提高數控機床機械加工精度中誤差補償的應用

金志剛

摘要：在數控機床機械加工的實際操作過程中，會出現因為各種各樣的原因形成的加工精度方面的誤差，伴隨著經濟飛速發展和科學技術水平的不斷提高，我國關于數控機床機械加工中的各項技術也不斷進步，對加工精度也提出了各種解決策略，加工精度在數控機床機械加工的多種性能指標當中占有最關鍵的地位，展現了機械制造業的發展水平，也是對科技發展水平和工業生產能力進行衡量的關鍵指標之一。本文對數控機床機械加工的誤差進行了分析，具體探討了誤差補償法，為數控機床機械工程中提高加工精度提供借鑒和參考。

Abstract： In the actual operation process of CNC machine tool machining， there will be errors in machining accuracy due to various reasons. With the rapid development of economy and the continuous improvement of scientific and technological level， the various technologies in the machining of CNC machine tools are also constantly improving and various solutions have been proposed for the machining accuracy. The machining accuracy has the most important position among the various performance indexes of CNC machine tool machining， shows the development level of the mechanical manufacturing industry， and is one of the key indicators for measuring technology development levels and industrial production capacity. This paper analyzes the error of CNC machine tool machining， and discusses the error compensation method in detail， which provides reference for improving machining accuracy in CNC machine tool mechanical engineering.

關鍵詞：數控機床;機械加工;精度提升;誤差補償;探討分析

Key words： CNC machine tools;machining;precision improvement;error compensation;discussion and analysis

中圖分類號：TG519.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2018）36-0237-02

0? 引言

在目前的加工制造業當中，數控機床得到了越來越廣泛的應用，它具有機械加工效率高，加工精度高，加工柔性好等良好特點，如何提高加工精度是一直伴隨在數控機床發展過程中的問題，下面主要針對誤差補償在數控機床機械加工中的應用展開分析討論。

1? 對數控機床機械加工精度的分析

第一，工藝系統的誤差。首先數控機床機械的部件受力點的位置如果發生變化，就可能會產生誤差，在機械加工的過程中，根據工藝系統切削位置的變化，受力點也會發生變化，位置不斷變換交錯，就會不可避免的產生一定誤差。然后數控機床機械加工的受力程度發生變化也會引起誤差，零件和部件在加工過程中受力點不斷發生變化，因此受力點所受到的切削程度每時每刻都不同，進行加工的零件在形態和材質方面就存在差異，再加之受力點受到的切削程度不同，會造成工藝系統中的誤差。

第二，加工原理的誤差。加工誤差是數控機床機械加工中最常見的產生誤差的原因，在數控機床機械加工的過程中，傳動比，技術參數，模具輪廓在實際操作和和理論中存在一定差別，實際加工方法總是會與理論預定的加工方法有一定差距，這就會導致加工原理上出現誤差。在實際機械加工過程中，現實使用的模具和理論計劃不同，比如說刀具輪廓，在理論計劃的設定中，機械加工對刀具輪廓的使用標準要求較高，刀具的表面曲面應該是高精度的，在實際中用于數控機床機械加工的刀具很難達到這個標準，就會使用類似的比如直線弧線等刀具的曲面。這種替代的加工方法就會給刀具輪廓加工造成一定誤差[1]。

2? 關于誤差防止

第一，誤差防止，在尋找到誤差產生的原因之后，下一步對數控機床年代已久破舊的零件和部件進行更新換代，更換后對參數進行檢測，看是否重新回到正常水平，通過誤差及時發現數控系統中存在的問題并研討制定解決方案。另外誤差防治誤差出現還能夠節省加工成本，在平衡溫度場，削弱數控機床熱變形，降低熱源升溫方面發揮著一定作用，但是它并不能完全保證對誤差源的控制。誤差防止法是提升數控機床機械加工最從根本出發的方法，同時該方法存在一定的局限性，它受機械加工母機精度和加工成本膨脹的制約。

第二，幾何和尺寸誤差的防止，如果數控機床產生問題，那么每個零部件之間關于比例也會出現誤差。在對于誤差修復的過程中，首先要了解機床結構的幾何尺寸特征，發現不足的地方當作進行誤差檢測的理論依據，節約維修時間。利用幾何和尺寸誤差防止方法來維護數控機床，保證機械加工過程順利進行。很多國家花費許多人力物力財力來控制機械加工過程中幾何和尺寸誤差，不斷研究開發精度較高的導軌和主軸軸系，采取使用新型材料，開發新工藝等手段。很多專家不斷加深關于數控機床工作臺、滑枕、床身、絲杠等有關零部件的研究，包括動剛度、靜剛度以及拓撲優化等方面的研究，目的是提升整臺數控機床的高精度性能，這些零部件的動剛度、靜剛度、溫度變化對數控機床的機械加工精度有很大影響。

第三，熱變形誤差的防止，為了避免出現熱變形情況，要對機械加工過程進行溫度把控，數控系統依據溫度來針對安全隱患進行平衡調節。當加工的生產環節溫度超過標準時，可以利用冷循環去除一部分熱量，因此，對溫度循環系統的相關設定也非常關鍵。熱變形誤差大體是這樣產生的：溫度過高的部件產生的熱量利用輻射或者接觸面向周圍傳播，因此會使零部件變形，從而產生誤差，熱變形具備多變量、強耦合、長時滯、非線性等特點。關于熱變形誤差的探究比幾何誤差時間晚一些，利用把控熱傳遞路徑、降低熱源、設計熱穩定結構等主要方式來減少熱變形誤差，經常使用的方式：建立熱源平衡溫度場，創新數控機床的格局設計，重視潤滑與冷卻，掌握發熱程度和熱源[2]。在數控機床機械加工中，假如出現精度下降的趨勢，就說明會產生誤差，可以利用誤差補償法對已經出現的各種誤差實行補償，來促進對誤差的掌控。數控機床和傳統機床不一樣的地方是，前者是由程序控制整個加工過程的，就是人工化向自動化完成了轉變，實行誤差補償的時候，另外也要對程序以及數控系統不斷改進，依據誤差的根本來源實行對應的誤差補償法，誤差補償的實質就是根據實際情況創造一個全新的誤差，通過這個全新的誤差補償加工過程中出現的最初誤差，必須整合分析整理最初誤差的規律，建造一個與最初誤差大小一樣，方向相反的誤差補償模型，最終完成對誤差的補償。

3? 誤差補償法在數控機床機械加工中的實際應用

誤差補償法在提高數控機床機械加工的實際應用中越來越廣泛，對于提高數控機床加工精度的方法一方面是加強數控機床的質量，另一方面就是采取誤差補償法，誤差補償在大多情況下又分為上文提到的誤差防止和誤差補償法，下面具體分析一下誤差補償法在機械加工過程中的實際應用。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。

第一，硬件靜態補償法。硬件靜態補償法在數控機床機械加工過程中指的是增加外部的硬件結構，利用外力使數控機床通過副位置進行和誤差方向相反的運動，以此來減少誤差，在對螺絲的機械加工過程中，加工的數控機床絲杠之間會產生誤差，利用螺距校正尺來進行對數控機床絲杠進行螺距，就是一種靜態補償法。靜態補償法存在一定的局限性，不可以在運動過程中實行補償，只可以在對硬件各種參數或者數值實施平衡調整時實行補償。硬件靜態補償法很少單獨使用，大多情況下與其它方法結合使用。

第二，靜態補償法和動態補償法的結合使用。上文提到的靜態補償法，是在數控機床機械加工過程停止時實行誤差補償，因為本身具有局限性所以不會單獨使用，如果把靜態補償法和動態補償法結合起來，就可以實現相互的取長補短，提高促進加工精度的效率。動態補償法是在進行數控機床切削加工過程中，根據數控機床的空間位置，機床的實際加工情況，加工環境的具體變化，實行參數補償或者補償量，依據運動的實際情況來實行反饋補償。比如在軸承的數控機床加工過程中，利用對切削程度、熱量溫度、幾何形態的掌控來實行參數補償，動態補償法和靜態補償法相比更有用實用性，但是局限性在于投入成本較高，技術水平要求也更嚴格[3]。

第三，進給伺服系統補償法。伺服系統是對每個驅動加工坐標軸有關運動的傳動裝置設備。這種補償系統可以依據加工軌跡的標準，進行正反方向的運動，它的加工精度最精細可以0.1微米，并且它具有及時反映、調速范圍廣闊、低速大轉矩等優點。在目前數控機床機械加工的過程中，數控機床進給系統主要包括開環控制系統和閉環進給位置伺服系統以及半閉環進給位置伺服系統，在實際的加工過程中，利用對伺服電機轉速的控制減少精度誤差。

第四，修改G代碼補償法。G代碼是編制數控機床機械加工程序的一種專業語言，G代碼中對刀具的具有補償功能，像比如G44、G43就是對刀具長度的補償。G代碼的補償原理是利用對刀具刀位信息數據的修改來補償原始誤差的范圍。G代碼補償法目前也被越來越廣泛的應用于數控機床機械加工的誤差補償當中，比如五軸數控機床誤差補償的模型，依據誤差補償模型關于CAM軟件形成的原始刀位實行修改，用修改G代碼的手段來實現對數控機床機械加工的誤差補償。這種修改G代碼的補償方法需要相關G代碼的編程工作人員對機床工件的幾何形態進行確定，然后確立刀具軌跡的標準和加工工藝的具體過程。在數控機床的機械加工過程中，假如出現位置偏移就可以利用修改G代碼的方法實行誤差補償，這種補償法大多情況下運用于相對簡單的零部件，輪廓一般是由直線和圓弧組成的，數據也不需要太復雜的處理，如果出現數據量和工作量比較大的零部件的時候，程序員就要使用計算機進行輔助編程，對計算機的G代碼控制實行相應修改[4]。

第五，坐標偏置補償法。所謂的坐標偏置補償法就是指通過數控系統對參照位置，坐標原點的偏移等相關情況的反饋來實行誤差補償。程序員或者工作者在操作過程中，可以利用數控系統對零部件加工進行誤差校對，如果出現誤差，可以對坐標原點利用數控系統重新設置，這種坐標偏置補償法適合應用于三軸坐標類型的數控機床機械加工過程，對側頭的使用大多是固定側頭，再加之適當的軟件補償，保障穩定的地基。

綜上所述，在數控機床機械加工的過程中，誤差補償法能夠提高加工精度，提升數控機床機械加工的技藝，達到數控機床機械加工的高精度要求，利用誤差補償法來提升精度被逐漸重視。在目前發展過程中，誤差補償法依然存在一些問題和不足，應加強誤差補償法在數控機床中的創新和改進，不斷完善誤差補償法，發揮誤差補償法在提高機械加工中的關鍵作用。

參考文獻：

[1]王少彬.數控機床機械加工精度提升中誤差補償法的實踐研究[J].科技創新與應用，2017，1（10）：163.

[2]趙秀芹.數控機床機械加工精度提升中誤差補償法的實踐研究[J].山東工業技術，2017，1（18）：25.

[3]丁來軍.誤差補償在提高數控機床機械加工精度中的應用[J].科學技術創新，2016，1（10）：23.

[4]宋江濤，姜敦香.誤差補償在提高數控機床機械加工精度中的應用[J].中國科技投資，2016，1（13）：123-124.