0引言
在如今的生产加工中 ，数控机床已经成为了不可 或缺的重要加工手段 。而数控机床加工与传统机床相 比较最重要的优势之_就是其加工精度[1-]较高 。但 是在使用过程中由于各种因素的综合影响 ，数控机床 可能会出现加工误差的波动 ，使机床加工的产品零部 件不能达到需要的精度要求 ，从而影响整个产品的生 产 。因此,保持数控机床加工精度的稳定性成为现代 制造领域的重要课题 。国内外针对提高机床精度稳定 性这_问题进行了多年的研究 ，目前常用的基本方法有两类:误差防止和误差补偿 。其中在误差补偿方面 ， 现有的误差补偿技术主要包括了硬件补偿和软件补偿 两种[3-] 。相对而言 ，国内外的误差补偿研究更多地集 中在基于后置处理结果改变数控加工程序上 ，即基于 软件补偿的机床误差补偿方法 。这种方法具有成本低 廉、可以在不改变现有机床精度的情况下有效的延长 机床使用寿命等优点 ，因此在实际生产中被广泛运用 。 但某些误差 ，如非线性特征以及不确定性误差 ，通过软 件进行补偿的难度很大,难以满足数控机床对加工精 度稳定性的要求 。本文针对一台KV800型立式铣床 在加工过程中产生的特定误差 ，采用硬件补偿方法 ，通过误差分析,采取了相应的硬件改进措施 ，通过较小的 结构改进成本 ，将加工误差修正到了可接受的范围 。
1机床误差类型及产生因素
机床加工工件的过程中 ，各种误差源（如表1所 示）都会对数控机床的精度稳定性产生特定的影响 。 从而使得实际加工轨迹与理想轨迹发生偏离 ，这就产 生了加工误差 。这些误差根据误差产生原因可分为： 几何误差6-]:由于机床原始的制造、装配存在缺 陷造成的误差 ，这种误差是机床固有的误差 。对机床 的重复精度和运动精度都有影响 ，能够直接测量 ，但测 量结果会受其他因素影响 。
热误差7-]:机床运行时由于温度变化引起热变形 而造成的误差 。由于其特征为非线性特征 ，所以非常 难以测量 。
运动误差：机床到达准确位置能力的一种体现 。 机床的j9九游会平台、轴承、电机等都会影响运动误差 。几何误 差与运动误差存在密切联系3] 。
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键盘输入值 |
测量直径 |
|||
|
5 /mm |
X / mm |
X定位误差度/mm |
Y /mm |
Y的方向粗差/mm |
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30. 00 |
29.92 |
-0.08 |
29.80 |
-0.20 |
|
60. 00 |
59.62 |
-0.38 |
59.90 |
-0.10 |
|
120.00 |
119.54 |
-0.46 |
119.84 |
-0.16 |
|
录入值 |
试验总长度 |
|||
|
5/mm |
X45 / mm |
X45目标方向随机误差/mm |
X-45/mm |
X45趋势精度/mm |
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30. 00 |
30.24 |
0.24 |
29.58 |
-0.42 |
|
60. 00 |
60.20 |
0.20 |
59.60 |
-0.40 |
|
120.00 |
120.04 |
0.04 |
119.52 |
-0.48 |
|
读取大小 (mm) |
测量总长度 (mm) |
计算误差 (mm) |
的平均精度 (mm) |
数控刀圆弧 (mm) |
|
50.00 |
49.65 |
-0.35 |
-0.35 |
5.00 |
|
49.65 |
-0.35 |
5.00 |
||
|
49.64 |
-0.36 |
5.00 |
||
|
100.00 |
99.80 |
-0.20 |
-0.25 |
5.00 |
|
99.72 |
-0.28 |
5.00 |
||
|
99.74 |
-0.26 |
5.00 |
||
|
200.00 |
199.75 |
-0.25 |
-0.25 |
5.00 |
|
199.73 |
-0.27 |
5.00 |
||
|
799.77 |
-0.23 |
5.00 |
||
|
|
299.73 |
-0.27 |
|
5.00 |
|
300.00 |
299.71 |
-0.29 |
-0.30 |
5.00 |
|
|
299.67 |
-0.33 |
|
5.00 |
3误差产生原因分析
3.1刀具补偿半径和刀具路径设置不当
由于加工刀具本身具有一定尺寸 ，在加工时必须 要设置刀具补偿以减小误差 。如果刀具补偿设置不合 理就会产生较大的误差940 。但这样的产生的误差不 会使加工出来的圆孔在四个方向产生不一样的误差 ， 基本可以排除该种可能 。
3.2工件装夹产生误差
工件在加工前 ，须装夹稳固,确保工件在加工过程 中不会因外力发生位置变化和振动 ，影响加工的精度 。 但是,在实际加工时 ，会因为夹持位置、重力、支撑物等 原因 ，使工件的实际位置达不到预想的要求 。
对于这种可能性j9九游会平台调研了工件装夹方式 ，确认 该机床装夹方式没有问题 ，同时之前的加工_直采用 该种装夹方法（具体装夹方式如图6所示） ，之前并未 出现该种误差 。因此该种可能可以排除 。
3.3热误差
数控机床热误差是指：机床热变形致使机床按某 种操作规程指令所产生的实际响应与该操作规程所预 期产生的响应之间的差异 。机床热误差的主要影响因 素是内部热源 ，各种发热元件包括电动机、摩擦运动副 和切削热等11 。其中 ，摩擦运动副如j9九游会平台、轴承等的 发热影响最大 。而该机床在加工图4所示的长槽时的 时候处于刚刚开机的状态 ，同时在连续加工长度为 50mm、100mm、200mm、300mm的长槽时误差并未出现 较大波动 ，由此可推断不是热误差 。
3.4磨损、变形产生误差
由于该数控铣床已经使用多年 ，丝杠、轴承等关键 部件可能由于长期受力 ，造成间隙过大、磨损、变形等 问题 ，从而导致误差产生 。通过测量数据分析 ，由于误 差并没有随着长槽变长而增加 ，同时误差比较稳定 ，基 本可以排除软件产生误差的可能性 ，可初步判断该误 差产生原因为系统误差 。这也与加工圆时各个方向测 得直径差异较大相吻合 。该误差如何消除需要进_步 研究 。
4解决方案
通过上述的实验与分析 ，j9九游会平台可以初步判断该误 差为系统误差 ，产生系统误差的原因有很多种 ，可能是 丝杠、轴承等关键部件由于长期受力 ，造成间隙过大、 磨损、变形等问题 。但更换丝杠、轴承等部件十分麻烦 ，而且成本过高 ，因而通过其他技术手段来解决这一 问题,对于降低维护成本具有现实意义 。
4.1通过程序补偿
通过软件来实现补偿是低成本高效率的解决方 案 ，但该误差不仅仅是X轴的单向误差 ，通过加工孔 的图形及数据可以看出 ，刀具在不同方向都有着不同 的误差 ，而且出现凸起 ，其原因很可能是刀具运行时不 稳 。上述现象表明单纯通过程序补偿来解决该误差难 以实现 。
4.2调整相关零件
在机床安装时会有一些调整装置来调整丝杠、轴 承误差 ，轴承预紧力等 。其中间隙补偿块（如图7、图8 所示）就是用来调整轴承预紧力的装置 。
4.2.1增加垫片
现用厚度为0. 84mm的铜片加工出如图8所示形 状的间隙补偿块垫片（如图9所示） ，并将此垫片装入 机床 。在进行加工后得到数据如表4、表5所示 。
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插入大小 (mm) |
实测值长 (mm) |
数据误差 (mm) |
峰值出现偏差的原因 (mm) |
属具转弯半径 (mm) |
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|
100.02 |
0.02 |
|
5.00 |
|
100.00 |
100.04 |
0.04 |
0.26 |
5.00 |
|
|
100.02 |
0.02 |
|
5.00 |
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读取值 |
实测值时长及粗差 |
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5 /mm |
X /mm |
X中心点数据误差/mm |
Y / mm |
Y走向误差率/mm |
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20.00 |
20.06 |
0.06 |
20.06 |
0.06 |
|
30.00 |
30.06 |
0.06 |
30.08 |
0.08 |
|
40.00 |
40.08 |
0.08 |
40.08 |
0.08 |
|
手机输入值 |
测试数据长宽及精度 |
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5/mm |
X45 / mm |
X45朝向差值/mm |
X-45/mm |
X-45的方向误差值/mm |
|
20.00 |
20.08 |
0.08 |
20.06 |
0.06 |
|
30. 00 |
30.08 |
0.08 |
30.06 |
0.06 |
|
40.00 |
40.06 |
0.06 |
40.06 |
0.06 |
由上述数据可看出 ，该调整方案收到了明显的效 果 。但由于该垫片并不能长期使用 ，所以j9九游会平台将更换 _块较厚的间隙补偿块 。
4.2.2首次更换
经过测量的原止动补偿块厚度为4. 58mm,所以 新间隙补偿块厚度暂定为5. 32mm 。但再次加工长槽 后测量误差为+0.30mm 。显然新的补偿块太厚了 。
4. 2. 3再次更换
经过讨论决定将止动垫片磨去0. 15mm及将其磨 至 5.17mm 。
再次加工 ，如图10所示 。
测量后数据如表6、表7、表8所示 。
表6更换补偿块后只加工x方向测量数据
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显示宽度 (mm) |
评测时间 (mm) |
出现偏差的原因 (mm) |
年均差值 (mm) |
刀柄的半径 (mm) |
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|
100.04 |
0.04 |
|
5.00 |
|
100.00 |
100.02 |
0.02 |
0.026 |
5.00 |
|
|
100.02 |
0.02 |
|
5.00 |
表7根换补偿费用块后只加圆检测的数据报告
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导入值 |
社会各界向测量直径及差值 |
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5/mm |
X /mm |
X位置误差值/mm |
Y/mm |
Y目标方向不确定度/mm |
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60.00 |
59.98 |
-0.02 |
60.00 |
0.00 |
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5/mm |
X45 / mm |
X45确定误差/mm |
X-45/mm |
X-45方法出现偏差的原因/mm |
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60.00 |
59.98 |
-0.02 |
60.00 |
0.00 |
表8换补充块后生产制造长方体量测信息
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复制粘贴值 |
实际厚度 |
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Y(mm) |
X(mm) |
X不确定度（mm) |
Y(mm) |
Y误差率（mm) |
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40.00 |
40.04 |
0.04 |
40.04 |
0.04 |
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本文介绍了某工厂中一台KV800型立式铣床 ，在 实际加工过程中出现加工误差波动的问题 。通过分析 确定了误差产生原因 。最终通过硬补偿的方式有效的 解决了这一问题 。由此可得出以下结论：
(1) 通过实验测试 ，对机床工作状态下的数据进 行收集、对比和分析 ，挖掘出加工误差产生的原因 。
(2) 通过对比分析 ，得出该机床加工误差为系统 误差 ，根据相关工作状态推断 ，可能是由于丝杆、轴承 等关键零部件出现了某种变形 ，导致产生该误差 。但 在综合考虑成本、生产效率和加工效果等各方面因素 后 ，在未更换丝杆、轴承等关键部件的条件下 ，通过修 正机床间隙补偿块的厚度,采取硬件补偿的方式 ，以极 低的成本解决了这一问题 。
伯特利机械涉及到企业产品：工艺咨询中心,钻攻公司,高速公路手工加工主,落地制造中心点,雕铣机
