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摘 要： 热误差补偿的实施策略指的是根据热误差模型计算出的预测值，使用某种技术、通过某些裝置和机构，实现热误差补偿的具体方法措施。本文将对数控机床热误差补偿的几种常用实施策略做深入阐述，并对它们做研究比较。
关键词： 数控机床；热误差补偿；实施策略；研究比较
中图分类号：TG659 文献标识码：A
将热误差模型预测的补偿值反馈给数控机床，然后控制机床的各坐标轴做出相应调整，以实现提高加工精度的目的，这就是热误差补偿的实施。能够把热误差补偿值准确、实时地反馈给数控机床，让机床的坐标轴迅速地做出相应调整，才是真正意义上的热误差补偿的实现。本文将对数控机床热误差补偿的几种实施策略做深入阐述与研究比较。
1 热误差补偿法在减小热变形误差上的优势
研究表明，热变形误差是数控机床等精密加工机械的最大误差源，占总误差的40%～70%左右。目前，提高机床的加工精度、减少热误差有两种基本方法：热误差预防法和热误差补偿法。
热误差预防法是通过改进机床结构（在设计和制造环节消除或减少可能的热误差源）、提高机床制造精度、或者控制温度来尽可能地消除热误差源。这种方法通常从两个方面入手：机床结构和材料改进和机床温升控制。虽然误差预防法对减小热误差起着十分积极的效果，但其存在着受现有加工能力的限制、会造成系统成本的大幅度上升、无法克服外界环境干扰等缺点，而且误差防止法只能在一定程度上减小热误差而不能将热误差完全消除，以上这些因素使得这种方法在应用上有很大的局限性。
热误差补偿法是通过对数控机床热误差的测量、分析、建模等过程总结出热误差的数学模型，利用数学模型对未知热误差进行预测计算从而得到其补偿值，然后将补偿值实时地反馈到数控机床的伺服控制系统中，改变机床的实际坐标来减小机床热误差。与热误差预防法相比，热误差补偿法具有成本低、补偿方式灵活、补偿精度高等一系列优点，是减小机床热误差的普遍选择。
2 实施热误差补偿的几种常用策略
热误差补偿策略指的是根据热误差模型计算出的预测值，使用某种技术、通过某些装置和机构，实现热误差补偿的具体方法。近年来，实现热误差实时补偿有以下三种常用方法：反馈中断法、原点平移法和软件补偿法。
反馈中断法通过将热误差模型计算出的补偿值插入到原CNC伺服系统的反馈环中来实现热误差补偿。补偿用控制器根据实时监测到的温度值计算出对应的热误差补偿值，同时它还获取伺服电机的编码器反馈信号，控制器将一个与补偿值大小相等、方向相反的数字信号与反馈信号进行加减运算，控制伺服驱动器实时修正刀具的到达坐标，从而实现热误差补偿。但这种方法所采用的信号插入通常是很复杂的，它要采用专门设计的接口电路才能将补偿信号插入到伺服环中，且容易引起两路信号产生干涉。
原点平移法同样是将热误差模型计算出的补偿值插入到原CNC系统的伺服环中，但它利用的是有些CNC系统自带的机床坐标系偏置功能，根据CNC控制器接收到的补偿信号，控制机床坐标系做出相应的平移，并控制伺服环调整相应的位置控制信号，改变伺服驱动器发给机床电机的脉冲量，从而实现热误差补偿。但这种方法需要改变CNC控制器中PLC单元的程序，以便补偿控制器可以从CNC系统中获取各轴的位置参数，同时为了CNC控制器可以接收补偿信号。且这种方法在没有机床坐标系偏置功能的CNC系统中是不能实施的。
软件补偿法一般是通过开放式数控系统实施的，传统数控系统的封闭性阻碍了这项技术的发展。在开放式数控系统上使用软件补偿法来实施热误差补偿的策略为：先在开放式数控系统的PC机上开发热误差补偿软件，然后采用在线补偿的方式通过热误差补偿软件预先对原NC指令进行处理，使补偿值预先经过运算反映到修正后的NC指令中，然后再将修正后的NC指令传送给伺服控制系统，让其执行这些指令用于加工工件，从而实现热误差补偿。
3 几种实施策略的比较
反馈中断法和原点平移法通常都是通过传统数控系统来实施热误差补偿的，它们的补偿策略相似。这两种方法都需要使用一台外部工控机或开发一个外部热误差补偿控制器及专用的接口电路和原CNC系统相连，来实施热误差补偿；都需要把补偿信号插入到原CNC控制器中，需要对原CNC控制器的硬件或PLC程序做一些改动，且都存在上述的信号插入和干涉问题。因此通过传统数控系统使用这两种方法来实施热误差补偿，有实现成本较高、技术难度较大的缺陷。
而通过开放式数控系统使用软件补偿法来实施热误差补偿，则可以绕过上述难题，由于系统是开放的及采用了完全不同的方法，此法不存在传统方法的固有缺陷，而且此法成本较低、更易于实现，同时又避免了上述的信号插入和干涉问题，补偿精度更高，是未来热误差补偿技术的发展方向。
4 结束语
热误差补偿是提高数控机床加工精度的一门关键技术，热误差补偿模块势必会成为现代高档数控机床必备的智能模块。热误差补偿主要依赖于检测技术、传感器技术、计算机辅助建模技术和计算机软件技术，随着技术的进步，这些技术为热误差补偿的实施提供了强有力的支持，相信在未来，热误差补偿的实施技术会发展得更加智能与精准。
作者简介：王谦 男 宿州职业技术学院 硕士研究生 安徽省宿州市。
关键词： 数控机床；热误差补偿；实施策略；研究比较
中图分类号：TG659 文献标识码：A
将热误差模型预测的补偿值反馈给数控机床，然后控制机床的各坐标轴做出相应调整，以实现提高加工精度的目的，这就是热误差补偿的实施。能够把热误差补偿值准确、实时地反馈给数控机床，让机床的坐标轴迅速地做出相应调整，才是真正意义上的热误差补偿的实现。本文将对数控机床热误差补偿的几种实施策略做深入阐述与研究比较。
1 热误差补偿法在减小热变形误差上的优势
研究表明，热变形误差是数控机床等精密加工机械的最大误差源，占总误差的40%～70%左右。目前，提高机床的加工精度、减少热误差有两种基本方法：热误差预防法和热误差补偿法。
热误差预防法是通过改进机床结构（在设计和制造环节消除或减少可能的热误差源）、提高机床制造精度、或者控制温度来尽可能地消除热误差源。这种方法通常从两个方面入手：机床结构和材料改进和机床温升控制。虽然误差预防法对减小热误差起着十分积极的效果，但其存在着受现有加工能力的限制、会造成系统成本的大幅度上升、无法克服外界环境干扰等缺点，而且误差防止法只能在一定程度上减小热误差而不能将热误差完全消除，以上这些因素使得这种方法在应用上有很大的局限性。
热误差补偿法是通过对数控机床热误差的测量、分析、建模等过程总结出热误差的数学模型，利用数学模型对未知热误差进行预测计算从而得到其补偿值，然后将补偿值实时地反馈到数控机床的伺服控制系统中，改变机床的实际坐标来减小机床热误差。与热误差预防法相比，热误差补偿法具有成本低、补偿方式灵活、补偿精度高等一系列优点，是减小机床热误差的普遍选择。
2 实施热误差补偿的几种常用策略
热误差补偿策略指的是根据热误差模型计算出的预测值，使用某种技术、通过某些装置和机构，实现热误差补偿的具体方法。近年来，实现热误差实时补偿有以下三种常用方法：反馈中断法、原点平移法和软件补偿法。
反馈中断法通过将热误差模型计算出的补偿值插入到原CNC伺服系统的反馈环中来实现热误差补偿。补偿用控制器根据实时监测到的温度值计算出对应的热误差补偿值，同时它还获取伺服电机的编码器反馈信号，控制器将一个与补偿值大小相等、方向相反的数字信号与反馈信号进行加减运算，控制伺服驱动器实时修正刀具的到达坐标，从而实现热误差补偿。但这种方法所采用的信号插入通常是很复杂的，它要采用专门设计的接口电路才能将补偿信号插入到伺服环中，且容易引起两路信号产生干涉。
原点平移法同样是将热误差模型计算出的补偿值插入到原CNC系统的伺服环中，但它利用的是有些CNC系统自带的机床坐标系偏置功能，根据CNC控制器接收到的补偿信号，控制机床坐标系做出相应的平移，并控制伺服环调整相应的位置控制信号，改变伺服驱动器发给机床电机的脉冲量，从而实现热误差补偿。但这种方法需要改变CNC控制器中PLC单元的程序，以便补偿控制器可以从CNC系统中获取各轴的位置参数，同时为了CNC控制器可以接收补偿信号。且这种方法在没有机床坐标系偏置功能的CNC系统中是不能实施的。
软件补偿法一般是通过开放式数控系统实施的，传统数控系统的封闭性阻碍了这项技术的发展。在开放式数控系统上使用软件补偿法来实施热误差补偿的策略为：先在开放式数控系统的PC机上开发热误差补偿软件，然后采用在线补偿的方式通过热误差补偿软件预先对原NC指令进行处理，使补偿值预先经过运算反映到修正后的NC指令中，然后再将修正后的NC指令传送给伺服控制系统，让其执行这些指令用于加工工件，从而实现热误差补偿。
3 几种实施策略的比较
反馈中断法和原点平移法通常都是通过传统数控系统来实施热误差补偿的，它们的补偿策略相似。这两种方法都需要使用一台外部工控机或开发一个外部热误差补偿控制器及专用的接口电路和原CNC系统相连，来实施热误差补偿；都需要把补偿信号插入到原CNC控制器中，需要对原CNC控制器的硬件或PLC程序做一些改动，且都存在上述的信号插入和干涉问题。因此通过传统数控系统使用这两种方法来实施热误差补偿，有实现成本较高、技术难度较大的缺陷。
而通过开放式数控系统使用软件补偿法来实施热误差补偿，则可以绕过上述难题，由于系统是开放的及采用了完全不同的方法，此法不存在传统方法的固有缺陷，而且此法成本较低、更易于实现，同时又避免了上述的信号插入和干涉问题，补偿精度更高，是未来热误差补偿技术的发展方向。
4 结束语
热误差补偿是提高数控机床加工精度的一门关键技术，热误差补偿模块势必会成为现代高档数控机床必备的智能模块。热误差补偿主要依赖于检测技术、传感器技术、计算机辅助建模技术和计算机软件技术，随着技术的进步，这些技术为热误差补偿的实施提供了强有力的支持，相信在未来，热误差补偿的实施技术会发展得更加智能与精准。
作者简介：王谦 男 宿州职业技术学院 硕士研究生 安徽省宿州市。