[科普中国]-机床轨迹精度

机床轨迹精度是用来描述机床各部分轨迹数字精度的概念。

几何精度要求机床的几何精度是指机床某些基础零件工作面的几何精度，它指的是机床在不运动（如主轴不转，工作台不移动）或运动速度较低时的精度。它规定了决定加工精度的各主要零、部件间以及这些零、部件的运动轨迹之间的相对位置允差。例如，床身导轨的直线度、工作台面的平面度、主轴的回转精度、刀架溜板移动方向与主轴轴线的平行度等。在机床上加工的工件表面形状，是由刀具和工件之间的相对运动轨迹决定的，而刀具和工件是由机床的执行件直接带动的，所以机床的几何精度是保证加工精度最基本的条件。

传动精度机床的传动精度是指机床内联系传动链两末端件之间的相对运动精度。这方面的误差就称为该传动链的传动误差。例如车床在车削螺纹时，主轴每转一转，刀架的移动量应等于螺纹的导程。但是，实际上，由于主轴与刀架之间的传动链中，齿轮、丝杠及轴承等存在着误差，使得刀架的实际移距与要求的移距之间有了误差，这个误差将直接造成工件的螺距误差。为了保证工件的加工精度，不仅要求机床有必要的几何精度，而且还要求内联系传动链有较高的传动精度。

定位精度机床定位精度是指机床主要部件在运动终点所达到的实际位置的精度。实际位置与预期位置之间的误差称为定位误差。对于主要通过试切和测量工件尺寸来确定运动部件定位位置的机床，如卧式车床、万能升降台铣床等普通机床，对定位精度的要求并不太高。但对于依靠机床本身的测量装置、定位装置或自动控制系统来确定运动部件定位位置的机床，如各种自动化机床、数控机床、坐标测量机等，对定位精度必须有很高的要求。

机床的几何精度、传动精度和定位精度通常是在没有切削载荷以及机床不运动或运动速度较低的情况下检测的，故一般称之为机床的静态精度。静态精度主要决定于机床上主要零、部件，如主轴及其轴承、丝杠螺母、齿轮以及床身等的制造精度以及它们的装配精度。1

数控机床高精度轨迹控制的基本思想随着科学技术的进步和社会经济的发展，对机床加工精度的要求越来越高。如果完全靠提高零部件制造精度和机床装配精度的传统方法来设计制造高精度数控机床，势必大幅度提高机床的成本，在有些情况下甚至不可能。面对这一现实，我们对以低成本实现高精度的途径进行了探索，提出一种通过信息、控制与机床结构相结合实现数控机床高精度轨迹控制的方法，其核心思想是：①采用具有高分辨率和高采样频率的新型插补技术，在保证速度的前提下大幅度提高轨迹生成精度；②通过新型双位置闭环控制，有效保证希望轨迹的高精度实现。③以信息化轨迹校正消除机械误差和干扰对轨迹精度的影响，从而保证所控制的机床可在生产环境中长期高精度运行。

信息化轨迹误差校正在双位置闭环控制下，机床坐标运动的精度主要取决于检测装置获取信息的准确程度。因此，进一步通过信息补偿有效提高检测装置的精度并使其不受外部环境的影响，将为进一步提高坐标运动精度提供一条新的途径。为此采取以下措施：对检测装置的误差及其与系统状态的关系进行精确测定并建立描述误差关系的数学模型，加工过程中由数控系统根据有关状态信息(如工作台实际位置、检测装置的温度等)按数学模型计算误差补偿值，并据此对检测装置的测量值进行实时校正，从而保证机床运动部件沿各自的坐标轴具有很高的运动精度。

为在高精度坐标运动的基础上，获得高精度的多坐标合成轨迹，进一步采用几何误差信息化校正方法。例如，对于机床x、y工作台的不垂直度误差，可通过以下过程进行校正：将一精密测头装入机床主轴，对固定于工作台上的标准样件(圆弧轮廓)进行测量。当机床的x、y坐标间存在不垂直度误差时，所测的轨迹将不是一个准确的圆。将此实测轨迹与标准轨迹相比较，即可求出x、y坐标间不垂直度误差值。按该误差值对x、y坐标的运动进行校正，即可使x、y合成运动轨迹达到更高的精度。将此原理用于其他几何误差的校正，即可有效提高多坐标运动的合成轨迹精度。若在加工过程中插入上述校正程，还可对温度变化引起的热变形误差进行有效补偿。2

本词条内容贡献者为:

李斌 - 副教授 - 西南大学