沈机股份中捷机床有限公司副总经理贺鑫元博士

对最终用户而言，机床的加工精度和加工效率是其最关注的两个主要方面，而提高这两个方面的性能，成为机床供应商需要着重解决的问题。

运动控制的重要性

解决加工精度和加工效率这两个问题有两种主要手段。

首先，保证机床的每一个零部件（自制件和外购件）具备良好的特性，包括尺寸精度、几何精度、可靠性、刚度（静刚度、动刚度、热刚度）、强度等等。其中，对于自制件，要满足要求，需要严格进行零件的分析、设计、加工、装配等。在实际制造过程中，往往单个零部件的品质保证容易被忽略，特别是随着当前国内对机床的大量需求，机床的生产周期大幅的缩短，这中间最关键的零部件的时效等工艺问题就比较重要，该环节直接决定了工件加工或装配后是否能够长期保持其性能稳定，是否能够保证移动部件高的重复精度，也就决定了整机是否能够保证稳定的精度。

其次，在机床被装配完成以后，一方面它本身的几何精度和移动部件的重复精度决定了整机精度的优劣，另一方面定位精度及空间精度的高低还可以通过控制系统的补偿等功能获得大幅的提升。要想通过补偿完成对整机精度的提升，首先，要保证整机的单轴运动特性的提升，一般通过伺服优化的方式，只有单轴的特性能够得到充分的发挥，才能保证两轴或多轴插补的优良系能，包括速度、加速度、加加速度等运动特性，在轴控制方面诸如电流环、速度环、位置环等环节的优化；其次，螺距误差补偿、温度补偿、直线度补偿为各轴几何精度特性及定位精度特性提供了保证；再次，系统所具备的轮廓控制功能，如过象限误差补偿对与圆弧及拐角特性的控制，前馈对于增强驱动环节的轮廓响应特性等等对提高机床运动精度有较大的辅助作用。

保证方法

1. 误差的测量

为了保证精准的运动控制，就要对产生的误差进行精确的测量和补偿，误差的测量往往决定了补偿准确性与否。当前对直线定位误差的测量一般采用激光干涉仪器，比较常用的比如Renishaw公司的干涉仪产品；美国光动公司的3D空间测量仪在机床整机的空间精度的测量有较大的创新，对于中小型机床效果显著；对于轮廓误差的测量一般采用球杆测量仪等，有连杆式和非接触式；目前流行一种激光跟踪仪的几何精度测量方法，效率较高准确性较好。

2. 补偿的算法

补偿的算法是补偿精度高低的实现方式，如螺距误差补偿、悬垂补偿、温度补偿以及圆度补偿等等。对于螺距误差补偿等基本功能，各系统供货商的实现原理大同小异，并且已经比较成熟，制造商在其中进一步开发的空间不是很大。对于温度补偿是值得各机床厂商深入研究的课题。一般系统会提供一个功能接口，该接口表达的是温度和补偿量之间的关系，而这个关系不是一成不变的，如对于主轴方向简单的热伸长，补偿比较简单，但对于主轴在X、Y、Z方向，工作台，立柱床身及其他多个热源的状态下，如果将所有热源产生的所有热变形通过一个或几个数学公式表达出来，需要的研究工作还是比较繁重的。MAZAK、OKUMA等国外机床厂商，已经在多热源影响下的温度补偿问题进行了若干的研究，已经在几届国际机床展上展示了其研究成果，不只在保证机床精度方面效果突出，还可以因此不必耗费大量能源用于恒温车间的建设，在节能环保方面作用显著。

3. 数据的积累

没有一成不变的加工对象，也没有一成不变的加工环境，针对制造业的各个领域，如工程机械、电力、船舶、航空航天、汽车以及电子等等各个领域对工件精度及效率的要求不尽相同，不可能有一款完全完成的机床能够满足上述所有行业的加工需要。如针对汽车发动机行业等，生产节拍至关重要，精度要求反而不是特别高；模具行业对曲面光洁度的要求比较高，对型面精度要求不高；航空航天领域铝合金的加工要求效率非常高，精度要求不高；电子行业对精度和效率的要求都很高等等。因此，需要针对不同的行业设计有针对性的运动特性的机床，也就是着重于客户化的定制。例如桥式龙门五轴特别适用于航空航天铝合金的高速高效加工，大型落地铣镗床低速大扭矩适用于工程机械、船舶以及动力等大型零部件的加工等等。需要大量的客户化应用的研究，来完成对每一种类机床特性的研究数据的积累，从而为机床运动控制精度的测量和补偿研究提供事实依据。

4. 开放的系统

随着近些年机床行业的迅猛发展，很多时候数控系统供货商所固有的固定功能反而约束了制造商进一步的应用，如整机运动控制功能调试及整机诊断调试功能的友好性，系统供货商想通过一种方式表达所有机床的应用，这本身就是不可能完成的任务，只有给制造商留有一定的开发空间，由制造商去完善系统在客户化应用方面的不足，这将成为未来数控系统的发展方向，同样该方面的软件开发人才同样会拥有更广阔的空间。因此，有一个开发性很好的数控系统作为平台支持运动控制的开发显得尤为重要。