数控机床几何误差及误差补偿主要技术分析

数控机床几何误差及误差补偿主要技术分析

李清峰

利戴工业技术服务（上海）有限公司上海201807

摘要：近年来，随着技术的进步，数控机床在机械制造行业等得到了普遍应用，实现了高精度的零件加工，促进了生产的稳步进行。作为一种自动化程度较高的技术，对于机械制造行业的发展具有重要的意义。数控机床发展的过程中，几何误差的存在是制约机床发展的重要因素，不利于精密生产的实现。因此，误差补偿技术的研究具有必要性。本文从提高数控机床精度的重要性出发，分析了几何误差存在的原因与误差补偿技术，对于生产实践有着重要的意义。

关键词：数控机床；几何误差；误差测量；误差补偿

前言

数控机床发展中存在着一些几何误差，严重影响了机械制造与生产的质量，因此，需要在数控机床的应用中采用相应的误差补偿技术来应对几何误差，提高数控机床应用的水平。随着技术的发展，我国数控机床迎来了新的发展时期，各种新技术的应用，使得数控机床的自动化、现代化水平逐步提升，保证了机械制造与加工的效率，促进了机械制造与加工行业的快速发展。未来，数控机床将迎来新的发展时期，为人们的生产生活带来极大的便利。

1提高数控机床精度的重要性

与发达国家相比，我国机械制造业起步较晚，发展还不成熟，虽然经过几十年的发展，取得了一定的发展成果，但是整体发展水平较低，很多机械制造企业都为中小型企业，产能有限，生产规模较小，并且有些企业的生产技术与能力较为落后，远远不能满足行业快速发展的实际需求，这种发展不平衡使得我国机械制造业的整体发展水平较为落后。另一方面，我国技术水平不足，数控机床技术的核心技术还依旧在很多发达国家手中，这方面的自主产权不足，对于大型机械制造企业而言，数控机床技术甚至需要从国外引进，技术的落后使得我国生产的主动权不足，严重制约了机械制造业的发展。因此，高精尖数控机床技术的研究是未来我国发展的重点。

2数控机床几何误差概述

数控机床应用中常常存在几何误差，主要包括了自身设计误差、运行误差与配合误差等，这些误差严重影响了数控机床的稳定、可靠运行，使得数控机床生产的效率与质量不足，需要在设计中不断加以改进与完善。以三轴数控机床为例，当其沿着某个特定的方向进行运行时，自由度包括了六个方向上的作用力，这就导致在误差形成过程中接收到了来自这六个方向上合成的矢量，分别为三个直线度误差与三个转动误差。一般情况下，数控机床中包含了多个轴，有些数控机床结构复杂，误差分量极多，在进行误差补偿的过程中，主要考虑主方向上的误差。对于不同的数控机床，几何方向误差存在差异，在测量过程中要充分考虑机床特点，选用科学的测量仪器与测量方式，提高测量的精确性。

3引起数控机床几何误差的原因

3.1原始制造误差

数控机床在运行过程中，机床各个部件等因素所造成的运行误差就是原始制造误差，是机床几何误差产生的重要原因。具体来说，包含了控制系统误差与热变形误差等几种类型，而后者主要是由于机床运行过程中的结构热变形产生的，这些误差会对机床运行稳定性、可靠性与安全性产生极大的阻碍。

3.2工作过程中产生的误差

数控机床运行过程中，存在切削负荷，使得工机床、刀具等系统误差，一旦出现这种误差，会造成机床生产中，机械零部件畸形的概率加大，从而大大降低机床生产的效率与质量。机床运行中振动现象也会引起一定程度上的误差，由于机床生产的复杂性，工序极其繁多，一旦出现运行的不稳定，机床就会发生颤振，从而不利于生产的正常进行。

3.3检测系统存在的误差

检测系统误差主要包括了两个方面：传感器制造与安装误差，这种类型误差的存在主要是由机床零件、结构误差等引起的，直接会影响机床生产的精度，使得机械生产的精度不高，极易出现严重的质量问题。

4数控机床的误差补偿技术

4.1数控机床几何误差的测量方法

4.1.1直接测量法

这种方式主要用于机床生产中查找影响生产效率的零件，在当前的数控机床中应用较为普遍，能够提高机床生产的精度，降低生产中几何误差存在的可能性。直接测量法的误差测量精度最高，因而对于误差的控制具有重要的意义。但是这种测量方式也存在一定的局限性，主要就是在测量过程中需要进行分布测量，对于测量仪器、测量人员的专业性、技术性等具有极高的要求，且测量过程中耗时长，测量环境等的要求极高，一旦这些因素中有一种因素控制不到位，就会严重影响测量的精度。

4.1.2间接测量法

这种测量方式主要是测量机床加工零件的误差，作为评价机床精度的一种测量方式，其应用也较为广泛。数控机床几何误差测量中，间接测量主要是测量铣削加工，需要在测量过程中采用专业的仪器设备来进行加工精度的测量，从而获得所需要的精度相关参数，这种测量方式的实用性较好，主要在特定零件加工测量中应用。

4.1.3综合误差测量法

这种测量方式在应用中需要结合标准参照物或者测量仪器来获得机床工作的相关指令位置，从而通过对这些数据信息的分析，计算机床误差，依据误差的实际情况采取必要的控制措施，进而提高机床的精度。

4.2数控机床几何误差补偿技术

数控机床发展中，几何误差的存在是影响机床加工的重要因素，需要在几何误差的基础上采取必要的补偿措施，提高机床生产的精度。具体来说，误差补偿技术主要需要进行机床结构误差的分析，采取科学的测量方式，提高测量的精度。随后，测量几何误差，保证误差参数等的准确性。最后，将测量获得的误差数据与数控系统进行结合，选用科学的误差补偿技术。

4.2.1直线Bresenham算法

直线误差补偿方式多样，但是在当前数控机床技术的发展中，多使用基准脉冲差补与数据采样差补的方式。直线Bresenham算法具有使用的良好效果，作为一种应用最为广泛的直线补偿技术，利用网络资源，在网络化绘制区域内绘制与之最接近的理论，该种补偿方式的基本原理与基准脉冲理论相类似，用折线段无限逼近理论直线的方式实现误差补偿。具体而言，就是通过模拟虚拟网络线的方式来进行像素中心的控制，从而达到误差补偿的目的。

4.2.2圆弧插补算法

数控机床运行中，如果存在一个平面与两个轴向的平行情况时，可将其作为圆弧工作的方向，数控技术按照圆弧指令来进行该工作时，可以充分利用数学微分思想中的无限逼近理论，使得直线无限逼近圆弧，但是这种逼近需要满足一定的精度要求。圆弧插补算法一般是通过相关的指令来实现误差补偿控制的，该算法与直线补偿相类似，但是具体的操作环节，圆弧插补如果只考虑直线的两个端点，其补偿修复的效果较差，需要结合考虑其他点的因素，比如圆弧半径等因素，就可以达到理想的控制效果。

结语

数控机床发展的过程中，要重视几何误差的存在，并结合几何误差产生的原因，选用科学的补偿方式，提高补偿的效果，提高数控机床运行的安全性、可靠性，提高生产效率与质量，促进数控机床技术的稳步发展，加快我国机械制造业的发展。

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