馮志宏

（甘肅省西峰職業(yè)中等專業(yè)學校，甘肅 慶陽 745002）

1 引言

數(shù)控機床是制造價值創(chuàng)造的基礎，是基礎制造能力的核心。數(shù)控機床的水平在一定程度上反映了制造水平。高精度的誤差補償是先進數(shù)控機床的主要發(fā)展方向。如何提高數(shù)控機床的精度：一是在應用良好的溫度和振動控制的同時減小誤差，消除或減少設計和制造過程中可能產生誤差的原因，提高數(shù)控機床的機械精度和動態(tài)性能，控制機床內外環(huán)境的措施、氣流湍流等方法來減少誤差原因的影響。二是通過軟件工程和人為制造錯誤消除數(shù)控機床故障的糾錯方法。相對而言，數(shù)控機床精度的提高會遇到很多困難，其中包括改進空間的限制、高昂的成本、不斷改變的加工條件、機器故障等。因此要想提高數(shù)控機床的精度，需要進一步研究數(shù)控機床的誤差補償技術。

2 數(shù)控機床加工中的誤差分類

2.1 機床誤差概念

在實際環(huán)境中，生產加工過程中出現(xiàn)的數(shù)控機床故障種類很多，分別是幾何誤差、加工誤差、熱（變形）誤差、位置/定位誤差、力（變形）誤差、控制誤差以及運動誤差等，這些誤差概念含義如下所述：

（1）數(shù)控機床的幾何誤差。數(shù)控機床加工的實際環(huán)境是按照國際標準給出的，通常是20℃的恒溫。在上述條件和標準大氣壓下，數(shù)控機床在真實狀態(tài)下的位置和參數(shù)應該是正確的，但是由于數(shù)控機床設計的不合理性、不可靠性等缺陷，數(shù)控機床的幾何誤差會偏離理想狀態(tài)。

（2）熱誤差（應變）。在加工過程中，數(shù)控機床受環(huán)境的影響，本身的電機、摩擦以及加工過程中刀具和工件使機床變形，使數(shù)控機床零件脫離原來的位置，熱誤差可以被認為是準靜態(tài)誤差。

（3）力誤差（應變）。數(shù)控機床受到自身重量、加工過程中工件的夾緊力、切削力等內外力的作用，導致數(shù)控機床發(fā)生變形。

（4）加工誤差。在數(shù)控機床的實際生產加工條件下，自身的重力、被加工零件的載荷、實際加工條件的熱分布不均勻等因素導致機床的實際加工路徑偏離理想的加工軌跡，造成尺寸、形狀和位置的誤差。

（5）控制誤差。由于機床數(shù)控系統(tǒng)控制不正確導致的錯誤。主要包括數(shù)控插補、測量傳感器、伺服執(zhí)行器等控制環(huán)節(jié)。

（6）位置/位置誤差。隨著數(shù)控機床從一點移動到另一點，理想和實際條件之間會出現(xiàn)的偏差。

（7）運動誤差。在實際加工中，數(shù)控機床運動軸和旋轉軸的軌道位置與理想狀態(tài)下各活動部件的軌道位置不同。

2.2 數(shù)控機床誤差分類

2.2.1 根據誤差的條件

（1）靜態(tài)誤差。在實際工作環(huán)境中，造成數(shù)控機床誤差的原因有很多，而在生產過程中，有些誤差是不隨時間變化的，數(shù)控機床的合理設計決定了誤差，準確度和誤差不會隨著時間而改變。例如，數(shù)控機床本身缺陷引起的幾何誤差和自重引起的重力誤差取決于數(shù)控機床的材料。

（2）準靜態(tài)誤差。在數(shù)控機床加工制造的情況下，機床實際工作環(huán)境中會出現(xiàn)誤差。在給定的工作環(huán)境中，準靜態(tài)誤差可以非常緩慢地變化并在這些條件下保持不變。例如，數(shù)控機床在一定條件下的工作狀態(tài)引起的準靜態(tài)誤差不會發(fā)生本質變化或變化緩慢。又如，數(shù)控機床在加工過程中受到內外條件和機床熱誤差（應變）的影響等。

（3）動態(tài)誤差。在實際生產加工過程中，數(shù)控機床的誤差是由機床在不同時間的不同加工條件引起的。在這種情況下，數(shù)控機床產生的各種誤差的誤差特征就特別復雜多變，對數(shù)控機床加工產生的工件局部特征也有一定的影響。

2.2.2 按誤差產生來源

（1）位置誤差。在數(shù)控機床各種零部件的生產運動過程中，實際運動軌跡和位置與理想條件下的零件運動位置和軌跡不同，期望運動的軌跡和位置也不同于指令。幾何誤差和熱誤差與位置有關，屬于位置誤差。

（2）非位置誤差。由于數(shù)控機床不同零件和零件在生產運動過程中受外界因素的影響，實際運動軌跡和位置與理想條件下數(shù)控機床運動位置的軌跡不同，熱誤差、力誤差、刀具磨損誤差都是非位置誤差。

3 數(shù)控機床加工誤差補償技術

3.1 數(shù)控機床的誤差建模技術

數(shù)控機床誤差建模是數(shù)控機床誤差分析與修正技術之一。在實際操作中，該技術主要應用于誤差綜合建模分析技術和誤差分析技術。它是數(shù)控機床誤差建模技術的重要組成部分。同樣，在工作過程中，工件和刀具之間也經常存在位移差。在誤差建模技術的應用狀態(tài)下，誤差建?？刂萍夹g可以精確測量，也可以測量上述位移，因此捕捉原始誤差的技術實現(xiàn)綜合技術，可以直接有效地反映誤差。 因此，誤差建模技術在當前的研究過程中得到了廣泛的應用，成為工業(yè)制造領域最具代表性的誤差建模技術。

3.2 數(shù)控機床的誤差測量技術

誤差測量技術是測量機器的誤差。可通過不同激光測量儀器的運行，檢測機床在不同位置、不同環(huán)境、不同溫度下的誤差值，提高數(shù)控機床誤差精度的控制水平。但是，這種測量方法過于耗時，并且在測量過程中造成了大量的資源浪費。因此，該技術通常應用于單項誤差測量過程。簡單誤差測量技術是將測量數(shù)據通過指定的指標因素轉化為數(shù)據模型后，通過對機床的簡單推理和綜合誤差數(shù)據分析來實現(xiàn)誤差測量的技術。這種誤差測量技術在比較優(yōu)缺點時非常清楚，利用這種測量方法降低數(shù)控機床誤差的優(yōu)點是不復雜，測試結果準確度高，工作周期短。

3.3 數(shù)控機床的誤差補償技術

實現(xiàn)誤差補償?shù)募夹g包括離線補償和實時補償兩種技術。在實時校準中，補償器從相關的硬件輔助設備中采集數(shù)據，以達到修正設置數(shù)據中錯誤的目的，然后通過數(shù)控機床的數(shù)據結構和數(shù)據模型對輸入的數(shù)據進行正確處理，并根據上面提供的數(shù)據構建數(shù)據結構和數(shù)據模型來進行實時偏移。

3.4 數(shù)控機床的幾何誤差補償參數(shù)法

幾何誤差補償參數(shù)法與傳統(tǒng)的激光干涉參數(shù)法有關。傳統(tǒng)的激光干涉測量技術是幾何誤差參數(shù)法的一個組成部分，可以有效解決數(shù)控機床本身的運動問題，有效控制機床中存在的誤差。這大大減少了對減少的誤差進行一一測量所需的時間，大大降低了測量的難度和工作量。現(xiàn)有的激光干涉儀可以有效地分析機床的空間誤差，然后基于該技術，建立基本的數(shù)學模型，測量道路的故障要素，對數(shù)據模型進行單獨分析，得到復雜的數(shù)據誤差，減少測量電路，工作量還可以有效降低綜合測量的誤差因素。

3.5 數(shù)控機床的刀具誤差補償技術

數(shù)控系統(tǒng)的對刀過程是計算數(shù)控系統(tǒng)刀具中心軌跡的過程，在加工過程中，數(shù)控系統(tǒng)根據詳細程序中的刀具直徑自動計算刀具中心軌跡。使用偏移寄存器完成零件加工。進行CNC編程時，只需調用刀具補償參數(shù)對應的寄存器編號即可進行加工。進行刀具偏置時，采用交點計算方法，讀取每條線段起點前的兩條線段，計算出交點，并自動將偏置矢量路徑添加到每個方向矢量的左側或右側。因此，工件被加工成圖案的輪廓?；舅枷胧牵涸诿枋鲞B續(xù)體的模型中引入了錯誤參數(shù)條目，可以表示安裝錯誤、裝配錯誤、導桿非方形、非平行、錯位等。顯示數(shù)控機床的誤差條件。接下來，可以推導出每個運動部件中任意點的位置誤差表達式的位置，并用方程求解方程。

3.6 CCD在線誤差補償

基于CCD在線檢測技術，將加工與檢測相結合，為數(shù)控機床加工質量檢測提供了一套有效的方法。實現(xiàn)了加工過程中的自動測量，大大縮短了測量時間，提高了勞動生產率。誤差補償在正常制造精度條件下提高精度并降低成本，打破加工精度的限制，將機床的整體精度提升到一個新的水平，使得超精密加工可以滿足一些切削步驟先進產品的精密零件的CNC加工要求。

4 結語

綜上所述，隨著我國經濟的快速發(fā)展，我國機械制造業(yè)水平有了顯著提高。使用數(shù)控技術來控制加工的設備種類很多，數(shù)控機床就是其中之一，在生產過程、零件和個人上都存在一些誤差，從這個角度來說，大家一定要掌握誤差，靈活運用數(shù)控機床補償技術，提高機床精度。目前，雖然數(shù)控機床的糾錯技術有了很大的發(fā)展，但實時糾錯技術在行業(yè)中應用的并不廣泛。尤其在國內，實時誤差補償技術幾乎停留在理論建模和實驗驗證階段，國內機床制造商從未見過機床的大規(guī)模使用。一是錯誤非常復雜且多變，誤差產生是一個具有非線性分布和時滯特性的動態(tài)過程。二是誤差補償技術，包括數(shù)字控制技術、傳感技術、信號處理技術、微電子技術和控制技術，這種跨學科技術的互動仍然有很多問題需要解決。