数控机床圆度检测误差分析

赵喆　杨明

摘 要：在如今的工厂中，数控机床早已经成为精加工作业最重要的组成部分。但是无论多少精度的数控机床都不可避免有一丝丝的误差，数控机床的误差基本来自于制造和装配过程中。圆度误差是各种各样的误差中非常重要的一项数据，圆度误差简单来说是指回转体在正截面相对于理想圆的变动量，圆度误差的多少对数控机床的功能有着直接而且重要的影响。该文根据在实践中的种种经验，对圆度误差和圆度误差检测进行基本的介绍和分析，希望该文能给需要经验的人带来或多或少的帮助。

关键词：数控机床 圆度误差 圆度误差检测

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（a）-0054-01

1 数控机床与误差

数控机床，全称数字控制机床，是一种创于程序控制系统的高精度自动化机床。数控机床相对于传统的车床有着显而易见的优势，数控机床的自动化程度高、精度高、加工周期短、效率高、适应性强等明显的优点。数控机床在21世纪的工厂中已经占据了明显的主体地位，并在机械制造业中尤其是高精度加工有的不可替代的决定性作用。数控机床是一种柔性的高效能的子自动化机床，很大程度上代表了现代机床控制技术的发展方向，在未来必然会有更快更好地发展。

但是无论机床如何先进如何昂贵，机床的误差总是不可避免的。任何机床都会在机床的制造和装配过程中造成一些细微的误差。所以数控机床的误差检测的地位十分重要，对数控机床进行误差检测要求能认识到数控机床误差产生的规律，从理论上和实践上又要有一定的经验，并且能够知道一种或者多种的对误差进行补偿的方法，以确保数控机床的加工的高精度，充分利用起数控机床的高效率、高精度、短周期的优点。

2 圆度误差检测现状

圆度误差，通常意义上指的是回转体在正截面上的实际轮廓对比于理想圆的变动量，数控机床的圆度误差是一项对数控机床的功能和精度有这直接影响的重要数据。目前对圆度误差测量的最常用最优先手段是接触测量。接触测量具体分为两类，分别是使用专用圆度测量仪器和使用传感器采集数据的微机圆度测量系统。

国内的测量手段主要是圆度测量仪，圆度测量仪是一种用于测量圆度误差并具有精密回转主轴的仪器。圆度测量仪从结构上分为两种，分别是转轴式测量仪和转台式测量仪。前者是被测工件固定，测头与零件接触并旋转，应用于体型较大的零件；而后者是测头固定，被测零件装在回转台上旋转，适合测量小的零件。

而使用传感器的微机圆度测量系统的工作原理是利用传感器的测头与零件表面进行接触，经过测头测量出被测圆轮廓的半径变化量，之后传感器将数据转化为电信号传输进放大设备、滤波器、运算器、微机系统中，实现数据的自动处理。

具体而言，圆度误差测量的常用方法的特点如下。

（1）传统的测量方法操作简单，设备便捷，但受到人为因素影响非常大，容易出现比较大的测量误差，效率低，也不能保证百分百的在线测量。

（2）圆度仪、三坐标测量仪测量精度较高，但是测量过程复杂而且成本极高，不适用于工厂等生产环境中。

（3）在线微机检测系统，支持在线测量，而且精度较高，但是适应性比前二者都差，目前只能做到接触测量，所以适用范围还比较窄。

总体而言，数控机床的圆度误差检测发展方向是基于计算机的处理技术的非接触检测方法的基础。这种方法与传统的圆度误差检测方法相比，虽然还处于初步阶段，但是已经展现了良好的发展前景，具体包括视觉检测系统柔性度高，扩展性适应性良好；速度快，精度高，基本不受环境影响；非常适合在线检测，能够明显精简环节，促进工作效率；成本低，使用范围广等等。

3 数控机床圆度检测误差

圆度误差大多数会受以下几种重要因素影响：（1）机床主轴的回转精度的影响；（2）机床上面的夹具的影响；（3）加工的工件的影响，例如工件材料硬度等属性的影响；（4）加工过程中外力的影响，包括夹紧力、传动力、惯性力等等受力因素；（5）加工零件的内应力影响；（6）加工工艺影响。圆度误差是正截面上的轮廓对其理想圆的变动量，通过半径差来进行计量。机械零件回转表面正截面轮廓的圆度误差对机床功能的影响是巨大的，所以在机床需要根据零件的功能性要求来给定一定范围的公差。并且对加工完成的零件进行必要的测量用以判断是否将零件的圆度误差控制在了理想范围之内。所以，测量回转体零件的典型截面的圆度误差是核查零件加工品质的极重要指标。

另一方面，被测实际要素对其理想要素的变动量称为形状误差。测量形状误差时如果被测实际要素与理想要素二者能够完全相同，那么就表示形状误差不存在；如果二者有一些偏差，那么就表明存在形状误差，而实际要素的形状误差值就是该偏差的大小。前文已经多次提到了圆度误差的定义，那么深入剖析，在选择理想圆是就应该保证变动量为最小值。测量误差的出现是不可避免的，以为无论采取哪一种测量方法或者如何定义测量过程，都会受到计量器具和测量条件的限制。所以由于测量误差的存在，测量值就只能近似的反映被测几何量的值。所以研究人员的最终目的就是使得测量结果尽量接近于理想状态，这就要求我们了解测量时出现误差的影响因素。

（1）计量器具误差。该误差是计量器具在设计过程、制造过程、使用过程中因为种种因素造成的计量器具本身的误差变现，这些误差经过累加作用最终表现在最终的测量结果上面，有很强的重复性。

（2）方法误差。该误差是指测量时方法的缺陷造成的影响，误差可能是计算公式的错误，可能是测量方法不恰当，也可能是工件在放置和安装时出现偏差。

（3）环境误差。这种误差变现为测量作业时受到实际环境的种种因素影响，包括现场的温湿度、大气气压和环境中的电磁场等等因素，其中温度是对测量干扰最大的因素。

（4）人员误差或者说人为误差。该误差是指测量时测量人员出现的测量食失误，常见为测量瞄准不精确，测量人员估读等。

整体来说，数控机床技术发展的同时，圆度误差检测技术的不断提高也是必然的，而且随着计算机视觉技术的与日俱进和微机图像处理技术的不断突破，非接触在线圆度误差检测系统是必然未来数控机床圆度检测的主要方式。所以为了加快的圆度误差的测量技术的发展，对大型、长轴零件的圆度检测方法的研究是必不可少的，而且对计算机视觉的圆度检测技术的深入研究也会成为圆度误差的研究方向和重点。

参考文献

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