程天鵬

（新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000）

在現(xiàn)代化制造業(yè)中，數(shù)控機(jī)床憑借著其加工柔性好、加工效率高和加工精度高等方面的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)取得了廣泛的普及和應(yīng)用。而在數(shù)控機(jī)床的各項(xiàng)性能指標(biāo)中，加工精度是最重要的指標(biāo)，是機(jī)械制造業(yè)發(fā)展水平的重要體現(xiàn)，更是衡量科技和工業(yè)生產(chǎn)水平的重要指標(biāo)之一。文章對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工誤差進(jìn)行了分析，尤其重點(diǎn)探討了誤差補(bǔ)償法在提升加工精度方面的應(yīng)用，希望對(duì)推動(dòng)我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展能夠提供參考和借鑒。

1 機(jī)械加工誤差概述

一般而言，影響數(shù)控機(jī)床加工精度的因素主要有加工系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，具體則包括：①機(jī)床設(shè)備是機(jī)械制造的產(chǎn)物，所以不可避免地就會(huì)帶有原始制造誤差；②數(shù)控機(jī)床依靠數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工運(yùn)行，所以數(shù)控系統(tǒng)的誤差也會(huì)影響到最終的加工精度；③切削加工會(huì)產(chǎn)生熱量，而這個(gè)熱量會(huì)引起工具和刀具等出現(xiàn)一定程度的熱變形，進(jìn)而產(chǎn)生誤差；④機(jī)械切削加工會(huì)產(chǎn)生切削力，而切削力也會(huì)導(dǎo)致工件、刀具、夾具甚至是機(jī)床本身發(fā)生一定程度的變形，這自然也會(huì)帶來(lái)誤差；⑤現(xiàn)代化的數(shù)控機(jī)床一般都集成了檢測(cè)系統(tǒng)，但檢測(cè)系統(tǒng)本身也可能會(huì)產(chǎn)生誤差；⑥機(jī)床工作時(shí)的振動(dòng)誤差影響；⑦因?yàn)榧庸きh(huán)境和工況變化而導(dǎo)致的誤差；最后，其他誤差。

在分析確定可能導(dǎo)致機(jī)床出現(xiàn)加工誤差的因素后，提高加工精度就可以主要采用以下2方面的措施：①通過(guò)提升機(jī)床的設(shè)計(jì)、制造和裝配水平以及改善加工環(huán)境來(lái)盡可能地消除誤差源，比如采用高剛度的機(jī)床主軸、提升機(jī)床滾珠絲杠的制造精度、最大限度地降低機(jī)床導(dǎo)軌誤差以及預(yù)熱機(jī)床等措施，這些措施都可以有效防止誤差的產(chǎn)生；②分析當(dāng)前加工誤差的表現(xiàn)形式，然后建立誤差補(bǔ)償模型，通過(guò)人為地添加一個(gè)新的誤差來(lái)實(shí)現(xiàn)與原有誤差相抵消的效果，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)床加工精度的軟升級(jí)。文章將重點(diǎn)探討誤差補(bǔ)償法在提升數(shù)控機(jī)床加工精度方面的應(yīng)用。

2 誤差補(bǔ)償法

在實(shí)際加工過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)控加工的精度降低，那么必然代表著誤差產(chǎn)生，此時(shí)就可以運(yùn)用誤差補(bǔ)償法來(lái)對(duì)既有誤差進(jìn)行補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)消除和調(diào)控誤差的目的。與傳統(tǒng)機(jī)床不同，數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程是由程序控制實(shí)現(xiàn)的，即加工過(guò)程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，所以在進(jìn)行誤差補(bǔ)償時(shí)，也必須針對(duì)數(shù)控系統(tǒng)和加工程序進(jìn)行完善，先確定誤差來(lái)源和形式，再有針對(duì)性地應(yīng)用誤差補(bǔ)償法。誤差補(bǔ)償?shù)谋举|(zhì)是人為地制造一個(gè)新的誤差，并用這個(gè)新誤差去抵消或減弱導(dǎo)致加工精度下降的原始誤差。在這一過(guò)程中，需要通過(guò)分析、統(tǒng)計(jì)和歸納等方法來(lái)掌握原始誤差的特點(diǎn)和規(guī)律，并進(jìn)一步確保所構(gòu)建的誤差補(bǔ)償模型與原始誤差做到大小相等、方向相反，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)。

（1）切削力誤差分量識(shí)別。切削力是由刀具部分決定的，當(dāng)前已經(jīng)可以通過(guò)數(shù)學(xué)建模的方式來(lái)計(jì)算參數(shù)。待數(shù)學(xué)模型建立后，就能夠?qū)?wèn)題進(jìn)行及時(shí)識(shí)別并加以處理。此外，在機(jī)械加工過(guò)程中，振動(dòng)幅度過(guò)大也會(huì)影響到最終的加工精度，而通過(guò)對(duì)模型各項(xiàng)額定參數(shù)的觀察，就能夠科學(xué)地得到最終調(diào)整方案，將加工進(jìn)程中的噪聲和振動(dòng)控制在可以接受的范圍內(nèi)，進(jìn)而最大限度地消除其對(duì)數(shù)控加工過(guò)程中的影響。

（2）誤差辨識(shí)。在對(duì)數(shù)控加工誤差進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，首先要做的就是對(duì)誤差進(jìn)行辨識(shí)，辨識(shí)的準(zhǔn)確性會(huì)直接影響到誤差補(bǔ)償精度。誤差辨識(shí)是一項(xiàng)復(fù)雜而費(fèi)時(shí)的工作，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者都進(jìn)行了相關(guān)的研究，而且提出了不少誤差辨識(shí)方法，但總的來(lái)說(shuō)，這些方法可以被歸納為以下三類(lèi)：?jiǎn)雾?xiàng)誤差直接測(cè)量、綜合誤差測(cè)量以及間接測(cè)量。

（3）誤差補(bǔ)償技術(shù)。根據(jù)誤差補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程和原理，加工誤差補(bǔ)償技術(shù)又可以進(jìn)一步分為3類(lèi)：①靜態(tài)補(bǔ)償法。這種方法是預(yù)先就設(shè)定好誤差補(bǔ)償值，然后按照設(shè)定的值進(jìn)行補(bǔ)償，這顯然具有很大的缺陷；②實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償法。這種方法是根據(jù)硬件系統(tǒng)的檢測(cè)和反饋來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，它能夠根據(jù)反饋到補(bǔ)償系統(tǒng)的信息實(shí)時(shí)調(diào)整補(bǔ)償值，進(jìn)而可以切實(shí)提升加工精度去，缺點(diǎn)是無(wú)法補(bǔ)償所有誤差元素；③綜合動(dòng)態(tài)補(bǔ)償法。這是在實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償法的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，它能夠根據(jù)工況、環(huán)境條件和空間位置變化來(lái)對(duì)補(bǔ)償量進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，而且能實(shí)現(xiàn)對(duì)各種誤差的綜合補(bǔ)償。

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