Key words: CNC machine tools, screw pitch error, measure, compensation
1. 前言
随着加工技术的迅速发展和零件加工精度的不断提高，对数控机床的精度提出了更高的 要求。定位误差是影响数控机床加工精度、产生加工误差的主要因素。因此，对数控机床的 定位精度进行检测和补偿是保证加工质量的有效途径。本文就是基于上述思想，利用激光干 涉仪进行螺距误差测量，通过螺距误差补偿对数控机床进行精度补偿，使定位精度得到显著 提高。
数控机床的螺距误差检测及补偿
王春海 张增良
（北华航天工业学院机械工程系，河北 廊坊 065000）
摘要 关键词
本文介绍了数控机床的螺距误差补偿原理和基于激光干涉仪的螺距误差测量 系统，并且讨论了在螺距误差测量中所出现的问题和解决方案，最后介绍了螺 距误差补偿的适用范围。 数控机床 螺距误差 检测 补偿
4. 螺距误差检测及补偿实例
下面以某加工中心的 X 轴螺距误差检
测及补偿为例介绍螺距误差检测及补偿过
程（该轴的行程为 1000mm）。
①首先将该机床的 X 轴螺距误差参数 设置为零；
图 2 数控机床螺距误差检测系统
②然后启动直线坐标轴自动回机械原
点程序，使直线坐标轴回机械原点；
③用相对编程编制一段程序，选取步距为 10mm，用工进速度，每按一次运行键，直线
参考文献
[1] 陈吉红. 数控机床实验指南. 武汉：华中科技大学出版社，2003. [2] 余仲裕. 数控机床维修. 北京：机械工业出版社，2003. [3] 钟伟弘. 数控机床定位误差的激光干涉法检测与补偿. 组合机床与自动化加工技术.
2000(9) [4] 宋玉明. 数控机床螺距误差及反向间隙补偿的测定. 精密制造与自动化. 2001(3) [5] 吴小川. 应用双频激光干涉仪检验数控机床定位精度. 机械工艺师. 2000(10)
记 目标 位置
录 偏差 μm
数
1 10 5 8 5 10 7
2
827296
3
524277
4
6 4 6 3 10 5
56Leabharlann 5266据 平均位置偏差处
μm
7
3
6 2.8 8.4 6.2
理
X 25℃
…… …… …… …… …… …… …… ……
…
…
测试员
王春海
测试日期
2005.5.22
98
99
100
980
中图分类号：TP274+.2
文献标识码：A
CNC Tool’s Screw Pitch Error Measure and Compensate
Wang chun-hai, Zhang zengliang, huang wei
(North China Institute of Aerospace Engineering, Langfang Hebei ,065000 China)
包括导轨副、滚珠丝杠副、联轴节、台面
等精度，只有这些基础精度保证质量，重
复定位精度达到要求后才能谈及误差补偿 的问题，否则会造成紊乱。
图 3 数控机床定位误差曲线
表 1 实验数据记录与数据处理结果
机床型号
测试坐标
机床编号 实
目标点
98021101
0
测试温度
1
2
目标位置（mm）
0
10
20
验
趋近方向
↑↓↑↓↑↓
作者简介 王春海，1963~，男，汉族，大学本科，副教授，北华航天工业学院机械工程系，主要从事 数控技术及 CAD/CAM 研究与教学工作。
邮政编码：065000 通讯地址：河北省廊坊市 130 信箱 8 分箱 E-MAIL：htjxwch@
基金资助：另本项目是“河北省教育厅 2004 年自然科学指导项目”，课题编号：Z2004457
990
1000
↑↓ ↑ ↓ ↑ ↓
7 4 10 7 7 5
729684
427753
6 3 10 5 6 4
528663
5.8 2.6 8.8 6.2 6.4 3.8
5. 螺距误差补偿的适用范围
数控系统分为开环控制系统、闭环控制系统和半闭环控制系统，螺距误差补偿对开环控 制系统和半闭环控制系统具有显著的效果，可明显提高系统的定位精度和重复定位精度；对 于全闭环控制系统，由于其控制精度较高，进行螺距误差补偿不会取得明显的效果，但也可 进行螺距误差补偿。
偿，一般说来有三次就能达到满意的结果。补偿前后误差曲线如图 3 所示。补偿前Ｘ轴定位
误差曲线为Ａ，最大误差为 59.4μｍ，经
过补偿后，其Ｘ轴定位误差曲线为Ｂ，最
大误差为 4.2μｍ。
在工作中有时也存在这种情况，当分
析重复多次检测结果时发现在相同检测点
误差变动较大，剔除结果中的坏值后仍变
动较大，这时候应着手检查机床装配质量，
=Pi+ xi ↓，使误差部分抵消，实现螺距误差的补偿。
3. 数控机床螺距误差检测系统
数控机床螺距误差检测系统如图 2 所 示。该系统由数控机床、激光干涉仪、误 差测量接口、计算机和打印机等部分组成； 数控机床是误差补偿对象、激光干涉仪用 于测量误差、计算机是系统的核心、误差 测量接口用于连接计算机与激光干涉仪、 误差数据通过打印机输出。
Abstract: This paper introduces a principle to compensate the screw pitch error processed in CNC machine tools, as well as a system to measure the screw pitch error based on laser interferometer. Apart from that, the problems and solutions which may be met in measuring the screw pitch error are also presented, and at last, the scope in which the compensation method can be used in discussed.
2. 数控机床螺距误差补偿原理
在机床坐标系中，在直线轴运动行程内将测量行程等分为若干段（在本文中每 10mm 为 一个测量行程；也可根据机床实际工作情况，在常用位置段减小步距，适当增加检测点；为 进行双向螺距误差补偿须多次从正反两个方向趋近目标位置，一般至少 3 次），测量出各目
标位置 Pi 的平均位置偏差 xi ↑和 xi ↓，把平均
位置偏差反向叠加到数控系统的插补指令上，如 图 1 所示；指令要求该坐标轴运动到目标位置 Pi，目标实际的运动位置是 Pij，由于该点的实际
平均位置偏差为 xi ↑和 xi ↓；将该值填入数控系
统的螺距误差补偿表中，则数控系统在计算时会
图 1 螺距误差补偿原理
自动将目标位置的平均位置偏差叠加到插补指令上，实际的位置是：Pij↑=Pi+ xi ↑和 Pij↓
坐标轴就移动 10mm（一个步距），读取激光干涉仪显示的数据并记录在表 1 中；
④重复③，直至全行程；
⑤然后进行反行程测量，记录下相应数据在表 1 中；
⑥重复②~⑤；至少三次循环；
⑦求出每一点的算术平均值，再换算成误差补偿值。
⑧打开数控系统螺距误差补偿界面，将检测处理好的补偿数据填入，确认后存储。
按上述方法重新检测,误差应明显减小，若还未达到技术要求，可再次作误差检测与补