數(shù)控機床精度控制與誤差補償.

1、數(shù)控機床精度控制與誤差補償 吳佳佳目錄第一章 緒論-1第二章 數(shù)控機床-22.1 數(shù)控機床概述-22.1.1 數(shù)控機床的工作原理-22.1.2 數(shù)控機床的硬件構(gòu)成-22.1.3 數(shù)控機床的特點-22.1.4 數(shù)控機床的分類-22.2 多軸數(shù)控機床-3第三章 誤差分析-53.1 誤差源-53.2 誤差源分類-53.2.1 測量系統(tǒng)的誤差-53.2.2 控制系統(tǒng)誤差-53.2.3 刀具系統(tǒng)誤差-63.2.4 機床結(jié)構(gòu)系統(tǒng)誤差-6第四章 精度控制-84.1 誤差建模-84.2 誤差檢定-94.2.1 誤差檢測-94.2.2 誤差辨識-9第五章 誤差防止-115.1 幾何誤差防止-115.2 熱變形誤

2、差防止-115.3 伺服誤差防止-125.4 振動與環(huán)境誤差防止-135.5 檢側(cè)誤差防止-14第六章 誤差補償-15第七章 總結(jié)-18參考文獻-19數(shù)控機床精度控制與誤差補償分析第一章 緒論數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機床的誕生開創(chuàng)了控制和生產(chǎn)領(lǐng)域的新時代，給機械制造業(yè)帶來了一次新的技術(shù)革命。數(shù)控機床以自動化程度高、柔性好、加工精度高等優(yōu)點在現(xiàn)代制造業(yè)特別是復(fù)雜零件加工中己得到廣泛應(yīng)用，并在迅速發(fā)展和普及。隨著經(jīng)濟全球化，國內(nèi)外市場競爭日趨激烈，用戶對產(chǎn)品提出了優(yōu)質(zhì)、可靠、安全、功能多樣化、結(jié)構(gòu)精細化的要求越來越嚴格，消費者需求的個性化越來越迫切，迫使制造業(yè)能夠進行多品種、小批量的柔性生產(chǎn)，制造業(yè)向精度更

3、高、品種更多、批量更小、成本更低以及周期更短的生產(chǎn)方向發(fā)展成為一種必然選擇，采用數(shù)控機床是制造業(yè)適應(yīng)這種發(fā)展趨勢的重要途徑。同時，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與機械制造科學(xué)技術(shù)的結(jié)合，為機械制造業(yè)適應(yīng)這種發(fā)展趨勢提供了重要的理論和實現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)，為了滿足各種加工生產(chǎn)需要，人們把電子技術(shù)、計算機技術(shù)應(yīng)用到機械加工行業(yè)，設(shè)計了各種數(shù)控機床，使數(shù)控機床得到了空前快速的發(fā)展，數(shù)控機床己成為現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)和核心，也是柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)、智能化制造系統(tǒng)(IMS)及工廠自動化(FA)的基本組成單元。數(shù)控機床的合理設(shè)計與使用直接維系著產(chǎn)品質(zhì)量的高低，而衡量數(shù)

4、控機床設(shè)計與使用過程中性能優(yōu)劣的重要指標是數(shù)控機床的精度。數(shù)控機床精度通常指機床定位至程序目標點的精確程度，通常是機床空載情況下在數(shù)控軸上對多目標點進行多回合測量后通過數(shù)學(xué)統(tǒng)計計算出來的。數(shù)控機床的精度指標主要包括加工精度、定位精度、重復(fù)定位精度和回轉(zhuǎn)軸精度等，其中加工精度是衡量數(shù)控機床工作性能的非常重要的精度指標，而數(shù)控機床的加工精度受到機床結(jié)構(gòu)、裝配精度、伺服系統(tǒng)性能、工藝參數(shù)以及外界環(huán)境等因素的影響，隨著對數(shù)控機床加工精度要求不斷提高，如何使數(shù)控機床加工精度控制在所追求的目標范圍內(nèi)，則是一個需要不斷研究的重要課題。數(shù)控機床的誤差是指機床按某種操作規(guī)程指令所產(chǎn)生的實際響應(yīng)與該操作規(guī)程所預(yù)期

5、產(chǎn)生的響應(yīng)之間的差異。誤差產(chǎn)生的原因主要是機床的幾何誤差、運動誤差、溫度誤差和力學(xué)誤差,而其中占主導(dǎo)地位的是幾何誤差中具有重復(fù)性的部分。所以，對這類幾何誤差的測量、分析和補償就成為了研究機床誤差的工作重點。機床空間誤差補償?shù)囊粋€重要內(nèi)容是怎樣先將誤差分解到各個運動軸上，然后對機床運動的指令位置進行修正,且不影響數(shù)控軟件中位置環(huán)的控制周期。這就要求補償軟件的處理速度不能太慢,特別是對于高精高速的數(shù)控機床，補償處理的速度要求更高。因此，研究一種快速有效的空間誤差測量和補償方法，其意義十分重大。第二章 數(shù)控機床2.1 數(shù)控機床概述2.1.1 數(shù)控機床的工作原理：數(shù)控機床是采用了數(shù)控技術(shù)的機床,它是用

6、數(shù)字信號控制機床運動及其加工過程。具體地說,數(shù)控機床加工零件時,首先根據(jù)所需要加工的零件的形狀特征和所要求的尺寸來編制零件的數(shù)控程序,這是數(shù)控機床的工作指令。通過使用MDI鍵盤、個人計算機、PC卡和手持文件盒等外部I/O設(shè)備,將數(shù)控程序輸入到數(shù)控裝置,經(jīng)過進行相應(yīng)的譯碼、運算和邏輯信號處理后,發(fā)出指令,自動控制機床主運動的變速、起停、進給運動的方向、速度和位移大小,以及其他諸如刀具選擇交換、工件加緊松開和冷卻潤滑的啟、停等輔助動作,使刀具與工件及其他輔助裝置嚴格地按照數(shù)控程序規(guī)定的順序路程和參數(shù)進行精確的動作,從而加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件。2.1.2 數(shù)控機床的硬件構(gòu)成：數(shù)控機床一

7、般由輸入/輸出設(shè)備、數(shù)控裝置(CNC) 、伺服單元、驅(qū)動裝置(或稱執(zhí)行機構(gòu)) 、可編程控制器( PLC)及電氣控制裝置、輔助裝置、機床本體及測量裝置組成。圖1為數(shù)控機床的硬件構(gòu)成。圖1 數(shù)控機床的硬件構(gòu)成2.1.3 數(shù)控機床的特點： 數(shù)控機床對零件的加工過程，是嚴格按照加工程序所規(guī)定的參數(shù)及動作執(zhí)行的，它是一種高效能自動或半自動機床，與普通機床相比具有以下明顯特點：適合于復(fù)雜異形零件的加工，加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，柔性好，生產(chǎn)效率高，勞動條件好，有利于現(xiàn)代化管理，投資大使用費用高，生產(chǎn)準備工作復(fù)雜，維修困難。2.1.4 數(shù)控機床的分類：數(shù)控機床的品種很多，根據(jù)其加工、控制原理、功能和組成，可

8、以從以下幾個不同的角度進行分類。按加工工藝可分為普通數(shù)控機床和加工中心，按運動方式可分為點位控制數(shù)控機床、直線控制數(shù)控機床和輪廓控制數(shù)控機車，按控制方式可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)，按聯(lián)動軸數(shù)可分為兩軸聯(lián)動、三軸聯(lián)動和多軸聯(lián)動。2.2 多軸數(shù)控機床 數(shù)控機床發(fā)展到今天，己經(jīng)形成了一個種類繁多的龐大體系，就是否擁有閉環(huán)約束而言，可以區(qū)分為帶閉環(huán)約束的并聯(lián)機床和無閉環(huán)約束的串聯(lián)機床，串聯(lián)機床因其控制簡單、結(jié)構(gòu)清晰、應(yīng)用范圍廣，最早被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)的生產(chǎn)實踐中，也是目前使用范圍最廣、擁有數(shù)量最多、門類最齊全的加工機械。串聯(lián)機床根據(jù)加工應(yīng)用的需要可以擁有數(shù)量不等的伺服軸，如單軸、

9、二軸、三軸及三軸以上，通常把三軸以上機床統(tǒng)稱為多軸機床。零件的機械加工是在機床上通過刀具與零件的相對運動并構(gòu)成切削完成的，我們稱這類相對運動為成形運動，其形式和穩(wěn)定性決定了零件形狀和精度，而將參與完成形運動的機床部件總稱為成形系統(tǒng)，刀具上直接參與切削的點稱為成形點，成形點在工件坐標系中坐標的形式稱為刀具軌跡。另外，刀具姿態(tài)在機床成形運動中也可能發(fā)生變化，固定在刀具上的矢量在工件坐標系中坐標的形式稱為刀具姿態(tài)軌跡。成形運動有理想運動和實際運動之分，因此刀具軌跡也有理想刀具軌跡和實際刀具軌跡之分。多軸數(shù)控機床中成形系統(tǒng)共有工作臺定位、平動進給軸及轉(zhuǎn)動進給軸、主軸單元、裝夾和床身等部件組成。如，對于

10、三軸數(shù)控機床，成形系統(tǒng)共有工作臺定位、X軸平動、Y軸平動、Z軸平動、主軸單元、裝夾和床身等7個部件。根據(jù)多軸數(shù)控機床主軸方向的不同可以分為立式和臥式兩大類，還可以根據(jù)多軸數(shù)控機床進給運動軸之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系對多軸數(shù)控機床進行進一步分類。根據(jù)進給運動軸之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系的區(qū)別，三軸立式機床分為FXYZ型、XFYZ型、XYFZ型和XYZF型；三軸臥式機床又分為FXZY型、XFZY型、XZFY型和XZYF型。其中F前面的字母表示工件分支相對機床床身的平動方向，F(xiàn)后面字母表示刀具分支相對機床床身的平動方向，如XFYZ中F前的X表示工件所在的工作臺相對機床床身可做沿X軸方向的平移運動，F(xiàn)后的Y、Z表示刀具所在的

11、主軸箱相對機床床身可做沿Y軸和Z軸方向的平移運動。又如，帶單個回轉(zhuǎn)軸的四軸數(shù)控機床和帶兩個回轉(zhuǎn)軸的五軸數(shù)控機床是在三軸聯(lián)動數(shù)控機床上疊加一個或兩個回轉(zhuǎn)工作臺發(fā)展起來的，并一般把回轉(zhuǎn)軸安裝在三軸聯(lián)動數(shù)控機床平動鏈的前后。根據(jù)回轉(zhuǎn)軸與平動軸的關(guān)聯(lián)關(guān)系，四軸數(shù)控機床可以分為TTTR型、RTTT型；五軸數(shù)控機床可以分為RRTTT型、RTTTR型和TTTRR型。其中T表示平動軸，因此TTT代表上述任意三軸機床；R表示回轉(zhuǎn)軸，可以繞X軸回轉(zhuǎn)，也可以繞Y軸或Z軸回轉(zhuǎn)。因此還可以根據(jù)T和R所代表的坐標軸的不同進一步細分。多軸數(shù)控機床通過多軸聯(lián)動，可以實現(xiàn)復(fù)雜工件型面的加工，成為數(shù)控機床發(fā)展的趨勢。為了適應(yīng)日益

12、復(fù)雜的工件型面加工要求，多軸數(shù)控機床己由最初的兩軸聯(lián)動發(fā)展到五軸以上聯(lián)動。但是由于多軸數(shù)控機床隨著聯(lián)動軸數(shù)的增加，其機械結(jié)構(gòu)和成形運動過程隨之復(fù)雜，影響機床加工精度的因素及其復(fù)雜性也相應(yīng)增加，如何保障和提高加工精度是一個需要深入研究的重大課題?，F(xiàn)在的多軸數(shù)控機床，為了保證和提高多軸數(shù)控機床的運動的嚴格性，從機床運動學(xué)角度來看，機床成形系統(tǒng)某單元相對于前面的單元，其運動通常只有一個自由度的直線運動或回轉(zhuǎn)運動，其余自由度都受到了約束，而提高成形運動的靈活性方法通常是增加運動單元數(shù)目和聯(lián)動軸數(shù)。多軸聯(lián)動數(shù)控機床特別是五軸及五軸以上聯(lián)動數(shù)控機床是實現(xiàn)大型與異型復(fù)雜零件的高效高質(zhì)量加工的重要手段，代表著

13、一個國家機械制造業(yè)數(shù)控技術(shù)發(fā)展的最高水平。而精密、超精密多軸數(shù)控機床是進行精密、超精密復(fù)雜零件表面加工的必要手段，與其他它精密、超精密加工技術(shù)并列成為當(dāng)前制造技術(shù)學(xué)科的重要分支，是一個國家精密制造能力強弱、制造水平高低以及科學(xué)技術(shù)水平的重要標志，成為在國際競爭中取得成功的關(guān)鍵技術(shù)。隨著微電子、電力電子、航空航天等尖端科學(xué)技術(shù)的興起，對精密、超精密產(chǎn)品、零件產(chǎn)生了強烈的需求，更加速了機械加工技術(shù)的精密、超精密加工技術(shù)的發(fā)展。數(shù)控機床技術(shù)的迅速進步大大推進了精密、超精密加工技術(shù)的發(fā)展，使加工精度提高到了一個新的臺階。當(dāng)前，精密加工的加工精度達到了l-0.1m、表面粗糙度達到了0.1-0.025m，

14、超精密加工的加工精度已高于0.1m、表面粗糙度已小于0.025m，而超精密切削加工己達到尺寸精度為0.01-0.001m，表面粗糙度Ra0.001-0.004m的水平，標志著超精密加工己進入納米級精度階段，而這些成就的取得在相當(dāng)程度上得益于數(shù)控機床技術(shù)的發(fā)展。第三章 誤差分析3.1 誤差源 數(shù)控機床加工精度受到機械、電氣、工件材料、加工工藝以及環(huán)境等諸多因素的影響，靠單一的精度控制方法不能或很難保證數(shù)控機床的加工精度，為此人們研究了多種精度控制理論和方法來提高數(shù)控機床的精度。一般而言，數(shù)控機床的加工誤差來源于以下幾個方面：機床的零部件和結(jié)構(gòu)在制造和裝配時產(chǎn)生的幾何誤差，包括零件尺寸誤差和裝配誤

15、差；機床內(nèi)、外部熱源引起的熱變形誤差；機床自重、切削力變形及由于動剛度不足產(chǎn)生的振動誤差；機床軸系伺服系統(tǒng)產(chǎn)生的伺服跟隨誤差；數(shù)控插補算法產(chǎn)生的插補誤差；其它誤差，如外界振動、濕度、氣流變化等產(chǎn)生環(huán)境誤差以及檢測系統(tǒng)中產(chǎn)生的檢測誤差等。影響加工精度(其由刀具相對于工件的最終位置精度決定)的因素很多，主要包括：機床結(jié)構(gòu)的幾何誤差(部件的加工誤差和裝配誤差)、熱特性、主軸誤差、刀具磨損、靜承載和工件夾具。根據(jù)誤差的表現(xiàn)形式，機器誤差通常分為兩大類：確定性誤差(可表達與不可表達)和隨機性誤差(相關(guān)與非相關(guān))。3.2 誤差源分類如將數(shù)控機床視為一個系統(tǒng),各組成部分按功能劃分，則影響機床加工精度的誤差源

16、為：3.2.1 測量系統(tǒng)的誤差 影響測量系統(tǒng)誤差的主要因素有以下三個： (1)測量基準的誤差和測量裝置安裝的傾斜、自重變形等引起的誤差； (2)測量尺安裝的阿貝(Abbe)誤差。當(dāng)被測對象在測量中和測量尺在同一軸線時，才能進行準確的測量，這就是阿貝提出的測量原則。但在加工過程中運動有六個自由度，即三個平動自由度和三個轉(zhuǎn)動自由度，除少數(shù)測量儀器如千分尺外，很難將測量尺布置得與工件被測尺寸在同一軸線上； (3)測量線路誤差。在測量線路中，外界磁場的干擾、溫升和元件性能以及震蕩頻率的變化等都會引起測量誤差。在半閉環(huán)的數(shù)控伺服系統(tǒng)中，位置檢測器如旋轉(zhuǎn)脈沖編碼器本身也會產(chǎn)生誤差。3.2.2 控制系統(tǒng)誤差

17、 在數(shù)控機床中，控制系統(tǒng)包括從編程到數(shù)據(jù)的存儲、分配、計數(shù)和比較，用以驅(qū)動伺服機構(gòu)。這種控制系統(tǒng)的誤差主要反映其穩(wěn)態(tài)時的性能，其中有系統(tǒng)的不靈敏度、零點飄移和穩(wěn)態(tài)誤差等。 系統(tǒng)的不靈敏度反映在輸出脈沖的增加或丟失，這種現(xiàn)象將使工作臺少移動或多移動了指令要求的位移量，形成定位誤差。系統(tǒng)的零點漂移是指系統(tǒng)輸入穩(wěn)定而輸出呈現(xiàn)出波動現(xiàn)象，引起機床工作臺位移的變化。系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)有輸入信號以后，經(jīng)過一段時間，輸出信號與輸入信號之間的誤差。這在輪廓加工的控制系統(tǒng)中尤為重要。在閉環(huán)系統(tǒng)中，輸入信號與測量信號反饋到比較環(huán)節(jié)中進行比較，當(dāng)存在有信號差時，系統(tǒng)繼續(xù)運動；當(dāng)信號差小到低于系統(tǒng)靈敏度時，系統(tǒng)即

18、停止運動。在這些系統(tǒng)中，這種跟蹤誤差對定位過程是不起作用的，但對連續(xù)運動的輪廓加工則會產(chǎn)生誤差。3.2.3 刀具系統(tǒng)誤差刀具系統(tǒng)給加工帶來的誤差由刀具磨損、刀具的熱伸長、換刀安裝的對中誤差和刀具的彈性變形等。3.2.4 機床結(jié)構(gòu)系統(tǒng)誤差機床結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的誤差即為幾何誤差，包括機床各部件工作表面的幾何形狀和相互位置誤差。在機床的設(shè)計、制造和裝配過程中，結(jié)構(gòu)的殘余不規(guī)則性，造成機床的系統(tǒng)誤差。這種誤差我們稱之為幾何誤差，是由位置傳感器的非線性、機器零件相對運動的非正交性和測量過程中每個機器零件運動的非直線性引起的。而由于振動、測量系統(tǒng)和反向誤差引起的定位不重復(fù)性則可視為機床的隨機誤差。機床的主要組成部

19、件為導(dǎo)軌及溜板(工作臺)，它們的誤差是機床準靜態(tài)誤差的主要誤差源，其中以導(dǎo)軌的形位誤差對定位精度的影響較大。在定義這些誤差時，我們總是假定各部件為剛體。(1)導(dǎo)軌精度通常稱物體在空間運動有六個自由度，是指物體的任何運動都可分解為沿空間坐標系三個方向的移動和繞三個移動方向的轉(zhuǎn)動。導(dǎo)軌的功用就在于控制運動部件的五個自由度，僅容許沿需要的方向運動，且要保證溜板或工作臺運動的方向精度。這包含兩方面的意義：首先是溜板的運動軌跡偏離理想直線的程度，這取決于導(dǎo)軌的直線度，為了測量方便，分別是在垂直平面內(nèi)和水平面內(nèi)分別加以控制；其次是溜板在運動過程中的傾斜，這取決于兩根導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的平行度。所以，不論導(dǎo)軌

20、的組合屬于何種形式，其基本精度都是指以下三項：垂直平面內(nèi)的直線度；水平面內(nèi)的直線度；垂直平面內(nèi)的平行度(又稱扭曲度)。其中，垂直平面內(nèi)的直線度是為控制溜板在運動過程中的高低起伏，它的作用除保證溜板運動的方向精度外，還為保證溜板與導(dǎo)軌的良好接觸。導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度，會直接影響所加工零件的幾何精度，對于如車床等加工圓柱形零件的機床，其影響的程度遠超過垂直平面內(nèi)的直線度誤差。扭曲度會影響溜板與導(dǎo)軌之間的良好接觸，對所加工零件的幾何精度也有直接影響。 (2)溜板(工作臺)運動精度溜板運動的精度控制主要是指要控制溜板在運動過程中的傾斜，即溜板繞空間三根坐標軸的旋轉(zhuǎn)。故傾斜有三項，對應(yīng)于導(dǎo)軌的三項基本

21、精度，現(xiàn)分別分析如下：溜板繞縱軸(x軸)的傾斜：一般稱其為滾轉(zhuǎn)角，床身兩根導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)平行度誤差的反映，也就是通常所說的扭曲度，即當(dāng)前進方向上兩側(cè)的導(dǎo)軌不等高時，部件就會繞前進方向的軸線轉(zhuǎn)動； 溜板繞橫軸(y軸)的傾斜：一般稱其為俯仰角，此項傾斜是床身導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)直線度誤差的反映，即當(dāng)機床的導(dǎo)軌面在其前進方向上不平時，將引起工作臺的顛擺； 溜板繞立軸(z軸)的傾斜：一般稱其為偏擺角，此項誤差是床身導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差的反映，即當(dāng)兩導(dǎo)軌不平行時，運動部件將在導(dǎo)軌面的垂直方向上轉(zhuǎn)動。 (3)部件移動相互間垂直度誤差機床部件可能包含相互垂直的三個方向上的移動-垂直方向、縱向和橫向。部件移

22、動方向之間的垂直度誤差，決定于導(dǎo)軌面之間的垂直度誤差。當(dāng)導(dǎo)軌面與底面不垂直時，主軸上下移動一段距離后，主軸在工件上的定位誤差為。 (4)加工過程中的熱誤差加工過程中產(chǎn)生的熱，使得機床各部件的溫度發(fā)生變化，由于各部件的溫度變化規(guī)律和速率不同，以及同一部件上各點的溫度變化不均勻，使得部件產(chǎn)生變形，最終造成刀具與工件的相對位置發(fā)生改變，其結(jié)果表現(xiàn)為各坐標軸出現(xiàn)附加位移，故可將這類誤差歸于幾何誤差類。據(jù)此，幾何誤差模型同樣適用于熱誤差的描述。第四章 精度控制數(shù)控機床誤差補償?shù)膬身楆P(guān)鍵技術(shù)-誤差建模及誤差檢定。4.1 誤差建模誤差建模(又稱精度建模)，是建立精度控制的優(yōu)化模型，分為誤差運動學(xué)建模和誤差辨

23、識建模。誤差辨識建模屬于誤差檢定的范疇，下面另有敘述。在機械加工中，機床加工精度最終是由機床上刀具與工件之間的相對位移決定的。機床誤差運動學(xué)建模也稱機床精度建模，是對與機床上每一運動副有關(guān)的誤差成分，使用合成方法來計算刀具與工件之間的相對運動的誤差。在機床誤差和零件誤差之間并不存在一種可使互相轉(zhuǎn)化的量化的方法，只能盡可能精確地建立起由機床誤差計算零件精度的模型，因此至今尚未建立起完全理想的運動學(xué)模型，也給機床精度建模研究提供了廣闊的空間。誤差補償就是在加工過程中，補償系統(tǒng)根據(jù)機床精度模型和實時反饋(如溫度、位置、切削力等)預(yù)報機床的最終誤差，并實時補償該誤差。誤差補償技術(shù)最初只針對機床單項誤差

24、源(如主軸回轉(zhuǎn)精度、導(dǎo)軌直線度等)進行改進，并不需要機床精度數(shù)學(xué)模型，這對于機床加工某些簡單零件時實行誤差補償是可行的。隨著機床結(jié)構(gòu)和零件加工型面的復(fù)雜化，機床運動副的誤差通過運動傳遞作用于刀具和零件的相對位置關(guān)系中，而這種誤差傳遞一般不是等價傳遞的，必須建立適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型來描述這種誤差傳遞關(guān)系，因而正確的數(shù)控機床精度模型是進行誤差補償?shù)幕A(chǔ)。另外，數(shù)控機床精度模型也給機床精度分析、精度分配、精度評定、誤差檢測與辨識帶來了方便。研究數(shù)控機床的加工精度，基礎(chǔ)的問題是全面充分地分析的數(shù)控機床成形系統(tǒng)的各項誤差源，研究產(chǎn)生誤差的原因、分布性質(zhì)、傳遞函數(shù)和誤差合成計算模型。到目前為止，數(shù)控機床精度建模

25、和誤差補償以靜態(tài)誤差和準靜態(tài)誤差為主，對于動態(tài)誤差如主軸回轉(zhuǎn)誤差、機床位置伺服系統(tǒng)的跟蹤誤差一般不作考慮，這在普通及精密數(shù)控機床中是允許的。對于超精密機床，靜態(tài)誤差往往不是主要矛盾，對機床動態(tài)精度的分析與建模，并進行補償就顯得格外重要。尤其是當(dāng)機床的精度要求很高，而位置伺服系統(tǒng)性能較差，精度受系統(tǒng)非線性因素影響較大時，采取適當(dāng)?shù)难a償措施，可以有效地彌補位置伺服系統(tǒng)性能的不足，提高機床精度。同時，這些機床精度模型為進行機床精度分析和運動誤差檢測、補償提供了一定的基礎(chǔ)，但是由于存在適用范圍小、沒有通用性以及易產(chǎn)生人為推導(dǎo)誤差等問題，未能從根本上解決機床誤差建模的通用性問題。對高柔性、高精度和高自動

26、化的機械加工設(shè)備和系統(tǒng)，進行運動誤差分析、建模和補償研究，快速、準確地建立復(fù)雜機械系統(tǒng)運動誤差模型，是解決復(fù)雜機械系統(tǒng)運動誤差分析和補償問題的關(guān)鍵，是實現(xiàn)復(fù)雜機械系統(tǒng)軟件誤差補償?shù)氖滓蝿?wù)。雖然數(shù)控機床精度建模是進行數(shù)控機床運動設(shè)計、精度分析與設(shè)計、誤差控制的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，對數(shù)控機床精度的關(guān)注和研究伴隨著機床發(fā)展和應(yīng)用研究的整個歷程，涌現(xiàn)了多種不同的建模方法，但是迄今為止尚未有一種規(guī)范性、系統(tǒng)性、通用性和完整性的建模理論，建模工作需要針對具體機床采用不同的方法進行，不僅增加了機床精度建模的人力、物力浪費，而且限制了精度建模理論的應(yīng)用效果。近年來針對復(fù)雜機械系統(tǒng)的有誤差運動，發(fā)展起來了一種多體系統(tǒng)理

27、論。由于多體系統(tǒng)理論對復(fù)雜機械系統(tǒng)較強的概括能力和特有的系統(tǒng)描述方式，可全面考慮影響系統(tǒng)的各項因素及相互禍合關(guān)系，因而廣泛適用于復(fù)雜機械系統(tǒng)運動誤差建模。由工作臺、滑座、床身、立柱、主軸箱、夾具、刀架、刀具或及回轉(zhuǎn)軸等部件構(gòu)成的各種機床，本質(zhì)上就是一個復(fù)雜機械系統(tǒng)，因此非常適合采用多體系統(tǒng)理論進行研究，并且基于多體系統(tǒng)運動學(xué)理論對機床精度建模，建模過程具有程式化、規(guī)范化、假設(shè)條件少、通用性好、便于計算機快速建模等諸多優(yōu)點。4.2 誤差檢定誤差檢定包括誤差檢測和誤差辨識。為了對數(shù)控機床的誤差進行全面準確的預(yù)測和補償或全面準確評價機床性能，必須知道機床的所有誤差元素在各種條件下、各種環(huán)境下以及在各

28、個時刻的值，這遠非一件易事。誤差檢測與辨識不僅是誤差評定的基礎(chǔ)，是機床精度評定工作的重要內(nèi)容，而且是進行機床精度預(yù)報和誤差補償?shù)挠忠魂P(guān)鍵技術(shù)。4.2.1 誤差檢測誤差檢測是用合適的誤差測量儀器直接測量出所要檢定的誤差成分，它有單項誤差檢測和綜合誤差檢測之分。誤差檢測不需要誤差辨識模型，因此最可靠、最直觀，也最便于應(yīng)用。一般情況下，機床單項幾何誤差的檢測不是很困難，可以使用諸如激光干涉儀、機械方法或其它光學(xué)方法，進行高精度測量，但是機床熱變形誤差、彈性變形誤差以及振動誤差等由于多種因素的復(fù)雜影響，以及測量儀器研制、安裝、性能等方面的制約，直接檢測要困難得多，例如機床熱變形誤差就受到加工周期、冷卻

29、液的使用、零部件熱特性以及周圍環(huán)境等諸多因素的復(fù)雜影響，因此這類誤差往往多采用間接估計的方法。在機床綜合性能評價或綜合誤差補償中，有時需要或只需要進行綜合誤差檢測，另外，綜合誤差檢測也是辨識機床原始誤差的一個重要途徑，因此綜合誤差檢測誤差占有顯著的地位。近些年來，機床綜合誤差檢測的研究主要集中在研制新型機床運動精度檢測儀上，并取得了很大突破，用于機床運動誤差檢測的常用儀器己形成了系列。早期形成的基準棒-單向微位移法可以用微位移計來測定裝夾在主軸上的圓柱型基準棒與設(shè)置在雙向工作臺回轉(zhuǎn)軸上參考點距離的變化。4.2.2 誤差辨識誤差辨識即是誤差間接估計，就是首先用儀器測量出與所要辨識檢定的誤差成分相

30、關(guān)聯(lián)的中間量，然后通過精確、有效的誤差辨識數(shù)學(xué)模型估計出要檢定的誤差成分。因此誤差辨識要求測量出的中間量具有可溯性，既能夠找到由之得到所要檢定的誤差的有效求解方法。雖然單項誤差直接檢測精確、簡單明了，但需要測量儀器多、有時更耗時，甚至不可能。在工程中，有許多誤差參數(shù)難以進行直接檢測，通過對其它可測參數(shù)的檢測來間接估計所關(guān)注的誤差是一種不可或缺的方法，因此誤差辨識在機床誤差檢定中占有重要的地位。目前，機床的熱誤差、力變形誤差等就常采用間接估計方法來獲取。機床誤差間接估計可分為兩種途徑:一種是最終誤差(往往是綜合誤差)溯源，另一種是誤差映射。通過對機床最終綜合誤差的檢測進行誤差溯源是間接估計機床單

31、項誤差的重要途徑之一。雖然誤差辨識提供了一種快速和有效估計機床單項誤差分量的方法，但是此時建立起能精確辨識原始誤差的誤差辨識模型則成為一個關(guān)鍵性問題。機床誤差間接估計通常需要建立合適的誤差辨識模型，因此為了用誤差辨識方法精確鑒定出機床原始誤差，需要解決好檢測參數(shù)及其檢測儀器和誤差辨識建模兩大課題。誤差辨識法研究的另一成果是基于一維球列法、球板法和雙頻激光干涉測量儀，對機床工作區(qū)特定方向或區(qū)域的部分綜合誤差進行檢測，開發(fā)了多種通過精確、簡便、有效的數(shù)學(xué)模型來溯源機床各單項誤差的誤差辨識方法。這類方法由于誤差辨識精度高、速度快、簡便實用，受到了廣泛歡迎。一維球列法和球板法分別一組和多組球度誤差很小

32、的球排列而成，測量操作簡單，誤差溯源計算量少，已在坐標測量機誤差評定和補償中得到了很好應(yīng)用。雙頻激光干涉儀是一種高精度的測量儀，廣泛用于精密、超精密機床誤差檢測。圍繞在機床誤差檢測中如何更好地應(yīng)用雙頻激光干涉測量儀，開發(fā)了22線法、15線法、14線法、9線法等多種位移法。位移法的基本思想是通過測量工作區(qū)內(nèi)空間直線方向上的空間位移誤差，運用適當(dāng)?shù)恼`差分離技術(shù)來辨識機床各單項誤差。位移法的最大特點是將誤差直接測量和誤差分離技術(shù)有機結(jié)合起來，對不同類型的誤差采用不同的辨識方法，從而達到用最少的測量線數(shù)來實現(xiàn)高精度、快速辨識數(shù)控機床進給系統(tǒng)的全部幾何誤差的目的。但是上述位移法仍存在一些可改進的不足，如

33、22線法測量多，對點數(shù)有嚴格要求，要采用循環(huán)求解或遍歷求解方法，存在嚴重的誤差傳遞性，且采用了假設(shè)誤差值總和為零的不規(guī)范條件。間接估計是機床熱誤差辨識的主要方法。機床熱誤差往往是溫度和位置的非線性函數(shù)，選擇適當(dāng)?shù)臏囟葌鞲衅靼惭b位置是機床熱誤差辨識的關(guān)鍵。目前在幾乎所有的熱誤差辨識系統(tǒng)中，溫度傳感器安裝位置是憑經(jīng)驗和試湊來確定的。經(jīng)驗法不能保證溫度傳感器安裝位置的科學(xué)性，試湊法雖然只能增加一定程度上的準確性，還會耗費大量的時間和溫度傳感器的數(shù)量。因此溫度傳感器在機床上安裝位置是熱誤差辨識的主要障礙。目前，機床熱誤差辨識建模方法己出現(xiàn)多種，如由于受非線性因素制約，幾乎所有的文獻都使用高階多項式和神

34、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，模型的輸入為在機床不同位置適當(dāng)布置的熱傳感器，輸出為模型預(yù)測的熱變形。為了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的準確性，模型的訓(xùn)練需要在盡量寬的工況下進行。第五章 誤差防止為了提高數(shù)控機床加工精度，可以采用誤差防止和誤差補償兩種措施。誤差防止是通過合理的機床設(shè)計、零件加工、機床裝配、環(huán)境控制和使用來消除或減少可能的誤差源。該方法從機床設(shè)計制造各階段開始，采取精化措施，提高設(shè)計精度，優(yōu)化機床系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)配置，減少機床自身的各種誤差和表現(xiàn)誤差。誤差防止是保障數(shù)控機床加工精度最根本、最有效的手段。數(shù)控機床的幾何誤差來源機床零部件的形狀誤差和裝配誤差，因此在機床加工和裝配階段，必須采取適當(dāng)?shù)墓に嚪椒百|(zhì)量控制措施，以減

35、少機床幾何誤差。另一方面，加工過程中切削力變形和熱變形等與機械結(jié)構(gòu)存在密切的聯(lián)系，因此在數(shù)控機床特別是精密、超精密數(shù)控機床制造過程中，應(yīng)當(dāng)重視數(shù)控機床結(jié)構(gòu)的剛度和傳熱特性，以減少機床熱變形誤差和振動誤差，此外，在加工過程中熱變形等與環(huán)境因素有著密切的關(guān)系，高穩(wěn)定性的加工環(huán)境是保證加工精度的重要因素，因此對數(shù)控機床特別是精密、超精密數(shù)控機床的工作環(huán)境須采取適當(dāng)?shù)沫h(huán)境保障措施。數(shù)控機床比普通機床增加了伺服誤差和插補誤差，因此在數(shù)控機床設(shè)計過程中，應(yīng)采取合理的伺服控制和插補計算方法，以減少伺服誤差和插補誤差。5.1 幾何誤差防止機床幾何誤差的研究伴隨著機床產(chǎn)生和發(fā)展的全過程，因此已有了相當(dāng)長的歷史。

36、實際上，在機床發(fā)展的初始階段，提高加工精度的主要方法就是通過提高機床自身的幾何精度來實現(xiàn)。機床各零部件的幾何誤差最終均將反映在被加工工件的加工誤差上，因此機床每一個零部件的幾何誤差都是關(guān)注的對象。防止和減少機床各零部件在制造和安裝過程中的幾何誤差的措施主要是改進工藝和采用新材料。就幾何誤差而言，在機床各零部件中，其中構(gòu)成機床的關(guān)鍵部件-主軸和導(dǎo)軌，其幾何精度的高低對數(shù)控機床的加工精度起著決定性影響，因此為了提高數(shù)控機床的精度，許多國家投入了大量的人力、物力用于研究和開發(fā)高精度的主軸軸系和導(dǎo)軌。近年來，一方面，隨著滾動軸承、液體靜壓軸承、液體動壓軸承、氣體靜壓軸承以及磁浮軸承的成功研制和應(yīng)用，機

37、床主軸的回轉(zhuǎn)精度得到了大幅度提高，回轉(zhuǎn)誤差不超過0.01m；另一方面，隨著新型滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌、液體靜壓導(dǎo)軌和空氣靜壓導(dǎo)軌的成功研制和應(yīng)用，使機床導(dǎo)軌的直線度誤差小于0.05m /1000mm，進而大大提高數(shù)控機床的精度，為進行精密、超精密加工提供了極為重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。5.2 熱變形誤差防止熱變形誤差產(chǎn)生的過程為：發(fā)熱部產(chǎn)生熱量，熱量通過接觸面向周圍傳遞，最終導(dǎo)致機床關(guān)鍵部件變形，從而產(chǎn)生誤差。與之相對應(yīng)，防止和減少熱變形誤差的方法有三種：降低熱源；控制熱流；熱穩(wěn)定結(jié)構(gòu)設(shè)計。在精密、超精密加工領(lǐng)域，機床幾何精度己經(jīng)很高，此時的熱變形誤差成為影響機床加工精度的最主要因素之一，降低熱變形誤差則是

38、提高加工精度的最好方法。這需要對環(huán)境條件如溫度、濕度等進行嚴格的控制。必要時可采用空氣靜壓軸承或磁浮軸承，以減少摩擦和由此產(chǎn)生的熱量。機床主軸單元功率大、發(fā)熱嚴重，且其徑向跳動和軸向竄動均直接反映在加工工件上，必須采用冷卻措施使其溫度不致大范圍變化。熱流控制有被動熱流控制和主動熱流控制之分。被動熱流控制是將絕熱物插入機床主要結(jié)構(gòu)中(如機身、頭架等)，以控制熱流，試圖使每一單元熱變形均勻。在被動熱流控制中，絕熱物不僅阻礙了熱流，而且也形成了很好的溫度場。適當(dāng)?shù)匕惭b絕熱物，可以是機床溫度場和熱流敏感性得到改善。主動熱流控制使用外部熱源來改善機床的熱變形，一方面使不對稱溫度分布化為對成分布，從而降低

39、機床結(jié)構(gòu)的熱變形；另一方面也大大減少了精密機床的預(yù)熱時間。熱穩(wěn)定結(jié)構(gòu)設(shè)計通過改變機床結(jié)構(gòu)和熱源設(shè)計一來消除熱的影響。對機床熱性能機理的研究及基于此提出的各種熱變形理論為在設(shè)計階段優(yōu)化機床的熱特性提供了理論支撐。但是，由于熱變形誤差受電機和運動副所產(chǎn)生的熱量以及切削力、環(huán)境溫度、冷卻系統(tǒng)等諸多因素的影響，并且與機床各部分的熱特性有關(guān)，使得熱變形情況極為復(fù)雜以及機床連接處熱源和邊界條件存在很大的不確定性，從而進行熱變形誤差理論計算時，導(dǎo)致了計算的熱變形結(jié)果與實際情況往往有明顯的差異，必須通過實驗對計算結(jié)果進行考核，使一些在實驗室可行的方案難以用于生產(chǎn)實踐。目前尚缺乏一種精確的熱變形誤差計算方法，相

40、關(guān)研究還需進一步深入。5.3 伺服誤差防止伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分，伺服系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性的優(yōu)良直接影響著機床的定位精度、加工精度和位移速度。伺服系統(tǒng)的誤差是數(shù)控機床的主要誤差源之一。由于數(shù)控機床伺服軸的運動不是人工控制，而是通過伺服電機及其傳動機構(gòu)來進行驅(qū)動的，而伺服電機則由數(shù)控加工程序指令來控制，因此伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作特性復(fù)雜，導(dǎo)致伺服誤差的復(fù)雜變化。在多軸聯(lián)動數(shù)控加工過程中，伺服系統(tǒng)處于非常頻繁的加減速狀態(tài)，使伺服誤差發(fā)生更為復(fù)雜的變化，最終影響到工件的加工誤差，伺服誤差變化的復(fù)雜性更增加對其控制的難度。在數(shù)控機床加工控制中，各軸伺服系統(tǒng)準確跟蹤指令的能力起著非常關(guān)鍵的作用。

41、隨著高精度、高速度加工的日益發(fā)展，對各軸伺服系統(tǒng)的跟蹤性能提出更為嚴格的要求，特別是在當(dāng)今超精密中，對各軸伺服系統(tǒng)性能的要求到了極為苛刻的程度，靠常規(guī)控制方法已及難實現(xiàn)。對于多軸數(shù)控加工，任意伺服軸的運動軌跡的偏差或故障會引起整個運動規(guī)律的變化，產(chǎn)生輪廓加工誤差，因此各軸伺服系統(tǒng)不但要有很高的位置跟蹤能力，還要有極高的可靠性和穩(wěn)定性。目前伺服誤差控制研究的側(cè)重點分為單軸伺服系統(tǒng)性能和多軸伺服系統(tǒng)綜合性能的改善和提高兩方面，伴隨著產(chǎn)生開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種不同方法：(1)開環(huán)控制方法：開環(huán)控制的加工精度由機床零部件的精度來保證，采用直線度非常理想的導(dǎo)軌(如液體靜壓導(dǎo)軌、氣體靜壓導(dǎo)軌等)，更高回轉(zhuǎn)

42、精度的主軸(如液體靜壓主軸、氣體靜壓主軸等)，高性能的電機(如Dynasery電機，其最小輸出脈沖可達2.53角秒)，以及各種精密驅(qū)動方式(如滾珠絲杠、靜壓絲杠、摩擦驅(qū)動、直線驅(qū)動等)，提高機械系統(tǒng)的響應(yīng)速度和定位精度。根據(jù)開環(huán)方法設(shè)計的機床結(jié)構(gòu)簡單，如果加工過程的狀態(tài)可以事先預(yù)知，并可以用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟ_到，則反饋是多余的，所以可以采用開環(huán)結(jié)構(gòu)。這種單純依靠提高機床零部件的性能來提高機床機械系統(tǒng)的運動精度的方法適用于輕載、負載變化不大或經(jīng)濟型數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)控制，在精密加工中也可采用。但是，由于機械系統(tǒng)中普遍存在摩擦和間隙，在低速運動時會產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，反向運動時產(chǎn)生反程差。為了提高位置精度，機

43、械傳動系統(tǒng)還需要足夠的聯(lián)接剛度以克服彈性變形。要克服這些非線性因素的影響，開環(huán)方法是以更高的成本為代價的，更高精度意味著更高的成本。另外開環(huán)控制易受機械變形、磨損、溫度變化、振動及其它因素的影響，系統(tǒng)穩(wěn)定性難以調(diào)整，對傳動部件精度、性能穩(wěn)定性及使用過程的溫差變化需要有很好的保障措施。(2)閉環(huán)控制方法：閉環(huán)控制有分為全閉環(huán)控制方法和半閉環(huán)控制方法。全閉環(huán)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)具有一致的結(jié)構(gòu)，二者差異只是位置信號檢測點有所不同，前者的位置信號檢測點是最終運動部件(機床工作臺或刀架)，檢測信號的是最終運動部件的實際位置，而后者的位置檢測信號檢測點是坐標運動的傳動鏈中的某處機械傳動部件(如伺服電機)，檢測

44、信號是該傳動部件的運動參數(shù)，再將其轉(zhuǎn)換為位置信號，因此全閉環(huán)系統(tǒng)環(huán)內(nèi)包括較多的機械傳動部件，理論上具有比半閉環(huán)控更高的控制精度。目前，半閉環(huán)控制系統(tǒng)在普通和精密機床中使用較多，全閉環(huán)控制方法則多用于應(yīng)用于超精密機床上。 上述超精密機床的閉環(huán)控制都采用前饋加PID控制方法，這種傳統(tǒng)控制方法穩(wěn)定性好、可靠性高，PMAC運動控制板就是這種控制器的代表。超精密數(shù)控系統(tǒng)要求有納米級運動分辨率，因此要求有更短的插補周期(小于1ms)和控制周期(小于0.1ms)。此外，針對超精密加工特點，需要多軸聯(lián)動生成高次曲線、曲面，在傳統(tǒng)控制算法的基礎(chǔ)上，采用交叉耦合控制、最優(yōu)預(yù)見控制(OPC)、逆補償濾波器(IKF)

45、控制、滑?？刂?、陷波及前饋等方法，可以較大地提高跟蹤精度。另外，適應(yīng)控制(AC，Adaptive Control)技術(shù)開始在數(shù)控機床伺服系統(tǒng)中得到應(yīng)用。適應(yīng)控制就是使機床能隨加工過程中切削條件的變化，自動調(diào)節(jié)切削量，實現(xiàn)加工過程最佳化的自動控制。適應(yīng)控制技術(shù)己形成了約束適應(yīng)控制(ACC，Adaptive Control Constraint)、最佳適應(yīng)控制(ACO，Adaptive Control Optimization)和學(xué)習(xí)適應(yīng)控制(TAC，Trainable Adaptive Control)等多個分支。5.4 振動與環(huán)境誤差防止在數(shù)控機床發(fā)展的初期，人們雖然早已認識到機床振動及環(huán)境條

46、件對加工精度的影響，但由于加工精度要求比較低，振動及環(huán)境誤差的影響并不明顯，因此對振動及環(huán)境誤差的研究未受到重視。應(yīng)該說，對振動及環(huán)境誤差問題的研究真正開始于精密、超精密加工的興起。對于普通加工，機床振動及環(huán)境波動引起的誤差在機床加工誤差所占分量很小，因此對機床地基及周圍加工環(huán)境沒有嚴格的要求。但是，對于精密、超精密加工，機床振動嚴重影響到加工工件的加工表面粗造度以及會影響0.1m級的尺寸精度，給機床加工精度造成了很大危害，必須予以限制。防止和減少振動誤差的措施是降低機床內(nèi)部和外部振源的影響。為了減少機床內(nèi)部振源的影響，須提高機床零部件的加工精度，對于機床中的回轉(zhuǎn)零件要進行嚴格的動平衡，或者選

47、擇低速加工以減少回轉(zhuǎn)件不平衡的影響;為了減輕或消除來自機床外部振動的影響，必須采取合適的機床基礎(chǔ)和防振裝置，得到成功應(yīng)用的防振裝置已有橡膠隔振器、金屬彈簧、G型隔振器及壓縮空氣熱等。另外，在精密、超精密加工中，對加工環(huán)境有著嚴格的要求，空氣中的溫度、塵埃、濕度、氣壓以及氣流都有可能危及加工精度，因此要求對加工環(huán)境進行防塵、除濕等凈化處理，并保持溫度和氣壓的恒定。國外如美國已形成了加工環(huán)境的凈化標準，我國的相關(guān)標準尚在研究形成階段。5.5 檢側(cè)誤差防止數(shù)控機床加工過程中進行檢測與監(jiān)控越來越普遍，裝有各種類型的檢測、監(jiān)控裝置。位置檢測裝置則是數(shù)控機床閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)必不可少的重要組成部分。閉環(huán)伺服

48、控制的數(shù)控機床的加工精度主要取決于檢測系統(tǒng)的精度。為了滿足各種不同閉環(huán)伺服控制及加工精度的需要，人們研制了多種位置檢測裝置，如回轉(zhuǎn)型的脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、圓感應(yīng)同步器、圓光柵、圓磁柵、多速旋轉(zhuǎn)變壓器、絕對脈沖編碼器、三速圓感應(yīng)同步器以及直線型的直線圓感應(yīng)同步器、計數(shù)光柵、磁尺、激光干涉儀、三速感應(yīng)同步器、絕對值式磁尺等。另外，還研制了一些監(jiān)測手段如紅外(IR)、聲發(fā)射(AE)、激光檢測裝置等來對刀具和工件進行監(jiān)測。誤差防止對精度的提高受當(dāng)時技術(shù)發(fā)展水平的限制，且當(dāng)加工精度要求較高時，采用誤差預(yù)防的費用將呈指數(shù)增加，同時，高精度機床維護費用非常高昂，精度在使用過程中容易喪失。因此，用誤差防止

49、法提高加工誤差是有限度的。第六章 誤差補償誤差補償是通過檢定機床各種誤差或分析誤差成因，依據(jù)檢定結(jié)果及誤差模型對機床各坐標軸的運動進行適當(dāng)?shù)男拚齺硖岣邫C床精度。隨著工件加工精度的提高，單純依靠通過提高機床零部件質(zhì)量(加工精度、剛度與熱特性等)、降低內(nèi)部熱源發(fā)熱量、嚴格控制加工環(huán)境和使用條件來減小機床加工誤差的誤差防止措施，在技術(shù)上變得越來越困難，在經(jīng)濟上變得越來越難以承受。誤差補償技術(shù)的應(yīng)用則是擺脫這一困境的根本性措施。同時，誤差補償技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用突破了只有精密機床才能加工精密零件的傳統(tǒng)觀念，為利用數(shù)控機床加工精度比機床自身精度更高的工件創(chuàng)造了條件。機床誤差補償?shù)幕舅枷刖褪侨藶榈卦斐鲆环N新

50、的誤差去抵消或大大減少當(dāng)前成為問題的原始誤差，通過測量、分析、統(tǒng)計及歸納等措施掌握原始誤差的特點和規(guī)律，建立誤差補償數(shù)學(xué)模型，盡量使人為造出的誤差與和原始誤差二者的大小相等、方向相反，從而減少加工誤差，達到理想的運動軌跡，提高零件的加工精度。與誤差防止法不同，誤差補償技術(shù)將眾多形成機床加工誤差的因素視為一個不知其相互間作用內(nèi)情的黑箱，只針對它最終出現(xiàn)的幾何誤差值予以自動修正。誤差補償?shù)年P(guān)鍵是建立起正確的機床誤差模型和能準確檢定出機床誤差。根據(jù)誤差來源，誤差補償可以分為隨機誤差補償和系統(tǒng)誤差補償兩種。隨機誤差補償要求在線測量，把誤差檢測裝置直接安裝在機床上，在機床工作的同時，實時地測出相應(yīng)位置的誤差值，用此誤差值實時地對加工指令進行修正。隨機誤差補償對機床的誤差性質(zhì)沒有要求，能夠同時對機床的隨機誤差和系統(tǒng)誤差進行補償，但需要一整套完整的高精度測量裝置和其它相關(guān)的設(shè)備，成本高。系統(tǒng)誤差補償是用相應(yīng)的儀器預(yù)先對機床進行檢測，即通過離線測量得到機床工作空間指令位置的誤差值，把它們作為機床坐標的函數(shù)。機床工作時，根據(jù)加工點的坐標，調(diào)出相應(yīng)的誤差值以