提高數(shù)控機床機械加工精度中誤差補償?shù)膽?yīng)用探討

程天鵬

（新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000）

在現(xiàn)代化制造業(yè)中，數(shù)控機床憑借著其加工柔性好、加工效率高和加工精度高等方面的優(yōu)勢，已經(jīng)取得了廣泛的普及和應(yīng)用。而在數(shù)控機床的各項性能指標(biāo)中，加工精度是最重要的指標(biāo)，是機械制造業(yè)發(fā)展水平的重要體現(xiàn)，更是衡量科技和工業(yè)生產(chǎn)水平的重要指標(biāo)之一。文章對數(shù)控機床的加工誤差進行了分析，尤其重點探討了誤差補償法在提升加工精度方面的應(yīng)用，希望對推動我國機械制造業(yè)的發(fā)展能夠提供參考和借鑒。

1 機械加工誤差概述

一般而言，影響數(shù)控機床加工精度的因素主要有加工系統(tǒng)誤差和隨機誤差，具體則包括：①機床設(shè)備是機械制造的產(chǎn)物，所以不可避免地就會帶有原始制造誤差；②數(shù)控機床依靠數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)自動加工運行，所以數(shù)控系統(tǒng)的誤差也會影響到最終的加工精度；③切削加工會產(chǎn)生熱量，而這個熱量會引起工具和刀具等出現(xiàn)一定程度的熱變形，進而產(chǎn)生誤差；④機械切削加工會產(chǎn)生切削力，而切削力也會導(dǎo)致工件、刀具、夾具甚至是機床本身發(fā)生一定程度的變形，這自然也會帶來誤差；⑤現(xiàn)代化的數(shù)控機床一般都集成了檢測系統(tǒng)，但檢測系統(tǒng)本身也可能會產(chǎn)生誤差；⑥機床工作時的振動誤差影響；⑦因為加工環(huán)境和工況變化而導(dǎo)致的誤差；最后，其他誤差。

在分析確定可能導(dǎo)致機床出現(xiàn)加工誤差的因素后，提高加工精度就可以主要采用以下2方面的措施：①通過提升機床的設(shè)計、制造和裝配水平以及改善加工環(huán)境來盡可能地消除誤差源，比如采用高剛度的機床主軸、提升機床滾珠絲杠的制造精度、最大限度地降低機床導(dǎo)軌誤差以及預(yù)熱機床等措施，這些措施都可以有效防止誤差的產(chǎn)生；②分析當(dāng)前加工誤差的表現(xiàn)形式，然后建立誤差補償模型，通過人為地添加一個新的誤差來實現(xiàn)與原有誤差相抵消的效果，進而實現(xiàn)機床加工精度的軟升級。文章將重點探討誤差補償法在提升數(shù)控機床加工精度方面的應(yīng)用。

2 誤差補償法

在實際加工過程中，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)控加工的精度降低，那么必然代表著誤差產(chǎn)生，此時就可以運用誤差補償法來對既有誤差進行補償，以實現(xiàn)消除和調(diào)控誤差的目的。與傳統(tǒng)機床不同，數(shù)控機床的加工過程是由程序控制實現(xiàn)的，即加工過程實現(xiàn)了自動化，所以在進行誤差補償時，也必須針對數(shù)控系統(tǒng)和加工程序進行完善，先確定誤差來源和形式，再有針對性地應(yīng)用誤差補償法。誤差補償?shù)谋举|(zhì)是人為地制造一個新的誤差，并用這個新誤差去抵消或減弱導(dǎo)致加工精度下降的原始誤差。在這一過程中，需要通過分析、統(tǒng)計和歸納等方法來掌握原始誤差的特點和規(guī)律，并進一步確保所構(gòu)建的誤差補償模型與原始誤差做到大小相等、方向相反，進而實現(xiàn)誤差補償?shù)哪繕?biāo)。

（1）切削力誤差分量識別。切削力是由刀具部分決定的，當(dāng)前已經(jīng)可以通過數(shù)學(xué)建模的方式來計算參數(shù)。待數(shù)學(xué)模型建立后，就能夠?qū)栴}進行及時識別并加以處理。此外，在機械加工過程中，振動幅度過大也會影響到最終的加工精度，而通過對模型各項額定參數(shù)的觀察，就能夠科學(xué)地得到最終調(diào)整方案，將加工進程中的噪聲和振動控制在可以接受的范圍內(nèi)，進而最大限度地消除其對數(shù)控加工過程中的影響。

（2）誤差辨識。在對數(shù)控加工誤差進行補償時，首先要做的就是對誤差進行辨識，辨識的準(zhǔn)確性會直接影響到誤差補償精度。誤差辨識是一項復(fù)雜而費時的工作，國內(nèi)外眾多學(xué)者都進行了相關(guān)的研究，而且提出了不少誤差辨識方法，但總的來說，這些方法可以被歸納為以下三類：單項誤差直接測量、綜合誤差測量以及間接測量。

（3）誤差補償技術(shù)。根據(jù)誤差補償?shù)倪^程和原理，加工誤差補償技術(shù)又可以進一步分為3類：①靜態(tài)補償法。這種方法是預(yù)先就設(shè)定好誤差補償值，然后按照設(shè)定的值進行補償，這顯然具有很大的缺陷；②實時誤差補償法。這種方法是根據(jù)硬件系統(tǒng)的檢測和反饋來進行補償，它能夠根據(jù)反饋到補償系統(tǒng)的信息實時調(diào)整補償值，進而可以切實提升加工精度去，缺點是無法補償所有誤差元素；③綜合動態(tài)補償法。這是在實時誤差補償法的基礎(chǔ)上開發(fā)的，它能夠根據(jù)工況、環(huán)境條件和空間位置變化來對補償量進行動態(tài)調(diào)整，而且能實現(xiàn)對各種誤差的綜合補償。

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