一、數(shù)控機(jī)床誤差檢測與補(bǔ)償?shù)谋尘凹耙饬x

當(dāng)今世界的制造業(yè)中心向中國轉(zhuǎn)移，而機(jī)床工業(yè)是制造業(yè)的基礎(chǔ)，其技術(shù)水平?jīng)Q定國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和技術(shù)水平。隨著數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床加工精度級別已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志。

提高數(shù)控機(jī)床的加工精度，可采用誤差防止和誤差補(bǔ)償兩種措施。實(shí)踐表明：提高機(jī)床的制造和裝配精度是保證加工精度最穩(wěn)定、最有效的措施、但由于制造成本與精度成幾何級數(shù)關(guān)系，制造難度也隨精度的增長而加大，甚至達(dá)到不可能的程度。通過單純提高機(jī)床的制造和裝配精度很難適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)的要求。而誤差補(bǔ)償技術(shù)無需改變機(jī)床原有結(jié)構(gòu)就能實(shí)現(xiàn)精度提升，符合現(xiàn)代生產(chǎn)的要求。同時(shí)，隨著誤差檢測與辨識手段的突破，計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)床誤差建模技術(shù)的日臻成熟，誤差補(bǔ)償技術(shù)有了更加可靠的技術(shù)支持。從發(fā)展的觀點(diǎn)來看，為滿足日益復(fù)雜的型面的高精度加工需求，對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行全面的計(jì)算機(jī)軟件補(bǔ)償，以提高精度和降低成本是必然的趨勢。

二、誤差檢測的發(fā)展趨勢

隨著機(jī)械、電子、汽車等產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，機(jī)床的檢測精度要求越來越高，傳統(tǒng)的檢測方法已經(jīng)不能滿足誤差檢測的需求。激光測試技術(shù)是近年來發(fā)展迅速的新型檢測技術(shù)。主要利用激光的優(yōu)異特性，將其作為光源，把被測對象的移動距離經(jīng)過光電變換系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成電信號，再由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，得出測量結(jié)果，并以數(shù)字顯示。具有測量精度高、測量范圍大、檢測時(shí)間短、非接觸式等優(yōu)點(diǎn)，常用于測量長度、位移、速度等參數(shù)。一些高精度激光位移傳感器在數(shù)控機(jī)床各項(xiàng)誤差檢測中的應(yīng)用，為數(shù)控機(jī)床的誤差補(bǔ)償技術(shù)提供了良好保障。

三、研究內(nèi)容和重點(diǎn)解決的技術(shù)問題

1.機(jī)床誤差建模技術(shù)

對誤差進(jìn)行建模是誤差補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)，誤差建?？梢苑譃檎`差綜合建模和誤差元素的建模。在機(jī)械加工中，機(jī)床加工精度最終是由刀具與工件之間的相對位移決定的，相對位移誤差用運(yùn)動學(xué)模型表示出來就是綜合誤差。誤差元素的建模是針對檢測得到的某一項(xiàng)誤差元素，比如幾何誤差中的直線定位誤差或機(jī)床主軸熱漂移誤差。誤差建模技術(shù)研究的關(guān)鍵是尋找更為有效的建模方法，將機(jī)床存在的誤差通過所建立的模型準(zhǔn)確地反映出來。

2.誤差測量技術(shù)

誤差測量方法可以分為直接誤差測量和間接誤差辨識：直接誤差測量是在機(jī)床的不同位置和溫度條件下，使用諸如激光干涉儀或其他光學(xué)、機(jī)械方法來測量誤差，測量的是單項(xiàng)誤差；間接誤差辨識是指用伸縮式球棒儀、高精度平面光柵等儀器對誤差進(jìn)行測量，再通過運(yùn)動學(xué)綜合誤差建模和其他數(shù)學(xué)方法對測得的誤差進(jìn)行分離，間接獲得各項(xiàng)誤差，測量的是綜合誤差。直接誤差測量更精確，其測量原理更簡單，但比較耗時(shí)；間接誤差測量則是快速、有效的測量方法。誤差測量研究的關(guān)鍵在于精度和效率的平衡，在不犧牲精度的情況下，盡量提高效率。可采用MVC-500激光干涉儀對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行直接誤差檢測。

3.誤差補(bǔ)償技術(shù)

誤差建模和測量研究最終是為了誤差補(bǔ)償，誤差補(bǔ)償可分為離線補(bǔ)償和實(shí)時(shí)補(bǔ)償兩種。根據(jù)測量的誤差對數(shù)控加工程序修改后輸入機(jī)床，或者將測量得到的誤差作為誤差文件置于數(shù)控系統(tǒng)中，使系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可以調(diào)用，達(dá)到誤差補(bǔ)償?shù)男Ч?。離線補(bǔ)償要求補(bǔ)償?shù)恼`差是固定數(shù)值，只能針對機(jī)床穩(wěn)定的誤差，比如機(jī)床的幾何誤差。熱誤差由于和機(jī)床的溫度相關(guān)，而機(jī)床溫度是不斷變化的，因此必須采用實(shí)時(shí)補(bǔ)償。

實(shí)時(shí)補(bǔ)償通過硬件輔助裝置，將溫度和位置等外部信號輸入補(bǔ)償裝置，由補(bǔ)償裝置中的誤差模型實(shí)時(shí)計(jì)算誤差補(bǔ)償?shù)臄?shù)值，通過接口輸入到數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行誤差補(bǔ)償。實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法在機(jī)床中的適用性強(qiáng)，可以補(bǔ)償包括定位誤差在內(nèi)的多種誤差，并且誤差預(yù)測用的模型的選擇很靈活，從簡單的線性模型到復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型都可通過軟件建模，選用最有效的誤差預(yù)測模型可以提高補(bǔ)償精度。誤差補(bǔ)償技術(shù)研究的關(guān)鍵在于提高補(bǔ)償?shù)膶?shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、有效性和簡便性。

四、社會和經(jīng)濟(jì)效益

該技術(shù)的實(shí)施對促進(jìn)我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化，提高機(jī)械產(chǎn)品的加工精度具有重要意義。誤差補(bǔ)償技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是無需投入大量資金，即可大幅度地提高數(shù)控機(jī)床加工的精度。該技術(shù)非常適合我國制造工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，即工業(yè)底子薄，中、低檔數(shù)控設(shè)備所占比率較大，且在短期內(nèi)難以對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行大量更新和改造。攻克誤差檢測與補(bǔ)償技術(shù)難關(guān)，進(jìn)而大范圍推廣，無疑能全面提高我國機(jī)械工業(yè)整體質(zhì)量，創(chuàng)造巨大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

（作者單位：衢州市技師學(xué)院）