車削加工熱誤差產(chǎn)生及補(bǔ)償方法

現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)正朝著高效率、高質(zhì)量、高精度、高集成和高智能方向發(fā)展。精密和超精密加工技術(shù)已成為現(xiàn)代機(jī)械制造中最重要的組成部分和發(fā)展方向，并成為提高國際競(jìng)爭(zhēng)能力的關(guān)鍵技術(shù)。車削加工誤差隨著精密加工的廣泛應(yīng)用也成為了研究的熱門課題。由于在機(jī)床的各種誤差中，熱誤差以及幾何誤差占據(jù)著絕大部分，故以減少這兩項(xiàng)誤差特別是其中的熱誤差成為了主要目標(biāo)。誤差補(bǔ)償技術(shù)(Error Compensation Technjque，簡(jiǎn)稱ECT)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展而出現(xiàn)并發(fā)展起來。由機(jī)床熱變形造成的損失是相當(dāng)大的。故極有必要開發(fā)能滿足工廠實(shí)際生產(chǎn)要求的高精度、低成本熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)來修正主軸(或工件)與切削刀具之間的熱誤差，以提高機(jī)床加工精度，降低廢品、增加生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。
    誤差補(bǔ)償?shù)幕�本定義及特性

       1. 基本定義
              誤差補(bǔ)償?shù)幕�本定義是人為地造出一種新的誤差去抵消或大大減弱當(dāng)前成為問題的原始誤差，通過分析、統(tǒng)計(jì)、歸納及掌握原始誤差的特點(diǎn)和規(guī)律，建立誤差數(shù)學(xué)模型，盡量使人為造成的誤差和原始誤差兩者的數(shù)值相等、方向相反，從而減少加工誤差，提高零件尺寸精度。
              最早的誤差補(bǔ)償是通過硬件實(shí)現(xiàn)的。硬件補(bǔ)償屬機(jī)械式固定補(bǔ)償，在機(jī)床誤差發(fā)生變化時(shí)要改變補(bǔ)償量必須重新制作零部件、校正尺或重新調(diào)整補(bǔ)償機(jī)構(gòu)。硬件補(bǔ)償又有不能解決隨機(jī)性誤差、缺乏柔性的缺點(diǎn)。近來發(fā)展的軟件補(bǔ)償其特點(diǎn)是在對(duì)機(jī)床本身不作任何改動(dòng)的情況下，綜合運(yùn)用當(dāng)代各學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)來提高機(jī)床加工精度。軟件補(bǔ)償克服了硬件補(bǔ)償?shù)脑S多困難和缺點(diǎn)，把補(bǔ)償技術(shù)推向了一個(gè)新的階段。
       2. 特性
              誤差補(bǔ)償(技術(shù))具有兩個(gè)主要特性:科學(xué)性和工程性。
              科學(xué)性誤差補(bǔ)償技術(shù)的迅速發(fā)展極大地豐富了精密機(jī)械設(shè)計(jì)理論、精密測(cè)量學(xué)和整個(gè)精密工程學(xué)，成為這一學(xué)科的重要分支。與誤差補(bǔ)償相關(guān)的技術(shù)有檢測(cè)技術(shù)、傳感技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、光電技術(shù)、材料技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及控制技術(shù)等。作為一門新技術(shù)分支，誤差補(bǔ)償技術(shù)具有自己的獨(dú)立內(nèi)容和特色。進(jìn)一步研究誤差補(bǔ)償技術(shù)，使其理論化、系統(tǒng)化，將具有非常重要的科學(xué)意義。
              工程性誤差補(bǔ)償技術(shù)的工程意義是非常顯著的，它包含3層含義:一是采用誤差補(bǔ)償技術(shù)可以較容易地達(dá)到“硬技術(shù)”要花費(fèi)很大代價(jià)才能達(dá)到的精度水平;二是采用誤差補(bǔ)償技術(shù)，可以解決“硬技術(shù)”通常無法達(dá)到的精度水平;三是在滿足一定的精度要求情況下若采用誤差補(bǔ)償技術(shù)，則可大大降低儀器和設(shè)備制造的成本，具有非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

    車削加工熱誤差產(chǎn)生及分類
    隨著對(duì)機(jī)床精度要求的進(jìn)一步提高，熱誤差在總誤差中的比重將不斷增大，機(jī)床熱變形已成為提高加工精度的主要障礙。機(jī)床熱誤差主要由馬達(dá)、軸承、傳動(dòng)件、液壓系統(tǒng)、環(huán)境溫度、冷卻液等機(jī)床內(nèi)外熱源引起的機(jī)床部件熱變形而造成的。機(jī)床幾何誤差來自機(jī)床的制造缺陷、機(jī)床部件之間的配合誤差、機(jī)床部件的動(dòng)、靜變位等等。
    誤差補(bǔ)償基本方法
    綜上所述及相關(guān)參考文獻(xiàn)，可知車削加工誤差一般是由下列因素引起的：

       1. 機(jī)床熱變形誤差;
       2. 機(jī)床零部件和結(jié)構(gòu)的幾何誤差;
       3. 切削力引起的誤差;
       4. 刀具磨損誤差;
       5. 其他誤差源，如機(jī)床軸系的伺服誤差，數(shù)控插補(bǔ)算法誤差等等。

    提高機(jī)床精度有兩種基本方法:誤差防止法和誤差補(bǔ)償法。誤差防止法是試圖通過設(shè)計(jì)和制造途徑消除或減少可能的誤差源。誤差防止法在一定程度上對(duì)于降低熱源溫升、均衡溫度場(chǎng)和減少機(jī)床熱變形是有效的。但它不可能完全消除熱變形，且花費(fèi)代價(jià)是很昂貴的;而應(yīng)用熱誤差補(bǔ)償法則開辟了一條提高機(jī)床精度的有效和經(jīng)濟(jì)的途徑。
    結(jié)論與討論
    車削加工誤差的研究是現(xiàn)代機(jī)械制造中最重要的組成部分和發(fā)展方向，并成為提高國際競(jìng)爭(zhēng)能力的關(guān)鍵技術(shù)，誤差的產(chǎn)生是多方面的，對(duì)熱誤差的分析與研究有利于提高車削精度和技術(shù)要求。
    誤差補(bǔ)償技術(shù)能滿足工廠實(shí)際生產(chǎn)要求的高精度、低成本，熱誤差補(bǔ)償技術(shù)可以修正主軸(或工件)與切削刀具之間的熱漂誤差，提高機(jī)床加工精度，降低廢品、增加生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。