李鹏瑞

    摘要：文章对数控机床几何误差产生的原因作了比较详细的分析，将系统误差的补偿方法进行了归纳，并在此基
    础上阐述了各类误差补偿方法的应用场合，为进一步实现机床精度的软升级打下基础。
    关键词：数控机床；几何误差；误差补偿
    中图分类号：TG502．1 文献标识码：A 文章编号：1007—8320(2O12)03—0117-01
    Analysis and Discussion on China S CNC machine tool geometric error
    compensation
    L／Peng-rui ’
    (Qinhuangdao Shougang Changbai mechanical limited liability company,Funing Hebei O66 311，China)
    Abstract：The article causes the geometric elTOl~of CNC machine tools made a more detailed analysis，system elror
    compensation method is summarized and elaborated on this basis,the applications of V~iOLIS types of e／Tor compensation
    method for the further realization of the machine precision lay the foundation of the soft upgrade．
    Keywords：CNC machine tools；geometric error,error compensation.
    1 几何误差产生的原因
    普遍认为数控机床的几何误差由以下几方面原因引起：
    机床的原始制造误差。是指由组成机床各部件工作表面的几何形状、表面质量、相互之间的位置误差所引起的机床运动误差，是数控机床几何误差产生的主要原因。
    机床的控制系统误差。包括机床轴系的伺服误差(轮廓跟随误差)，数控插补算法误差。
    热变形误差。由于机床的内部热源和环境热扰动导致机床的结构热变形而产生的误差。
    切削负荷造成工艺系统变形所导致的误差。包括机床、刀具、工件和夹具变形所导致的误差。这种误差又称为“让刀”，它造成加工零件的形状畸变，尤其当加工薄壁工件或使用细长刀具时，这一误差更为严重。
    机床的振动误差。在切削加工时，数控机床由于工艺的柔性和工序的多变，其运行状态有更大的可能性落入不稳定区域，从而激起强烈的颤振。导致加工工件的表面质量恶化和几何形状误差。
    上面的误差可按照误差的特点和性质，归为两大类：即系统误差和随机误差。数控机床的系统误差是机床本身固有的误差，具有可重复性。数控机床的几何误差是其主要组成部分，也具有可重复性。利用该特性，可对其进行“离线测量”，可采用“离线检测——开环补偿”的技术来加以修正和补偿，使其减小，达到机床精度强化的目的。随机误差具有随机性，必须采用“在线检测—— 闭环补偿”的方法来消除随机误差对机床加工精度的影响，该方法对测量仪器、测量环境要求严格，难于推广。
    2 几何误差补偿技术
    针对误差的不同类型，实施误差补偿可分为两大类。随机误差补偿要求“在线测量”，把误差检测装置直接安装在机床上，在机床工作的同时，实时地测出相应位置的误差值，用此误差值实时的对加工指令进行修正。随机误差补偿对机床的误差性质没有要求，能够同时对机床的随机误差和系统误差进行补偿。但需要一整套完整的高精度测量装置和其它相关的设备，成本太高，经济效益不好。系统误差补偿是用相应的仪器预先对机床进行检测，即通过“离线测量”得到机床工作空间指令位置的误差值，把它们作为机床坐标的函数。机床工作时，根据加工点的坐标，调出相应的误差值以进行修正。要求机床的稳定性要好，保证机床误差的确定性，以便于修正，经补偿后的机床精度取决于机床的重复性和环境条件变化。数控机床在正常情况下，重复精度远高于其空间综合误差，故系统误差的补偿可有效的提高机床的精度，甚至可以提高机床的精度等级。迄今为止,国内外对系统误差的补偿方法有很多，可分为以下几种方法：
    (1)单项误差合成补偿法。这种补偿方法是以误差合成公式为理论依据，首先通过直接测量法测得机床的各项单项原始误差值，由误差合成公式计算补偿点的误差分量，从而实现对机床的误差补偿。对三坐标测量机进行位置误差测量的当属Leete，运用三角几何关系，推导出了机床各坐标轴误差的表示方法，没有考虑转角的影响。较早进行误差补偿的应是Hocken教授。针对型号Moore 5-Z(1)的三坐标测量机，在l6小时内，测量了工作空间内大量的点的误差，板，使发动机回到怠速状态，紧接着再快速踩下加速踏板，又使发动机加速到5000r／min，再突然松开加速踏板，如此重复三次。④如果爆震传器有故障，此时驾驶室内的发动机故障指示灯将闪亮。
    (2)电阻检查。在关闭点火开关的情况下，拆下爆震传感器的导线连接器，用万用表电阻挡测量传感器信号端子与外壳间的电阻值，正常时应不导通，为无限大；若导通，则说明其内部有短路故障，应更换之。
    (3)输出信号的电压检测。关闭点火开关，拔开爆震传感器上的导线连接器。启动发动机并怠速运转，用万用表电压挡检查爆震传感器的接线端子与搭铁的电压，传感器正常时应有脉冲电压波形输出，否则说明传感器已损坏，应更换。
    3 曲轴位置传感器
    为了确保电子控制燃油喷射发动机能适时喷油点火，要求控制电脑对汽车发动机内部的曲轴、凸轮轴以及某缸活塞所处的位置加以确定，完成该项工作的是发动机位置传感器。这类传感器为电喷控制电脑ECU提供了最基本的参考信号，是电控发动机最为重要的传感元件。
    (1)电阻检测。关闭点火开关，拆下曲轴位置传感器的导线连接器，用欧姆表分别测试G1、G2、Ne与G一端子间的电阻值，正常阻值一般应在950—1250n之间，反之，应更换传感器。
    (2)检查气隙。取下分电器盖，转动分电器轴，测量G转子与Ne转子与感应线圈磁头对正时的气隙，标准值为O．2—0．4mm，如不符合标准值，应调整或更换曲轴位置传感器。
    (3)转动分电器轴，不应松旷，否则将影响输出信号的准确性，若松旷严重，应更换分电器总成。
    (4)电压检测。关闭点火开关，拔下传感器导线连接器，去掉分电器盖，将万用表拨到交流电压挡，用两只表笔分别测试传感器端子G1与G、G2与G、Ne与G间电压值，转动分电器轴，测试万用表都应有脉冲电压产生(0～2V之间)。这时，说明传感器产生信号正常，否则说明传感器损坏应更换之。
    4 节气门位置传感器
    为了将驾驶员的控制动作或意志能正确地反馈到控制电脑，以便控制电脑ECU能适时对各控制单元实施良好的控制，以达到人的驾驶愿望与发动机较好地匹配。因此电子控制燃油喷射发动机中，专门设有驾驶控制传感器，即节气门位置传感器。该传感器的检测也很重要，若出现问题，将使发动机电控部分不能正常工作，控制电脑就不能在人与发动机工况之间起到“桥梁”的作用。
    由于开关型节气门位置传感器结构简单，其内部仅相当于一个简单的电位器，因此它的故障往往是导通与不导通，故单体检测应从以下入手：①关闭点火开关，拔下节气门位置传感器上的导线连接器，用万用表欧姆挡测试各端子的通断睛况；② 关闭节气门，此时怠速节气门位置端子“IDL”(即“IDL”与“VC”或“E”之间)应导通；③打开节气门(全开或接近全开)时，大负荷节气门位置端子“PSw”(即“Psw”与“VC”或“E”之间)应导通；④ 当节气门处于其它位置时(最好在小于50％时测量)，两信号端子都应不导通。
    若检测结果与上述要求不一致，则应调整或更换节气门位置传感器。传感检测方法的应用为汽车发动机的故障诊断提供了新的途径，弥补了传统诊断方法的诸多不足，但各种单的智能故障诊断技术都有各自的优缺点，难以满足复杂诊断问题的全部要求，将多种不同的技术结合起来的混合诊断系统可以克服单种诊断方法的不足，将各种诊断方法的优势结合，是故障诊断技术研究的一个热点和发展趋势。