数控技术全面支持高速复合机床精度的提升

 数控机床是传统机床技术与现代计算机控制技术、伺服拖动技术及传感技术相
结合的现代制造装备。对于数控机床的精度，可以概括为三个层面的问题：支撑
刚度，导向精度和定位精度与刚度，如图

1 所示。本文也将结合 KDL1550FH 立

式车铣复合加工中心和

KDW4200FH 卧式铣车复合加工中心高速高精度控制相

关研究工作，介绍数控技术对高档数控机床精度提升的全面的技术支持。

图

1 数控机床精

度的三个层面及

支撑技术

　　

1 支撑刚

度
　　刚度问题的
实质是受力变型
问题，因此可以
把刚度问题理解
为动态的

(惯性

负载、重力负载、
切削负载

)精度

问题。
　　支撑刚度是机床精密控制的支持基础。传统的机床技术关注床体本身机械设
计、材料选择及制造工艺等方面来提高机床的支撑刚度，乃至于机床地基的支撑
刚度。最新的机床研究开始关注于包括结合面加工工艺、装配工艺在内的结合面
刚度问题，以及机床在动态激励下的动态刚度问题。支撑刚度对于保证机床精度
的重要性是无容置疑的，

KDL1550FH 立式车铣复合加工中心和 KDW4200FH 卧

式铣车复合加工中心在设计过程中利用有限元分析工具对机床的主要零部件的
刚度进行了静态和动态分析和优化设计。
　　目前数控系统是可以对某些刚度不足进行补偿的，例如对横梁结构的挠度
变型补偿。这种补偿是有前提的。其中主要的前提包括：补偿挠度变形是在已知
负载模型的前提下实施的，而不是接触刚度不足或存在间隙，因为后两种情况
会导致误差的不确定。因此挠度

(刚度)补偿大多是针对机床移动结构件重力引起

的变形进行补偿。而对于未知的工件重量引起的动态变形及运动体加减速过程驱
动力引起的动态变形，由于建模的复杂性，目前尚未看到有关补偿技术的报道。
在

KDL1550FH 中 y 轴横梁由于工作头重量造成的挠度变型下垂可以通过对 Z

轴的补偿，提升精度。在

KDW4200FH 中 Y 轴滑枕伸出，重心外移，导致摆角

铣头下垂。数控系统可以对

X 轴补偿，减少改挠度变型的影响。

　　对于机床刚度中的振动问题，数控系统可以在驱动层面感知振动的发生，
包括通过对伺服驱动的电流的

FFT，可以发现振动。在明确振动频率后，可以通

过改变运动速度或主轴转速，规避床身的固有频率，实现抑制振动的目的。在
KDL1550FH 立式车铣复合加工中心机采用了这种技术来判断转台上安装工件的