增益设置超调。
速度环增益控制电机的转速保持平稳，起到消除稳态误差的作用，过
高或过低的速度环增益会使系统产生震荡或爬行，从而影响定位精
度。 ③螺距误差补偿失效。螺距误差补偿是将机床实际移动的距离与
指令移动的距离之差，通过调整数控系统的参数增减指令值的脉冲
数，实现机床实际移动距离与指令值相接近，以提高机床的定位精度。
不正确的螺距误差补偿或无补偿，将导致直线定位精度下降。 ④反向
间隙补偿失效。反向间隙补偿可以消除驱动部件的反向死区、各机械
运动传动幅的反向间隙等误差，不正确的反向间隙补偿或无补偿，数
控系统无法清除机械运动中的反向间隙误差，从而影响定位精度。

对于位置环增益的调整处理，应在保证位置环系统稳定，位置不

超差（过冲）的前提下，使位置环增益越高越好。对于速度环增益的调
整处理是在保证速度环系统稳定（不震荡）的前提下，允许超调并只有
一个超调量不大的波头，使速度环响应最快，且系统稳定工作。

对于螺距补偿参数与反间隙补偿参数设置失效或偏差调整处理，

应对机床进行实际检测，得出具体的实际补偿值方可进行补偿。因数
控机床经过长期运行之后，螺距误差与反间隙误差会由于机械磨损而
使误差增大，不是固定值。对于螺距误差，因补偿数值较多，可用专用
软件进行计算，然后通过 RS232 将 PC 数据传输到 NC 中。采用 PC 机
计算误差补偿的原理如图 2 所示：

图 2 误差补偿原理图

2.2

电气系统

大量的数据统计显示，在机床故障总数中，由电气引

发的故障占了相当大的比例，而对于定位精度故障而言，电气故障相
对率也比较高，影响机床定位精度主要是电源电压不稳、接地不良或
屏蔽不良等三个方面。

电气系统影响定位精度的故障机理是：①数控机床对电源电压要

求较高，一般电源电压波动应该控制在+10%～-15%之间，而我国电源
波动较大，质量不高，隐藏如高频脉冲这一类的干扰，还有人为的因素
（如其他机床起动、拉闸断电等）干扰。不稳定的电源电压，可能使变频
器、进给伺服系统、检测元件等受到干扰，导致有关数据丢失、脉冲不
正常，检测数据不准确等，从而影响定位精度。 ②数控机床接地不良，
机床接地的作用除防止机床漏电外，另一个重要的作用抑制干扰，对
数控系统起到屏蔽作用。现在有很多企业机床零地共接，或是接地不
良，对接地不重视，接地设备长时间无维护保养，导致接地达不到规定
要求。无接地或接地不良的机床在运行中感应高压的静电，静电放电
时产生的脉冲往往会给机床带来诸多隐患，严重的可能会造成机床误
动作甚至烧毁驱动系统，轻则使速度指今信号渗入噪声干扰与和偏
移，使得定位精度走失。

对于电源电压不良而引起定位精度超差时，应先检测电源电压值

与三相电源的平衡度，然后根据现象采取调整措施，对于高精密加工
的机床，在条件允许的情况下，应对机床配备专用的稳压电源。另外，
为了增强数控系统的抗干扰能力，机床接地必须使用单独的接地线，
并且定期对接地设备进行检测与维护，以保证接地符合技术要求。德
国的机床对地线要求很严格，接地不良更为严重影响机床的工作，应
特别重视。

2.3

检测系统

数空机床常用的位置检测元件有光栅、编码器、感应

同步器等。检测元件影响定位精度的故障机理是：①检测元件的安装
位置在使用中产生变化或联接松动，联接松动会影响位置控制精度。

②检测元件受到污染，导致信号丢失，影响位置控制精度。 ③检测元件

本身的工作稳定性差，导致数据不稳，影响定位精确度。

对于检测系统引起定位精度超差的故障处理是：①做好机床日常

维护与清洁工作，特别是对于冷却液的污染，要特别留意，以防影响定
位精度。 ②对于联接松动的应按技术要求定期对检测元件的紧固情况
进行检查，确保不出现松动。 ③对于检测元件本身工作稳定性差的检
测元件，要及时更换。 ④加强对检测元件的维护与保养。

2.4

进给传动系统

运动轴的进给传动系统一般由伺服电机、联轴

器、丝杠螺母副、丝杠轴承等组成。影响机床定位精度的因素包括传动

○机械与电子○

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