數(shù)控機(jī)床精度及誤差補(bǔ)償技術(shù)

趙 亮

（齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

1 數(shù)控機(jī)床的誤差分析

通常情況下，在對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程中，其零件的精準(zhǔn)度在很大程度上被工件與切削刃在切削過(guò)程中的相互位置所影響。假設(shè)數(shù)控機(jī)床在切削的過(guò)程中與夾具的工藝體系中的所有環(huán)節(jié)位置偏離，將會(huì)產(chǎn)生巨大的誤差。往往在數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程中，其誤差源于多方面的誤差元素，數(shù)控機(jī)床的誤差也分為許多種，其中包括了：幾何誤差、熱誤差、力誤差、隨機(jī)誤差等，分類(lèi)的方式有很多種，數(shù)控機(jī)床的誤差種類(lèi)也多種多樣。

（1）數(shù)控機(jī)床的定位誤差。對(duì)于數(shù)控機(jī)床的定位而言，難免出現(xiàn)一些誤差，而數(shù)控機(jī)床的定位誤差通常分為四項(xiàng)：①系統(tǒng)誤差，這種誤差是指一定行程中的周期性誤差，而這種誤差產(chǎn)生的誘導(dǎo)因素通常是數(shù)控機(jī)床位移系統(tǒng)中的基本元素，例如絲杠、螺母等零部件，也包含了部分測(cè)量系統(tǒng)的簡(jiǎn)單元件，例如刻度尺等；②隨機(jī)誤差，這種誤差是指機(jī)床的移動(dòng)部件在反復(fù)移向某個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的過(guò)程中，出現(xiàn)定位偏差，這種誤差是一個(gè)數(shù)學(xué)領(lǐng)域的概念；③反向定位的矢動(dòng)量誤差，這種誤差是指數(shù)控機(jī)床在對(duì)某一位置作正負(fù)方向的定位之后，兩個(gè)靜止的位置之差；④最小可能移動(dòng)量，所謂最小可能移動(dòng)量是機(jī)床在移動(dòng)執(zhí)行件的過(guò)程中能夠給出的最小位移量的值，從理論上來(lái)說(shuō)，最小可能移動(dòng)量與數(shù)控系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量相等，但導(dǎo)軌摩擦特性、工作臺(tái)上放置工件的慣性等各方面的綜合作用都導(dǎo)致了最小可能移動(dòng)量遠(yuǎn)超于脈沖當(dāng)量值，這就導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床的誤差產(chǎn)生。

（2）多體系統(tǒng)理論。多體系統(tǒng)理論作為一門(mén)研究多體系統(tǒng)問(wèn)題的學(xué)科，具有良好的通用性與系統(tǒng)性。當(dāng)今社會(huì)，電子信息技術(shù)飛速發(fā)展，多體系統(tǒng)理論在計(jì)算過(guò)程中運(yùn)用了計(jì)算機(jī)算法以及程序，以此滿足了經(jīng)典力學(xué)與運(yùn)動(dòng)理論無(wú)法解決的難題。從理論角度而言，多體系統(tǒng)是一種由剛性體或柔性體聯(lián)結(jié)的機(jī)械系統(tǒng)，任何一種機(jī)械性的系統(tǒng)都能夠?qū)⑵涮釤挸啥囿w系統(tǒng)，因此，多體系統(tǒng)能夠用來(lái)解決大部分的機(jī)械問(wèn)題。

（3）多體系統(tǒng)的描述。若要補(bǔ)償數(shù)控機(jī)床的誤差，關(guān)鍵方法是要建立準(zhǔn)確且快捷的計(jì)算模型，但誤差建模的方式多種多樣，但在現(xiàn)階段，多體系統(tǒng)理論引導(dǎo)的建模技術(shù)被廣泛使用。在多體系統(tǒng)中，各物體之間存在著兩種狀態(tài)，分別是相對(duì)靜止與相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其中，相對(duì)靜止的狀態(tài)可以看作是運(yùn)動(dòng)參數(shù)穩(wěn)定的特殊運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此，若要得到相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)的坐標(biāo)變換，則只需在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的坐標(biāo)系變化的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究。

2 數(shù)控機(jī)床的誤差防止

若要提高數(shù)控機(jī)床的精度，要從這兩種方式出發(fā)：一是誤差防止、二是誤差補(bǔ)償。其中，誤差防止是指在工作前，通過(guò)設(shè)計(jì)與制造途徑的方式阻止一切可能的誤差源，而對(duì)于提高機(jī)床的精度而言，單純運(yùn)用誤差防止的方式具有較大的困難，一是因?yàn)閿?shù)控機(jī)床的自身結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其本身包含了許多電氣零部件，任何一個(gè)零部件上的誤差都會(huì)成為機(jī)床整體誤差的重要因素，若要控制數(shù)控機(jī)床的誤差源，則應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格限制每一個(gè)部件的誤差，但這項(xiàng)工程的實(shí)現(xiàn)并不現(xiàn)實(shí)，即使成功，也需要投入大量資本；二是由于數(shù)控機(jī)床的加工環(huán)節(jié)是在不斷變化的，這就導(dǎo)致了數(shù)控機(jī)床本身的誤差也在不斷變化著，因此，若要實(shí)現(xiàn)預(yù)估這些誤差是難以實(shí)現(xiàn)的，這就可以折射出一個(gè)結(jié)論：僅僅采用誤差防止的方式，往往難以直接控制數(shù)控機(jī)床的誤差，也無(wú)法使其達(dá)到精準(zhǔn)。

（1）數(shù)控系統(tǒng)的誤差補(bǔ)償。數(shù)控系統(tǒng)的誤差補(bǔ)償是指，系統(tǒng)根據(jù)對(duì)誤差的檢測(cè)，在加工的過(guò)程中對(duì)檢測(cè)出來(lái)的誤差進(jìn)行完善與修正，盡可能地減小誤差，提高數(shù)控機(jī)床的精度。而數(shù)控系統(tǒng)的誤差補(bǔ)償又分為兩種，一種是預(yù)先標(biāo)定誤差補(bǔ)償、另一種是主動(dòng)誤差補(bǔ)償。通常情況下，數(shù)控機(jī)床在加工零件時(shí)，只要能夠精準(zhǔn)地測(cè)量出加工時(shí)刀刃在加工空間中的誤差矢量，并且將該種誤差矢量分解，令各驅(qū)動(dòng)軸在執(zhí)行本身的加工命令的基礎(chǔ)上，再執(zhí)行相反方向誤差分矢量的命令，便能夠?qū)崿F(xiàn)誤差補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

（2）軟件誤差補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程。數(shù)控機(jī)床的誤差補(bǔ)償過(guò)程是運(yùn)用先進(jìn)的測(cè)量、建立模型以及計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行的，利用誤差補(bǔ)償來(lái)提高數(shù)控機(jī)床的精度。首先，相關(guān)人員需要直接測(cè)量出不同的誤差源得到誤差分量，并且采用軟件誤差補(bǔ)償?shù)姆绞剑瑢⑼ㄟ^(guò)辨識(shí)之后的誤差相關(guān)數(shù)據(jù)傳入誤差模型，并通過(guò)誤差模型計(jì)算出相應(yīng)的所需補(bǔ)償量，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的誤差補(bǔ)償，提高數(shù)控機(jī)床的精準(zhǔn)度。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的誤差與精準(zhǔn)需要得到相關(guān)部門(mén)的重視，數(shù)控機(jī)床的誤差包含了許多種類(lèi)，因此需要誤差補(bǔ)償技術(shù)對(duì)其誤差進(jìn)行補(bǔ)償，并且提高數(shù)控機(jī)床的精準(zhǔn)度，這有利于相關(guān)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，同時(shí)也能夠幫助促進(jìn)我國(guó)工業(yè)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展。