在大型/重型數控機床的應用中，由於發熱、切削力和軸承準靜態負載（zǎi）產生的變（biàn）形嚴重影響著工件的加工精度和加工效率（lǜ）。如何實時測量並補償各種原因造成的變形成為提升數控機床性能的重要課題。示意（yì）圖1中即描述了由於主軸軸（zhóu）承發熱而引起的刀具中心點位置變（biàn）化的典型情況。

　　為控製數控機床的熱變形，傳（chuán）統的方法是使用應變儀，但這要求有體積大且（qiě）昂貴的專用控製電子器件，且隻能借助結構的熱模（mó）型進行局部變形測量。同時，這種建立結（jié）構熱（rè）模型的方法是一種（zhǒng）靜態、線性的、基於結果的測量（liàng）和（hé）補償（cháng）方法，不能滿足加工（gōng）過（guò）程中對變形進行實時性和非線（xiàn）性測量和補償（cháng）的需要，不能良好的對機（jī）床變形進（jìn）行（háng）測量和誤（wù）差控製，如（rú）圖2所示。

圖1. 主軸軸承發熱而引起的刀具中心點的位置變化

圖2. 因機床變造成的名義運動軌跡和實際運動軌跡的誤差

　　Sintesi SpA公司基於激光編碼器LASDE構建傳感器測量（liàng）網絡，可對各種結構數控（kòng）機床實時進行三維空間變（biàn）形測量和控製。

　　1. 激光編碼器LASDE

　　LASDE是Sintesi公司在精度等級和成本上都較為適用於（yú）數控機床應用的激光編碼器，它由激光源、激（jī）光靶和信號處理（lǐ）盒組（zǔ）成，能夠在長達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（biān）碼器LASDE參數表

　　2. 數控機床空間三維測量網絡的構建

　　顯（xiǎn）然（rán），由於數控機床變形的複雜性，僅利用激光編碼器進行單軸變形測量（liàng）並不能反映出刀具中心點的變形情況。Sintesi的變形控（kòng）製解（jiě）決方案采用多（duō）個LASDE激光編碼器在數控機床上構造傳感器網絡，網絡的基本單元（yuán）為（wéi）光學三角形（xíng），如圖4所示。采用LASDE激光編（biān）碼器網絡的方式，能（néng）夠實時、高精度地將刀具中心點的三維變形量測量出來（lái），發送給數控係統進行補（bǔ）償。

圖4. 基於激光編碼器LASDE構建傳感器網（wǎng）絡

　　根據特定（dìng）的應用，也可（kě）以構建（jiàn）為二維或三維網絡進行不同的空間測（cè）量，其中（zhōng）唯一的要求（qiú）為每個網絡側麵（miàn）具有光學可（kě）見性。同時，此解決方案靈活性很大，可適用於不同的（de）機床構造或各種幾何形式的軸。

　　3. 數控機（jī）床變形造（zào）成的（de）誤差

　　補償數（shù）控係統讀取LASDE激（jī）光編碼器測量的高精度變（biàn）形值後對誤差進（jìn）行（háng）補償，修正數控機床的運動，以減小加工誤差、增加加工效率，如（rú）圖5所示。在使用高速加工工件時，測量和控製的（de）實時性尤為重要，目前比較成熟的方式是采用實時性較好的測量元件和控製係統來進行，例如LASDE激光編碼（mǎ）器和Orchestra控製係統就能夠實現較高的實時性。

圖5. 數控機床變形誤差補償流程

　　通（tōng）過LASDE構建變形測量和（hé）控製網絡（luò），能夠有效的提高數控機床的加工精度（dù）達80%，這會在大型、重型數控機（jī）床包括龍門機床以及CMM測量機上有廣泛（fàn）的應（yīng）用。事實上，大型龍門（mén）數控機床在不同的加工（gōng）位置、不同的加工速度時的變形較為複雜（如圖6藍色、紅色兩（liǎng）種加工狀態所示），無法用既定的數學模型進行事先補償，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示意圖