王軍

【摘 要】在工業(yè)制造過程中經(jīng)常會應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)，然而機(jī)床在本身的制造、裝配過程中出現(xiàn)缺陷造成的集合誤差、機(jī)床溫度變化引起熱變形而造成的熱誤差以及機(jī)床切割中引起變形而造成的誤差等是影響機(jī)床加工的關(guān)鍵因素，總結(jié)起來就是幾何誤差、熱誤差以及切削力誤差。這三種誤差在工程制造過程中占據(jù)了80%的誤差比重。我國是制造業(yè)發(fā)達(dá)的大國，誤差補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用對提高我國制造業(yè)水平有著非常重要的意義和價值。

【Abstract】The error compensation for CNC machine tools is often applied in the industrial manufacturing process. The assembly error caused by the defect of the machine in the manufacture and assembly process， thermal error caused by thermal deformation of machine tool temperature， the error caused by the deformation of the machine tool are the key factors that affect the machine tool processing. These factors can be summarized as geometric error， thermal error and cutting force error， and they are 80% of total errors in the process of manufacturing. China is a big country of manufacturing industry. The application of error compensation technology is of great significance and value to improve the level of the manufacturing industry in China.

【關(guān)鍵詞】數(shù)控機(jī)床；應(yīng)用；誤差補(bǔ)償技術(shù)

【Keywords】CNC machine tools； application； error compensation technology

【中圖分類號】TG659 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）05-0174-02

1 引言

隨著工業(yè)制造行業(yè)在我國快速發(fā)展，機(jī)械制造的智能化、高質(zhì)量、高精度要求已經(jīng)是我國制造行業(yè)關(guān)注的重中之重。在工業(yè)制造行業(yè)當(dāng)中最受人們關(guān)注的就是數(shù)控機(jī)床的誤差補(bǔ)償，其極大地促進(jìn)了制造工業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。在我國工業(yè)生產(chǎn)過程中精密加工技術(shù)的普遍應(yīng)用，使得數(shù)控機(jī)床的精密加工以及檢測技術(shù)在日常工作中的要求越來越高。然而數(shù)控機(jī)床誤差的影響因素眾多，其中動態(tài)誤差受到了機(jī)床動態(tài)特性的影響，機(jī)床各零部件綜合決定了動態(tài)機(jī)床的性能，直接影響到機(jī)床動態(tài)誤差的大小。

2 數(shù)控機(jī)床的歷史與現(xiàn)狀

機(jī)床誤差熱變形現(xiàn)象最早在瑞士被人們發(fā)現(xiàn)并研究，通過對坐標(biāo)鏜床的測量分析后發(fā)現(xiàn)影響到機(jī)場熱變形的主要因素就是機(jī)床的熱變形[1]。從此之后人們便開始了機(jī)床誤差的檢測、建模以及補(bǔ)償技術(shù)的研究。1996年在美國密西根大學(xué)，人們在一家離合器制造廠的150多臺車削中心上成功地應(yīng)用了熱誤差補(bǔ)償技術(shù)，使得機(jī)床加工精度提高了一倍以上。我國對于機(jī)床的熱變形以及誤差補(bǔ)償技術(shù)的研究，從20世紀(jì)50年代起到20世紀(jì)70年代末，先后在不少高校以及研究院展開相關(guān)的機(jī)床熱變形誤差補(bǔ)償技術(shù)的研究，在國內(nèi)外有關(guān)人員的不懈努力之下，數(shù)控機(jī)床的誤差補(bǔ)償技術(shù)有了快速發(fā)展。然而就目前來看，國外的數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)還沒有大量的在工業(yè)當(dāng)中應(yīng)用，國內(nèi)誤差實施補(bǔ)償技術(shù)大多還在實驗室研究范圍內(nèi)，市面上還沒有見到有關(guān)數(shù)控機(jī)床的誤差補(bǔ)償技術(shù)報道，這說明在數(shù)控機(jī)床的誤差補(bǔ)償技術(shù)上還有很大的開發(fā)余地。

3 數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)技術(shù)

3.1 數(shù)控機(jī)床的誤差建模技術(shù)

數(shù)控機(jī)床的誤差建模是數(shù)控機(jī)床誤差分析補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)之一，在實際操作過程中該技術(shù)主要應(yīng)用到誤差的綜合建模分析技術(shù)以及誤差分析技術(shù)，是數(shù)控機(jī)床誤差建模技術(shù)當(dāng)中重要的組成部分。同樣的，在操作過程中弓箭與工具刀之間還經(jīng)常會出現(xiàn)位移差的現(xiàn)象，在誤差建模技術(shù)的運(yùn)用狀態(tài)下，可以精準(zhǔn)地測量出誤差建?？刂萍夹g(shù)以及表示上述位移，從而實現(xiàn)全面把握元素誤差的技術(shù)，將誤差直接有效地反映出來，因此誤差建模技術(shù)在當(dāng)前的研究過程中得到了廣泛的應(yīng)用，甚至成為工業(yè)制造領(lǐng)域最有代表性的誤差建模技術(shù)。

3.2 數(shù)控機(jī)床的誤差測量技術(shù)

誤差測量技術(shù)是對機(jī)械的誤差進(jìn)行測量，其能夠通過不同激光測量儀的運(yùn)行，檢測出機(jī)床不同位置、不同環(huán)境以及不同溫度下的誤差數(shù)值，從而來提高數(shù)控機(jī)床誤差精度的控制水平。然而這種測量方法消耗時間過長，在測量過程中會出現(xiàn)嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，因此該技術(shù)通常都是應(yīng)用在單一項目的誤差測量過程中。簡潔誤差的測量技術(shù)主要是通過制定的指標(biāo)因素，將測量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成為數(shù)據(jù)模型，然后通過簡潔的推斷和全面的機(jī)床誤差數(shù)據(jù)分析來實現(xiàn)誤差測量。這種測量誤差的技術(shù)在優(yōu)劣比較上非常明顯，而利用這種測量方法來減少數(shù)控機(jī)床的誤差并不復(fù)雜，并且有著檢驗結(jié)果準(zhǔn)確度高以及操作周期短的優(yōu)勢。

3.3 數(shù)控機(jī)床的誤差補(bǔ)償技術(shù)

誤差的補(bǔ)償實施技術(shù)由兩種技術(shù)構(gòu)成，分別是離線補(bǔ)償以及實時補(bǔ)償[2]。在實時補(bǔ)償中，補(bǔ)償設(shè)備會將相關(guān)硬件輔助裝置的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行收集，從而實現(xiàn)補(bǔ)償設(shè)置數(shù)據(jù)誤差的目的，再通過數(shù)控機(jī)床的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)模型來準(zhǔn)確地處理輸入補(bǔ)償裝置中輸入的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)模型進(jìn)行構(gòu)建，從而根據(jù)以上提供的數(shù)據(jù)實現(xiàn)實時補(bǔ)償。

3.4 數(shù)控機(jī)床的幾何誤差參數(shù)法

在幾何誤差參數(shù)法中涉及到傳統(tǒng)激光干涉參數(shù)法，傳統(tǒng)的激光干涉測量技術(shù)是幾何誤差參數(shù)法的構(gòu)成部分，能夠有效地解決數(shù)控機(jī)床本身的運(yùn)動問題，有效地控制數(shù)控機(jī)床中存在的誤差，從而大大壓縮逐個測量誤差所耗費(fèi)的時間，測量的操作難度以及操作量也大大減少。

傳統(tǒng)的激光干涉儀能夠?qū)C(jī)床的空間誤差進(jìn)行有效分析，然后在這個技術(shù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建數(shù)學(xué)基礎(chǔ)模型，測量線上誤差元素，分析得到的相應(yīng)數(shù)據(jù)模型來獲得集合數(shù)據(jù)誤差，從而大幅度降低測量線路的工作量，也能有效地降低綜合測量的誤差元素。

3.5 多自由度激光干涉幾何誤差測量方法

通過分析九線法來分辨集合誤差之中存在的問題，能夠測量多方面的自由度。在測量過程中利用原有的激光干涉儀能夠一次性的測量多個自由度，也能夠同時測量到立體空間X、Y、Z三個方向，分析線的六個方向，在幾個小時之內(nèi)便能夠完成測量工作量，大大地縮減了測量時間。

4 機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)的缺陷以及解決方法

①CCD 攝像裝置與圖像系統(tǒng)采集。CCD攝像裝置是由多個感光像元的離散元素構(gòu)成，能夠通過掃描的方式來獲取二維碼。CCD攝像裝置能夠影響測量精度以及測量系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，在選用過程中要充分地考慮測量范圍以及測量的精度要求。攝像后的圖像要錄入圖像采集卡，將視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號之后再傳輸給計算機(jī)運(yùn)算系統(tǒng)。

②攝像裝置將圖片輸入計算機(jī)之后將會對各種測點(diǎn)圖像進(jìn)行可靠性識別，在這個過程中會刪除無效的圖片，然后再對圖像進(jìn)行有效區(qū)域的選取和特征取證，最后得出集合參數(shù)。在數(shù)據(jù)庫中取出相對應(yīng)測點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)與計算機(jī)圖像分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而計算出工件在加工后不同測點(diǎn)的動態(tài)誤差。

③優(yōu)化測點(diǎn)的路徑選擇。在加工工件的檢測過程中，測點(diǎn)的選取越多則被檢測的曲面加工精度表現(xiàn)越詳細(xì)。然而曲面的測點(diǎn)若是布設(shè)得過多，將會導(dǎo)致測點(diǎn)監(jiān)測的效率以及機(jī)床的使用率大大降低，所以說去面測點(diǎn)的模塊生成主要是針對類似自由曲面的零件進(jìn)行測點(diǎn)分布規(guī)劃。

5 結(jié)語

通過本文探討研究可知，通過數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)的提升，機(jī)床精度得到了很好的控制，經(jīng)濟(jì)效應(yīng)也得到了增強(qiáng)，這一技術(shù)在我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著巨大的作用。當(dāng)前數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)在我國的應(yīng)用過程中還存在著不小的障礙，工作人員應(yīng)當(dāng)充分關(guān)注該技術(shù)的后續(xù)發(fā)展，在數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償項目研究過程中，把握好關(guān)鍵技術(shù)，推動控制準(zhǔn)確性的提升，以促進(jìn)誤差補(bǔ)償分析技術(shù)水平的提升，采取實際有效的措施方法來解決我國制造業(yè)發(fā)展過程中遇到的問題。

【參考文獻(xiàn)】

【1】楊建國，姚曉棟. 數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J]. 世界制造技術(shù)與裝備市場，2012（03）：64-71+95.

【2】鄧春麗. 研究數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 科技展望，2016（12）：87.