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摘 要：结合分厂内进口机床介绍两种提高机床定位精度的补偿方法——基于西门子840D系统的螺距补偿和垂度补偿。以及在机械几何精度不理想情况下的两种方法的综合运用。
关键词：螺距补偿；垂度补偿；激光干涉；几何精度检测
由于机械电子技术的飞速发展，数控机床作为一种高精度、高效率、稳定性强的自动化加工设备，越来越多的受到大家的关注。数控系统的定位精度是影响其高精度性能的一个重要因素，而利用西门子840D数控系统自带的螺距补偿和垂度补偿功能可以极大的降低机床的定位误差，提高机床的定位精度。本文就此结合分厂的进口设备PAMA数控落地镗铣床介绍这两种方法在实际中的具体使用。
补偿一般在机床几何精度调整完成后进行，这样可以尽量减少几何精度对定位精度的影响。一般情况下，螺距补偿可以运用在所有的直线进给轴以及旋转轴中，垂度补偿多运用在机床的主轴箱滑枕（Z轴）或镗杆（W轴）与立柱（Y轴）间的交叉补偿。
1. 螺距补偿
螺距误差是由于机床丝杠在制造、安装和调整等方面的误差，以及磨损等原因，造成机械正反向传动误差的不一致，导致零件加工精度误差不稳定。分厂的意大利进口PAMA落地式镗铣床承担着发动机机体加工的关键工序，也是当初分厂的第一台使用西门子840D系统的大型设备。作为大型加工中心占用率非常高的数控系统，840D在一段时间内非常普及，之后分厂购买的大型加工中心也都采用了840D系统，所以弄清楚该系统的电气补偿，在机床几何精度以及定位精度超差的情况下就可以通过适当调整补偿值来使机床满足精度要求。
840D数控系统的螺距补偿功能是一种绝对型补偿方法，螺距补偿是按轴进行的。我们设定补偿起始点位置a，补偿终止点位置b，补偿间隔距离c，那么需要插补的中间点的个数n，其中n=1+（b-a）/c。具体操作步骤如下：
1） 设置轴数据MD38000 MM_ENC_COMP_MAX_POINTS[t] =n，修改此参数后会引起NCK内存的重新分配。所以修改后要在服务菜单下对NC做一次备份。（t=所补偿轴的轴号）
2） 对系统做一次NCK复位后会出现“M4400” 报警，提示轴参数丢失，此时将1）步骤下的NC备份Load进NC系统。
3） 在Nc-Active-Data菜单下Copy出“CEC_DATA”到一个新建立的备份文档目录*.MDN中。
4） 在新的目录下找到并打开补偿文件表格，根据测量人员测量的数据把相应的补偿点直接在表格中更改。保存并关闭编辑器。
5） 设定轴参数MD32700 ENC_COMP_ENABLE=0，将修改后的补偿表格 Load进NC系统。
6） 设定轴参数MD32700 ENC_COMP_ENABLE=1，做一次NCK复位。
7） 轴回参考点，新的补偿数据生效。
下面着重介绍补偿表格里面各个参数的含义，以PAMA机床的X轴为例，其补偿表格如下：
表1
表2
其中表1括号里面第2位即补偿点数，AX1表示X的轴号。
表2中MIN和MAX表示起止点坐标值，即从0到11000mm进行补偿，STEP表示补偿步距。比如激光干涉测出的值显示在机床的1M处比实际少走了122μm，那么就是在第4个点数补偿进0.122就行，单位为mm。
其中前面4步在机床出厂时已经由机床开发者操作完成，作为机床使用者，我们只需要将激光干涉后所得到的补偿值在表格中更改。螺距补偿获取补偿数据一般通过激光检测仪器，激光干涉流程做完后，将激光干涉仪检测的误差值编辑进补偿表格即可。一般说来在以光栅尺作为检测元件的全闭环工作方式下，补偿数据不应大于1mm。而以电机自带编码器作为检测元件的半闭环工作方式下，补偿数据不受此限制，可根据实际情况填写。
2. 垂度补偿
由于镗铣头的重量或镗杆自身的重量，造成相关轴的位置相对于移动部件产生倾斜，也就是说，一个轴（基准轴）由于自身的重量造成下垂，相对于另一个轴（补偿轴）的绝对位置产生了变化。
垂度补偿通过调节主轴箱也就是Y轴垂直于立柱的位置，最大限度的消除滑枕或镗杆水平伸出后在重力作用下对其伸出水平的影响。同螺距补偿一样，补偿起始点位置a，补偿终止点位置b，补偿间隔距离c，那么需要插补的中间点的个数n，其中n=1+（b-a）/c。具体操作步骤如下：
1） 设定通用参数MD19300 COMP_MASK=4。
2） 设定通用参数MD10260=1
3） 设定轴参数MD18342 MM_CEC_MAX_POINTS[t]=n， 修改此参数后会引起NCK内存的重新分配，同时出现“M4400” 报警，此时要在服务菜单下对NC做一次系统备份。
4） 设定41300=1，激活补偿表格。
5） 对系统做一次NCK复位后会出现轴参数丢失报警，此时将2）步骤下的NC备份Load进NC系统。
6） 在Nc-Active-Data菜单下直接复制“EEC_DATA”到一个新建立的备份文档目录*.MDN中。
7） 在新的目录下找到并打开补偿文件表格，根据测量人员测量的数据把相应的补偿点直接在表格中更改。
8） 设定轴参数MD32710 ENC_COMP_ENABLE=0，将修改后的补偿表格 Load进NC系统。
9） 设定轴参数MD32710 ENC_COMP_ENABLE=1，做一次NCK复位。
10） 参照轴和输出轴均需回参考点，新的补偿数据生效。
下面以PAMA机床的Z轴为例简要说明Y轴相对于Z轴的垂度补偿方法。在Z轴伸出加工时，由于其自身重力等原因，造成伸出越多，下垂越厉害，那么就可以通过电气补偿使得Y轴向上来平衡Z轴的下垂。首先打表测出Z轴伸出时下垂的值，调出补偿表格如下图： 其中00_CPY_Z即Y轴相对于Z轴，打开表格后如下：
表1
表2
表1中 $AN_CEC[0，N]：插补点N的补偿值，即基准轴的每个插补点对应于补偿轴的补偿值变量参数
表2中 $AN_CEC_INPUT_AXIS[t]：定义基准轴的名称
$AN_CEC_OUTPUT_AXIS[t]：定义对应补偿值的名称
$AN_CEC_STEP[t]：基准轴两插补点之间的距离
$AN_CEC_MIN[t]：基准轴补偿起始位置
$AN_CEC_MAX[t]：基准轴补偿终止位置
$AN_CEC_DIRECTION[t]：定义基准轴补偿方向，为0时双向有效
此表中表示基准轴Z轴在起始位置和终止位置之间移动时，正反方向每隔100mm均由补偿轴Y轴作出补偿。比如在Z轴为-1000mm时，下垂了150μm，那么我们就在表1中将$AN_CEC[0，3]的值改为-0.15。其中Y轴向上为负向，所以修改的值前面应当加上负号。
通过和螺距补偿表格的对比我们可以得到以下启示，螺距补偿仅针对单轴，补偿是双方向都生效的，我们补偿曲线的建立必须考虑双方向的综合误差，取最佳的平衡点。而垂度补偿引入了参考轴的概念，参考轴可以是轴本身也可以是其他轴，补偿的方向也是可选择的。在我们应用时有很大的灵活性。
3. 螺距补偿和垂度补偿的综合运用
在实际运用中因为机械本身几何精度的不稳定性经常导致螺距补偿一个方向比较理想，另一个方向差异比较大，甚至出现误差曲线交叉的情况。如果仅使用螺距补偿，补偿能力有限，无法满足机床精度要求，我们可以考虑采用以使用螺距补偿为主，垂度补偿为辅的补偿方式，尽最大的可能将机床精度修调到最佳状态。
首先对此轴进行常规的螺距补偿（在此不再复述）。然后进行单轴的垂度补偿，主要修改垂度补偿表格内下面几个地方。（n=实际需要补偿的轴号）
$AN_CEC_INPUT AXIS（0）=Axn
$AN_CEC_OUTPUT AXIS（0）=Axn
$AN_CEC_DIRECTION（0）=（1、0、-1）
此时的INPUT AXIS和OUTPUT AXIS一定要选同一轴。在选择方向DIRECTION上，选择螺距补偿效果不理想的那个方向。最后此轴回参考点。在840D诊断部分的轴调整界面下可以很清楚的看到在一个方向螺距补偿生效，反向时螺距补偿和垂度补偿的数据同时生效。■
参考文献
[1] SIEMENS.DOConCD SINUMERIK/SIMODRIVE 11.2002 english. Germany.2002
[2] 胡国清.最新数控系统从入门到精通.2008.6： 165-171
关键词：螺距补偿；垂度补偿；激光干涉；几何精度检测
由于机械电子技术的飞速发展，数控机床作为一种高精度、高效率、稳定性强的自动化加工设备，越来越多的受到大家的关注。数控系统的定位精度是影响其高精度性能的一个重要因素，而利用西门子840D数控系统自带的螺距补偿和垂度补偿功能可以极大的降低机床的定位误差，提高机床的定位精度。本文就此结合分厂的进口设备PAMA数控落地镗铣床介绍这两种方法在实际中的具体使用。
补偿一般在机床几何精度调整完成后进行，这样可以尽量减少几何精度对定位精度的影响。一般情况下，螺距补偿可以运用在所有的直线进给轴以及旋转轴中，垂度补偿多运用在机床的主轴箱滑枕（Z轴）或镗杆（W轴）与立柱（Y轴）间的交叉补偿。
1. 螺距补偿
螺距误差是由于机床丝杠在制造、安装和调整等方面的误差，以及磨损等原因，造成机械正反向传动误差的不一致，导致零件加工精度误差不稳定。分厂的意大利进口PAMA落地式镗铣床承担着发动机机体加工的关键工序，也是当初分厂的第一台使用西门子840D系统的大型设备。作为大型加工中心占用率非常高的数控系统，840D在一段时间内非常普及，之后分厂购买的大型加工中心也都采用了840D系统，所以弄清楚该系统的电气补偿，在机床几何精度以及定位精度超差的情况下就可以通过适当调整补偿值来使机床满足精度要求。
840D数控系统的螺距补偿功能是一种绝对型补偿方法，螺距补偿是按轴进行的。我们设定补偿起始点位置a，补偿终止点位置b，补偿间隔距离c，那么需要插补的中间点的个数n，其中n=1+（b-a）/c。具体操作步骤如下：
1） 设置轴数据MD38000 MM_ENC_COMP_MAX_POINTS[t] =n，修改此参数后会引起NCK内存的重新分配。所以修改后要在服务菜单下对NC做一次备份。（t=所补偿轴的轴号）
2） 对系统做一次NCK复位后会出现“M4400” 报警，提示轴参数丢失，此时将1）步骤下的NC备份Load进NC系统。
3） 在Nc-Active-Data菜单下Copy出“CEC_DATA”到一个新建立的备份文档目录*.MDN中。
4） 在新的目录下找到并打开补偿文件表格，根据测量人员测量的数据把相应的补偿点直接在表格中更改。保存并关闭编辑器。
5） 设定轴参数MD32700 ENC_COMP_ENABLE=0，将修改后的补偿表格 Load进NC系统。
6） 设定轴参数MD32700 ENC_COMP_ENABLE=1，做一次NCK复位。
7） 轴回参考点，新的补偿数据生效。
下面着重介绍补偿表格里面各个参数的含义，以PAMA机床的X轴为例，其补偿表格如下：
表1
表2
其中表1括号里面第2位即补偿点数，AX1表示X的轴号。
表2中MIN和MAX表示起止点坐标值，即从0到11000mm进行补偿，STEP表示补偿步距。比如激光干涉测出的值显示在机床的1M处比实际少走了122μm，那么就是在第4个点数补偿进0.122就行，单位为mm。
其中前面4步在机床出厂时已经由机床开发者操作完成，作为机床使用者，我们只需要将激光干涉后所得到的补偿值在表格中更改。螺距补偿获取补偿数据一般通过激光检测仪器，激光干涉流程做完后，将激光干涉仪检测的误差值编辑进补偿表格即可。一般说来在以光栅尺作为检测元件的全闭环工作方式下，补偿数据不应大于1mm。而以电机自带编码器作为检测元件的半闭环工作方式下，补偿数据不受此限制，可根据实际情况填写。
2. 垂度补偿
由于镗铣头的重量或镗杆自身的重量，造成相关轴的位置相对于移动部件产生倾斜，也就是说，一个轴（基准轴）由于自身的重量造成下垂，相对于另一个轴（补偿轴）的绝对位置产生了变化。
垂度补偿通过调节主轴箱也就是Y轴垂直于立柱的位置，最大限度的消除滑枕或镗杆水平伸出后在重力作用下对其伸出水平的影响。同螺距补偿一样，补偿起始点位置a，补偿终止点位置b，补偿间隔距离c，那么需要插补的中间点的个数n，其中n=1+（b-a）/c。具体操作步骤如下：
1） 设定通用参数MD19300 COMP_MASK=4。
2） 设定通用参数MD10260=1
3） 设定轴参数MD18342 MM_CEC_MAX_POINTS[t]=n， 修改此参数后会引起NCK内存的重新分配，同时出现“M4400” 报警，此时要在服务菜单下对NC做一次系统备份。
4） 设定41300=1，激活补偿表格。
5） 对系统做一次NCK复位后会出现轴参数丢失报警，此时将2）步骤下的NC备份Load进NC系统。
6） 在Nc-Active-Data菜单下直接复制“EEC_DATA”到一个新建立的备份文档目录*.MDN中。
7） 在新的目录下找到并打开补偿文件表格，根据测量人员测量的数据把相应的补偿点直接在表格中更改。
8） 设定轴参数MD32710 ENC_COMP_ENABLE=0，将修改后的补偿表格 Load进NC系统。
9） 设定轴参数MD32710 ENC_COMP_ENABLE=1，做一次NCK复位。
10） 参照轴和输出轴均需回参考点，新的补偿数据生效。
下面以PAMA机床的Z轴为例简要说明Y轴相对于Z轴的垂度补偿方法。在Z轴伸出加工时，由于其自身重力等原因，造成伸出越多，下垂越厉害，那么就可以通过电气补偿使得Y轴向上来平衡Z轴的下垂。首先打表测出Z轴伸出时下垂的值，调出补偿表格如下图： 其中00_CPY_Z即Y轴相对于Z轴，打开表格后如下：
表1
表2
表1中 $AN_CEC[0，N]：插补点N的补偿值，即基准轴的每个插补点对应于补偿轴的补偿值变量参数
表2中 $AN_CEC_INPUT_AXIS[t]：定义基准轴的名称
$AN_CEC_OUTPUT_AXIS[t]：定义对应补偿值的名称
$AN_CEC_STEP[t]：基准轴两插补点之间的距离
$AN_CEC_MIN[t]：基准轴补偿起始位置
$AN_CEC_MAX[t]：基准轴补偿终止位置
$AN_CEC_DIRECTION[t]：定义基准轴补偿方向，为0时双向有效
此表中表示基准轴Z轴在起始位置和终止位置之间移动时，正反方向每隔100mm均由补偿轴Y轴作出补偿。比如在Z轴为-1000mm时，下垂了150μm，那么我们就在表1中将$AN_CEC[0，3]的值改为-0.15。其中Y轴向上为负向，所以修改的值前面应当加上负号。
通过和螺距补偿表格的对比我们可以得到以下启示，螺距补偿仅针对单轴，补偿是双方向都生效的，我们补偿曲线的建立必须考虑双方向的综合误差，取最佳的平衡点。而垂度补偿引入了参考轴的概念，参考轴可以是轴本身也可以是其他轴，补偿的方向也是可选择的。在我们应用时有很大的灵活性。
3. 螺距补偿和垂度补偿的综合运用
在实际运用中因为机械本身几何精度的不稳定性经常导致螺距补偿一个方向比较理想，另一个方向差异比较大，甚至出现误差曲线交叉的情况。如果仅使用螺距补偿，补偿能力有限，无法满足机床精度要求，我们可以考虑采用以使用螺距补偿为主，垂度补偿为辅的补偿方式，尽最大的可能将机床精度修调到最佳状态。
首先对此轴进行常规的螺距补偿（在此不再复述）。然后进行单轴的垂度补偿，主要修改垂度补偿表格内下面几个地方。（n=实际需要补偿的轴号）
$AN_CEC_INPUT AXIS（0）=Axn
$AN_CEC_OUTPUT AXIS（0）=Axn
$AN_CEC_DIRECTION（0）=（1、0、-1）
此时的INPUT AXIS和OUTPUT AXIS一定要选同一轴。在选择方向DIRECTION上，选择螺距补偿效果不理想的那个方向。最后此轴回参考点。在840D诊断部分的轴调整界面下可以很清楚的看到在一个方向螺距补偿生效，反向时螺距补偿和垂度补偿的数据同时生效。■
参考文献
[1] SIEMENS.DOConCD SINUMERIK/SIMODRIVE 11.2002 english. Germany.2002
[2] 胡国清.最新数控系统从入门到精通.2008.6： 165-171