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摘要：在加工过程中，数控机床会因外部因素和内部因素而产生加工误差。一般来说，它可以归纳为两类，分为热误差和几何误差。随着科学的发展，数控机床的加工精度不断提高，使得数控机床的热误差对机加工零件的整体加工质量的影响越来越大。因此，补偿数控机床加工过程中的热误差具有重要意义。本文主要分析了数控机床热误差的影响因素，并讨论了数控机床热误差的补偿方法。
关键词：数控机床；热误差；误差补偿
引言：
现代机械制造企业的生产过程中融合了传统机械制造技术以及计算机应用技术的优势，使得其加工精度以及加工效率不断提高。同时，CNC机床本身的加工误差对加工零件的加工质量的影响越来越大。一般来说，在数控机床加工过程中会产生多种类型的误差，因为数控机床产生的热量引起的机床热变形称为热误差;数控机床的装配和结构设计引起的误差称为热误差;在CNC机床加工过程中由切削力和夹紧力引起的误差称为力误差。除此之外，工具磨损和颤动也容易引起误差。数控机床误差补偿的主要原理是人为制造误差抵消产生的误差。本文主要讨论数控机床加工过程中加工步骤引起的数控机床的变化，从而讨论影响数控机床热误差产生的因素。针对这些影响因素，讨论并提出了数控机床热误差补偿模型。
一、数控机床热误差的产生因素
在数控机床的工件加工过程中，引起热误差的因素是较多的，也因此，数控机床中的热误差具有非线性、多变量以及强耦合的特点。数控机床中热误差的主要产生因素有机床热源、机床结构以及机床组成元件等。
（一）机床热源
数控机床在工作过程中的热源主要来自于外部和内部两个方面，其均会引起数控机床的热误差，通常来说，内部热源对于机床热误差的影响要高于外部热源。其中，机床内部热源主要来自于机床工作过程本身，例如机床切削工作中涉及到的电动机、液压装置、切削液、切削热以及道具上产生的热量等，其在机床内部以金属热传导和空气对流的方式进行热量的传导。外部热源主要是来自于机床外部加热装置、环境温度等，主要以热辐射和热对流方式进行热量传导。
（二）机床结构
机床结构主要根据其设计中的机床散热、热刚度以及热容量上进行对热误差的影响，通常来说，优异的机床结构设计能够满足在机床发热过程中的散热以及维持机床结构刚度稳定等，从而减少热误差的产生。
（三）机床组成元件
由于组成机床的元件的结构、形状和热刚度均存在差异，所以在机床发热过程中，各个元件所产生的热变形是有一定区别的，从而导致机床整体结构因为元件的热膨胀变化不同产生不同步现象，造成热误差的产生。除此之外，机床各连接件之间的结合面还存在热阻，导致了机床热误差与机床温度场之间的非线性关系。
二、误差补偿法的概念
误差补偿方法不仅仅是通过提高CNC机床的精度来减少热误差。误差补偿方法更像是一种用于消除误差的“软技术”。误差补偿方法的主要意义在于通过数控机床的测量和控制测试，得到误差源因子与数控机床误差的相关性。因此，建立了数控机床误差的数学模型。
数控机床的误差补偿模型是通过输入CNC机床的基本数据例如位移量、关键点温度等数据，在不同补偿模型中进行计算，从而得到该机床误差数据以及其相关参数之间的数学关系，为CNC机床控制人员提高机床误差的预测水准，从而在机床误差的降低中，可以针对于不同参数环境下的机床误差进行提前量设置，保证数控机床在产生热误差时能够及时的与人为设置的误差提前量进行有效的抵消，从而在一定程度上达到消除数控机床热误差的效果，使得CNC机床在计算机软件的支持下达到较高的加工精度。
三、建立误差补偿模型，以减少数控机床的误差
在数控机床的补偿模型中，传统的硬件补偿方法存在着明显的缺点，即柔性低的同时随机性较高。近几年来随着数控加工技术以及计算机应用技术的不断发展，计算机软件在数控机床中的误差补偿做出了重要的贡献，其有效消除了因为数控机床误差硬件补偿中的各种问题，同时还大大增加了误差补偿的精度和效率。计算机软件支持的误差补偿技术不需要改变数控机床的装配结构，而主要采用计算机控制技术来补偿数控机床的误差。误差补偿技术是数控机床误差减少过程中的划时代技术，有效提高了数控机床的加工精度。同时也因为精度足够而不用重金购买精度更高的数控机床，为机械制造企业节省了大量的设备成本，因此，一经引入软件误差补偿技术，它就得到了世界主要机械制造商的认可。
软件误差补偿模型所提出的误差补偿方法首先需要在加工过程中监控数控机床关键部件的温度和位移。然后搜集监测到的数据并进行计算，获得数控机床误差以及位移、温度之间的数学关系模型，根据该模型，可以在CNC机床的加工期间执行热误差预测。
（一）神经网络模型
神经网络模型模拟人类大脑神经元的记忆储存方式，将数控机床的加工过程中的数据储存在建立好的类神经元记忆模块中，其不但能够储存数据，还能够对这些数据进行一定的动态计算，整个计算过程就是模拟人类的神经元工作方式，通过信息储存以及定向提取的过程完成计算。神经网络系统能够精确且快速的储存和计算数控机床工作过程中的数据，从而计算出误差补偿的量。神经网络模型中主要搜集的数据包括数控机床运行中关键位置的温度以及位移，然后在神经网络模型中计算之后输出需要进行的误差补偿量。在这个过程中，神经网络系统能够通过数据的不断计算越加智能，从而不断提高数控机床中误差补偿的精度。
（二）灰色理论模型
数控机床的误差因非线性以及交互作用的特点决定了其典型贫信息系统的分类，这也直接导致了其误差测量的难度以及量化的难度，这使得灰色理论模型在数控机床的误差补偿计算中具有独特的优势。灰色理论模型是一种自然适用于不良信息系统的补偿模型。其主要计算原理是将原始测得的无规律的数据在统计学的基础上叠加成具有一定方向以及序列的规律数据，然后得到对应于模型GM（n，m）的微分方程，求解方程得到灰色模型，并减少灰色模型的内容。从而还原模型。
（三）贝叶斯网络模型
在进行数控机床热误差补偿的贝叶斯网络模型的构建时，首先需要根据数控机床的类型以及模型构建人的基础知识和经验选择贝叶斯网络；其次，通过数控机床误差数据的输入使得贝叶斯网络模型在计算中学习和填充；最后，基于完整的贝叶斯网络，进行了数控机床的热误差预测。贝叶斯网络模型具有推理过程清晰，学习速度快的优点。类似于神经网络模型，贝叶斯网络模型在误差补偿数据的不断计算中能够进行学习变得更加智能，同时，贝叶斯网络模型可以将先验知识和样本数据相结合，避免了数控机床热误差的误差补偿计算中出现极小值的问题。
四、结语
由于机床本身的构造和加工过程中的各种因素，数控机床经常会产生误差。其是由于数控机床的结构、装配等因素而导致。通过构造误差补偿模型来补偿热误差的主要补偿方法。目前，数控机床热误差补偿的主要模型有神经网络模型，灰色理论模型和贝叶斯网络模型。这些误差补偿模型都是基于计算机应用技术而不断发展进步的，这也提醒了研究人员，在未来的机械设计制造行业中，计算机技术可以为数控机床带来更多的可能性，并不断提高机床的加工精度和加工质量。
参考文献
[1]李永祥,杨建国,郭前建,王秀山,沈金华.数控机床热误差的混合预测模型及应用[J].上海交通大学学报，2006(12)
[2]陈励华,袁晓峰,张利,李卓函.PLC多路模拟量采集方法研究[J].工业控制计算机，2004(10).