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数控机床误差补偿研究的回顾及展望

作者：王军

来源：《中小企业管理与科技·上中下旬刊》2017年第5期

王军

（云南锡业集团有限责任公司大屯锡矿,云南个旧661000）

摘要在工业制造过程中经常会应用到数控机床误差补偿技术，然而机床在本身的制造、装

配过程中出现缺陷造成的集合误差、机床温度变化引起热变形而造成的热误差以及机床切割中

引起变形而造成的误差等是影响机床加工的关键因素，总结起来就是几何误差、热误差以及切

削力误差。这三种误差在工程制造过程中占据了80%的误差比重。我国是制造业发达的大国，

误差补偿技术的应用对提高我国制造业水平有着非常重要的意义和价值。

【作者简介】王军（1967-），男，云南石屏人，机械工程师，从事机械工程及自动化研究。

1引言

随着工业制造行业在我国快速发展，机械制造的智能化、高质量、高精度要求已经是我国

制造行业关注的重中之重。在工业制造行业当中最受人们关注的就是数控机床的误差补偿，其

极大地促进了制造工业的发展进程。在我国工业生产过程中精密加工技术的普遍应用，使得数

控机床的精密加工以及检测技术在日常工作中的要求越来越高。然而数控机床误差的影响因素

众多，其中动态误差受到了机床动态特性的影响，机床各零部件综合决定了动态机床的性能，

直接影响到机床动态误差的大小。

2数控机床的历史与现状

机床误差热变形现象最早在瑞士被人们发现并研究，通过对坐标镗床的测量分析后发现影

响到机场热变形的主要因素就是机床的热变形[1]。从此之后人们便开始了机床误差的检测、建

模以及补偿技术的研究。1996年在美国密西根大学，人们在一家离合器制造厂的150多台车

削中心上成功地应用了热误差补偿技术，使得机床加工精度提高了一倍以上。我国对于机床的

热变形以及误差补偿技术的研究，从20世纪50年代起到20世纪70年代末，先后在不少高

校以及研究院展开相关的机床热变形误差补偿技术的研究，在国内外有关人员的不懈努力之下，

数控机床的误差补偿技术有了快速发展。然而就目前来看，国外的数控机床误差补偿技术还没

有大量的在工业当中应用，国内误差实施补偿技术大多还在实验室研究范围内，市面上还没有

见到有关数控机床的误差补偿技术报道，这说明在数控机床的误差补偿技术上还有很大的开发

余地。

3数控机床误差补偿的基础技术

3.1数控机床的误差建模技术

数控机床的误差建模是数控机床误差分析补偿的技术之一，在实际操作过程中该技术主要

应用到误差的综合建模分析技术以及误差分析技术，是数控机床误差建模技术当中重要的组成

部分。同样的，在操作过程中弓箭与工具刀之间还经常会出现位移差的现象，在误差建模技术

的运用状态下，可以精准地测量出误差建模控制技术以及表示上述位移，从而实现全面把握元

素误差的技术，将误差直接有效地反映出来，因此误差建模技术在当前的研究过程中得到了广

泛的应用，甚至成为工业制造领域最有代表性的误差建模技术。

3.2数控机床的误差测量技术

误差测量技术是对机械的误差进行测量，其能够通过不同激光测量仪的运行，检测出机床

不同位置、不同环境以及不同温度下的误差数值，从而来提高数控机床误差精度的控制水平。

然而这种测量方法消耗时间过长，在测量过程中会出现严重的资源浪费，因此该技术通常都是

应用在单一项目的误差测量过程中。简洁误差的测量技术主要是通过制定的指标因素，将测量

的数据转化成为数据模型，然后通过简洁的推断和全面的机床误差数据分析来实现误差测量。

这种测量误差的技术在优劣比较上非常明显，而利用这种测量方法来减少数控机床的误差并不

复杂，并且有着检验结果准确度高以及操作周期短的优势。

3.3数控机床的误差补偿技术

误差的补偿实施技术由两种技术构成，分别是离线补偿以及实时补偿[2]。在实时补偿中，

补偿设备会将相关硬件辅助装置的数据资料进行收集，从而实现补偿设置数据误差的目的，再

通过数控机床的数据结构以及数据模型来准确地处理输入补偿装置中输入的数据，并对数据结

构以及数据模型进行构建，从而根据以上提供的数据实现实时补偿。

3.4数控机床的几何误差参数法

在几何误差参数法中涉及到传统激光干涉参数法，传统的激光干涉测量技术是几何误差参

数法的构成部分，能够有效地解决数控机床本身的运动问题，有效地控制数控机床中存在的误

差，从而大大压缩逐个测量误差所耗费的时间，测量的操作难度以及操作量也大大减少。

传统的激光干涉仪能够对机床的空间误差