数控机床体积定位精度的测量与补偿

摘要：本文介绍一种使用激光多普勒位移测量仪，对数控机床进行体积误差检测的激光
矢量测量新方法。该方法可以方便而快速的检测出机床的体积定位精度，包括 3 个定位误
差、6 个直线度误差和 3 个垂直度误差；同时还可以根据测量的体积定位误差数据生成误
差补偿的代码，进而可以对其进行体积定位误差的补偿，大幅度提高了数控机床加工精
度。

 

 

 

关键词：数控机床 体积误差 激光测量 补偿

1 引言

数控机床的体积定位精度包括线性位移误差、直线度误差、垂直度误差、角偏和刚性误差，
这些误差决定了数控机床的精度性能。对于现代的数控机床，在假设误差是可重复的并可
以测量的情况下[1、2]，通过软件补偿可以大大提高机床的精度性能。该方法的性能价格比
较高是提高机床精度的一个较好的方法。

数控机床由于其本身的运动比较复杂，因此其运动过程中产生的各种误差相对来说也比
较复杂。以三轴加工中心为例，有 21 项误差元素，如图 1 所示。目前所采用的测量方法很
多，其中大多都是利用激光测量。传统的方法对机床的体积定位精度的完整检测非常复杂
和耗时。鉴于上述原因，许多国际化标准组织推荐了一种沿体对角线进行测量的方法。所
谓体对角线就是指在空间直角坐标系中，由机床工作台三个进给方向上的最大行程所围
成的长方体的对角线。国际化标准组织推荐该法的主要原因是体对角线的测量对各种误差
元素非常敏感。但是该法的一个致命的缺陷是在测量过程中它无法获得足够的信息用于分
离各误差元素。

 

图 1 21 项误差元素

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本文介绍一种新的激光矢量测量方法 激光多步矢量法,利用激光多谱勒测量仪[3]进行多
步的体对角线测量可以很容易地根据矢量原理测量出机床的各项误差。这里应用该方法我
们对一台数控机床进行了检测，再通过补偿，提高了机床的精度。

2 激光多步矢量法

2.1 传统的体对角线测量

体对角线测量法由于其检测的快速性曾经备受推荐[4]。该方法和激光线性位移测量方法
基本相同,唯一不同的地方在于体对角线测量法将激光束的方向沿着对角线方向，而线性