基于开放式数控系统的热误差补偿技术实施思路
2020-8-31 来源： 宿州职业技术学院 作者：王 谦
摘要：在开放式数控系统上实施热误差补偿，可以绕过通过传统数控系统实施热误差补偿的固有难题。下面深入分析传统数控系统的弊端与开放式数控系统的优势，并详细阐述通过开放式数控系统进行热误差补偿的实施思路。
关键词： 数控系统；开放式；热误差补偿
使用传统方法来实施热误差补偿通常是在传统数控系统上进行的，这些方法由于受到传统 CNC 系统封闭性和多样性的制约而存在着固有缺陷，使得这些方法没有被大规模地应用。在开放式数控系统上来实施热误差补偿，由于系统是开放的及采用了完全不同的方法，则可以绕过通过传统数控系统实施热误差补偿的固有难题，而且此法更易于实现、补偿精度更高。
1 、传统数控系统的弊端
传统数控系统是以封闭式的结构发展的，各系统制造商生产的 CNC 没有共同性和标准化的接口，彼此间并不兼容，表现在：
第一，系统的硬件组成是专用的，其主要硬件CPU板、主板、伺服板等以及硬件之间的连接方式都是专门设计的，不同制造商生产的同类型硬件不能通用；
第二，系统的控制软件是专用的，系统软件完全由系统制造商掌握，其技术细节不公开，也不提供给用户；
第三，虽然系统采用模块化的设计，但各制造商在各模块的具体实现方法、采用标准、技术政策上有着很大的差别，因此各个系统仍然是相对独立而彼此封闭的。
由于以上原因，传统数控系统有着体系封闭、兼容性差、功能不易扩展、人机界面不丰富等缺点，给机床制造商的生产和最终用户的使用、升级等带来诸多不便，也使得数控系统很难应用上计算机技术和网络技术的最新成果，这些都阻碍了数控技术的进一步发展。
2、 开放式数控系统的优势
目前，绝大多数的开放式数控系统都是以 PC 机为平台进行组建的。基于 PC 的开放式数控系统与传统数控系统相比，具有以下明显优势：
第一，硬件系统平台是开放的，且具有强大的运算能力。PC 硬件已经标准化、通用化，且具有很高的性能，完全满足互换性的要求；NC 功能硬件和伺服驱动硬件在市场上有很多专门的生产厂商，他们提供满足多种场合要求的型号，在接口方面可以实现互联，用户可根据实际需要进行选择。
第二，软件系统平台是开放的，很方便进行功能扩展。PC机具有丰富的软件资源和强大的开发工具，很方便进行 NC 控制软件的开发和系统功能的扩展及修改。
第三，开放式数控系统通过功能扩展与软件开发，能很好地满足加工多样化、柔性化方面的需求。
第四，开放式数控系统具有丰富的人机界面和生动的图形和仿真显示，这对降低人员培训成本和系统维护成本都具有比较重要的意义。
第五，开放式数控系统具有方便的通讯联网能力，可以方便地进行计算机群控加工和远程操作，这对减少操作人员数量、降低生产成本有着重要的意义，其采用和 PC 机一样的联网技术，可应用网络技术的最新成果。
3、基于开放式数控系统的热误差补偿的实施思路
通过传统数控系统实施热误差补偿通常需要解决两大问题：一、传统数控系统的自身结构是封闭的，研究人员很难在其上进行二次开发，集成热误差补偿功能，通常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，来集成热误差补偿功能；二、热误差补偿信号要经过原CNC系统才能插入到伺服环中（反馈中断法）或者内置 CNC 控制器中（原点平移法）。这种插入有时是很复杂的，一般需要局部改动 CNC 控制系统的硬件或改变 CNC控制器中的可编程控制器单元的程序。由于上述两个问题的存在，使得这项技术的实现成本较高、技术难度较大、通用性较差，且不利于应用在复杂环境中，这些都阻碍了这项技术的推广。而通过开放式数控系统、使用软件补偿法实施热误差补偿则可以绕过上述难题。PC 平台上有丰富的软件资源和强大的
开发工具，借助它们可以方便地进行热误差补偿软件的开发，其软件功能及与控制系统的集成易于实现。软件补偿法是通过开发的热误差补偿软件，实时地对 NC 程序段中的理想位置进行修正，再制伺服系统执行。此方法避免了上述的信号插入和干涉问题，其补偿精度也较高。
鉴于上述分析，在开放式数控系统上，使用软件补偿法来进行热误差补偿的实施思路是：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。
4、 结语
将热误差补偿控制技术与开放式数控系统结合是高档数控机床的发展趋势。通过开放式数控系统来实施热误差补偿，具有实现成本较低，技术难度较小的优势，因此，具有广泛的适用性，且其补偿精度较高，能有效地实现热误差在线补偿。
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