提高数控机床机械加工精度中误差补偿的应用

金志刚

摘要：在数控机床机械加工的实际操作过程中，会出现因为各种各样的原因形成的加工精度方面的误差，伴随着经济飞速发展和科学技术水平的不断提高，我国关于数控机床机械加工中的各项技术也不断进步，对加工精度也提出了各种解决策略，加工精度在数控机床机械加工的多种性能指标当中占有最关键的地位，展现了机械制造业的发展水平，也是对科技发展水平和工业生产能力进行衡量的关键指标之一。本文对数控机床机械加工的误差进行了分析，具体探讨了误差补偿法，为数控机床机械工程中提高加工精度提供借鉴和参考。

Abstract： In the actual operation process of CNC machine tool machining， there will be errors in machining accuracy due to various reasons. With the rapid development of economy and the continuous improvement of scientific and technological level， the various technologies in the machining of CNC machine tools are also constantly improving and various solutions have been proposed for the machining accuracy. The machining accuracy has the most important position among the various performance indexes of CNC machine tool machining， shows the development level of the mechanical manufacturing industry， and is one of the key indicators for measuring technology development levels and industrial production capacity. This paper analyzes the error of CNC machine tool machining， and discusses the error compensation method in detail， which provides reference for improving machining accuracy in CNC machine tool mechanical engineering.

关键词：数控机床;机械加工;精度提升;误差补偿;探讨分析

Key words： CNC machine tools;machining;precision improvement;error compensation;discussion and analysis

中图分类号：TG519.1                                     文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2018）36-0237-02

0  引言

在目前的加工制造业当中，数控机床得到了越来越广泛的应用，它具有机械加工效率高，加工精度高，加工柔性好等良好特点，如何提高加工精度是一直伴随在数控机床发展过程中的问题，下面主要针对误差补偿在数控机床机械加工中的应用展开分析讨论。

1  对数控机床机械加工精度的分析

第一，工艺系统的误差。首先数控机床机械的部件受力点的位置如果发生变化，就可能会产生误差，在机械加工的过程中，根据工艺系统切削位置的变化，受力点也会发生变化，位置不断变换交错，就会不可避免的产生一定误差。然后数控机床机械加工的受力程度发生变化也会引起误差，零件和部件在加工过程中受力点不断发生变化，因此受力点所受到的切削程度每时每刻都不同，进行加工的零件在形态和材质方面就存在差异，再加之受力点受到的切削程度不同，会造成工艺系统中的误差。

第二，加工原理的误差。加工误差是数控机床机械加工中最常见的产生误差的原因，在数控机床机械加工的过程中，传动比，技术参数，模具轮廓在实际操作和和理论中存在一定差别，实际加工方法总是会与理论预定的加工方法有一定差距，这就会导致加工原理上出现误差。在实际机械加工过程中，现实使用的模具和理论计划不同，比如说刀具轮廓，在理论计划的设定中，机械加工对刀具轮廓的使用标准要求较高，刀具的表面曲面应该是高精度的，在实际中用于数控机床机械加工的刀具很难达到这个标准，就会使用类似的比如直线弧线等刀具的曲面。这种替代的加工方法就会给刀具轮廓加工造成一定误差[1]。

2  关于误差防止

第一，误差防止，在寻找到误差产生的原因之后，下一步对数控机床年代已久破旧的零件和部件进行更新换代，更换后对参数进行检测，看是否重新回到正常水平，通过误差及时发现数控系统中存在的问题并研讨制定解决方案。另外误差防治误差出现还能够节省加工成本，在平衡温度场，削弱数控机床热变形，降低热源升温方面发挥着一定作用，但是它并不能完全保证对误差源的控制。误差防止法是提升数控机床机械加工最从根本出发的方法，同時该方法存在一定的局限性，它受机械加工母机精度和加工成本膨胀的制约。

第二，几何和尺寸误差的防止，如果数控机床产生问题，那么每个零部件之间关于比例也会出现误差。在对于误差修复的过程中，首先要了解机床结构的几何尺寸特征，发现不足的地方当作进行误差检测的理论依据，节约维修时间。利用几何和尺寸误差防止方法来维护数控机床，保证机械加工过程顺利进行。很多国家花费许多人力物力财力来控制机械加工过程中几何和尺寸误差，不断研究开发精度较高的导轨和主轴轴系，采取使用新型材料，开发新工艺等手段。很多专家不断加深关于数控机床工作台、滑枕、床身、丝杠等有关零部件的研究，包括动刚度、静刚度以及拓扑优化等方面的研究，目的是提升整台数控机床的高精度性能，这些零部件的动刚度、静刚度、温度变化对数控机床的机械加工精度有很大影响。

第三，热变形误差的防止，为了避免出现热变形情况，要对机械加工过程进行温度把控，数控系统依据温度来针对安全隐患进行平衡调节。当加工的生产环节温度超过标准时，可以利用冷循环去除一部分热量，因此，对温度循环系统的相关设定也非常关键。热变形误差大体是这样产生的：温度过高的部件产生的热量利用辐射或者接触面向周围传播，因此会使零部件变形，从而产生误差，热变形具备多变量、强耦合、长时滞、非线性等特点。关于热变形误差的探究比几何误差时间晚一些，利用把控热传递路径、降低热源、设计热稳定结构等主要方式来减少热变形误差，经常使用的方式：建立热源平衡温度场，创新数控机床的格局设计，重视润滑与冷却，掌握发热程度和热源[2]。在数控机床机械加工中，假如出现精度下降的趋势，就说明会产生误差，可以利用误差补偿法对已经出现的各种误差实行补偿，来促进对误差的掌控。数控机床和传统机床不一样的地方是，前者是由程序控制整个加工过程的，就是人工化向自动化完成了转变，实行误差补偿的时候，另外也要对程序以及数控系统不断改进，依据误差的根本来源实行对应的误差补偿法，误差补偿的实质就是根据实际情况创造一个全新的误差，通过这个全新的误差补偿加工过程中出现的最初误差，必须整合分析整理最初误差的规律，建造一个与最初误差大小一样，方向相反的误差补偿模型，最终完成对误差的补偿。

3  误差补偿法在数控机床机械加工中的实际应用

误差补偿法在提高数控机床机械加工的实际应用中越来越广泛，对于提高数控机床加工精度的方法一方面是加强数控机床的质量，另一方面就是采取误差补偿法，误差补偿在大多情况下又分为上文提到的误差防止和误差补偿法，下面具体分析一下误差补偿法在机械加工过程中的实际应用。在误差补偿技术中常用的方法是误差建模、误差测量、误差补偿实施。

第一，硬件静态补偿法。硬件静态补偿法在数控机床机械加工过程中指的是增加外部的硬件结构，利用外力使数控机床通过副位置进行和误差方向相反的运动，以此来减少误差，在对螺丝的机械加工过程中，加工的数控机床丝杠之间会产生误差，利用螺距校正尺来进行对数控机床丝杠进行螺距，就是一种静态补偿法。静态补偿法存在一定的局限性，不可以在运动过程中实行补偿，只可以在对硬件各种参数或者数值实施平衡调整时实行补偿。硬件静态补偿法很少单独使用，大多情况下与其它方法结合使用。

第二，静态补偿法和动态补偿法的结合使用。上文提到的静态补偿法，是在数控机床机械加工过程停止时实行误差补偿，因为本身具有局限性所以不会单独使用，如果把静态补偿法和动态补偿法结合起来，就可以实现相互的取长补短，提高促进加工精度的效率。动态补偿法是在进行数控机床切削加工过程中，根据数控机床的空间位置，机床的实际加工情况，加工环境的具体变化，实行参数补偿或者补偿量，依据运动的实际情况来实行反馈补偿。比如在轴承的数控机床加工过程中，利用对切削程度、热量温度、几何形态的掌控来实行参数补偿，动态补偿法和静态补偿法相比更有用实用性，但是局限性在于投入成本较高，技术水平要求也更严格[3]。

第三，进给伺服系统补偿法。伺服系统是对每个驱动加工坐标轴有关运动的传动装置设备。这种补偿系统可以依据加工轨迹的标准，进行正反方向的运动，它的加工精度最精细可以0.1微米，并且它具有及时反映、调速范围广阔、低速大转矩等优点。在目前数控机床机械加工的过程中，数控机床进给系统主要包括开环控制系统和闭环进给位置伺服系统以及半闭环进给位置伺服系统，在实际的加工过程中，利用對伺服电机转速的控制减少精度误差。

第四，修改G代码补偿法。G代码是编制数控机床机械加工程序的一种专业语言，G代码中对刀具的具有补偿功能，像比如G44、G43就是对刀具长度的补偿。G代码的补偿原理是利用对刀具刀位信息数据的修改来补偿原始误差的范围。G代码补偿法目前也被越来越广泛的应用于数控机床机械加工的误差补偿当中，比如五轴数控机床误差补偿的模型，依据误差补偿模型关于CAM软件形成的原始刀位实行修改，用修改G代码的手段来实现对数控机床机械加工的误差补偿。这种修改G代码的补偿方法需要相关G代码的编程工作人员对机床工件的几何形态进行确定，然后确立刀具轨迹的标准和加工工艺的具体过程。在数控机床的机械加工过程中，假如出现位置偏移就可以利用修改G代码的方法实行误差补偿，这种补偿法大多情况下运用于相对简单的零部件，轮廓一般是由直线和圆弧组成的，数据也不需要太复杂的处理，如果出现数据量和工作量比较大的零部件的时候，程序员就要使用计算机进行辅助编程，对计算机的G代码控制实行相应修改[4]。

第五，坐标偏置补偿法。所谓的坐标偏置补偿法就是指通过数控系统对参照位置，坐标原点的偏移等相关情况的反馈来实行误差补偿。程序员或者工作者在操作过程中，可以利用数控系统对零部件加工进行误差校对，如果出现误差，可以对坐标原点利用数控系统重新设置，这种坐标偏置补偿法适合应用于三轴坐标类型的数控机床机械加工过程，对侧头的使用大多是固定侧头，再加之适当的软件补偿，保障稳定的地基。

综上所述，在数控机床机械加工的过程中，误差补偿法能够提高加工精度，提升数控机床机械加工的技艺，达到数控机床机械加工的高精度要求，利用误差补偿法来提升精度被逐渐重视。在目前发展过程中，误差补偿法依然存在一些问题和不足，应加强误差补偿法在数控机床中的创新和改进，不断完善误差补偿法，发挥误差补偿法在提高机械加工中的关键作用。

参考文献：

[1]王少彬.数控机床机械加工精度提升中误差补偿法的实践研究[J].科技创新与应用，2017，1（10）：163.

[2]赵秀芹.数控机床机械加工精度提升中误差补偿法的实践研究[J].山东工业技术，2017，1（18）：25.

[3]丁来军.误差补偿在提高数控机床机械加工精度中的应用[J].科学技术创新，2016，1（10）：23.

[4]宋江涛，姜敦香.误差补偿在提高数控机床机械加工精度中的应用[J].中国科技投资，2016，1（13）：123-124.