提高數控機床機械加工精度中誤差補償的應用探討

程天鵬

（新鄉職業技術學院，河南 新鄉 453000）

在現代化制造業中，數控機床憑借著其加工柔性好、加工效率高和加工精度高等方面的優勢，已經取得了廣泛的普及和應用。而在數控機床的各項性能指標中，加工精度是最重要的指標，是機械制造業發展水平的重要體現，更是衡量科技和工業生產水平的重要指標之一。文章對數控機床的加工誤差進行了分析，尤其重點探討了誤差補償法在提升加工精度方面的應用，希望對推動我國機械制造業的發展能夠提供參考和借鑒。

1 機械加工誤差概述

一般而言，影響數控機床加工精度的因素主要有加工系統誤差和隨機誤差，具體則包括：①機床設備是機械制造的產物，所以不可避免地就會帶有原始制造誤差；②數控機床依靠數控系統實現自動加工運行，所以數控系統的誤差也會影響到最終的加工精度；③切削加工會產生熱量，而這個熱量會引起工具和刀具等出現一定程度的熱變形，進而產生誤差；④機械切削加工會產生切削力，而切削力也會導致工件、刀具、夾具甚至是機床本身發生一定程度的變形，這自然也會帶來誤差；⑤現代化的數控機床一般都集成了檢測系統，但檢測系統本身也可能會產生誤差；⑥機床工作時的振動誤差影響；⑦因為加工環境和工況變化而導致的誤差；最后，其他誤差。

在分析確定可能導致機床出現加工誤差的因素后，提高加工精度就可以主要采用以下2方面的措施：①通過提升機床的設計、制造和裝配水平以及改善加工環境來盡可能地消除誤差源，比如采用高剛度的機床主軸、提升機床滾珠絲杠的制造精度、最大限度地降低機床導軌誤差以及預熱機床等措施，這些措施都可以有效防止誤差的產生；②分析當前加工誤差的表現形式，然后建立誤差補償模型，通過人為地添加一個新的誤差來實現與原有誤差相抵消的效果，進而實現機床加工精度的軟升級。文章將重點探討誤差補償法在提升數控機床加工精度方面的應用。

2 誤差補償法

在實際加工過程中，如果發現數控加工的精度降低，那么必然代表著誤差產生，此時就可以運用誤差補償法來對既有誤差進行補償，以實現消除和調控誤差的目的。與傳統機床不同，數控機床的加工過程是由程序控制實現的，即加工過程實現了自動化，所以在進行誤差補償時，也必須針對數控系統和加工程序進行完善，先確定誤差來源和形式，再有針對性地應用誤差補償法。誤差補償的本質是人為地制造一個新的誤差，并用這個新誤差去抵消或減弱導致加工精度下降的原始誤差。在這一過程中，需要通過分析、統計和歸納等方法來掌握原始誤差的特點和規律，并進一步確保所構建的誤差補償模型與原始誤差做到大小相等、方向相反，進而實現誤差補償的目標。

（1）切削力誤差分量識別。切削力是由刀具部分決定的，當前已經可以通過數學建模的方式來計算參數。待數學模型建立后，就能夠對問題進行及時識別并加以處理。此外，在機械加工過程中，振動幅度過大也會影響到最終的加工精度，而通過對模型各項額定參數的觀察，就能夠科學地得到最終調整方案，將加工進程中的噪聲和振動控制在可以接受的范圍內，進而最大限度地消除其對數控加工過程中的影響。

（2）誤差辨識。在對數控加工誤差進行補償時，首先要做的就是對誤差進行辨識，辨識的準確性會直接影響到誤差補償精度。誤差辨識是一項復雜而費時的工作，國內外眾多學者都進行了相關的研究，而且提出了不少誤差辨識方法，但總的來說，這些方法可以被歸納為以下三類：單項誤差直接測量、綜合誤差測量以及間接測量。

（3）誤差補償技術。根據誤差補償的過程和原理，加工誤差補償技術又可以進一步分為3類：①靜態補償法。這種方法是預先就設定好誤差補償值，然后按照設定的值進行補償，這顯然具有很大的缺陷；②實時誤差補償法。這種方法是根據硬件系統的檢測和反饋來進行補償，它能夠根據反饋到補償系統的信息實時調整補償值，進而可以切實提升加工精度去，缺點是無法補償所有誤差元素；③綜合動態補償法。這是在實時誤差補償法的基礎上開發的，它能夠根據工況、環境條件和空間位置變化來對補償量進行動態調整，而且能實現對各種誤差的綜合補償。

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