關(guān)于數(shù)控機床偏差的幾種表現(xiàn)形式

關(guān)于數(shù)控機床誤差通常有以下幾種：數(shù)控機床幾何誤差、控制誤差、熱(變形)誤差、力(變形)誤差、運動誤差、定位/位置誤差、加工誤差，下面我們先理清理清這幾種誤差的區(qū)別。

數(shù)控機床幾何誤差

根據(jù)ISO230-1:1996及我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17421.1-1998的相關(guān)規(guī)定，數(shù)控機床幾何誤差指的是數(shù)控機床在標(biāo)準(zhǔn)測試環(huán)境(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓及20℃恒定氣溫)中，機床處在穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)環(huán)境及無負載狀態(tài)下，由于機床設(shè)計、制造、裝配等中的缺陷，使得機床中各組成環(huán)節(jié)或部件的實際幾何參數(shù)和位置相對于理想幾何參數(shù)和位置發(fā)生偏離。該項誤差一般與機床各組成環(huán)節(jié)或部件的幾何要素有關(guān)，是機床本身固有的誤差。

數(shù)控機床控制誤差

由數(shù)控機床控制系統(tǒng)的不精確性引起的機床運動部件實際運動軌跡與理想運動軌跡的偏差。控制誤差包括：伺服驅(qū)動環(huán)節(jié)、測量傳感環(huán)節(jié)以及數(shù)控插補等控制相關(guān)環(huán)節(jié)帶來的偏差。

運動誤差

數(shù)控機床在工作過程中，工作臺、主軸等主要運動部件的實際運動軌跡和理想運動軌跡的不符合程度。一般數(shù)控機床的運動誤差就包含了上述幾何誤差以及數(shù)控機床的控制誤差，屬于靜態(tài)誤差的范疇。

熱(變形)誤差

由于數(shù)控機床受切削熱、摩擦熱等的機床內(nèi)部熱源以及工作場地周圍外部熱源的影響，數(shù)控機床的溫度分部發(fā)生變化導(dǎo)致數(shù)控機床與標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)狀態(tài)相比而產(chǎn)生的附加熱變形，由此改變了數(shù)控機床中各組成部分的相對位置，從而產(chǎn)生的附加誤差(不包含數(shù)控機床已有的幾何誤差)簡稱熱誤差。熱誤差呈現(xiàn)非線性特性，是一種準(zhǔn)靜態(tài)誤差，技術(shù)上可以按照靜態(tài)誤差來處理。圖1所示為主軸箱的熱變形分部圖。

圖1 主軸箱熱變形分布圖

力(變形)誤差

數(shù)控機床在切削力、夾緊力、重力和慣性力等作用下產(chǎn)生的附加幾何變形破壞了機床各組成部分原有的相互位置關(guān)系而產(chǎn)生的附加誤差，簡稱力誤差，其與機床剛度有關(guān)。

定位/位置誤差

機床定位/位置誤差是特指機床工作臺或刀具在機床工作空間中，從一點運動到另一點的過程中，其理想位置和實際位置的差異程度。一般屬于機床幾何誤差的范疇。

加工誤差

加工誤差指的就是在加工狀態(tài)下，由于機床熱分布不平衡以及加工負載等加工過程原因，使得刀具與工件相對運動中的非期望值發(fā)生變化，具體反映在工件產(chǎn)生的附加尺寸誤差、形狀誤差和位置誤差。工件的加工精度主要取決于工件和刀刃在加工過程中互相位置的正確程度。而關(guān)于機床誤差存在狹義上和廣義上兩種不同的理解。其中，狹義上機床誤差指的就是機床位置誤差、主軸回轉(zhuǎn)誤差、數(shù)控系統(tǒng)控制誤差等和數(shù)控機床本身有關(guān)的誤差項，而廣義上機床誤差還包括由于機床加工運行過程中導(dǎo)致的熱(變形)誤差以及力(變形)誤差等在內(nèi)所有與機床設(shè)計、制造、裝配、檢測控制、加工運行等過程相關(guān)所有的誤差項。

圖2所示為機床主要誤差及其來源。

其中，幾何誤差和控制誤差是機床原始誤差，而熱誤差和力誤差為加工工程中產(chǎn)生的誤差。

圖2 數(shù)控機床的主要誤差源

機床各誤差源所占比例見表1。其中，機床幾何誤差、熱誤差和力誤差占總誤差的65%，是影響數(shù)控機床加工精度的主要誤差因素。不同的工況下各誤差源所占比例是有區(qū)別的，如越是精密的機床或精密的加工，熱誤差所占比例越大。