數(shù)控機床機械加工精度提升中誤差補償法的實踐研究

王少彬

摘 要：誤差是數(shù)控領域永恒探究的問題，在實際的機械加工中，經常會由于各種原因造成加工精度上的誤差，隨著科技的發(fā)展和進步，我國在數(shù)控領域機械加工精度中的工藝不斷提高，文章就數(shù)控機床加工精度提升中誤差補償?shù)募夹g進行探討。

關鍵詞：數(shù)控機床；機械加工；精度提升；誤差補償；技術探討

前言

機械加工精度是指工件再加工后的實際幾何參數(shù)與零件圖紙所規(guī)定的理想值相符合的程度，他們之間的不符合稱為加工誤差，隨著數(shù)控機床機械加工領域的高級精度、高質量、高精度方向的不斷發(fā)展，對于在加工精度上面有了越來越高的要求，通過科學的誤差補償技術可以有效的預防和改善加工精度，本文就具體的加工精度誤差補償技術進行分析探討，以供相關人士參考。

1 機械加工誤差的分析

（1）加工原理誤差。加工原理誤差是在實際的機械零件加工過程中，使用和理論加工方法類似的技術、刀具輪廓以及傳動比等使得產生的零件參數(shù)與理論有所偏差。這也是數(shù)控機床機械加工中最常出現(xiàn)的精度誤差原因。產生這種誤差的原因有兩種：a.實際的加工中使用類似的加工方法，在數(shù)控機床的實際操作中，為了使加工的流程看起來和理論相似，使用的加工方法和理論上有所差距，這必然會造成加工原理上的誤差。b.實際機械加工中使用的工具和理論模具不一樣，比如刀具輪廓的使用，理論上機械加工要求刀具應當具有很高精度的刀具曲面，但是實際操作中，機械加工的刀具不能達到理想的要求，一般會采用近似的刀具曲面，像弧線、直線等線性進行替代，這種情況就會造成刀具輪廓加工過程中帶來的加工理論誤差。（2）工藝系統(tǒng)誤差。a.機械零件受力點位置變化引起誤差。在機械加工工藝的生產中，工藝系統(tǒng)的切削著力點通常會伴隨著切削的位置進行變化，兩者之間位置的變化，使得加工零件受力點在不斷變化，在位置的交錯中，會造成一定的誤差。b.機械加工受力程度的變化引起誤差。在機械加工中，零件受力點在不斷變化過程中，點受到的切削程度也會不一樣，由于被加工的零件本身就存在材質、形狀和尺寸的不均勻情況，在加工的過程中就會形成不同受力點切削的力度不一，形成加工工藝中的誤差。

2 數(shù)控機床機械加工精度提升的誤差補償技術

在現(xiàn)代科技的發(fā)展和應用中，保證機械加工的精度的方法有兩種，一是提高數(shù)控機床的質量，二是采用誤差補償技術，本文著重從誤差補償技術進行精度提升的研究。誤差補償一般又可以分為誤差預防和誤差補償技術，在誤差補償技術中常用的方法是誤差建模、誤差測量、誤差補償實施。

（1）硬件靜態(tài)補償法。在機械加工精度控制中利用硬件靜態(tài)補償法是指通過添加外部硬件機構，在外力的作用下讓機床運用副位置產生與誤差方向相反的運動來減少加工中的誤差。在加工螺絲時由于加工機床絲杠之間存在誤差，通過螺距校正尺來進行絲杠之間的螺距，就屬于是靜態(tài)補償法。由于靜態(tài)補償法的局限性，只能在停止時進行數(shù)值或者是硬件的參數(shù)調整進行補償，在運動時不能進行實時的補償，這種硬件靜態(tài)補償法被使用的頻率相對較低，一般會和其他方法進行綜合使用。（2）靜態(tài)補償法和動態(tài)補償法綜合使用。上面已經給提到靜態(tài)補償法是在數(shù)控機床加工的靜止時，通過調整參數(shù)進行誤差補償，這種補償法可以對精度進行系統(tǒng)補償提高，不能在運動中進行隨機的誤差補償，通過和動態(tài)補償法的相結合可以實現(xiàn)加工精度的大大提高。動態(tài)補償是在加工的切削情況下，依據(jù)機床的工況、環(huán)境條件和空間位置的變化追蹤進行補償量亦或參數(shù)補償，通過運動的實時現(xiàn)狀進行反饋補償，例如在軸承的機床加工中，通過對熱量、幾何形狀、切削程度的監(jiān)控進行及時的參數(shù)修改補償，是一種具有現(xiàn)實實際意義的誤差補償法，但對于數(shù)控機床的技術水平要求極高，投入的成本很大。（3）進給伺服系統(tǒng)補償法。伺服系統(tǒng)是驅動各加工坐標軸運動的傳動裝置。這種補償系統(tǒng)可以正反兩個方向運行，能夠根據(jù)加工軌跡的要求，進行實時的正向或者反向運動，其加工控制精度可以達到0.1微米，另外它的調速范圍寬、快速響應并無超調、低速大轉矩。在典型的數(shù)控機床進給系統(tǒng)中由步進電機構成的開環(huán)控制系統(tǒng)，步進電機的角位移或者線位移與脈沖數(shù)成正比，其轉速與脈沖頻率成正比，它將指令脈沖變成步進電機輸出軸的旋轉運動來控制機床加工；閉環(huán)進給位置伺服系統(tǒng)，它主要是采用直流伺服電動機或交流伺服電動機驅動，機床工作臺的實際位移可通過檢測裝置及時反饋給數(shù)控裝置中的比較器，以便于指令位移信號進行比較，兩者差距有作為伺服電機的控制信號，進而驅動工作臺消除位移誤差；半閉環(huán)進給位置伺服系統(tǒng)，該系統(tǒng)由位置控制單元和速度控制單元構成，光電脈沖編碼器發(fā)出的脈沖，一方面用作位置的反饋信號，另一方面用作測速信號。當點擊的負載變化時候，反饋脈沖信號的頻率將會隨著變化，在實際的機床加工中，通過控制伺服電機的轉速進行精度誤差的減小。（4）修改G代碼補償法。G代碼是編制機床加工程序的語言，G代碼中有刀具的補償功能，像G44、G43是刀具長度補償。G代碼的補償原理是通過對刀位信息的修改來補償誤差的范圍。這種補償也被廣泛用于數(shù)控機床的機械加工誤差補償，例如Hsu等人建立的五軸機床誤差補償模型，根據(jù)對模型對CAM軟件生成的初始刀位進行修改，用修改G代碼的方法完成數(shù)控機床機械加工誤差補償。這種補償方法需要G代碼的編程人員進行工件的幾何形狀確定，確定工藝過程和刀具軌跡，在進行實際的運行中，如果出現(xiàn)位置偏移就需要通過修改G代碼進行誤差補償，一般運用于比較簡單的加工零件，其形狀不復雜，主要是直線和圓弧組成的輪廓，數(shù)據(jù)的處理量不大，在遇到工作量大，復雜的零件時候，就需要通過計算機的G代碼控制進行修改，程序員通過計算機輔助進行編程。（5）坐標偏置補償法。坐標偏置補償法是利用數(shù)控系統(tǒng)的坐標原點偏移，參照位置等信號的反饋進行機床誤差的補償。在程序員進行操作時候，可以通過數(shù)控系統(tǒng)的直觀顯示進行零件加工的誤差校對，對于出現(xiàn)誤差的，可以通過操作數(shù)控系統(tǒng)對原點坐標進行重新設置，使其對出現(xiàn)的誤差進行補償，這種補償方法適用于三軸坐標的數(shù)控機床。這種補償法一般在使用側頭時候用的是固定側頭，同時還需要一定的軟件補償，保證地基的穩(wěn)定。

3 結束語

綜上所述，誤差補償法可以有效的提高數(shù)控機床機械加工精度，并能夠給數(shù)控機床帶來經濟效益。誤差補償可以有效的控制數(shù)控機床機械加工過程的零件精度，有助于提高機械加工工藝技術，能夠適應數(shù)控機械加工企業(yè)的高級精度、高級質量水平化發(fā)展方向。誤差補償法是在原有數(shù)控機床的基礎上，通過科學的技術和手段，來實現(xiàn)零件設計的理論值，目前誤差補償?shù)募夹g已經被廣泛的應用和被相關學者所關注，并且在通過不斷完善和更新誤差補償技術，使其成為現(xiàn)代社會精密工程的主要技術。

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