张书友 李 奎

(重庆工业职业技术学院，重庆 401120）

随着数控机床的普及应用，现代机械制造技术正朝着高效率、高质量、高精度、高集成和高智能方向发展，数控机床精度的提高日益为人们所重视。数控机床的几何误差包括组成机床各部件表面加工精度、形位公差、热变形等产生的机床误差。几何误差受加工环境影响不大，加工过程中稳定好，可以通过误差补偿来提高加工的精度，是数控机床误差补偿的主要研究和发展方向。

1 几何误差产生的原因

（1）机床的原始制造误差：由机床各零部件加工精度、形状和位置公差所引起的机床运动误差，是数控机床几何误差产生的主要原因和研究发展的方向。

（2）机床加工中变形引起的误差：它主要造成的是零件形状变形，主要体现在当加工薄壁工件时零件装夹变形和使用细长刀具加工时产生“让刀”的现象。

（3）机床的振动误差：在加工过程中，由于切削参数选择不合理会产生强烈的振动和磨损，导致加工零件的表面质量较差和几何形状的变形。

（4）机床热变形误差：在切削加工时机床内部和外部会产生热量导致机床的结构热变形而产生的误差。

（5）机床控制系统误差：由数控装置引起的误差，主要体现在机床的轮廓跟随误差和刀具轨迹插补计算法误差等。

（6）检测装置测试误差：数控机床检测元件在生产过程中的制造误差，在安装过程中的安装误差，在使用过程中的变形误差等导致测量传感器反馈信息出现的误差。

2 误差补偿原理

误差补偿的实现是对理想的数控指令进行修正，通过修正后的数控指令驱动数控机床，达到补偿误差的目的。提高机床精度主要有防止和补偿两种方法。误差防止法虽然可以通过提高零件设计、制造和装配的水平来消除可能的误差源，但受到生产成本大幅度提高的影响，该方法在实际使用中受到限制。误差补偿法是通过测量传感器的反馈对机床进行误差补偿，可以使刀具中心精确运动到加工点，获得理想的运动轨迹，实现机床精度的升级。

数控机床的误差补偿原理就是设置一个误差来弥补原来的误差。误差补偿技术是在不增加生产成本，不改变机床结构的基础上，通过位置检测装置对机床加工过程进行分析，计算出刀具中心点和实际坐标点位置误差，通过测量传感器将该误差反馈给机床的数控装置发出指令，并通过伺服系统改变坐标驱动量来实现误差修正，从而提高数控机床的加工精度。采用误差补偿技术能获得理想的加工精度，具有成本低易于实现的优点，误差补偿技术是提高机床精度最重要的方法。

3 几何误差补偿方法

（1）静态补偿法：静态误差补偿法在数控机床发展初期占主导地位。机械式静态补偿法是对数控机床进行调试，得出误差值，通过修正传动机构的位移量，调整读数装置的示值以及应用导轨反向弹性变形等措施来补偿位移误差，从而减小数控机床的误差。这种误差补偿法效果不明显，具有很大局限性，不能满足实际生产加工的需要。这个最初的数控机床误差补偿技术，一直未得到广泛应用和推广，逐渐被其他补偿技术替代。

（2）实时补偿法：实时误差补偿法是通过测量机床移动部件的实际位置，并与规定值进行比较，得出机床误差值，然后按得出的误差进行反馈补偿，从而提高数控机床加工精度。实时补偿法在数控机床中得到广泛应用，可用于各种闭环位置控制的数控机床和具有带反馈补偿功能的机床 （如反馈补偿型的开环或半闭环数控机床，带有工件尺寸在线检测和反馈控制的螺纹磨床及外圆磨床等）。针对数控机床类型的不同，有多种不同的机床误差类型，可以补偿形状误差，定位误差，热变形误差等多种类型的误差。误差测量是基础，误差补偿是关键，误差补偿实施技术研究的根本是提高补偿的准确性和实用性。

（3）软件补偿法：软件误差补偿法是在数控机床中建立一个闭环的模型软件系统，将加工中的实时参数传输给模型软件系统，软件系统通过分析得出误差值，再将误差值通过检测装置反馈给机床的数控装置后得出补偿值传给数控机床进行调整后加工，这属于动态补偿方法。在生产过程中，零件加工和误差补偿可以同步进行。与静态补偿法和实时补偿法相比，软件误差补偿法使数控机床高精度加工的特点在加工过程中始终得以实现。软件误差补偿法克服了数控机床制造时所带来的硬件缺陷，是误差补偿的一种理想的补偿方式。数控机床软件误差补偿包括反向间隙误差补偿和螺距误差补偿。

综上所述，在数控机床加工中，误差的测量是基础，误差的补偿是关键。通过误差补偿技术对数控机床进行误差补偿，可以有效提高数控机床的精度，从而提高加工精度，为提升我国制造业的水平作出贡献。

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