提高数控机床加工精度方法分析

　　数控机床是一种高精度、高效率、适应性强的现代加工设备。在生产中得到了广泛的应用。然而，随着社会的不断发展，对数控机床的加工精度也提出了越来越高的要求。在数控加工过程中，加工误差来自各个方面，客观存在是不可避免的。因此，研究如何提高数控机床的加工精度具有重要的现实意义。通过减少误差来源和误差补偿两种方法可以提高数控机床的加工精度。简单地减少误差来源或进行误差补偿一般不能满足精度要求，两种方法需要同时使用。

　　一、减小误差根源

　　一般来说，数控机床的加工误差主要来自以下几个方面：数控机床的结构设计和制造误差;加工系统热变形引起的误差;伺服系统产生的跟随误差;加工过程中由于刚度和振动不足引起的误差;数控系统误差;减少或消除误差的根本原因是提高数控机床加工精度最直接、最有效的手段。

　　(1) 减少数控机床的几何误差。数控机床各部件的几何精度是机床加工精度的基本保证。降低数控机床的几何误差可以从以下四个方面进行：①采用高精度数控机床主轴和主轴支撑;如：滚动轴承、静压轴承、动压轴承、磁力轴承等;②采用高精度导轨;数控机床上常用的导轨有塑料导轨、滚动导轨和静压导轨。具有导向精度高、耐磨性好、刚度高等特点。③ 采用高精度传动机构，滚珠丝杠螺母副是数控机床上最常用的传动装置，具有高精度、高效率、高灵敏度等优点。④ 采用各种措施消除齿轮、滚珠丝杠螺母副等传动部件的间隙，提高机床的定位精度。

　　(2) 减少热变形误差。减少机床热变形可采取以下三种措施：①减少热源。采用新型电机和高效的传动机构可以起到减少热源的作用。② 合理设计机床结构。不同的机床结构具有不同的抗热变形能力。合理的机床结构设计可以有效地减少机床热变形引起的误差。③ 改善散热和隔热条件。

　　(3) 减小伺服系统跟随误差。伺服系统是数控机床的重要组成部分，其性能在很大程度上决定着数控机床的性能。为了减小以下误差，可采取以下措施：①开环控制。在开环伺服系统中，尽量采用高精度机床零件，以提高伺服系统的跟踪精度。如：静压导轨、静压主轴、高性能电机、滚珠丝杠等②闭环控制。采用闭环或半闭环控制系统，通过位置检测反馈提高伺服系统的跟踪精度。③ 自适应控制。采用自适应控制系统，可以在数控加工过程中根据加工条件的变化自动改变切削参数，以达到最佳的加工效果。

　　(4) 减少振动和刚度不足引起的误差。数控机床必须在高速重载条件下工作，其主要部件要求高刚度，以抵抗加工过程中的变形，提高加工精度。主要措施如下：①主轴采用三支承结构，选用刚性支承轴承。② 合理设计床身断面及筋条布置;③动态平衡消除主轴、齿轮等主要传动部件的间隙;④采用刮削法提高机床的接触刚度

　　(5) 在数控系统误差精度降低过程中，插补原理的误差、数控系统中检测元件的制造误差、系统响应速度、系统收敛性都会影响数控加工精度。降低数控系统误差的措施有：①优化数控系统的插补原理;②提高系统检测元件的精度和速度;③提高系统反馈频率，加快系统收敛速度。

　　机床的抗振性是抵抗强迫振动和自激振动的能力。高抗振性即在高速重切削条件下没有振动，从而保证工件的精度和质量。提高机床抗振性的措施主要有：①减少机床的内部振源;②提高机床构件的阻尼;调整机床构件的自振频率必满自激振动。

　　二、误差补偿

　　所谓误差补偿技术就是在掌握了误差根源的特点及规律后，通过分析、统计、建立数学模型，然后在数控系统中输入一定的补偿量，该补偿量数值大小与原始误差相等，方向与原始误差相反，以最大程度减小抵消原始误差的一种方法。这种方法效率高，经济性好，对提高数控机床的加工精度有事半功倍的效果。

　　目前，经常采用的误差补偿技术有两大类：硬件补偿和软件补偿。

　　(1)硬件补偿。所谓硬件补偿就是通过调整或改变数控机床机械零部件的部分尺寸和相互位置以达到减小或抵消误差的效果。当在加工过程中发现加工误差产生了变化以后，根据误差变化量确定相关机械零部件的相关尺寸，并从新制作零部件或调整其相互位置以补偿相应误差。由此可见，硬件补偿属于一种机械式的静态补偿，他的灵活性、经济型都比较差，特别对于随机性误差很难取得理想效果。

　　(2)软件补偿。软件补偿就是首相在结构上形成闭环或半闭环的伺服控制方式，通过检测传感器实时在线检测加工过程中产生的实际位置，反馈给CNC，CNC将实际位置与理想位置进行比较，计算得到差值，输出给伺服系统再控制运动部件运动。软件补偿是一种实时的动态补偿，而且补偿过程是通过计算机控制实现的，无需改变数控机床的机械结构，其特点是柔性高、精度高、经济型好。与硬件补偿相比，软件补偿更有优势，其补偿原理如下：

　　假设根据加工要求刀具运动轨迹中某点的理想位置为W，由于加工误差△W的存在，最终刀具的实际位置为W1，他们之间的关系为：

　W1=W+△W

　　系统需输入一个补偿量-△W，才能控制刀具到达理想位置，而且这个补偿过程不是一次就完成，而是在整个加工过程中都在进行的，按照采样周期，每周期一次。

　　三、结语

　　综上所述，影响数控机床加工精度的因素很多，提高数控机床加工精度的途径也可以从多方面着手。常用的方法是消除误差源，同时进行误差补偿，也可以采用对刀仪辅助。然而，数控机床的加工误差并不能完全消除。因此，如何提高数控机床的加工精度仍是一个有待进一步深入研究和探索的课题。