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在精密數(shù)控加工中心加工過程中，工作臺作為數(shù)控加工中心裝夾工件的載體，它與加工中心刀具的相對位置直接決定加工中心的加工精度。數(shù)控加工中心加工過程中，加工中心部件不均衡溫升產生的熱誤差、零件本身及組裝過程產生的幾何誤差，都會使得刀具與工作臺之間的相對位置變化^[1]。這些變化終轉化為零件的加工誤差。據(jù)統(tǒng)計，在精密及超精密加工中，由幾何及熱引起的誤差占總誤差的70%左右^[23]，所以研究加工中心全工作臺主軸軸向誤差綜合補償技術意義重大。

針對上述情況，科研人員通常利用軟件補償技術對數(shù)控加工中心誤差進行在線補償^M。在加工中心熱誤差領域，科研人員一般按照標準《加工中心檢驗通則第3部分：熱效應測定》（IS() 230 - 3:20〇⁷)的規(guī)定，由加工中心主軸與工作臺特定單位置點的熱變形來表征數(shù)控加工中心的熱特性，通過建立固定單點與關鍵熱源溫度之間的補償模型，結合基于原點偏移的熱誤差補償系統(tǒng)給予提前補償，以提高
加工中心的加工精度^>^]。針對加工中心幾何誤差，大多通過提高加工中心組成部件的精度提前實現(xiàn)誤差防止^[7]，或者利用單獨的幾何誤差建模和由數(shù)控系統(tǒng)提供的參數(shù)設定方式的誤差補償功能（如螺距補償、刀具補償?shù)?/span>）實現(xiàn)幾何誤差的補償^[8]。

然而，在實際加工中，由于被加工工件對工作臺的擠壓，加工中心X軸、Y軸在制造過程中的不*水平以及絲杠導軌的受熱變形等，會產生復雜的幾何誤差和熱誤差，所以，采用傳統(tǒng)的固定單點位置熱誤差建模的補償方法，只能解決加工中心部分熱誤差的影響，而單獨的幾何誤差補償方法也無法*避免熱誤差的影響，導致這些方法存在一定的應用缺陷。對此，王維等^[9]采用定位誤差和熱誤差綜合建模的方法抑制加工中心定位誤差隨加工中心熱變形的影響。

為了彌補傳統(tǒng)固定單位置點建模補償方法的不足，本文提出一種數(shù)控加工中心工作臺幾何誤差和熱誤差綜合補償方法。該方法與傳統(tǒng)工作臺上固定單位置點建模補償方法預測精度對比結果驗證了本文方法的有效性。

1加工中心全工怍臺綜合誤差測量試驗

1.1試驗方案設計

由ISO 230 - 1 201²《加工中心檢驗通則第1部

分:在無負荷或精加工條件下加工中心的幾何精度》標準可知，加工中心平面度誤差分為加工中心工作臺平面度誤差和沿兩線性軸運動而產生虛擬平面的平面度誤差。在實際加工中，工件直接固定在加工中心工作臺上，工作臺沿兩線性軸X軸、Y軸運動，由刀具垂直下方對應工作臺點構成的虛擬平面的平面度為上述兩種平面度的疊加。故本文針對以上兩種平面度誤差，改進標準中關于平面度誤差測量方案，采用坐標采集系統(tǒng)由主軸直接測量出的工作臺面內不同點的空間位置坐標，擬合工作臺曲面，作為平面度評定標準。

按照丨SO ²³〇 3 - 2〇〇⁷《加工中心檢驗通則第3部分:熱效應的確定》標準對加工中心熱誤差的規(guī)定，本試驗采用空轉方式運行。試驗過程中，主軸以恒定轉速6000 r/min轉動，工作臺沿；s：軸、Y軸以400 mm/min的進給速度往返運行，每運行5 min采集溫度和熱變形量一次。試驗持續(xù)4 h以上。試驗分三批次進行，第一批次為建模試驗，第二、第三批次為驗證試驗。每批次試驗相隔一天，加工中心充分冷卻至環(huán)境溫度狀態(tài)，以保證試驗的驗證效果。三批次試驗環(huán)境溫度變化范圍分別為19.56?26.88 t；、21.19?27.94 X：和 21.56?26.88 X：。

1.2試驗裝置

本文以典型的C型數(shù)控加工中心I.eaderway-V450立式加工中心為研究對象，其工作臺的尺寸為⁶²〇 cmX350 cm。根據(jù)工作臺尺寸，提出了在工作臺上設置15點位置測量方案，具體測點（工作臺上數(shù)字1?15為15個測點的編號）分布位置如圖1所示。試驗所采用的測量系統(tǒng)分為溫度采集系統(tǒng)和坐標采集系統(tǒng)^[1°^]，溫度采集系統(tǒng)選用溫度傳感器DS18B20(測量精度為±0.2 °C，高分辨力為0.0625 °C)來測量溫度數(shù)據(jù)。其中，溫度傳感器的貼放位置以影響加工中心主軸三向熱誤差的主要熱源附近為主，溫度傳感器（T1?T20為溫度傳感器編號（T10未在圖中標出））的安放位置如圖1和表1所示^[11];坐標采集系統(tǒng)是由在線檢測系統(tǒng)（本試驗所使用的在線檢測系統(tǒng)為哈爾濱先鋒機電有限公司生產的OP550型在線檢測系統(tǒng)）、加工中心外擴I/O單元、坐標采集卡和計算機組成。其原理是：在線檢測系統(tǒng)測量測頭當前所在位置坐標，通過加工中心外擴丨/()單元將此坐標值輸出到坐標采集卡中，并利用坐標采集卡將坐標值輸人計算機，終完成坐標采集。同一溫度時刻，工作臺不同測點坐標值擬合出的曲面為該溫度平面度評定標準，而不同溫度時刻，各測點的坐標值偏差為該點Z軸熱誤差數(shù)據(jù)。

測量試驗數(shù)據(jù)時，溫度數(shù)據(jù)和熱誤差數(shù)據(jù)為同步測量。試驗裝置實物如圖2所示。

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結束語：

(1) 根據(jù)對Leaderway-V450型數(shù)控加工中心空轉熱誤差數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)工作臺的形狀隨溫升基本保持不變，相對位置呈現(xiàn)出整體上升趨勢。為同時完成對加工中心工作臺平面度誤差和主軸熱誤差的補償，本文提出工作臺平面度誤差模型與熱誤差模型相加的綜合誤差補償方法。

(2) 建立了工作臺各位置點熱誤差模型，并確定工作臺中心位置點為熱誤差建模位置點，結合工作臺平面度誤差模型，建立了全工作臺的綜合誤差補償模型。將綜合補償模型內嵌至補償卡中，實現(xiàn)了加工中心全工作臺綜合誤差的實時補償。預測效果分析顯示，本文方法的補償效果好于工作臺上固定單位置點的熱誤差補償效果，預測殘余標準差減小約7 (im 〇

(3) 本文對Leaderway-V450型數(shù)控加工中心的工作臺進行研究，將工作臺平面度誤差因素引入誤差補償模型，并根據(jù)熱變形過程中工作臺平面度基本保持不變的性質簡化了全工作臺誤差模型，引人坐標變量。通過補償卡實時地對工作臺各位置點進行誤差補償，為數(shù)控加工中心誤差補償提供了一種新的解決思路。