关于数控机床误差补偿技术问题
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关于数控机床误差补偿技术问题
摘 要 本文通过概述现时国内外数控机床误差补偿技术的现状，对其中一些存在问题进行了分析和探讨，针对相关问题和技术难点，进行了理论性的归纳和总结。
关键词 数控机床；误差；补偿技术
0引言
误差对于数控领域而言，是客观上必然存在的。任何数控机床设备在操作过程中，由于客观事实存在的各种因素影响，不可能有百分百的精确度。在科学技术不断进步的今天，人们不断致力于提高数控机床加工生产的精确度。
1数控机床误差补偿技术研究现状
国内外对于数控机床误差补偿技术的历史和研究上有较大差距。其中，国外最早发现机床的热变并且进行相关研究的国家是的瑞士。该国在1933年就发现机床的热变形是影响数控机床定位精度的重要原因，并由此开始了数控机床误差检测、建模和补偿技术等方面的研究。现时国内的数控机床误差补偿技术处于高速发展阶段，数控机床误差补偿技术有望尽早从实验室搬到工业中去实践和应用。
2关于数控机床的误差
数控机床在生产过程中的误差主要有几何误差、热误差及切削力误差三种，几何误差一般是指加工原理、工件装夹、调整、机床导轨导向、机床传动、刀具、机床的主轴回转等方面，由机床装置的制造、装配缺陷等造成的误差；热误差是指数控机床在生产过程中，由于温度的变化，导致工艺系统中诸如刀具等部件出现变形，使工件和机床部件之间的相对位置和运动关系发生变化（热变形），从而造成的误差；切削力误差是指由于刀具磨损、工艺系统的受力变形、工件残余应力引起的变形等各种改变原动力因素影响下所发生的动力误差。在总加工误差当中，这三项误差占总误差的80%左右，是影响加工精度的主要因素。
2.1机床的几何误差
每一台数控机床都必定存在几何误差数值，产生误差数值的范畴包括了加工原理误差（在生产中最为常见，往往出现在刀具结构简单的机床上，是由于采用成形运动或以刃口轮廓进行工件加工过程中所产生的误差。）由于夹具的安装、定位、松紧所造成的工件装夹误差、关于加工尺寸的调整误差，还有机床导轨导向误差、机床传动、刀具结构变化、机床的主轴回转误差等等方面，都属于工件生产过程中的几何误差。数控机床的几何误差多属于硬件误差，因此只要误差值没有超出相关的精度要求，机床设备依然被广泛应用于各工厂企业的生产和加工
中。
2.2热误差
数控机床在生产工件的过程中，每个工序环节中涉及的工序要求不一样，工艺系统的运行中，车床部件或工件会在温度上产生较大的差异和变化，忽冷忽热。在温度变化的过程中，热胀冷缩的物理原理对工件和刀具均会造成一定影响，进而改变工件和刀具之间既定的运行路线和相对运动的角度，造成对精确度的影响，这个过程中所产生的误差就是机床的热误差。热误差从某种意义上说是可以完全避免的，但以现阶段数控机床的硬件条件而言，还没可能完全解决过程中不出现温差这个问题。而对于一些精密度要求较高或者体积较大的工件而言，由于热变形所引起的误差甚至是总加工误差的40%～70%之高。
2.3切削力误差
由于刀具的磨损、机床导轨的制造误差，热变形、工件装夹的误差等原因，会直接导致生产流程中的传动力、惯性、夹紧力度和重力等发生不同程度的变化，从而致使机床的切削力出现误差，从而导致整个工艺系统的受力变形，这就是切削力的误差。切削力的误差是可以通过对机床设备的数据监控、刀具的及时更换和各部件的人为调控等管理手段进行降低，但是无法完全消除。切削力的误差，在工件生产过程中，是普遍性现象。在这里举个例子，某工件的加工流程中，由于切削力发生了改变，致使设定好的工艺系统产生了一定的变形或者振动，刀具和工件之间的基本运动轨迹发生变化，从而造成加工误差，其影响从工件表面的粗糙度上能够直接得到反映。
3误差补偿技术
在对数控机床产生误差的问题所在有一定了解之后，就是如何针对这些问题所在，完善误差补偿方面的技术，从而达到提高数控机床生产加工的精密度这一目的。由于误差预防法的局限性和经济成本过高等原因，利用软件技术进行的误差补偿技术因其既有效又经济的特性而更受关注，这一种“精度进化”的概念更具探索性和可行性。数控机床的误差补偿技术，是通过掌握原始误差值前提下，从硬件上或软件上造出与原始误差反方向相等数值的人为性误差，以达到将误差抵消和降低的效果。
3.1合成补偿法
合成补偿法，是指针对造成误差的单项因素，通过测量得出其原始误差值，再以误差合成公式计算出补偿点的误差反向数值，从而对误差进行相互抵消的办法。现时在行业内通用的机床几何误差模型，是基于SchulLschik教授运用矢量图得出的“机床各部件误差及其对几何精度的影响”这一理论下，Ferreire与合作者们通过更深入的研究所得出的，该模型对单项误差合成补偿法具有突出的贡献。
3.2直接补偿法
直接补偿法就是对整个加工生产过程进行全面细致的测量，找出产生误差的每个点位的矢量误差，并利用差值的方法计算出每个补偿点的误差数，然后对其进行误差修正，直接补偿法要求误差点的确立和误差补偿之间的坐标系必须保持一致，简单而言，其要点在于“精确”二字，如果补偿精度要求越高，那么只能找到整过生产过程中尽可能多的误差点位所在。
3.3相对误差分解、合成补偿法
相对误差分解、合成补偿法，可以通过数据的分析得到大部分的误差补偿数据，然后从中得出数控机床中的每个单项误差，再通过误差合成的方法，对机床中的误差进行补偿。测量方式较为简单，通过单一次的测量就可以获得整个圆周内的基本数据和信息，并对机床的精度和总体评价，相对地有一个基本而全面的了解，是误差分解、合成补偿法的优势所在。
4结论
关于数控机床误差补偿技术的探索和研究，经过国内外数十年的研究，对误差的产生和控制已经达到了一个较为理想的阶段，但要将研究应用于大规模的实践和生产中去，还需要依赖有关人员的进一步努力，特别对于我国而言，探寻更先进的数控机床误差补偿技术，对于增加国产机床的市场份额，提高我国机床设备的技术水平，有着深远的影响和意义。
参考文献
[1]蒋玉峰.浅谈数控机床的通用误差补偿技术[J].中国科技纵横，2011（12）.
[2]郜新新.数控机床误差补偿技术初探[J].科技风，2012（4）.
