在大型/重型數（shù）控機床的應用中，由於發熱、切（qiē）削力和軸承準靜態負載（zǎi）產生的變形嚴重影響著工件的加工（gōng）精（jīng）度和加工效率。如（rú）何實時（shí）測量並補償各種原因造成的變形成為提升數（shù）控機床性能的重要課題。示意圖1中即描（miáo）述了由於主軸（zhóu）軸承發熱而引起的刀具中心（xīn）點位置變化的典型情況。

　　為控製數控機床的熱變形，傳統的方法是使用應變儀，但這要求有（yǒu）體（tǐ）積大且昂貴的專（zhuān）用（yòng）控製電子器（qì）件，且隻能借助結構的熱模型進行局部變形測量。同時，這種建立結構熱模型的方法是一種（zhǒng）靜態（tài）、線性的、基於結果的（de）測量和補償方法，不能（néng）滿足加工（gōng）過程中對變形進行實（shí）時（shí）性和非線（xiàn）性測量和補償的需要，不能良好的對（duì）機床變形進行測量和誤差控製，如圖2所示。

圖1. 主軸軸承發熱（rè）而引起的刀（dāo）具中心點的位置變化

圖2. 因機床變（biàn）造（zào）成（chéng）的名義運動軌跡和實際運動軌（guǐ）跡的（de）誤差

　　Sintesi SpA公司基於激光編碼器LASDE構建傳感器測量網絡，可對各種結（jié）構（gòu）數控機床實時進行三維空間變形測量和控製。

　　1. 激光編碼器LASDE

　　LASDE是Sintesi公（gōng）司（sī）在精度等級和成（chéng）本上都較為適用於（yú）數控機床應用的激光編碼器，它由激光源、激光（guāng）靶和信號處理盒組成，能夠在長達（dá）2m的長度內測量5 mm量程的變形，且能夠在較大溫度變化下保證較高的測（cè）量精度，LASDE技術參數見圖3。

圖3. 激光編碼器LASDE參數表

　　2. 數控機床空間三維測量（liàng）網（wǎng）絡的構建

　　顯然，由於（yú）數控機床（chuáng）變（biàn）形的複（fù）雜性，僅利用激（jī）光編碼器進行單（dān）軸變形測量並不能反映出刀具（jù）中（zhōng）心點的變形情況。Sintesi的變形控製解（jiě）決方案采用多個LASDE激光編碼器在數控機（jī）床上構造（zào）傳感器網絡，網絡的（de）基本單元（yuán）為光學三角形（xíng），如圖4所示。采用LASDE激光編（biān）碼（mǎ）器網絡的方式，能夠實時、高精度（dù）地將刀具中心點的三維變形量測（cè）量出來，發送給數控係統進行補償。

圖4. 基於（yú）激光編碼器LASDE構建傳（chuán）感器（qì）網絡

　　根據特定的應用，也可以構建為二維或三維網絡進行不同的空間（jiān）測量，其中唯一的要求為每個網絡側麵具有光（guāng）學可見性。同時，此解決方案靈活性很大，可適用於不同的機床構造或各種（zhǒng）幾何形式的軸。

　　3. 數控機床變形造成（chéng）的誤差（chà）

　　補償數控係統讀取（qǔ）LASDE激光編碼器測量的高精度變形值後對誤差進行補償，修正數控機（jī）床的運動，以減小（xiǎo）加工誤差、增加加工效率，如圖5所示。在使用高速加工工件時，測量和控製的實（shí）時性尤為重要，目前比較成熟的方（fāng）式是采（cǎi）用實時（shí）性較好的測量元件和控製（zhì）係（xì）統來進行，例如LASDE激光編碼器和Orchestra控製（zhì）係統就能夠實現（xiàn）較高的實時性。

圖5. 數控機床變形誤差補償（cháng）流程

　　通過LASDE構建（jiàn）變形測量（liàng）和控製網絡，能夠有效的提高數控（kòng）機床（chuáng）的加（jiā）工精度達80%，這會在大型、重型數控機床包括龍門（mén）機床以及CMM測量機上有廣泛（fàn）的應（yīng）用。事實上（shàng），大型龍門數控機床在不同的加工位置（zhì）、不同的加工速度時的（de）變形較為複雜（如圖（tú）6藍色、紅色兩種加工狀態所示），無法用既定（dìng）的數學模型進行事先補（bǔ）償，隻能通過實時的多維測量和控製進行良好的補償。

圖6. 大型龍門數控機床變形（xíng）示（shì）意圖