數(shù)控機(jī)床誤差的辨識新方法研究及補(bǔ)償

苗 壯

（齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

近年來，數(shù)控機(jī)床的使用越來越廣泛，但在應(yīng)用過程中，還是會出現(xiàn)一些誤差，其中最主要的就是熱誤差和定位誤差，只有減少這兩種誤差的影響，才能提高數(shù)控機(jī)床的加工精度。而且隨著社會的發(fā)展，對數(shù)控機(jī)床的精度要求也越來越高，但是越是精密的機(jī)床，熱誤差占總誤差的比例也越高，所以必須對熱誤差進(jìn)行補(bǔ)償。機(jī)械加工誤差是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)之間偏差的程度。在實(shí)際零件加工過程中，由于各種原因，加工出的零件幾何參數(shù)與理想零件的幾何參數(shù)總有一定的誤差，造成零件不合格甚至產(chǎn)生廢品。

1 數(shù)控機(jī)床誤差的辨識方法

（1）數(shù)據(jù)評估法。這種方法是測量機(jī)床的每一個軸的直線度和垂直度，將測試的數(shù)據(jù)和最初時的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可以根據(jù)機(jī)床幾何精度的變化，單獨(dú)制作一個圖形，就可以通過圖形找出直線誤差或者垂直誤差。還可以將實(shí)驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)都畫在一個圖上，得到占空率對機(jī)床精度的影響。通常情況下，機(jī)床軸可以判斷直線度的誤差，橫軸上的直線度數(shù)據(jù)通常都不能超過3微米，因?yàn)闄M軸有一定的熱敏感性，只從傳感器上收集到的數(shù)據(jù)就可以觀察出其中的差別。

（2）球桿儀檢測法。當(dāng)機(jī)床在運(yùn)行時，管理人員經(jīng)常會使用球桿儀來測量機(jī)床運(yùn)動的進(jìn)度，因?yàn)樵诙喾N不同誤差的影響下，會組成一個統(tǒng)一的誤差軌跡。在對誤差進(jìn)行分離時，應(yīng)該參照每一個誤差軌跡的特點(diǎn)進(jìn)行針對性的分離，最后才能夠準(zhǔn)確地辨識出每一個誤差。同時，球桿儀還有模擬誤差的功能，通過模擬，可以對某一個已經(jīng)存在的誤差進(jìn)行等比例拉伸或者收縮，保證誤差軌跡中的數(shù)值不會變化，從而可以為單向誤差的辨識提供依據(jù)。另外，為了更好地提高辨識結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)該對間隙誤差實(shí)施補(bǔ)償，如果出現(xiàn)反向的間隙誤差，而且還存在反向越?jīng)_的時候，首先應(yīng)該確定其在軌跡中的位置，然后計(jì)算其大小。

（3）激光干涉儀測量法。激光干涉儀測量法是一種比較完善和成熟的工具，因?yàn)閿?shù)控機(jī)床本身就十分復(fù)雜，其運(yùn)行過程中出現(xiàn)的誤差也比較復(fù)雜，如果要逐個測量這些誤差，一定要花費(fèi)很長的時間。使用激光干涉儀可以辨識機(jī)床的線性定位誤差，提高誤差辨識的速度。在使用激光干涉儀測量定位誤差時，首先需要將干涉鏡固定好，接著移動反射鏡，將三個數(shù)軸上的定位誤差都測量出來，這個過程需要安裝三次激光干涉儀。通過光束反射的頻率可以對位移進(jìn)行測量，最后就可以得到機(jī)床運(yùn)行過程中出現(xiàn)的誤差。

2 數(shù)控機(jī)床誤差的補(bǔ)償

（1）測量誤差。在數(shù)控機(jī)床中，常見的誤差就是定位誤差和熱誤差。其中定位誤差主要指與位置有關(guān)系的幾何方面的誤差，這些誤差產(chǎn)生的原因主要就是機(jī)床本身存在缺陷，還有就是一些部件的配置存在問題，這種類型的誤差一般都可以通過數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償。而且定位誤差不但和溫度有關(guān)系，而且和具體的位置也有關(guān)聯(lián)。所以，需要記錄在不同溫度下的測量誤差值，然后通過使用插補(bǔ)法，建立一個定位誤差和溫度、位置之間的關(guān)系模型圖，就可以進(jìn)行針對性的補(bǔ)償。

（2）安裝補(bǔ)償裝置。第一步就是在機(jī)床上安裝一些溫度傳感器，然后將傳感器的接口和補(bǔ)償器之間連接起來，能夠及時、準(zhǔn)確地測量出機(jī)床的溫度，然后可以更完整地預(yù)測出數(shù)控機(jī)床中可能存在的誤差。同時，需要在補(bǔ)償器上連接一個位移傳感器，能夠準(zhǔn)確地檢測出經(jīng)過補(bǔ)償之后的機(jī)床的主軸的熱偏移。最后就是連接電腦上的串口和補(bǔ)償器的串口，使用上位機(jī)的程序?qū)ζ溥M(jìn)行調(diào)試。另外，補(bǔ)償器還應(yīng)該連接到數(shù)據(jù)系統(tǒng)當(dāng)中，這樣就可以簡化外部的輸出線，然后留下一個觸發(fā)的信號線，這樣就可以很好地控制最大的輸出偏移量。

（3）誤差補(bǔ)償效果。通過測量，可以計(jì)算出定位誤差的值，然后可以對定位誤差和主軸上產(chǎn)生的熱誤差進(jìn)行一個整體建模，最后使用誤差補(bǔ)償裝置進(jìn)行一個綜合性的補(bǔ)償。在進(jìn)行補(bǔ)償之前，首先應(yīng)該測量機(jī)床的運(yùn)動軸，接著需要測量一個補(bǔ)償裝置輸出的特性。如果不考慮溫度的影響，在進(jìn)行補(bǔ)償時，應(yīng)該以第一次測量時得到的最大位移值作為依據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償。但是在實(shí)際過程中，如果不考慮溫度的影響，數(shù)控機(jī)床的誤差補(bǔ)償依然還是會存在一些數(shù)據(jù)上的誤差，不能真正實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償?shù)哪康?。所以，必須考慮溫度變化的量，才能更好地提升定位誤差補(bǔ)償?shù)男Ч?。與定位誤差一樣，在對熱誤差實(shí)施了補(bǔ)償之后，獲得的徑向誤差比原來的減小了四分之三。通過對數(shù)控機(jī)床誤差的補(bǔ)償，使其誤差得到了很大改善，提高了機(jī)床的精度，有很高的實(shí)用價值。

3 結(jié)語

現(xiàn)在對于數(shù)控機(jī)床的誤差補(bǔ)償，很多人都會忽略了溫度的影響，導(dǎo)致最后的補(bǔ)償精度不準(zhǔn)確。所以，需要在不同的溫度下對誤差進(jìn)行辨識，使用不同的方法，確定誤差的位置，采用靈活的補(bǔ)償方法，保證數(shù)控機(jī)床工作的精度，提高工作效率。為了提高數(shù)控機(jī)床的加工精度，技術(shù)人員必須對數(shù)控加工過程中所產(chǎn)生的誤差進(jìn)行詳細(xì)分析，找出產(chǎn)生加工誤差的原因，及時采取相應(yīng)措施，減少生產(chǎn)損失。