冯志宏

（甘肃省西峰职业中等专业学校，甘肃 庆阳 745002）

1 引言

数控机床是制造价值创造的基础，是基础制造能力的核心。数控机床的水平在一定程度上反映了制造水平。高精度的误差补偿是先进数控机床的主要发展方向。如何提高数控机床的精度：一是在应用良好的温度和振动控制的同时减小误差，消除或减少设计和制造过程中可能产生误差的原因，提高数控机床的机械精度和动态性能，控制机床内外环境的措施、气流湍流等方法来减少误差原因的影响。二是通过软件工程和人为制造错误消除数控机床故障的纠错方法。相对而言，数控机床精度的提高会遇到很多困难，其中包括改进空间的限制、高昂的成本、不断改变的加工条件、机器故障等。因此要想提高数控机床的精度，需要进一步研究数控机床的误差补偿技术。

2 数控机床加工中的误差分类

2.1 机床误差概念

在实际环境中，生产加工过程中出现的数控机床故障种类很多，分别是几何误差、加工误差、热（变形）误差、位置/定位误差、力（变形）误差、控制误差以及运动误差等，这些误差概念含义如下所述：

（1）数控机床的几何误差。数控机床加工的实际环境是按照国际标准给出的，通常是20℃的恒温。在上述条件和标准大气压下，数控机床在真实状态下的位置和参数应该是正确的，但是由于数控机床设计的不合理性、不可靠性等缺陷，数控机床的几何误差会偏离理想状态。

（2）热误差（应变）。在加工过程中，数控机床受环境的影响，本身的电机、摩擦以及加工过程中刀具和工件使机床变形，使数控机床零件脱离原来的位置，热误差可以被认为是准静态误差。

（3）力误差（应变）。数控机床受到自身重量、加工过程中工件的夹紧力、切削力等内外力的作用，导致数控机床发生变形。

（4）加工误差。在数控机床的实际生产加工条件下，自身的重力、被加工零件的载荷、实际加工条件的热分布不均匀等因素导致机床的实际加工路径偏离理想的加工轨迹，造成尺寸、形状和位置的误差。

（5）控制误差。由于机床数控系统控制不正确导致的错误。主要包括数控插补、测量传感器、伺服执行器等控制环节。

（6）位置/位置误差。随着数控机床从一点移动到另一点，理想和实际条件之间会出现的偏差。

（7）运动误差。在实际加工中，数控机床运动轴和旋转轴的轨道位置与理想状态下各活动部件的轨道位置不同。

2.2 数控机床误差分类

2.2.1 根据误差的条件

（1）静态误差。在实际工作环境中，造成数控机床误差的原因有很多，而在生产过程中，有些误差是不随时间变化的，数控机床的合理设计决定了误差，准确度和误差不会随着时间而改变。例如，数控机床本身缺陷引起的几何误差和自重引起的重力误差取决于数控机床的材料。

（2）准静态误差。在数控机床加工制造的情况下，机床实际工作环境中会出现误差。在给定的工作环境中，准静态误差可以非常缓慢地变化并在这些条件下保持不变。例如，数控机床在一定条件下的工作状态引起的准静态误差不会发生本质变化或变化缓慢。又如，数控机床在加工过程中受到内外条件和机床热误差（应变）的影响等。

（3）动态误差。在实际生产加工过程中，数控机床的误差是由机床在不同时间的不同加工条件引起的。在这种情况下，数控机床产生的各种误差的误差特征就特别复杂多变，对数控机床加工产生的工件局部特征也有一定的影响。

2.2.2 按误差产生来源

（1）位置误差。在数控机床各种零部件的生产运动过程中，实际运动轨迹和位置与理想条件下的零件运动位置和轨迹不同，期望运动的轨迹和位置也不同于指令。几何误差和热误差与位置有关，属于位置误差。

（2）非位置误差。由于数控机床不同零件和零件在生产运动过程中受外界因素的影响，实际运动轨迹和位置与理想条件下数控机床运动位置的轨迹不同，热误差、力误差、刀具磨损误差都是非位置误差。

3 数控机床加工误差补偿技术

3.1 数控机床的误差建模技术

数控机床误差建模是数控机床误差分析与修正技术之一。在实际操作中，该技术主要应用于误差综合建模分析技术和误差分析技术。它是数控机床误差建模技术的重要组成部分。同样，在工作过程中，工件和刀具之间也经常存在位移差。在误差建模技术的应用状态下，误差建模控制技术可以精确测量，也可以测量上述位移，因此捕捉原始误差的技术实现综合技术，可以直接有效地反映误差。 因此，误差建模技术在当前的研究过程中得到了广泛的应用，成为工业制造领域最具代表性的误差建模技术。

3.2 数控机床的误差测量技术

误差测量技术是测量机器的误差。可通过不同激光测量仪器的运行，检测机床在不同位置、不同环境、不同温度下的误差值，提高数控机床误差精度的控制水平。但是，这种测量方法过于耗时，并且在测量过程中造成了大量的资源浪费。因此，该技术通常应用于单项误差测量过程。简单误差测量技术是将测量数据通过指定的指标因素转化为数据模型后，通过对机床的简单推理和综合误差数据分析来实现误差测量的技术。这种误差测量技术在比较优缺点时非常清楚，利用这种测量方法降低数控机床误差的优点是不复杂，测试结果准确度高，工作周期短。

3.3 数控机床的误差补偿技术

实现误差补偿的技术包括离线补偿和实时补偿两种技术。在实时校准中，补偿器从相关的硬件辅助设备中采集数据，以达到修正设置数据中错误的目的，然后通过数控机床的数据结构和数据模型对输入的数据进行正确处理，并根据上面提供的数据构建数据结构和数据模型来进行实时偏移。

3.4 数控机床的几何误差补偿参数法

几何误差补偿参数法与传统的激光干涉参数法有关。传统的激光干涉测量技术是几何误差参数法的一个组成部分，可以有效解决数控机床本身的运动问题，有效控制机床中存在的误差。这大大减少了对减少的误差进行一一测量所需的时间，大大降低了测量的难度和工作量。现有的激光干涉仪可以有效地分析机床的空间误差，然后基于该技术，建立基本的数学模型，测量道路的故障要素，对数据模型进行单独分析，得到复杂的数据误差，减少测量电路，工作量还可以有效降低综合测量的误差因素。

3.5 数控机床的刀具误差补偿技术

数控系统的对刀过程是计算数控系统刀具中心轨迹的过程，在加工过程中，数控系统根据详细程序中的刀具直径自动计算刀具中心轨迹。使用偏移寄存器完成零件加工。进行CNC编程时，只需调用刀具补偿参数对应的寄存器编号即可进行加工。进行刀具偏置时，采用交点计算方法，读取每条线段起点前的两条线段，计算出交点，并自动将偏置矢量路径添加到每个方向矢量的左侧或右侧。因此，工件被加工成图案的轮廓。基本思想是：在描述连续体的模型中引入了错误参数条目，可以表示安装错误、装配错误、导杆非方形、非平行、错位等。显示数控机床的误差条件。接下来，可以推导出每个运动部件中任意点的位置误差表达式的位置，并用方程求解方程。

3.6 CCD在线误差补偿

基于CCD在线检测技术，将加工与检测相结合，为数控机床加工质量检测提供了一套有效的方法。实现了加工过程中的自动测量，大大缩短了测量时间，提高了劳动生产率。误差补偿在正常制造精度条件下提高精度并降低成本，打破加工精度的限制，将机床的整体精度提升到一个新的水平，使得超精密加工可以满足一些切削步骤先进产品的精密零件的CNC加工要求。

4 结语

综上所述，随着我国经济的快速发展，我国机械制造业水平有了显著提高。使用数控技术来控制加工的设备种类很多，数控机床就是其中之一，在生产过程、零件和个人上都存在一些误差，从这个角度来说，大家一定要掌握误差，灵活运用数控机床补偿技术，提高机床精度。目前，虽然数控机床的纠错技术有了很大的发展，但实时纠错技术在行业中应用的并不广泛。尤其在国内，实时误差补偿技术几乎停留在理论建模和实验验证阶段，国内机床制造商从未见过机床的大规模使用。一是错误非常复杂且多变，误差产生是一个具有非线性分布和时滞特性的动态过程。二是误差补偿技术，包括数字控制技术、传感技术、信号处理技术、微电子技术和控制技术，这种跨学科技术的互动仍然有很多问题需要解决。