数控机床误差分析及位置精度提高方法

数控机床误差分析及位置精度提高方法

发表时间：2017-08-02T14:58:21.010Z 来源：《电力设备》2017年第9期作者：魏仁进[导读] 摘要：随着科技信息化的发展，现代制造业逐渐进入高效率，高精度方向，数控机床和其他设备的性能要求也在不断增加。（航宇救生装备有限公司湖北 441003）摘要：随着科技信息化的发展，现代制造业逐渐进入高效率，高精度方向，数控机床和其他设备的性能要求也在不断增加。数控机床上生产的产品，都只是依赖于机床自身加工精度。然而在数控机加工中仍然存在许多影响，影响数控机床的加工精度有很多，使用过程中也会出现很多的不确定因素对精度造成影响。

关键词：数控机床误差；位置精度；提高方法前言：

自动化的迅猛发展和广泛应用在生产过程中进行精密加工，数控机床加工精度也在不断提升。从现状可以看出，数控机床在当前生产过程中起到的不可或缺的作用，其精度是一个衡量数控机床等级的重要指标，而误差是严重干扰数控机床精度的。因此本文主要就数控机床误差分析及位置精度提高方法进行探讨，以供参考。

一、数控机床误差分类

数控机床的误差是指的操作指令的实际作用，相比预计的结果差异的影响的程序。具体的含义是在机床实际运行中，机床工作台和刀具的运动，理想与实际情况的差异。一般数控机床主要是机床身，立柱，主轴，以及各种直线导轨和旋转轴。所有这一切部件产生的误差最后都归结都数控机床实际加工的误差。误差来源可以被划分成：①运动误差；②切削力；③测试设备误差；④热变形误差；⑤机械安装误差；⑥几何误差机床组件；⑦机器重量和负载变形引起；⑧伺服控制误差和插补算法误差；⑨刀具磨损。

二、机器上误差产生条件

2.1 静态错误

在数控机床不进行切削时，检测存在的误差，其中包括机器的几何精度和定位精度的两个元素，也就是原来的精密机床和本身重力引起的误差。

2.2 动态误差

实际切割机工件的加工条件下被实现的准确度，它是不仅准确性的原始制造商的数控机刀具相关的，如处理的记录的过程中，刀具和工件，本身的误差，但切削力时，速度和其他相关的。

2.3高频率误差：一个动态的误差，如引起的振动带来的相关误差。

2.4位置误差

在机床工作台上或工具（机床坐标系中）位置相关的误差，这是一个函数的坐标系统的位置误差可表示为E = f{x，y，z，其他}，类似的几何误差。非位置错误：与机床工作台或刀具位置无关的误差。

三、提高位置精度的主要方法

3.1误差防止法

数控机床的几何尺寸误差主要来自于机床零件的形状和装配误差，因此在机床零件的加工和装配过程中，改进工艺方法和提高零件质量，以达到减少几何误差的目的。此外，对于机床热变形误差和振动误差，通过校核数控机床结构的刚度和热传导特性可达到减少误差的目的。与普通机床相比，数控机床有插补误差和伺服误差，采用合理的插补计算和伺服控制方法，可以减少该项误差。

3.2 降低几何误差

机床组成零部件的几何误差直接影响机床的加工精度和加工工件的误差，其中机床主轴、导轨和进给系统零部件的几何精度等级影响最大。因此，可以通过提高机床组成零部件的几何精度来提高机床的加工精度。

3.3热变形解决措施

热变形误差是机床的发热部位产生热量，热量通过各种介质向外传递，导致机床关键零件变形从而产生误差。热变形误差是继几何误差之后影响机床加工精度的第二大影响因素，热变形误差补偿是提高机床精度的重要途径之一，对热变形误差补偿的研究晚于对几何尺寸误差研究，目前减小热变形误差的方法主要有硬补偿和软补偿两种方法。解决措施：减少热源和控制热流、优化机床结构设计和改善热传导性能。在精密和超精密零件加工中，这些机床的几何精度比较高，因此，降低热变形误差已经成为提高加工精度的主要途径。一方面采用空气静压轴承、磁悬浮轴承，减少摩擦，进而减少由此引起的热量；另一方面，合理布置机床结构，尽量采用对称布置，加快温度场热平衡，将相变理论应用到机床基础件的方法来减小热平衡也是近年来研究的新思路。

3.4伺服跟随误差分析

进给伺服系统是数控机床的一个重要组成部分，其性能直接影响零件的加工质量和生产效率。伺服系统静、动态特性对数控机床的定位精度、加工精度和位移速度有直接影响，对伺服系统的要求主要是精度、快速性和稳定性三个方面。数控机床伺服系统是按照数控装置的控制指令实现，由步进电动机或伺服电动机与传动机构结合来传动，因此，引起伺服系统的变化复杂，进而影响到加工误差。在数控机床的控制系统中，各坐标轴伺服系统准确跟踪数控指令的能力十分关键。由于伺服控制系统根据反馈方式不同，分为开环控制和闭环控制系统两种控制方法。目前对伺服系统跟随误差的研究主要集中在单轴伺服系统和多轴伺服系统性能的提高和改善两个方面。

3.5 插补误差分析

在数控加工过程中，对于复杂零件的加工，由于刀具运行轨迹非常复杂，计算工作量大，很难准确地满足数控加工的实时性要求。因此在实际加工中，根据加工时进给速度的要求，采用插补运算的方法，完成在起点到终点的数据点密化工作，从而形成坐标轴的运动轨迹。针对插补运算过程中存在的误差问题，采用二维非参数曲线插补算法、弧长接近参数值的五次样条曲线、二次泰勒级数展开式基础上的参数补偿等方法，来减小插补误差，提高插补计算精度。

四、数控机床误差补偿方法

4.1建模CAD预补偿

数控机床工作时，通常是基于三维建模软件对于建模元件和参数设置，刀具路径设置，附加进程的数据设置，并最终生成NC程序。CAD建模预补偿是为了加工的零件建模过程，其基本思想机床的误差数据分析和处理，最终建立误差补偿模型，并再误差补偿给定接口导入建模过程中，从而达到加工精度提升的目的。

4.2数控代码修正补偿法。

随着现代微处理器技术、数字控制技术和传感测量技术的快速发展，数控机床软件误差补偿技术已逐渐发展成为提高机床位置精度的主要手段。比如在加工误差的影响下，NC代码的一部分是存在一定误差的，为了消除加误差的影响可以被校正误差补偿NC代码。预测误差在NC代码，NC代码输入软件、补偿模式下得到调整刀具中心点的实际位置为中心，从而校正NC代码的理想选择。系统误差补偿了良好的效果，如几何误差的方法，但只有在给定的代码修正数控机床，加工参数，通用性比较差。

4.3反馈修正法。

CNC控制方法通常是常用的传感器网格全封闭或半封闭的编码器反馈装置。反馈误差修正模型的计算量的增加错误反馈系统中的基本流程，逆向流和控制的情况和数字控制系统误差补偿。主体的作用，这种补偿方法的数控反馈系统中，需要实时反馈系统流，并且只能补偿的轴向方向上的每个传动误差，对于整体空间上的误差是很难达到补偿效果的。

结束语：

综上所述，对数控机床误差分析，对其使用有效、经济的手段进行改善解决，逐步的提高其位置精度、加工精度。并把数控机床误差补偿技术的进一步完善，通过一系列的数控机床技术补偿，将更有力的助推制造业的向先进制造、精密制造方向发展。

参考文献：

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[3]刘焕牢，李曦，李斌，等.数控机床几何误差和误差补偿关键技术.机械工程师，2003，1：16～18.