數(shù)控機(jī)床幾何誤差及誤差補(bǔ)償主要技術(shù)分析

摘 要：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化的發(fā)展對于機(jī)械行業(yè)的發(fā)展具有良好的促進(jìn)作用，同時機(jī)械設(shè)備逐漸向著高精度、高效率的趨勢發(fā)展，因此本文在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)論述了數(shù)控機(jī)床幾何誤差以及介紹了幾種誤差主要修補(bǔ)技術(shù)，從而更好促進(jìn)我國機(jī)械行業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；幾何誤差；誤差修補(bǔ)；主要技術(shù)分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.021

0 背景

目前我國在機(jī)械制造行業(yè)取得了很大發(fā)展，但是在高精度制造方面和國外存在著很大的差距。另外一些行業(yè)對于機(jī)械加工的精度很高，比如集成電路制造行業(yè)，因此如何提高加工制造的精度成為我國機(jī)械發(fā)展面臨的重要問題，本文在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)分析了數(shù)控機(jī)床幾何誤差產(chǎn)生的原因以及介紹了幾種常見的誤差補(bǔ)償技術(shù)，從而更好促進(jìn)我國機(jī)械行業(yè)的發(fā)展。

1 提高數(shù)控機(jī)床精度的重要性

我國的機(jī)械制造行業(yè)起步很晚，在幾十年的發(fā)展過程中歷經(jīng)磨難，從總體上來說，我國機(jī)械制造行業(yè)取得了很大的發(fā)展，但是產(chǎn)業(yè)規(guī)模還較小，很多企業(yè)都是一些小型的制造企業(yè)，只是針對某些行業(yè)，同時這些小企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)能力非常落后，導(dǎo)致我國的機(jī)械加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展不平衡。另外一方面，我國的技術(shù)積累不夠。并且，很多高精密的機(jī)床的核心技術(shù)仍掌握在歐美等發(fā)達(dá)國家手中，中國在這些方面缺乏相應(yīng)的自主知識產(chǎn)權(quán)。因此，在機(jī)械設(shè)計制造方面，很多先進(jìn)的機(jī)床設(shè)備還需要從國外進(jìn)口，但是這些高精度的機(jī)床外國是對中國禁止出口的，因此研制精度更高的機(jī)床是我國機(jī)械制造發(fā)展的重要方向。

2 數(shù)控機(jī)床幾何誤差概述

數(shù)控機(jī)床的幾何誤差主要來自三個方面，第一個是數(shù)控機(jī)床自身設(shè)計的誤差、第二數(shù)控運(yùn)動過程中產(chǎn)生的誤差、第三是由于數(shù)控機(jī)床之間配合產(chǎn)生的誤差。對于三軸數(shù)控機(jī)床來說，在實際工作過程中，在沿著某個方向運(yùn)動時，它的自由度是有六個方向的，那么這樣數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生的誤差就是一個六個方向合成的矢量，其中有三個分量的誤差稱為直線度誤差，而在三個旋轉(zhuǎn)方向的誤差稱為轉(zhuǎn)動誤差。同時一般的數(shù)控機(jī)床是有若干軸組成的，這樣就是數(shù)控機(jī)床的誤差分量總和在幾十個以上，在使用合適的差分補(bǔ)償算法時要充分考慮到主要方向產(chǎn)生的誤差，而要忽略次要方向產(chǎn)生誤差。在具體修正的環(huán)節(jié)，首先要測量數(shù)控機(jī)床在幾何方向的誤差，對于不同的機(jī)床可能測量的方法和使用的儀器是不同的，對于一般的三軸數(shù)控機(jī)床來說，由于它的幾何誤差的分量比其他的數(shù)控機(jī)床要多，因此使用傳統(tǒng)的測量方法無法達(dá)到測量的目的，比如常用的激光干涉儀的測量效果就是很差。因此如何進(jìn)行幾何誤差的測量和修補(bǔ)就顯得十分重要了。

3 誤差補(bǔ)償主要技術(shù)

誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ泻芏啵疚闹攸c(diǎn)介紹一種基于直線插補(bǔ)算法和一種圓形插補(bǔ)算法。

3.1 直線Bresenham算法

進(jìn)行直線差補(bǔ)的原理有很多，最常用的是兩種，一種是基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)的方法，另一種是數(shù)據(jù)采樣差補(bǔ)。本文主要介紹Bresenham算法。Bresenham算法具有高效性和簡易性，迅速得到了應(yīng)用，成為了一種很受歡迎的直線生成算法，它的基本理論是在網(wǎng)格化的繪制區(qū)域內(nèi)尋找最接近理論，基本思想和基準(zhǔn)脈沖理論類型，都是采取很多折線段無線逼近理論直線的觀點(diǎn)。

直線Bresenham算法的主要原理就是通過模擬一組虛擬網(wǎng)格線，這條線是通過各行各列像素的中心，直線從起點(diǎn)到終點(diǎn)的順序依次計算直線與各垂直網(wǎng)格線的交點(diǎn)，然后確定該列像素中與該最近的像素。

現(xiàn)在本論文僅以第一象限的平面直線論述，其他象限的原理一樣，這里就不過多的論述了。如圖1所示，直線的起點(diǎn)為B（），終點(diǎn)是C（），首先通過比較和的大小，誰的值比較大誰作為主軸，我們假設(shè)比較大的話，那么x軸在每一次插補(bǔ)中在脈沖時候，那么y軸則需要通過一個給定的判別式來確定是否發(fā)生一個脈沖信號。我們可以任意選擇圖1上的一點(diǎn)M（）最為提升平臺的當(dāng)前位置，那么M點(diǎn)的下一個位置可能是A（）或者是D（），那么這時候就需要判斷哪個距離離y更近，也就是圖1中誰的數(shù)值更小。

3.2 圓弧插補(bǔ)算法

一般來說，數(shù)控機(jī)床在實際工作環(huán)節(jié)，如果一個平面和兩個軸向平行時，那么這個方向就是圓弧工作的方向，在實際數(shù)控技術(shù)在執(zhí)行圓弧指令時，通過利用數(shù)學(xué)的微分思想來不斷走直線的方式來逼近圓弧，只要滿足一定的精度即可，常用的圓弧插補(bǔ)算法都是通過指令的方法來滿足補(bǔ)償?shù)?。一般插補(bǔ)的算法跟直線類似，但是在實際工作環(huán)節(jié)，如果在進(jìn)行圓弧插補(bǔ)時，只考慮直線的兩個端點(diǎn)時，這時候修補(bǔ)的效果較差，因此在插補(bǔ)過程中還需要考慮其他點(diǎn)的影響因素，這時候如果把圓弧半徑的影響因素也考慮在內(nèi)，那么插補(bǔ)的效果就能達(dá)到不錯的效果。在實際修改圓弧指令時，可以按照直線的修改方式進(jìn)行修改，但是需要考慮半徑的影響，從而保證最終的插補(bǔ)效果。

4 結(jié)語

綜上所示，數(shù)控機(jī)床幾何誤差和誤差插補(bǔ)算法的研究對于提高我國高精度機(jī)床的制造至關(guān)重要，但是由于誤差產(chǎn)生的原因較多，還是需要在保障制造質(zhì)量的基礎(chǔ)上，還要通過研究更加先進(jìn)的插補(bǔ)算法來提高數(shù)控機(jī)床的精度。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：栗江（1977-），男，河南西平人，碩士，講師，研究方向：數(shù)控技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)。