数控机床几何误差及误差补偿主要技术分析

摘 要：机械設计制造及其自动化的发展对于机械行业的发展具有良好的促进作用，同时机械设备逐渐向着高精度、高效率的趋势发展，因此本文在此基础上重点论述了数控机床几何误差以及介绍了几种误差主要修补技术，从而更好促进我国机械行业的发展。

关键词：数控机床；几何误差；误差修补；主要技术分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.021

0 背景

目前我国在机械制造行业取得了很大发展，但是在高精度制造方面和国外存在着很大的差距。另外一些行业对于机械加工的精度很高，比如集成电路制造行业，因此如何提高加工制造的精度成为我国机械发展面临的重要问题，本文在此基础上重点分析了数控机床几何误差产生的原因以及介绍了几种常见的误差补偿技术，从而更好促进我国机械行业的发展。

1 提高数控机床精度的重要性

我国的机械制造行业起步很晚，在几十年的发展过程中历经磨难，从总体上来说，我国机械制造行业取得了很大的发展，但是产业规模还较小，很多企业都是一些小型的制造企业，只是针对某些行业，同时这些小企业的生产技术和生产能力非常落后，导致我国的机械加工产业发展不平衡。另外一方面，我国的技术积累不够。并且，很多高精密的机床的核心技术仍掌握在欧美等发达国家手中，中国在这些方面缺乏相应的自主知识产权。因此，在机械设计制造方面，很多先进的机床设备还需要从国外进口，但是这些高精度的机床外国是对中国禁止出口的，因此研制精度更高的机床是我国机械制造发展的重要方向。

2 数控机床几何误差概述

数控机床的几何误差主要来自三个方面，第一个是数控机床自身设计的误差、第二数控运动过程中产生的误差、第三是由于数控机床之间配合产生的误差。对于三轴数控机床来说，在实际工作过程中，在沿着某个方向运动时，它的自由度是有六个方向的，那么这样数控机床产生的误差就是一个六个方向合成的矢量，其中有三个分量的误差称为直线度误差，而在三个旋转方向的误差称为转动误差。同时一般的数控机床是有若干轴组成的，这样就是数控机床的误差分量总和在几十个以上，在使用合适的差分补偿算法时要充分考虑到主要方向产生的误差，而要忽略次要方向产生误差。在具体修正的环节，首先要测量数控机床在几何方向的误差，对于不同的机床可能测量的方法和使用的仪器是不同的，对于一般的三轴数控机床来说，由于它的几何误差的分量比其他的数控机床要多，因此使用传统的测量方法无法达到测量的目的，比如常用的激光干涉仪的测量效果就是很差。因此如何进行几何误差的测量和修补就显得十分重要了。

3 误差补偿主要技术

误差补偿的方法有很多，本文重点介绍一种基于直线插补算法和一种圆形插补算法。

3.1 直线Bresenham算法

进行直线差补的原理有很多，最常用的是两种，一种是基准脉冲插补的方法，另一种是数据采样差补。本文主要介绍Bresenham算法。Bresenham算法具有高效性和简易性，迅速得到了应用，成为了一种很受欢迎的直线生成算法，它的基本理论是在网格化的绘制区域内寻找最接近理论，基本思想和基准脉冲理论类型，都是采取很多折线段无线逼近理论直线的观点。

直线Bresenham算法的主要原理就是通过模拟一组虚拟网格线，这条线是通过各行各列像素的中心，直线从起点到终点的顺序依次计算直线与各垂直网格线的交点，然后确定该列像素中与该最近的像素。

现在本论文仅以第一象限的平面直线论述，其他象限的原理一样，这里就不过多的论述了。如图1所示，直线的起点为B（），终点是C（），首先通过比较和的大小，谁的值比较大谁作为主轴，我们假设比较大的话，那么x轴在每一次插补中在脉冲时候，那么y轴则需要通过一个给定的判别式来确定是否发生一个脉冲信号。我们可以任意选择图1上的一点M（）最为提升平台的当前位置，那么M点的下一个位置可能是A（）或者是D（），那么这时候就需要判断哪个距离离y更近，也就是图1中谁的数值更小。

3.2 圆弧插补算法

一般来说，数控机床在实际工作环节，如果一个平面和两个轴向平行时，那么这个方向就是圆弧工作的方向，在实际数控技术在执行圆弧指令时，通过利用数学的微分思想来不断走直线的方式来逼近圆弧，只要满足一定的精度即可，常用的圆弧插补算法都是通过指令的方法来满足补偿的。一般插补的算法跟直线类似，但是在实际工作环节，如果在进行圆弧插补时，只考虑直线的两个端点时，这时候修补的效果较差，因此在插补过程中还需要考虑其他点的影响因素，这时候如果把圆弧半径的影响因素也考虑在内，那么插补的效果就能达到不错的效果。在实际修改圆弧指令时，可以按照直线的修改方式进行修改，但是需要考虑半径的影响，从而保证最终的插补效果。

4 结语

综上所示，数控机床几何误差和误差插补算法的研究对于提高我国高精度机床的制造至关重要，但是由于误差产生的原因较多，还是需要在保障制造质量的基础上，还要通过研究更加先进的插补算法来提高数控机床的精度。

参考文献：

[1]熊平.大型数控龙门铣床几何误差补偿方法研究[J].机电工程，2014（02）：139-144.

[2]李平，唐华平，吕斌等.汽轮机现场修复移动数控铣床几何误差建模[J].广西大学学报（自然科学版），2013（02）：326-331.

作者简介：栗江（1977-），男，河南西平人，硕士，讲师，研究方向：数控技术、机电一体化技术。