誤差補(bǔ)償

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(hào)測(cè)量中，多采用轉(zhuǎn)位法即將測(cè)頭(或待測(cè)對(duì)象)放置在不同位置同時(shí)或分序?qū)ν淮郎y(cè)量進(jìn)行反復(fù)測(cè)量，利用確定的位置關(guān)系和相同(或已知)的測(cè)量條件，根據(jù)多次的測(cè)量結(jié)果按照已經(jīng)建立的誤差模型求解誤差信號(hào)對(duì)測(cè)量結(jié)果影響值進(jìn)而達(dá)到將誤差信號(hào)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(wèn)題，當(dāng)轉(zhuǎn)位數(shù)很大時(shí)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(cè)量，當(dāng)誤差信號(hào)種類較多或不確定時(shí)難于建立準(zhǔn)確的誤差信號(hào)變換模型，一般也不適合動(dòng)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(duì)測(cè)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(jiǎn)單換算或通過(guò)建立簡(jiǎn)單的誤差參數(shù)模型直接對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償。

該方法簡(jiǎn)單實(shí)用，適合于誤差影響量已知或能通過(guò)測(cè)量誤差參數(shù)簡(jiǎn)單計(jì)算得到的情況，能較好滿足當(dāng)前測(cè)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(cè)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(tái)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(cè)長(zhǎng)機(jī)的閑區(qū)誤差消除、定位工作臺(tái)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。

在機(jī)械加工中的誤差補(bǔ)償指：對(duì)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(guò)程為：

(1) 反復(fù)檢測(cè)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(hào)的處理，去除干擾信號(hào)，分離不需要的誤差信號(hào)，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(dòng).

(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。

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(duì)儀器儀表進(jìn)行誤差補(bǔ)償主要是從兩方面來(lái)考慮的：

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

(2) 儀器自身的結(jié)構(gòu)或者元件也會(huì)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(duì)于第一種情況可采用相對(duì)測(cè)量方法或建立恒定測(cè)量條件的方法予以解決，而對(duì)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(gè)細(xì)小結(jié)構(gòu)。

精密測(cè)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(hào)與誤差信號(hào)進(jìn)行分離，它有兩種方式：基于信號(hào)源變換和基于模型參數(shù)估計(jì)的誤差信號(hào)分離?；谛盘?hào)源變換的誤差分離技術(shù)要建立誤差信號(hào)與有用信號(hào)的確定函數(shù)關(guān)系，然后再經(jīng)相應(yīng)信號(hào)處理，進(jìn)而達(dá)到將有用信號(hào)與誤差信號(hào)分離的目的。基于模型參數(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(duì)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(shí)測(cè)量型誤差修正技術(shù)，其核心是通過(guò)某種方式獲取誤差修正量，再?gòu)臏y(cè)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(cè)量系統(tǒng)中預(yù)先加入隨誤差源變量變化而自動(dòng)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)償實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償

實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償(在線檢測(cè)誤差補(bǔ)償或動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償)：加工過(guò)程中，實(shí)時(shí)進(jìn)行誤差檢測(cè)，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(shí)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(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)所建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行運(yùn)算后，發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令，由數(shù)控伺服系統(tǒng)完成誤差補(bǔ)償動(dòng)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?dòng)態(tài)性能好，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shí)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(lái)發(fā)展起來(lái)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(hào)的檢測(cè)；

(2) 誤差信號(hào)的處理；

(3) 誤差信號(hào)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(guò)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(guó)際競(jìng)爭(zhēng)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(jiǎn)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(lái)。由機(jī)床熱變形造成的損失是相當(dāng)大的。故極有必要開(kāi)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(lái)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(wèn)題的原始誤差，通過(guò)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(guò)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(shí)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(duì)機(jī)床本身不作任何改動(dòng)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(lái)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(gè)新的階段。

特性

誤差補(bǔ)償(技術(shù))具有兩個(gè)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(cè)量學(xué)和整個(gè)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(cè)技術(shù)、傳感技術(shù)、信號(hào)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(jià)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(wú)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(duì)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(dòng)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(lái)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(dòng)、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(guò)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(duì)于降低熱源溫升、均衡溫度場(chǎng)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(jià)是很昂貴的;而應(yīng)用熱誤差補(bǔ)償法則開(kāi)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(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力的關(guān)鍵技術(shù)，誤差的產(chǎn)生是多方面的，對(duì)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(shí)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(cè)和誤差元素建模技術(shù)、誤差實(shí)時(shí)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(shí)補(bǔ)償應(yīng)用實(shí)例。

《數(shù)控機(jī)床誤差實(shí)時(shí)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(cè)量，以及數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)、制造及使用的人員閱讀。