数控机床作为一种高精度、高效率且稳定性强的自动化加工装备，已成为机械行业必不可少的现代化技术装置。数控机床的定位精度是影响其高精度性能的一个重要因素，也是数控机床验收时的一个重要指标。

机床系统性的机械相关偏差，可以得到系统记录。但是，由于存在温度或机械负载等环境因素，在后续使用过程中，偏差仍然可能出现或增加。在此情况下，数控系统可以提供不同的补偿功能。利用实际位置编码器（光栅尺）或额外的传感器（激光尺）获得的测量值来补偿偏差，可以实现更好的加工效果。

利用激光干涉仪，科德数控股份有限公司在自主研发的配置GNC61数控系统的数控机床上对精度误差补偿进行了应用验证，在此对基于激光干涉仪的精度误差补偿系统及其应用作一介绍。

机床误差的分类

从误差的性质来分，机床误差主要有力误差、几何误差和温度误差三大类。

力误差分为半静态力误差和动态误差两大类，主要由机床传动链中传动部件的非刚性引起，其中，半静态力误差主要是工件或机床运动部件因众力或夹紧力而引起的变形所致，动态误差主要由切削力和惯性力引起。

误差补偿系统

如图1所示，数控机床的误差补偿系统主要由3部分构成，包括：数控机床、激光干涉仪和计算机软件。利用激光干涉仪对数控机床的精度进行测量和数据分析，然后将数据载入计算机端进行误差补偿，最后反馈给数控机床。

图1 数控机床误差补偿系统

科德数控股份有限公司目前使用的检测工具为激光干涉仪，配置分度仪可以实现对直线轴、旋转轴定位精度和重复定位精度的检测。检测完毕后，按照GNC61数控系统补偿规则进行双向误差补偿分析，将数据写入数控系统的补偿文件中。

激光干涉仪是机床、三次元坐标测量及其他定位装置、精度校准用的高性能仪器，科德数控股份有限公司常用它来检测五轴高档机床的定位精度、重复定位精度和直线度等。

图2和图3所示是激光干涉仪的测量原理，由反射精度反射的一束光与干涉镜组折射的一束光发生干涉，形成一条光束返回接收点，通过反射镜组的移动测量实际位置。

图2 机床干涉仪的测量方法

图3 激光干涉仪的计算方法

在进行机床定位精度检测时，要注意激光干涉仪的测量环境，不良的环境会导致不同的测量结果，影响定位精度。具体而言，测量环境应尽量避免太阳光直接照射或突然流动的风产生扰流现象；在被测机台上装设干涉镜及反射镜时，必须确保牢固，否则机台移动会造成不可预期的测量误差；环境传感器和温度传感器是否启动，必须在测量前检查确认，以免造成不必要的误差；在测量过程中不可因其他因素而中断，测量必须一次完成，若发生测量中断，必须重新执行检测。

对激光干涉仪要注意保养，包括：使用时防止碰撞及振动；工作完毕应遵循操作要求，反顺序逐一拆卸并擦拭干净，然后放回仪器盒内；金属平台在使用后应将其擦拭干净；应使用光学镜片专用擦拭纸，对干涉镜及反射镜片作圆形回转擦拭，严禁使用酒精或具有挥发性、腐蚀性的清洁液擦拭（因镜片镀有一层蓝色薄膜，而激光束是靠此薄膜产生折射和反射，如果薄膜被破坏，折射概率会减弱从而影响光强）；小心搬运，尤其对镜片类应有适当防震和防护。

使用激光干涉仪对定位精度进行检测后，要对检测结果进行补偿，GNC61数控系统采用的是双向误差补偿分析。图4所示为补偿数据。

图4 补偿数据

对得到的数据结果进行选择分析，使用双向误差值补偿，将补偿文件（如图5所示）写入GNC61数控系统中的相应位置“C:\CncCfg”，在此文件夹下打开SAG文件。

图5 补偿文件

以微米为单位，将对应生产的补偿值写入补偿文件中。将补偿文件加载到系统参数中。重新进行激光检测，如果检测结果在标准范围内，即补偿生效。

值得一提的是，数控系统不能补偿重复定位精度，因此，在检测时如遇到重复定位精度超标，需检查机械传动部分，这可能是导致重复定位精度超标的主要原因。

激光干涉仪精度误差补偿系统的应用

1.硬件平台

本试验平台选用科德数控股份有限公司自主研制的五轴高档数控机床KMC800，使用激光干涉仪对其进行误差数据采集和直线轴精度测试。平台设计如图1所示，试验中所选用的数控系统为科德数控股份有限公司自主研发的高档五轴数控系统GNC61，激光干涉仪为雷尼绍公司的产品。

2. 精度补偿的前提条件

在进行精度补偿时，机械精度误差往往会掺杂进来，所以在对机床进行定位精度检测前，需要调整完毕机床各轴的平行度和垂直度等几何精度，以尽量减少几何精度对定位精度的影响。

3. 试验数据

精度补偿前的试验数据如图6所示，补偿后的试验数据如图7所示。表中列出了补偿前后的实际数据对比。

图6 精度补偿前的试验数据

图7 精度补偿后的试验数据

表 补偿前后的实际数据对比

结论

在对配备GNC61数控系统的机床进行精度补偿时，使用激光干涉仪完成对定位精度的检测以及对控制精度的提升。采用以上方法对机床各坐标轴的反向偏差、定位精度进行准确的测量和补偿，很好地减小或消除了反向偏差对机床精度的不利影响，提高了机床的定位精度，使机床处于最佳精度状态，保证了加工质量。