数控机床误差的辨识新方法研究及补偿

苗 壮

（齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔 161005）

近年来，数控机床的使用越来越广泛，但在应用过程中，还是会出现一些误差，其中最主要的就是热误差和定位误差，只有减少这两种误差的影响，才能提高数控机床的加工精度。而且随着社会的发展，对数控机床的精度要求也越来越高，但是越是精密的机床，热误差占总误差的比例也越高，所以必须对热误差进行补偿。机械加工误差是指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数之间偏差的程度。在实际零件加工过程中，由于各种原因，加工出的零件几何参数与理想零件的几何参数总有一定的误差，造成零件不合格甚至产生废品。

1 数控机床误差的辨识方法

（1）数据评估法。这种方法是测量机床的每一个轴的直线度和垂直度，将测试的数据和最初时的数据进行比较，可以根据机床几何精度的变化，单独制作一个图形，就可以通过图形找出直线误差或者垂直误差。还可以将实验中获得的数据都画在一个图上，得到占空率对机床精度的影响。通常情况下，机床轴可以判断直线度的误差，横轴上的直线度数据通常都不能超过3微米，因为横轴有一定的热敏感性，只从传感器上收集到的数据就可以观察出其中的差别。

（2）球杆仪检测法。当机床在运行时，管理人员经常会使用球杆仪来测量机床运动的进度，因为在多种不同误差的影响下，会组成一个统一的误差轨迹。在对误差进行分离时，应该参照每一个误差轨迹的特点进行针对性的分离，最后才能够准确地辨识出每一个误差。同时，球杆仪还有模拟误差的功能，通过模拟，可以对某一个已经存在的误差进行等比例拉伸或者收缩，保证误差轨迹中的数值不会变化，从而可以为单向误差的辨识提供依据。另外，为了更好地提高辨识结果的准确性，应该对间隙误差实施补偿，如果出现反向的间隙误差，而且还存在反向越冲的时候，首先应该确定其在轨迹中的位置，然后计算其大小。

（3）激光干涉仪测量法。激光干涉仪测量法是一种比较完善和成熟的工具，因为数控机床本身就十分复杂，其运行过程中出现的误差也比较复杂，如果要逐个测量这些误差，一定要花费很长的时间。使用激光干涉仪可以辨识机床的线性定位误差，提高误差辨识的速度。在使用激光干涉仪测量定位误差时，首先需要将干涉镜固定好，接着移动反射镜，将三个数轴上的定位误差都测量出来，这个过程需要安装三次激光干涉仪。通过光束反射的频率可以对位移进行测量，最后就可以得到机床运行过程中出现的误差。

2 数控机床误差的补偿

（1）测量误差。在数控机床中，常见的误差就是定位误差和热误差。其中定位误差主要指与位置有关系的几何方面的误差，这些误差产生的原因主要就是机床本身存在缺陷，还有就是一些部件的配置存在问题，这种类型的误差一般都可以通过数控系统进行补偿。而且定位误差不但和温度有关系，而且和具体的位置也有关联。所以，需要记录在不同温度下的测量误差值，然后通过使用插补法，建立一个定位误差和温度、位置之间的关系模型图，就可以进行针对性的补偿。

（2）安装补偿装置。第一步就是在机床上安装一些温度传感器，然后将传感器的接口和补偿器之间连接起来，能够及时、准确地测量出机床的温度，然后可以更完整地预测出数控机床中可能存在的误差。同时，需要在补偿器上连接一个位移传感器，能够准确地检测出经过补偿之后的机床的主轴的热偏移。最后就是连接电脑上的串口和补偿器的串口，使用上位机的程序对其进行调试。另外，补偿器还应该连接到数据系统当中，这样就可以简化外部的输出线，然后留下一个触发的信号线，这样就可以很好地控制最大的输出偏移量。

（3）误差补偿效果。通过测量，可以计算出定位误差的值，然后可以对定位误差和主轴上产生的热误差进行一个整体建模，最后使用误差补偿装置进行一个综合性的补偿。在进行补偿之前，首先应该测量机床的运动轴，接着需要测量一个补偿装置输出的特性。如果不考虑温度的影响，在进行补偿时，应该以第一次测量时得到的最大位移值作为依据进行补偿。但是在实际过程中，如果不考虑温度的影响，数控机床的误差补偿依然还是会存在一些数据上的误差，不能真正实现完全补偿的目的。所以，必须考虑温度变化的量，才能更好地提升定位误差补偿的效果。与定位误差一样，在对热误差实施了补偿之后，获得的径向误差比原来的减小了四分之三。通过对数控机床误差的补偿，使其误差得到了很大改善，提高了机床的精度，有很高的实用价值。

3 结语

现在对于数控机床的误差补偿，很多人都会忽略了温度的影响，导致最后的补偿精度不准确。所以，需要在不同的温度下对误差进行辨识，使用不同的方法，确定误差的位置，采用灵活的补偿方法，保证数控机床工作的精度，提高工作效率。为了提高数控机床的加工精度，技术人员必须对数控加工过程中所产生的误差进行详细分析，找出产生加工误差的原因，及时采取相应措施，减少生产损失。