数控机床几何误差及其补偿方法研究

摘要：对数控机床几何误差产生的原因作了比较详细的分析，将系统误差的补偿方法进行了归纳，并在此基础上阐述了各类误差补偿方法的应用场合，为进一步实现机床精度的软升级打下基础。
关键词：数控机床；几何误差；误差补偿

前言
提高机床精度有两种方法。一种是通过提高零件设计、制造和装配的水平来消除可能的误差源，称为误差防止法 (error prevention)。该方法一方面主要受到加工母机精度的制约，另一方面零件质量的提高导致加工成本膨胀，致使该方法的使用受到一定限制。另一种叫误差补偿法(error compensation)，通常通过修改机床的加工指令，对机床进行误差补偿，达到理想的运动轨迹，实现机床精度的软升级。研究表明，几何误差和由温度引起的误差约占机床总体误差的70%，其中几何误差相对稳定，易于进行误差补偿。对数控机床几何误差的补偿，可以提高整个机械工业的加工水平，对促进科学技术进步，提高我国国防能力，继而极大增强我国的综合国力都具有重大意义。
1几何误差产生的原因
普遍认为数控机床的几何误差由以下几方面原因引起：
1.1 机床的原始制造误差
是指由组成机床各部件工作表面的几何形状、表面质量、相互之间的位置误差所引起的机床运动误差，是数控机床几何误差产生的主要原因。
1.2 机床的控制系统误差
包括机床轴系的伺服误差（轮廓跟随误差），数控插补算法误差。
1.3 热变形误差
由于机床的内部热源和环境热扰动导致机床的结构热变形而产生的误差。
1.4切削负荷造成工艺系统变形所导致的误差
包括机床、刀具、工件和夹具变形所导致的误差。这种误差又称为“让刀”，它造成加工零件的形状畸变，尤其当加工薄壁工件或使用细长刀具时，这一误差更为严重。
1.5 机床的振动误差
在切削加工时，数控机床由于工艺的柔性和工序的多变，其运行状态有更大的可能性落入不稳定区域，从而激起强烈的颤振。导致加工工件的表面质量恶化和几何形状误差。
1.6 检测系统的测试误差
包括以下几个方面：
（1）由于测量传感器的制造误差及其在机床上的安装误差引起的测量传感器反馈系统本身的误差；
（2）由于机床零件和机构误差以及在使用中的变形导致测量传感器出现的误差。
1.7 外界干扰误差
由于环境和运行工况的变化所引起的随机误差。