數控機床誤差的辨識新方法研究及補償

苗 壯

（齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

近年來，數控機床的使用越來越廣泛，但在應用過程中，還是會出現一些誤差，其中最主要的就是熱誤差和定位誤差，只有減少這兩種誤差的影響，才能提高數控機床的加工精度。而且隨著社會的發展，對數控機床的精度要求也越來越高，但是越是精密的機床，熱誤差占總誤差的比例也越高，所以必須對熱誤差進行補償。機械加工誤差是指零件加工后的實際幾何參數與理想幾何參數之間偏差的程度。在實際零件加工過程中，由于各種原因，加工出的零件幾何參數與理想零件的幾何參數總有一定的誤差，造成零件不合格甚至產生廢品。

1 數控機床誤差的辨識方法

（1）數據評估法。這種方法是測量機床的每一個軸的直線度和垂直度，將測試的數據和最初時的數據進行比較，可以根據機床幾何精度的變化，單獨制作一個圖形，就可以通過圖形找出直線誤差或者垂直誤差。還可以將實驗中獲得的數據都畫在一個圖上，得到占空率對機床精度的影響。通常情況下，機床軸可以判斷直線度的誤差，橫軸上的直線度數據通常都不能超過3微米，因為橫軸有一定的熱敏感性，只從傳感器上收集到的數據就可以觀察出其中的差別。

（2）球桿儀檢測法。當機床在運行時，管理人員經常會使用球桿儀來測量機床運動的進度，因為在多種不同誤差的影響下，會組成一個統一的誤差軌跡。在對誤差進行分離時，應該參照每一個誤差軌跡的特點進行針對性的分離，最后才能夠準確地辨識出每一個誤差。同時，球桿儀還有模擬誤差的功能，通過模擬，可以對某一個已經存在的誤差進行等比例拉伸或者收縮，保證誤差軌跡中的數值不會變化，從而可以為單向誤差的辨識提供依據。另外，為了更好地提高辨識結果的準確性，應該對間隙誤差實施補償，如果出現反向的間隙誤差，而且還存在反向越沖的時候，首先應該確定其在軌跡中的位置，然后計算其大小。

（3）激光干涉儀測量法。激光干涉儀測量法是一種比較完善和成熟的工具，因為數控機床本身就十分復雜，其運行過程中出現的誤差也比較復雜，如果要逐個測量這些誤差，一定要花費很長的時間。使用激光干涉儀可以辨識機床的線性定位誤差，提高誤差辨識的速度。在使用激光干涉儀測量定位誤差時，首先需要將干涉鏡固定好，接著移動反射鏡，將三個數軸上的定位誤差都測量出來，這個過程需要安裝三次激光干涉儀。通過光束反射的頻率可以對位移進行測量，最后就可以得到機床運行過程中出現的誤差。

2 數控機床誤差的補償

（1）測量誤差。在數控機床中，常見的誤差就是定位誤差和熱誤差。其中定位誤差主要指與位置有關系的幾何方面的誤差，這些誤差產生的原因主要就是機床本身存在缺陷，還有就是一些部件的配置存在問題，這種類型的誤差一般都可以通過數控系統進行補償。而且定位誤差不但和溫度有關系，而且和具體的位置也有關聯。所以，需要記錄在不同溫度下的測量誤差值，然后通過使用插補法，建立一個定位誤差和溫度、位置之間的關系模型圖，就可以進行針對性的補償。

（2）安裝補償裝置。第一步就是在機床上安裝一些溫度傳感器，然后將傳感器的接口和補償器之間連接起來，能夠及時、準確地測量出機床的溫度，然后可以更完整地預測出數控機床中可能存在的誤差。同時，需要在補償器上連接一個位移傳感器，能夠準確地檢測出經過補償之后的機床的主軸的熱偏移。最后就是連接電腦上的串口和補償器的串口，使用上位機的程序對其進行調試。另外，補償器還應該連接到數據系統當中，這樣就可以簡化外部的輸出線，然后留下一個觸發的信號線，這樣就可以很好地控制最大的輸出偏移量。

（3）誤差補償效果。通過測量，可以計算出定位誤差的值，然后可以對定位誤差和主軸上產生的熱誤差進行一個整體建模，最后使用誤差補償裝置進行一個綜合性的補償。在進行補償之前，首先應該測量機床的運動軸，接著需要測量一個補償裝置輸出的特性。如果不考慮溫度的影響，在進行補償時，應該以第一次測量時得到的最大位移值作為依據進行補償。但是在實際過程中，如果不考慮溫度的影響，數控機床的誤差補償依然還是會存在一些數據上的誤差，不能真正實現完全補償的目的。所以，必須考慮溫度變化的量，才能更好地提升定位誤差補償的效果。與定位誤差一樣，在對熱誤差實施了補償之后，獲得的徑向誤差比原來的減小了四分之三。通過對數控機床誤差的補償，使其誤差得到了很大改善，提高了機床的精度，有很高的實用價值。

3 結語

現在對于數控機床的誤差補償，很多人都會忽略了溫度的影響，導致最后的補償精度不準確。所以，需要在不同的溫度下對誤差進行辨識，使用不同的方法，確定誤差的位置，采用靈活的補償方法，保證數控機床工作的精度，提高工作效率。為了提高數控機床的加工精度，技術人員必須對數控加工過程中所產生的誤差進行詳細分析，找出產生加工誤差的原因，及時采取相應措施，減少生產損失。