提高機(jī)床精度有兩種方法。一種是通過提高零件設(shè)計、制造和裝配的水平來消除可能的誤差源炮罩，稱為誤差防止法（errorprevention）。該方法一方面主要受到加工母機(jī)精度的制約余二，另一方面零件質(zhì)量的提高導(dǎo)致加工成本膨脹圃匙，致使該方法的使用受到一定限制榴蜻。另一種叫誤差補(bǔ)償法（errorcompensation），通常通過修改機(jī)床的加工指令炎蹬，對機(jī)床進(jìn)行誤差補(bǔ)償瞎喉，達(dá)到理想的運(yùn)動軌跡，實(shí)現(xiàn)機(jī)床精度的軟升級竭沫。研究表明燥翅，幾何誤差和由溫度引起的誤差約占機(jī)床總體誤差的70%，其中幾何誤差相對穩(wěn)定蜕提，易于進(jìn)行誤差補(bǔ)償森书。對數(shù)控機(jī)床幾何誤差的補(bǔ)償，可以提高整個機(jī)械工業(yè)的加工水平谎势，對促進(jìn)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步凛膏，提高我國國防能力，繼而極大增強(qiáng)我國的綜合國力都具有重大意義脏榆。

　　1 幾何誤差產(chǎn)生的原因

　　普遍認(rèn)為數(shù)控機(jī)床的幾何誤差由以下幾方面原因引起：

　　1.1 機(jī)床的原始制造誤差

　　是指由組成機(jī)床各部件工作表面的幾何形狀猖毫、表面質(zhì)量、相互之間的位置誤差所引起的機(jī)床運(yùn)動誤差须喂，是數(shù)控機(jī)床幾何誤差產(chǎn)生的主要原因吁断。

　　1.2 機(jī)床的控制系統(tǒng)誤差

　　包括機(jī)床軸系的伺服誤差（輪廓跟隨誤差），數(shù)控插補(bǔ)算法誤差镊折。

　　1.3 熱變形誤差

　　由于機(jī)床的內(nèi)部熱源和環(huán)境熱擾動導(dǎo)致機(jī)床的結(jié)構(gòu)熱變形而產(chǎn)生的誤差胯府。

　　1.4 切削負(fù)荷造成工藝系統(tǒng)變形所導(dǎo)致的誤差

　　包括機(jī)床、刀具马前、工件和夾具變形所導(dǎo)致的誤差。這種誤差又稱為“讓刀”占赤，它造成加工零件的形狀畸變居截，尤其當(dāng)加工薄壁工件或使用細(xì)長刀具時，這一誤差更為嚴(yán)重嫩玻。

　　1.5 機(jī)床的振動誤差

　　在切削加工時六呼，數(shù)控機(jī)床由于工藝的柔性和工序的多變，其運(yùn)行狀態(tài)有更大的可能性落入不穩(wěn)定區(qū)域尘腕，從而激起強(qiáng)烈的顫振刨税。導(dǎo)致加工工件的表面質(zhì)量惡化和幾何形狀誤差。

　　1.6 檢測系統(tǒng)的測試誤差

　　包括以下幾個方面：

　∶怼（1）由于測量傳感器的制造誤差及其在機(jī)床上的安裝誤差引起的測量傳感器反饋系統(tǒng)本身的誤差;

　》に（2）由于機(jī)床零件和機(jī)構(gòu)誤差以及在使用中的變形導(dǎo)致測量傳感器出現(xiàn)的誤差。

　　1.7 外界干擾誤差

　　由于環(huán)境和運(yùn)行工況的變化所引起的隨機(jī)誤差五逢。

　　1.8 其它誤差

　　如編程和操作錯誤帶來的誤差蜀悯。

　　上面的誤差可按照誤差的特點(diǎn)和性質(zhì)牢贸，歸為兩大類：即系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。

　　數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)誤差是機(jī)床本身固有的誤差镐捧，具有可重復(fù)性潜索。數(shù)控機(jī)床的幾何誤差是其主要組成部分，也具有可重復(fù)性懂酱。利用該特性竹习，可對其進(jìn)行“離線測量”，可采用“離線檢測——開環(huán)補(bǔ)償”的技術(shù)來加以修正和補(bǔ)償列牺，使其減小由驹，達(dá)到機(jī)床精度強(qiáng)化的目的。

　　隨機(jī)誤差具有隨機(jī)性昔园，必須采用“在線檢測——閉環(huán)補(bǔ)償”的方法來消除隨機(jī)誤差對機(jī)床加工精度的影響蔓榄，該方法對測量儀器、測量環(huán)境要求嚴(yán)格默刚，難于推廣甥郑。

　　2 幾何誤差補(bǔ)償技術(shù)

　　針對誤差的不同類型，實(shí)施誤差補(bǔ)償可分為兩大類荤西。隨機(jī)誤差補(bǔ)償要求“在線測量”澜搅，把誤差檢測裝置直接安裝在機(jī)床上，在機(jī)床工作的同時饲肪，實(shí)時地測出相應(yīng)位置的誤差值屋犯，用此誤差值實(shí)時的對加工指令進(jìn)行修正。隨機(jī)誤差補(bǔ)償對機(jī)床的誤差性質(zhì)沒有要求塔苦，能夠同時對機(jī)床的隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償滑期。但需要一整套完整的高精度測量裝置和其它相關(guān)的設(shè)備，成本太高医窖，經(jīng)濟(jì)效益不好账阳。進(jìn)行了溫度的在線測量和補(bǔ)償，未能達(dá)到實(shí)際應(yīng)用蔽树。系統(tǒng)誤差補(bǔ)償是用相應(yīng)的儀器預(yù)先對機(jī)床進(jìn)行檢測狡氏，即通過“離線測量”得到機(jī)床工作空間指令位置的誤差值，把它們作為機(jī)床坐標(biāo)的函數(shù)碗挟。機(jī)床工作時伍毙，根據(jù)加工點(diǎn)的坐標(biāo)，調(diào)出相應(yīng)的誤差值以進(jìn)行修正竞谒。要求機(jī)床的穩(wěn)定性要好丐重，保證機(jī)床誤差的確定性，以便于修正，經(jīng)補(bǔ)償后的機(jī)床精度取決于機(jī)床的重復(fù)性和環(huán)境條件變化弥臼。數(shù)控機(jī)床在正常情況下宴咧，重復(fù)精度遠(yuǎn)高于其空間綜合誤差，故系統(tǒng)誤差的補(bǔ)償可有效的提高機(jī)床的精度径缅，甚至可以提高機(jī)床的精度等級掺栅。迄今為止，國內(nèi)外對系統(tǒng)誤差的補(bǔ)償方法有很多纳猪，可分為以下幾種方法：

　　2.1 單項誤差合成補(bǔ)償法

　　這種補(bǔ)償方法是以誤差合成公式為理論依據(jù)氧卧，首先通過直接測量法測得機(jī)床的各項單項原始誤差值，由誤差合成公式計算補(bǔ)償點(diǎn)的誤差分量氏堤，從而實(shí)現(xiàn)對機(jī)床的誤差補(bǔ)償沙绝。對三坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行位置誤差測量的當(dāng)屬Leete，運(yùn)用三角幾何關(guān)系鼠锈，推導(dǎo)出了機(jī)床各坐標(biāo)軸誤差的表示方法闪檬，沒有考慮轉(zhuǎn)角的影響。較早進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)膽?yīng)是Hocken教授购笆，針對型號Moore5-Z（1）的三坐標(biāo)測量機(jī)坐署，在16小時內(nèi)，測量了工作空間內(nèi)大量的點(diǎn)的誤差挥挚，在此過程中考慮了溫度的影響玻岳，并用最小二乘法對誤差模型參數(shù)進(jìn)行了辨識。由于機(jī)床運(yùn)動的位置信號直接從激光干涉儀獲得卜伟，考慮了角度和直線度誤差的影響别孵，獲得比較滿意的結(jié)果。1985年G.Zhang成功的對三坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行了誤差補(bǔ)償米原。測量了工作臺平面度誤差葛窜，除在工作臺邊緣數(shù)值稍大，其它不超過1μm数芝，驗證了剛體假設(shè)的可靠性达华。使用激光干涉儀和水平儀測量得的21項誤差，通過線性坐標(biāo)變換進(jìn)行誤差合成改宅，并實(shí)施了誤差補(bǔ)償。X-Y平面上測量試驗表明盲如，補(bǔ)償前姓迅，在所有測量點(diǎn)中誤差值大于20μm的點(diǎn)占20%，在補(bǔ)償后俊马，不超過20%的點(diǎn)的誤差大于2μm丁存，證明精度提高了近10倍。

　　除了坐標(biāo)測量機(jī)的誤差補(bǔ)償以外柴我，數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償?shù)难芯恳踩〉昧艘欢ǖ某晒馇蕖Ｔ?977年Schultschik教授運(yùn)用矢量圖的方法扩然，分析了機(jī)床各部件誤差及其對幾何精度的影響，奠定了機(jī)床幾何誤差進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)聋伦。Ferreira和其合作者也對該方法進(jìn)行了研究夫偶，得出了機(jī)床幾何誤差的通用模型，對單項誤差合成補(bǔ)償法作出了貢獻(xiàn)觉增。J.Nietal更進(jìn)一步將該方法運(yùn)用于在線的誤差補(bǔ)償兵拢，獲得了比較理想的結(jié)果。Chenetal建立了32項誤差模型逾礁，其中多余的11項是有關(guān)溫度和機(jī)床原點(diǎn)誤差參數(shù)说铃，對臥式加工中心的補(bǔ)償試驗表明，精度提高10倍栗柴。Eung-SukLeaetal幾乎使用了同G.Zhang一樣的測量方法碟荐，對三坐標(biāo)Bridgeport銑床21項誤差進(jìn)行了測量，運(yùn)用誤差合成法得出了誤差模型憎材，補(bǔ)償后的結(jié)果分別用激光干涉儀和Renishaw的DBB系統(tǒng)進(jìn)行了檢驗未蚕，證明機(jī)床精度得以提升。

　　2.2 誤差直接補(bǔ)償法

　　這種方法要求精確地測出機(jī)床空間矢量誤差邪笆，補(bǔ)償精度要求越高琴邻，測量精度和測量的點(diǎn)數(shù)就要求越多，但要詳盡地知道測量空間任意點(diǎn)的誤差是不可能的熏尉，利用插值的方法求得補(bǔ)償點(diǎn)的誤差分量赂燎，進(jìn)行誤差修正，該種方法要求建立和補(bǔ)償時一致的絕對測量坐標(biāo)系潜路。

　　1981年向膏，Dufour和Groppetti在不同的載荷和溫度條件下，對機(jī)床工作空間點(diǎn)的誤差進(jìn)行了測量罚午，構(gòu)成誤差矢量矩陣逞迟，獲得機(jī)床誤差信息。將該誤差矩陣存入計算機(jī)進(jìn)行誤差補(bǔ)償恕沫。類似的研究主要有A.C.Okaforetal监憎，通過測量機(jī)床工作空間內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)參考件上多個點(diǎn)的相對誤差婶溯，以第一個為基準(zhǔn)點(diǎn)鲸阔，然后換算成絕對坐標(biāo)誤差，通過插值的方法進(jìn)行誤差補(bǔ)償迄委，結(jié)果表明精度提高了2～4倍褐筛。Hooman則運(yùn)用三維線性（LVTDS）測量裝置，得到機(jī)床空間27個點(diǎn)的誤差（分辨率0.25μm，重復(fù)精度1μm）渔扎，進(jìn)行了類似的工作硫狞。進(jìn)一步考慮到溫度的影響，每間隔1.2小時測量一次晃痴，共測量8次残吩，對誤差補(bǔ)償結(jié)果進(jìn)行了有關(guān)溫度系數(shù)的修。這種方法的不足之處是測量工作量大愧旦，存儲數(shù)據(jù)多世剖。目前，還沒有完全合適的儀器锥桐，也限制了該方法的進(jìn)一步運(yùn)用和發(fā)展菲贝。

　　2.3 相對誤差分解、合成補(bǔ)償法

　　大多數(shù)誤差測量方法只是得到了相對的綜合誤差鳄砸，據(jù)此可以從中分解得到機(jī)床的單項誤差威跟。進(jìn)一步利用誤差合成的辦法，對機(jī)床誤差補(bǔ)償是可行的惧圆。目前往茄，國內(nèi)外對這方面的研究也取得一定進(jìn)展。

　　2000年美國Michigan大學(xué)JunNi教授指導(dǎo)的博士生ChenGuiquan做了這樣的嘗試瘦镶，運(yùn)用球桿儀（TBB）對三軸數(shù)控機(jī)床不同溫度下的幾何誤差進(jìn)行了測量乘占，建立了快速的溫度預(yù)報和誤差補(bǔ)償模型，進(jìn)行了誤差補(bǔ)償澳坟。Christopher運(yùn)用激光球桿儀（LBB）笔畜，在30分鐘內(nèi)獲得了機(jī)床的誤差信息，建立了誤差模型孤殿，在9個月的時間間隔內(nèi)呐粘，對誤差補(bǔ)償結(jié)果進(jìn)行了5次評價，結(jié)果表明转捕，通過軟件誤差補(bǔ)償?shù)姆椒梢蕴岣邫C(jī)床的精度作岖，并可保持精度在較長時間內(nèi)不變。

　　誤差合成法五芝，要求測出機(jī)床各軸的各項原始誤差痘儡，比較成熟的測量方法是激光干涉儀，測量精度高枢步。用雙頻激光干涉儀進(jìn)行誤差測量谤辜，需時間長，對操作人員調(diào)試水平要求高价捧。更主要的是對誤差測量環(huán)境要求高，常用于三坐標(biāo)測量機(jī)的檢測，不適宜生產(chǎn)現(xiàn)場操作结蟋。相對誤差分解脯倚、合成補(bǔ)償法，測量方法相對簡單嵌屎，一次測量可獲得整個圓周的數(shù)據(jù)信息鸯流，同時可以滿足機(jī)床精度的檢測和機(jī)床評價。目前也有不少的誤差分解的方法滴督，由于機(jī)床情況各異址靶，難以找到合適的通用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行誤差分解，并且對測量結(jié)果影響相同的原始誤差項不能進(jìn)行分解瘫碾，也難以推廣應(yīng)用乔盹。誤差的直接補(bǔ)償法，一般以標(biāo)準(zhǔn)件為對照獲得空間矢量誤差奴爷，進(jìn)行直接補(bǔ)償叨剧，少了中間環(huán)節(jié)，更接近機(jī)床的實(shí)用情況擂门。但獲得大量的信息量需要不同的標(biāo)準(zhǔn)件秩旬，難以實(shí)現(xiàn)，這樣補(bǔ)償精度就受到限制自畔。

　　在國內(nèi)淘客，許多研究機(jī)構(gòu)與高校近幾年也進(jìn)行了機(jī)床誤差補(bǔ)償方面的研究。1986北京機(jī)床研究所開展了機(jī)床熱誤差的補(bǔ)償研究和坐標(biāo)測量機(jī)的補(bǔ)償研究杨匕。1997年天津大學(xué)的李書和等進(jìn)行了機(jī)床誤差補(bǔ)償?shù)慕：蜔嵴`差補(bǔ)償?shù)难芯俊?998年天津大學(xué)的劉又午等采用多體系統(tǒng)建立了機(jī)床的誤差模型着饥，給出了幾何誤差的22線、14線啡邑、9線激光干涉儀測量方法贱勃，1999年他們還對數(shù)控機(jī)床的誤差補(bǔ)償進(jìn)行了全面的研究，取得了可喜的成果谤逼。1998年上海交通大學(xué)的楊建國進(jìn)行了車床熱誤差補(bǔ)償?shù)难芯俊?996到2000年在國家自然科學(xué)基金和國家863計劃項目的支持下贵扰，華中科技大學(xué)開展了對數(shù)控機(jī)床幾何誤差補(bǔ)償以及基于切削力在線辯識的智能自適應(yīng)控制的研究，取得了一些成果流部。

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