誤差補(bǔ)償機(jī)械加工中的誤差補(bǔ)償

在機(jī)械加工中的誤差補(bǔ)償指：對出現(xiàn)的誤差采用修正、抵消、均化、 “鈍化”等措施使誤差減小或消除。其誤差補(bǔ)償過程為：

(1) 反復(fù)檢測出現(xiàn)的誤差并分析，找出規(guī)律，找出影響誤差的主要因素，確定誤差項(xiàng)目。

(2) 進(jìn)行誤差信號的處理，去除干擾信號，分離不需要的誤差信號，找出工件加工誤差與在補(bǔ)償點(diǎn)的補(bǔ)償量之間的關(guān)系，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。

(3) 選擇或設(shè)計(jì)合適的誤差補(bǔ)償控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以便在補(bǔ)償點(diǎn)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償運(yùn)動.

(4) 驗(yàn)證誤差補(bǔ)償?shù)男Ч?，進(jìn)行必要的調(diào)試，保證達(dá)到預(yù)期要求。

圖1列出了各種誤差補(bǔ)償技術(shù)的特點(diǎn)。

誤差補(bǔ)償誤差分離技術(shù)

主要應(yīng)用于圓度、圓柱度、導(dǎo)軌平行度及軸的回轉(zhuǎn)誤差等誤差信號測量中，多采用轉(zhuǎn)位法即將測頭(或待測對象)放置在不同位置同時或分序?qū)ν淮郎y量進(jìn)行反復(fù)測量，利用確定的位置關(guān)系和相同(或已知)的測量條件，根據(jù)多次的測量結(jié)果按照已經(jīng)建立的誤差模型求解誤差信號對測量結(jié)果影響值進(jìn)而達(dá)到將誤差信號進(jìn)行分離的目的。

該方法可以較好地解決傳感器的漂移問題，當(dāng)轉(zhuǎn)位數(shù)很大時有較好的誤差抑制作用。其缺點(diǎn)是需要進(jìn)行多次(或多位)測量，當(dāng)誤差信號種類較多或不確定時難于建立準(zhǔn)確的誤差信號變換模型，一般也不適合動態(tài)誤差補(bǔ)償。

誤差補(bǔ)償誤差修正技術(shù)

主要應(yīng)用于環(huán)境參數(shù)如溫度等對測量結(jié)果的影響以及傳感器非線性等情況下的誤差補(bǔ)償。一般利用已知的誤差量經(jīng)簡單換算或通過建立簡單的誤差參數(shù)模型直接對測量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償。

該方法簡單實(shí)用，適合于誤差影響量已知或能通過測量誤差參數(shù)簡單計(jì)算得到的情況，能較好滿足當(dāng)前測控儀器朝計(jì)算機(jī)技術(shù)控制方向發(fā)展需要。缺點(diǎn)是必須事先測定誤差參數(shù)或能夠得到其影響量，且能夠補(bǔ)償?shù)恼`差參數(shù)較為單一。

誤差補(bǔ)償誤差抑制技術(shù)

主要應(yīng)用于零位誤差補(bǔ)償，如工作臺的零位誤差、傳感器的零位漂移或閑區(qū)誤差處理。典型應(yīng)用有激光測長機(jī)的閑區(qū)誤差消除、定位工作臺的機(jī)械漂移的抑制等。其核心技術(shù)主要是在分析或已獲得的誤差模型的基礎(chǔ)上采用合理的機(jī)構(gòu)或者電路設(shè)計(jì)使誤差抵消或消除，而不必一定要獲取誤差量或誤差修正量。

精密測量中的誤差補(bǔ)償技術(shù)主要有三種形式：誤差分離技術(shù)、誤差修正技術(shù)和誤差抑制技術(shù)。

誤差補(bǔ)償誤差分離技術(shù)

誤差分離技術(shù)的核心是將有用信號與誤差信號進(jìn)行分離，它有兩種方式：基于信號源變換和基于模型參數(shù)估計(jì)的誤差信號分離。基于信號源變換的誤差分離技術(shù)要建立誤差信號與有用信號的確定函數(shù)關(guān)系，然后再經(jīng)相應(yīng)信號處理，進(jìn)而達(dá)到將有用信號與誤差信號分離的目的?；谀Ｐ蛥?shù)估計(jì)的誤差分離技術(shù)是在確切掌握了誤差作用規(guī)律并建立了相應(yīng)數(shù)學(xué)模型后，對模型進(jìn)行求解或估計(jì)。

誤差補(bǔ)償誤差修正技術(shù)

誤差修正技術(shù)可分為基于修正量預(yù)先獲取型和基于實(shí)時測量型誤差修正技術(shù)，其核心是通過某種方式獲取誤差修正量，再從測量數(shù)據(jù)中消除誤差分量。

誤差補(bǔ)償誤差抑制技術(shù)

誤差抑制技術(shù)是在掌握誤差作用規(guī)律的情況下在測量系統(tǒng)中預(yù)先加入隨誤差源變量變化而自動調(diào)控輸入輸出，從而達(dá)到使誤差抵消或消除的目的。一般可分為直接抑制型和反饋抑制型。

誤差補(bǔ)償技術(shù)是貫穿于每一設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)之一。對儀器儀表進(jìn)行誤差補(bǔ)償主要是從兩方面來考慮的：

(1) 待測對象隨環(huán)境因素變化而變化，在不同測量條件下，待測量會有較大變化，因而影響測量結(jié)果；

(2) 儀器自身的結(jié)構(gòu)或者元件也會隨環(huán)境條件變化而略有變形或表現(xiàn)出不同品質(zhì)。

一般而言，對于第一種情況可采用相對測量方法或建立恒定測量條件的方法予以解決，而對于第二種情況應(yīng)在設(shè)計(jì)階段就仔細(xì)考慮儀器各組成零件隨溫度變化的情況，進(jìn)行反復(fù)選材，斟酌每一個細(xì)小結(jié)構(gòu)。

誤差補(bǔ)償實(shí)時與非實(shí)時誤差補(bǔ)償

實(shí)時誤差補(bǔ)償(在線檢測誤差補(bǔ)償或動態(tài)誤差補(bǔ)償)：加工過程中，實(shí)時進(jìn)行誤差檢測，并緊接著進(jìn)行誤差補(bǔ)償，不僅可以補(bǔ)償系統(tǒng)誤差，且可以補(bǔ)償隨機(jī)誤差。

非實(shí)時誤差補(bǔ)償：只能補(bǔ)償系統(tǒng)誤差。

誤差補(bǔ)償軟件與硬件誤差補(bǔ)償

軟件補(bǔ)償：通過計(jì)算機(jī)對所建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行運(yùn)算后，發(fā)出運(yùn)動指令，由數(shù)控伺服系統(tǒng)完成誤差補(bǔ)償動作。軟件與硬件補(bǔ)償?shù)膮^(qū)分是看補(bǔ)償信息是由軟件還是硬件產(chǎn)生的。軟件補(bǔ)償?shù)膭討B(tài)性能好，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)、工作方便可靠。

誤差補(bǔ)償單項(xiàng)與綜合誤差補(bǔ)償

綜合誤差補(bǔ)償是同時補(bǔ)償幾項(xiàng)誤差，比單項(xiàng)誤差補(bǔ)償要復(fù)雜，但效率高、效果好。

誤差補(bǔ)償單維與多維誤差補(bǔ)償

多維誤差補(bǔ)償是在多坐標(biāo)上進(jìn)行誤差補(bǔ)償，難度和工作量都比較大，是近兒年來發(fā)展起來的誤差補(bǔ)償技術(shù)。

機(jī)械加工中誤差補(bǔ)償系統(tǒng)的組成如圖2所示。

(1) 誤差信號的檢測；

(2) 誤差信號的處理；

(3) 誤差信號的建模：建模是找出工件加工誤差與在補(bǔ)償作用點(diǎn)上補(bǔ)償控制量之間的關(guān)系；

(4) 補(bǔ)償控制：根據(jù)所建立的誤差模型和實(shí)際加工過程，用計(jì)算機(jī)計(jì)算欲補(bǔ)償?shù)恼`差值，輸出補(bǔ)償控制量；

(5) 補(bǔ)償執(zhí)行機(jī)構(gòu)：補(bǔ)償執(zhí)行機(jī)構(gòu)多用微進(jìn)給機(jī)構(gòu)完成。2100433B

現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)正朝著高效率、高質(zhì)量、高精度、高集成和高智能方向發(fā)展。精密和超精密加工技術(shù)已成為現(xiàn)代機(jī)械制造中最重要的組成部分和發(fā)展方向，并成為提高國際競爭能力的關(guān)鍵技術(shù)。車削加工誤差隨著精密加工的廣泛應(yīng)用也成為了研究的熱門課題。由于在機(jī)床的各種誤差中，熱誤差以及幾何誤差占據(jù)著絕大部分，故以減少這兩項(xiàng)誤差特別是其中的熱誤差成為了主要目標(biāo)。誤差補(bǔ)償技術(shù)(Error Compensation Technjque，簡稱ECT)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展而出現(xiàn)并發(fā)展起來。由機(jī)床熱變形造成的損失是相當(dāng)大的。故極有必要開發(fā)能滿足工廠實(shí)際生產(chǎn)要求的高精度、低成本熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)來修正主軸(或工件)與切削刀具之間的熱誤差，以提高機(jī)床加工精度，降低廢品、增加生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

基本定義

誤差補(bǔ)償?shù)幕径x是人為地造出一種新的誤差去抵消或大大減弱當(dāng)前成為問題的原始誤差，通過分析、統(tǒng)計(jì)、歸納及掌握原始誤差的特點(diǎn)和規(guī)律，建立誤差數(shù)學(xué)模型，盡量使人為造成的誤差和原始誤差兩者的數(shù)值相等、方向相反，從而減少加工誤差，提高零件尺寸精度。

最早的誤差補(bǔ)償是通過硬件實(shí)現(xiàn)的。硬件補(bǔ)償屬機(jī)械式固定補(bǔ)償，在機(jī)床誤差發(fā)生變化時要改變補(bǔ)償量必須重新制作零部件、校正尺或重新調(diào)整補(bǔ)償機(jī)構(gòu)。硬件補(bǔ)償又有不能解決隨機(jī)性誤差、缺乏柔性的缺點(diǎn)。發(fā)展的軟件補(bǔ)償其特點(diǎn)是在對機(jī)床本身不作任何改動的情況下，綜合運(yùn)用當(dāng)代各學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)來提高機(jī)床加工精度。軟件補(bǔ)償克服了硬件補(bǔ)償?shù)脑S多困難和缺點(diǎn)，把補(bǔ)償技術(shù)推向了一個新的階段。

特性

誤差補(bǔ)償(技術(shù))具有兩個主要特性:科學(xué)性和工程性。

科學(xué)性誤差補(bǔ)償技術(shù)的迅速發(fā)展極大地豐富了精密機(jī)械設(shè)計(jì)理論、精密測量學(xué)和整個精密工程學(xué)，成為這一學(xué)科的重要分支。與誤差補(bǔ)償相關(guān)的技術(shù)有檢測技術(shù)、傳感技術(shù)、信號處理技術(shù)、光電技術(shù)、材料技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及控制技術(shù)等。作為一門新技術(shù)分支，誤差補(bǔ)償技術(shù)具有自己的獨(dú)立內(nèi)容和特色。進(jìn)一步研究誤差補(bǔ)償技術(shù)，使其理論化、系統(tǒng)化，將具有非常重要的科學(xué)意義。

工程性誤差補(bǔ)償技術(shù)的工程意義是非常顯著的，它包含3層含義:一是采用誤差補(bǔ)償技術(shù)可以較容易地達(dá)到“硬技術(shù)”要花費(fèi)很大代價才能達(dá)到的精度水平;二是采用誤差補(bǔ)償技術(shù)，可以解決“硬技術(shù)”通常無法達(dá)到的精度水平;三是在滿足一定的精度要求情況下若采用誤差補(bǔ)償技術(shù)，則可大大降低儀器和設(shè)備制造的成本，具有非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

車削加工熱誤差產(chǎn)生及分類

隨著對機(jī)床精度要求的進(jìn)一步提高，熱誤差在總誤差中的比重將不斷增大，機(jī)床熱變形已成為提高加工精度的主要障礙。機(jī)床熱誤差主要由馬達(dá)、軸承、傳動件、液壓系統(tǒng)、環(huán)境溫度、冷卻液等機(jī)床內(nèi)外熱源引起的機(jī)床部件熱變形而造成的。機(jī)床幾何誤差來自機(jī)床的制造缺陷、機(jī)床部件之間的配合誤差、機(jī)床部件的動、靜變位等等。

誤差補(bǔ)償基本方法

綜上所述及相關(guān)參考文獻(xiàn)，可知車削加工誤差一般是由下列因素引起的：

機(jī)床熱變形誤差;

機(jī)床零部件和結(jié)構(gòu)的幾何誤差;

切削力引起的誤差;

刀具磨損誤差;

其他誤差源，如機(jī)床軸系的伺服誤差，數(shù)控插補(bǔ)算法誤差等等。

提高機(jī)床精度有兩種基本方法:誤差防止法和誤差補(bǔ)償法。誤差防止法是試圖通過設(shè)計(jì)和制造途徑消除或減少可能的誤差源。誤差防止法在一定程度上對于降低熱源溫升、均衡溫度場和減少機(jī)床熱變形是有效的。但它不可能完全消除熱變形，且花費(fèi)代價是很昂貴的;而應(yīng)用熱誤差補(bǔ)償法則開辟了一條提高機(jī)床精度的有效和經(jīng)濟(jì)的途徑。

相關(guān)結(jié)論

車削加工誤差的研究是現(xiàn)代機(jī)械制造中最重要的組成部分和發(fā)展方向，并成為提高國際競爭能力的關(guān)鍵技術(shù)，誤差的產(chǎn)生是多方面的，對熱誤差的分析與研究有利于提高車削精度和技術(shù)要求。

誤差補(bǔ)償技術(shù)能滿足工廠實(shí)際生產(chǎn)要求的高精度、低成本，熱誤差補(bǔ)償技術(shù)可以修正主軸(或工件)與切削刀具之間的熱漂誤差，提高機(jī)床加工精度，降低廢品、增加生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

《數(shù)控機(jī)床誤差實(shí)時補(bǔ)償技術(shù)》主要介紹數(shù)控機(jī)床的誤差概念及誤差形成機(jī)理、誤差綜合數(shù)學(xué)模型的建立方法和理論、誤差檢測和誤差元素建模技術(shù)、誤差實(shí)時補(bǔ)償控制及其系統(tǒng)等內(nèi)容，并在理論方法基礎(chǔ)上，給出了誤差實(shí)時補(bǔ)償應(yīng)用實(shí)例。

《數(shù)控機(jī)床誤差實(shí)時補(bǔ)償技術(shù)》可作為機(jī)械制造專業(yè)研究生的教材或教學(xué)參考書，也可供從事精密加工、精密測量，以及數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)、制造及使用的人員閱讀。