提高機床加工過程的精準度探析

摘 要:文章結合作者的實際工作，主要從誤差補償和誤差防止兩個方面詳細探討了提高機床加工過程中的精準度問題，簡單了對國內外的數控機床現狀做了介紹，重點針對數控機床加工過程中的誤差引發因子進行了進一步的闡述和分析，，在文章的最后結合一些企業的具體情況，提出了如何才能減少誤差以及如何才能做好誤差補償等技術性的問題。

關鍵詞:誤差補償機床精度誤差建模

中圖分類號:TP273文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(b)-0064-01

引言

目前，無論是工業比較發達的西方國家，還是工業較為發達的一些發展中國家，數控機床都因其柔性好、自動化程度高、加工精度比較高等一些優點，在機械制造業中得到了廣泛的應用，在短時間內就得到了迅速的發展與普及，眾所周知，衡量整個數控機床使用與設計性能優劣的唯一指標就是對零部件的加工精度。對于數控機床考核的主要精度指標有加工精度、重復定位精度與定位精度，加工精度通常被視為是數控機床的最終精度，加工精度是衡量整個機床工作性能好與壞的最關鍵的精度指標，它體現了機械加工業的加工能力和研發水平，常常被作為衡量一個國家工業水平和科技研發的重要標志。國內外的一些科研院所、高校和研發機構為了提高機床的加工精度，科技人員都在圍繞著數控機床的誤差分析、誤差模型和誤差補償等一系列的課題開展大量的研究，尤其最近幾年，在這一方面取得相當優越的成果，很多技術已經被廣泛地應用到數控機床的加工中。

1誤差防止法

誤差防止就是利用在制造和設計的過程中，通過科學設計、機床裝配、零件加工、使用和環境控制來進一步消弱或縮小誤差源。實踐告訴我們，誤差防止法通常對一些因為均衡溫度場、降低加工熱源的溫升以及減少數控機床熱所帶來的變形是最有效的，它的缺點就是不可能消除全部的熱變形以及一些幾何誤差所引發的誤差源。誤差防止法在整個加工過程中是確保數控機床的加工過程中高精度的最根本的方法，由于這種誤差防止法會受加工母機具體的精度所制約，加上一些零件質量的不斷提高，經常會導致整個加工成本的進一步膨脹，所以讓誤差防止法的使用在一定程度受到了限制。

1.1 尺寸誤差防止

對數控機床的幾何誤差的分析和研究一直伴隨著整個機床的發展與產生的過程。數控機床的幾何誤差通常都是來自整個機床部件的配合、制造缺陷、機床部件的靜變形和動變形等等。為了減少和防止機床每一個零部件在安裝和制造的過程中所產生的幾何誤差，科研機構投入了巨大的物力、人力用于開發和研究一些高精度、高質量的導軌和主軸軸系，使用新材料和改進工藝等相應的措施；一些科研人員對機床的滑枕、床身、工作臺、立柱、絲杠等機械相關的部件進行了動、靜剛度、拓撲優化和抗振性分析等一系列的研究，目的就是為了更進一步地提高整臺數控機床的相關精度性能。因為上述部件的溫度變化和靜、動態剛度都在一定程度上限制了整臺數控機床的加工準度和精度。

1.2 熱變形誤差防止

隨著科技的進一步發展，各行各業對數控機床的精度要求也在一步步地提高，熱誤差在整個總誤差之中所占的比重也在進一步地加大，特別是在一些精度相對較高的超精密、精密的加工制造領域，熱變形所帶來的誤差嚴重地影響了整個數控機床的加工精度，減小和消弱熱變形誤差已經成為提高整個加工精度的唯一通道。數控機床加工過程中的熱誤差主要來自軸承、馬達、液壓系統、傳動件、冷卻液、環境溫度等，這些機床的內外熱源所引發的機床本身部件的熱變形而導致的。熱變形的誤差產生原因主要就是因為一些發熱的部件所產生的熱量通過了具體的接觸面或者輻射在源源不斷地向四周傳遞熱量，這樣就將必不可少地導致了一些零部件的變形，因此具有長時滯、多變量、強耦合和非線性的一些特點。對于熱變形所產生的誤差主要是通過整個加工過程中逐步控制整個熱傳遞的相關路徑以及減小或降低熱源，現在應用最廣的就是熱穩定的結構設計，熱穩定的結構設計屬于減少數控機床加工過程熱誤差的最理想技術，具體措施主要包括(1)設置一些輔助的熱源均衡溫度場；(2)科學合理地控制整個加工的環境溫度；(3)優化機床設計和布局；(4)控制發熱量和熱源；(5)具體加強過程中的潤滑與冷卻。

2誤差補償法

誤差補償通常都是人為地產生誤差，然后再利用這些人為誤差去抵消或減弱原始誤差的一種方法，通過統計、分析、歸納和掌握整個加工過程中的原始誤差規律與特點，逐步建立和完善一套誤差物理模型，確保原始誤差和人為誤差兩者之間的方向相反、數值相等，這樣就能大大減少整個加工過程中的誤差，進一步地提高幾何精度和零件尺寸。誤差建模、元素檢測、誤差補償、控制誤差都屬于機床的誤差補償技術中的重要步驟，誤差補償的重要步驟就是機床的誤差模型的建立以及對機床誤差的檢定。最新文獻顯示，國內外的一些研究機構和高等院校近幾年都做了大量的數控機床的誤差補償方面的課題研究。不過誤差補償的技術只是對數控機床最后所出現的具體誤差值進行自動的修正，而不不是對整個機床的結構和加工制造做一些改進，所以說誤差補償屬于提高整個數控機床的加工精度的方法中，唯一一個能和經濟效益掛鉤的。誤差補償技術通常都是分為三種:其一、就是靜態補償法:就是按照預先所設定的值進行相應的補償，而不是按照具體的情況反饋，因此這種方法的弊端比較大；其二、實時補償法:它主要是依靠相應硬件系統的反饋和檢測來補償，它可以進行實時的調整補償量來提高整個加工的精度，但它不能完全補償其他的誤差元素；其三、綜合動態補償法，它屬于實時補償技術的進一步發展，可以依據環境、工況條件以及空間位置的具體變化進行自動調整的補償量，同時還能對所有的誤差進行一定的綜合補償。

3結語

總之，國內外專家學者對機床的誤差補償與防止技術做了很多的研究，已經取得了相當重要的成果，為進一步的深入研究和應用提供了幫助。誤差補償仍然存在很多需要解決的問題:誤差建模方法的改進，以及如何提高誤差補償模型的魯棒性、通用性和誤差辨識的速度、精度。通過誤差補償技術來提高機床精度目前越來越受到重視，隨著精度要求越來越高，熱誤差補償也變得至關重要。加強企業自主創新能力，提高誤差補償技術與數控技術，將誤差補償技術嵌入數控系統。

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