淺談數控機床加工操作中的誤差及補償措施研究

葉龍

摘要：數控車床為零件加工的主要方式，對于零件加工具有較高的自動化水平，但是就實際情況來看，零件加工經常會因為設備自身或者操作不當等因素限制，而造成工件精度達不到專業要求，存在一定誤差。零件加工精度最終由機床刀具與零件間相對位移誤差決定，因此需要確定加工誤差存在的原因，以降低誤差為面對，采取措施進行優化。本文對數控機床加工誤差與補償措施對策進行分析。

關鍵詞：數控機床；加工；誤差；補償

中國機械制造業從21世紀初至今，基本上實現了數控機床的全面覆蓋，其普及速度遠遠超過發達國家。但對于其他方面尚未成熟的中國制造業而言，數控機床的引入以及其高精度、快速度等特征能否得到充分體現，依然是一個研究關鍵。同時，人們對數控機床加工過程容易產生認知誤差，認為數控機床的精度是可以完全保障的。事實上，數控機床所謂的“數字化精確度”是在理想環境下才能得到，但在現實機械制造業生產環境中，存在大量人為的、非機械類的干擾要素，數控機床自身難免受到影響，出現誤差也是必然。

一、數控機床加工操作中的誤差產生原因

鑒于機械加工產業生產環境及涉及要素的復雜性，導致數控機床加工操作中產生誤差的原因很多，結合本人實踐教學經驗來說，主要的原因有以下幾種：

（一）控制系統誤差

1.開環控制數控系統

開環控制系統中最主要的輸出誤差就是步進電動機產生的誤差，主要有兩點。（1）動態誤差。在步進電動機正常的單步運行過程中，往往會產生一定的振蕩現象。如果步進電動機在頻率比較低的地方進行工作時，同時還會伴有共振現象產生。（2）起停誤差。步進電動機無論是啟動開機還是關機停止，都需要一個過渡的過程，在這里過程里面，電動機的轉動和控制脈沖相比較的話，前者總是處于滯后的狀態。

2.閉環控制數控系統

由于閉環系統在進行位置檢測的時候，已經將進給傳動鏈所具有的全部誤差包含進去，所以具有相當高的控制精度。但是，位置檢測進行的反饋里面同時帶有諸多不穩定因素，調試工作進行起來具有很大難度。（1）檢測裝置通常具有制造誤差和安裝誤差，這兩種誤差會引起反饋系統產生誤差。 （2）機床零件與機構之間經常有誤差產生，所以檢測裝置在檢測的時候同樣會出現誤差，這樣一來得到的測量值就不再真實可靠。

（二）傳動系統誤差

數控機床坐標軸運行時，需要經過升降速階段，但是因為不同類型數控機床性能不同，其升降速率便會存在一定的差異。在零件外形輪廓切削時，拐角位置出現超程或者過切問題，形成零件加工誤差。針對此類誤差，在對經濟型數控機床傳動系統進行優化時，需要在拐角位置選擇變化的進給速度，接近拐角位置時減速，通過拐角后加速。

（三）編制程序誤差

這一點誤差主要是由數控編程軟件的過程中產生，屬于一種插補誤差，也就是借助直線或圓弧段在于零件輪廓進行逼近的時候產生出來的一種誤差，在對零件加工精度起到影響的因素里面，這是非常重要的一個原因。

（四）刀具磨損誤差

當數控機床進行連續工作時，被加工的零件材料和刀具本身都處在高溫高壓力的環境里面，刀尖一般都會出現很大的磨損，這樣也會導致一定的誤差出現。最開始工作的時候，刀尖磨損的速度會比較快，后來就會越變越小，直到最后再次出現逐漸加快的趨勢。

二、數控機床加工操作中減小誤差的補償措施

在實際的操作當中，數控機床加工零件是不可能避免不產生任何誤差的，但是如果針對數控機床在操作上進行一定的改進，那么就會有效地在合理范圍內對誤差進行一定的控制。

（一）降低系統誤差

一是要控制好元件的質量，選用的步進角度要在符合電機要求的前提下保證最??；二是驅動電路必須完好無損，結合步進電動機的控制環節，選取最優質的驅動電路完成作業；三是要注意大型設備運行所需的精確度，對步進電機的步數進行補償。

（二）提高對數控機床的程序編寫的要求

程序編寫直接影響著數控機床批量化生產的效果，在零件進行數控加工之前，必須要把具有一定可行度的加工程序編寫出來，編寫程序通常來說有兩種方法：其一，采取手工編程的方式，這在大量嵌入式設備中具有體現，其二則是利用計算機輔助軟件編程，筆者比較傾向于這一種，計算機輔助編程的方式可以規避很多人為失誤，在精確控制方面也更科學，甚至可以實現生產模擬。

（三）對數控機床的整體誤差進行把控

數控機床本身就存在大量的測量校對要求，相比普通機床而言，其管理要求更嚴格、涉及內容也更多，如果采用普通機床的管理方法來對待數控機床，很顯然是不合理的。在管理方面要集中展開，按照生產需要合理布局，減少數控機床周邊的影響因素。在誤差檢測方面，可以利用計算機進行整體管理，實現信息共享，滿足參數對比的要求，從中發現數控機床自身存在的問題。

（四）機床精度檢測與補償

雙頻激光干涉儀是數控機床精度檢測的重要設備，可實現對機床反向偏差、定位精度等的檢測。具體測量方法為：（1）將雙頻激光干涉儀測量系統安裝在需要測量的坐標軸上。（2）在需測量的機床坐標軸線方向地面上安裝三腳架，并將激光頭安放在三腳架上。（3）測量反射鏡放置在機床工作臺上，干涉鏡放置在激光器與反射鏡之間的光路上。調整激光頭，使雙頻激光干涉儀的光軸與機床移動的軸線盡量在一條直線上，即將光路調準直。（4）待激光預熱后輸入測量參數。（5）根據測量條件，制定測量程序，運動機床進行測量，根據測量誤差判斷定位精度和反向間隙是否超差，補償后再次進行精度測試，直到各項指標符合技術要求。

三、總結

在整個機械加工的過程中，誤差都是無可避免的，但是如果多對數控機床進行操作方法上的改進，在實際生產過程中，不管是小批量零件的生產加工中，還是有著中等精度要求的零件，都可以達到減小誤差的目的，零件也都可以達到圖紙要求的標準。

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