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摘 要：随着数控机床的应用越来越广泛，数控机床的加工精度成为切削加工的核心问题。本文综合介绍了数控机床误差补偿技术现状，提出误差补偿的关键是机床误差模型建立与机床误差检定。通过误差防止以及切削力误差分量识别、误差建模和误差识别等误差补偿关键技术的应用，提高了加工精度和水平。
关键词：误差补偿；数控机床；优化选择；关键技术
数控机床以自动化程度高、柔性好、加工精度高等优点在现代制造业特别是复杂零件加工中得到广泛应用，并在迅速发展和普及，而衡量数控机床设计与使用过程中性能优劣的重要指标是数控机床的精度。数控机床的精度指标主要有加工精度、定位精度和重复定位精度。其中加工精度是数控机床追求的最终精度，是衡量数控机床工作性能的非常重要的精度指标，体现着机械制造业的制造能力和发展水平，也是科技和工业水平的重要标志之一。本文从误差防止和误差补偿两个方面分析精度提高技术的研究状况，结合生产实际情况，提出开展误差补偿技术应用研究的必要性和主要研究内容。
1 加工精度提高技术
通常影响数控机床加工精度主要由系统误差和随机误差造成：①机床的原始制造误差；②机床的控制系统误差；③热变形误差；④切削负荷造成机床、刀具、工件和夹具变形所导致的误差；⑤检测系统的测试误差；⑥机床的振动误差；⑦由于环境和运行工况的变化所引起的随机的外界干扰误差；⑧其它误差。而提高数控机床精度的技术方法，可以采用误差防止和误差补偿两种措施。误差防止法是通过提高零件设计、制造和装配的水平及改善使用环境来消除可能的误差源，如采用高刚度、热对称、主轴、静压导轨、滚珠丝杆等部件室温控制、预热机床方式等。误差补偿法是通过分析测量现有误差，建立误差补偿的模型，通过一个附加的误差补偿系统，人为地在原有系统上引入一个附加误差源，使之与现有误差表现相抵消，以减小误差，达到理想的运动轨迹，实现机床精度的软升级。
1.1误差防止法
误差防止是试图通过设计和制造途径，即通过合理的机床设计、零件加工、机床装配、环境控制和使用来消除或减少可能的误差源。误差防止法在一定程度上对于降低热源温升、均衡温度场和减少机床热变形是有效的，但它不可能完全消除热变形和几何误差等误差源。误差防止法是保障数控机床加工精度最根本的手段，但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。
1.1.1尺寸误差几何误差防止。机床几何误差的研究伴随着机床产生和发展的全过程。机床几何误差来自机床的制造缺陷、机床部件之间的配合误差、机床部件的动、静变形等等。为了防止和减少机床各零部件在制造和安装过程中的几何误差，许多国家投入了大量的人力、物力用于研究和开发高精度的主轴轴系和导轨，采用了改进工艺和采用新材料等措施；国内外众多学者对数控机床的床身、滑枕、立柱、工作台、丝杠等机械部件进行静、动刚度、抗振性分析及拓扑优化等研究，以提高整台机床的精度性能，因为这些部件的静动态刚度和温度变化等在很大程度上决定了整台数控机床加工精度。
1.1.2热变形误差防止。随着对机床精度要求的进一步提高，热误差在总误差中的比重将不断增大，尤其在精度较高的精密、超精密加工领域，热变形误差已经成了影响加工精度的最主要因素之一，已成为提高加工精度的主要障碍。机床热误差主要由马达、轴承、传动件、液压系统、环境温度、冷却液等机床内外热源引起的机床部件热变形而造成的。热变形误差产生的过程是：发热部件的热量通过接触面或辐射向周围传递，从而导致零部件变形而产生误差，具有多变量、长时滞、非线性和强耦合的特点。对热变形误差的研究相对几何误差要晚一些，
主要通过减低热源、控制热传递路径，以及采用热稳定结构设计等方法来控制机床热误差，是减少机床热误差的一种“硬技术”，常用措施有：①控制热源和发热量；②加强工作过程中的冷却与润滑；③改进机床布局和设计；④设置辅助热源均衡温度场；⑤控制加工环境温度。
2 误差补偿法
误差补偿的基本定义是人为地造出一种新的误差去抵消或大大减弱当前成为问题的原始误差，通过分析、统计、归纳及掌握原始误差的特点和规律，建立误差物理模型，尽量使人为造成的误差和原始误差两者的数值相等、方向相反，从而减少加工误差，提高零件尺寸和几何精度。误差元素检测、建模和误差补偿、控制是数控机床误差补偿技术的关键步骤，对于误差补偿的效果具有决定性的意义；误差补偿的关键是机床误差模型的正确建立与机床误差的准确检定。
2.1切削力误差分量识别
将整个机床作为一个独立的加工对象来考虑，通过牛顿方程可以得出基本的数学模型。建摸时需要充分与识别分析切削力误差的分量和掌握进给系统因素的影响。切削力误差受多种因素影响，因此通过单因素的程序不可能补偿全部因素。建模时应该分离与切削力误差无关的因素，要避免噪音和干扰等。
2.2误差建模。误差建模分为误差运动学建模和误差辨识建模，机床精度建模指的就是误差运动学建模。由于误差补偿最初只针对单项误差源，并不需要精度数学模型，随着机床结构的复杂程度和精度的提高，误差建模成了补偿的基础，因此，逐渐发展了多种不同的建模方法。数控机床误差建模先后经历了三角几何法、矢量描述法、误差矩阵法、神经网络法、刚体运动学法和多体系统理论法。近年来出现一种基于刚体运动学和小角度假设的多体系统机床误差模型，刘又午等人提出了基于多体系统理论为基础的数控机床运动误差模型。
2.3误差辨识。作为误差补偿的前期工作基础，误差辨识的准确性直接关系到系统的补偿精度。误差辨识是一项复杂而费时的工作，国内外许多学者开展了多方面的研究，开发出了不少的误差辨识方法，归结起来有三类：单项误差直接测量、综合误差测量以及间接测量。
2.3误差补偿技术。按其实现补偿的方法可分为三种类型：（1）静态补偿法：只能按预先设定的值进行补偿，而不能按实际情况进行反馈，所以此方法弊端大；（2）实时补偿法：依靠硬件系统的检测和反馈来进行补偿，它能实时调整补偿量来提高加工精度，但不能充分补偿所有的误差元素；（3）综合动态补偿法是实时补偿技术的发展，能根据工况、环境条件和空间位置变化来自动调整补偿量，并能对各种误差进行综合补偿。
3 结束语
（1）通过误差补偿技术来提高机床精度目前越来越受到重视，随着精度要求越来越高，热误差补偿也变得至关重要。（2）误差补偿仍然存在很多需要解决的问题：误差建模方法的改进，以及如何提高误差补偿模型的通用性和误差辨识的速度、精度。
参考文献
1.王晓峰，范晋伟.通过几何误差分区来提高数控机床加工精度的研究[J].制造技术与机床.2011（08）
关键词：误差补偿；数控机床；优化选择；关键技术
数控机床以自动化程度高、柔性好、加工精度高等优点在现代制造业特别是复杂零件加工中得到广泛应用，并在迅速发展和普及，而衡量数控机床设计与使用过程中性能优劣的重要指标是数控机床的精度。数控机床的精度指标主要有加工精度、定位精度和重复定位精度。其中加工精度是数控机床追求的最终精度，是衡量数控机床工作性能的非常重要的精度指标，体现着机械制造业的制造能力和发展水平，也是科技和工业水平的重要标志之一。本文从误差防止和误差补偿两个方面分析精度提高技术的研究状况，结合生产实际情况，提出开展误差补偿技术应用研究的必要性和主要研究内容。
1 加工精度提高技术
通常影响数控机床加工精度主要由系统误差和随机误差造成：①机床的原始制造误差；②机床的控制系统误差；③热变形误差；④切削负荷造成机床、刀具、工件和夹具变形所导致的误差；⑤检测系统的测试误差；⑥机床的振动误差；⑦由于环境和运行工况的变化所引起的随机的外界干扰误差；⑧其它误差。而提高数控机床精度的技术方法，可以采用误差防止和误差补偿两种措施。误差防止法是通过提高零件设计、制造和装配的水平及改善使用环境来消除可能的误差源，如采用高刚度、热对称、主轴、静压导轨、滚珠丝杆等部件室温控制、预热机床方式等。误差补偿法是通过分析测量现有误差，建立误差补偿的模型，通过一个附加的误差补偿系统，人为地在原有系统上引入一个附加误差源，使之与现有误差表现相抵消，以减小误差，达到理想的运动轨迹，实现机床精度的软升级。
1.1误差防止法
误差防止是试图通过设计和制造途径，即通过合理的机床设计、零件加工、机床装配、环境控制和使用来消除或减少可能的误差源。误差防止法在一定程度上对于降低热源温升、均衡温度场和减少机床热变形是有效的，但它不可能完全消除热变形和几何误差等误差源。误差防止法是保障数控机床加工精度最根本的手段，但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。
1.1.1尺寸误差几何误差防止。机床几何误差的研究伴随着机床产生和发展的全过程。机床几何误差来自机床的制造缺陷、机床部件之间的配合误差、机床部件的动、静变形等等。为了防止和减少机床各零部件在制造和安装过程中的几何误差，许多国家投入了大量的人力、物力用于研究和开发高精度的主轴轴系和导轨，采用了改进工艺和采用新材料等措施；国内外众多学者对数控机床的床身、滑枕、立柱、工作台、丝杠等机械部件进行静、动刚度、抗振性分析及拓扑优化等研究，以提高整台机床的精度性能，因为这些部件的静动态刚度和温度变化等在很大程度上决定了整台数控机床加工精度。
1.1.2热变形误差防止。随着对机床精度要求的进一步提高，热误差在总误差中的比重将不断增大，尤其在精度较高的精密、超精密加工领域，热变形误差已经成了影响加工精度的最主要因素之一，已成为提高加工精度的主要障碍。机床热误差主要由马达、轴承、传动件、液压系统、环境温度、冷却液等机床内外热源引起的机床部件热变形而造成的。热变形误差产生的过程是：发热部件的热量通过接触面或辐射向周围传递，从而导致零部件变形而产生误差，具有多变量、长时滞、非线性和强耦合的特点。对热变形误差的研究相对几何误差要晚一些，
主要通过减低热源、控制热传递路径，以及采用热稳定结构设计等方法来控制机床热误差，是减少机床热误差的一种“硬技术”，常用措施有：①控制热源和发热量；②加强工作过程中的冷却与润滑；③改进机床布局和设计；④设置辅助热源均衡温度场；⑤控制加工环境温度。
2 误差补偿法
误差补偿的基本定义是人为地造出一种新的误差去抵消或大大减弱当前成为问题的原始误差，通过分析、统计、归纳及掌握原始误差的特点和规律，建立误差物理模型，尽量使人为造成的误差和原始误差两者的数值相等、方向相反，从而减少加工误差，提高零件尺寸和几何精度。误差元素检测、建模和误差补偿、控制是数控机床误差补偿技术的关键步骤，对于误差补偿的效果具有决定性的意义；误差补偿的关键是机床误差模型的正确建立与机床误差的准确检定。
2.1切削力误差分量识别
将整个机床作为一个独立的加工对象来考虑，通过牛顿方程可以得出基本的数学模型。建摸时需要充分与识别分析切削力误差的分量和掌握进给系统因素的影响。切削力误差受多种因素影响，因此通过单因素的程序不可能补偿全部因素。建模时应该分离与切削力误差无关的因素，要避免噪音和干扰等。
2.2误差建模。误差建模分为误差运动学建模和误差辨识建模，机床精度建模指的就是误差运动学建模。由于误差补偿最初只针对单项误差源，并不需要精度数学模型，随着机床结构的复杂程度和精度的提高，误差建模成了补偿的基础，因此，逐渐发展了多种不同的建模方法。数控机床误差建模先后经历了三角几何法、矢量描述法、误差矩阵法、神经网络法、刚体运动学法和多体系统理论法。近年来出现一种基于刚体运动学和小角度假设的多体系统机床误差模型，刘又午等人提出了基于多体系统理论为基础的数控机床运动误差模型。
2.3误差辨识。作为误差补偿的前期工作基础，误差辨识的准确性直接关系到系统的补偿精度。误差辨识是一项复杂而费时的工作，国内外许多学者开展了多方面的研究，开发出了不少的误差辨识方法，归结起来有三类：单项误差直接测量、综合误差测量以及间接测量。
2.3误差补偿技术。按其实现补偿的方法可分为三种类型：（1）静态补偿法：只能按预先设定的值进行补偿，而不能按实际情况进行反馈，所以此方法弊端大；（2）实时补偿法：依靠硬件系统的检测和反馈来进行补偿，它能实时调整补偿量来提高加工精度，但不能充分补偿所有的误差元素；（3）综合动态补偿法是实时补偿技术的发展，能根据工况、环境条件和空间位置变化来自动调整补偿量，并能对各种误差进行综合补偿。
3 结束语
（1）通过误差补偿技术来提高机床精度目前越来越受到重视，随着精度要求越来越高，热误差补偿也变得至关重要。（2）误差补偿仍然存在很多需要解决的问题：误差建模方法的改进，以及如何提高误差补偿模型的通用性和误差辨识的速度、精度。
参考文献
1.王晓峰，范晋伟.通过几何误差分区来提高数控机床加工精度的研究[J].制造技术与机床.2011（08）