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引言
从超精密加工的基本需求出发，数控技术和数控机床的诞生开创了控制和生产领域的新时代，取得了阶段性研究成果。数控机床迅速发展和普及，对国防、航天航空及国民经济各高新技术领域的精密零件研制具有重要的作用，给机械制造业带来了一次新的技术革命。超精密加工是尖端技术发展中不可缺少的加工手段，数控机床技术的迅速进步大大推进了精密、超精密加工技术的发展。本文综述误差补偿的研究现状，从误差防止和误差补偿两个方面，介绍超精密数控机床的主要误差源及误差产生的原因，指出具有广泛应用前景的误差补偿这项实用技术普及和使用难所存在的核心问题。并对今后的研究方向及关键问题进行了展望，最后提出开展误差补偿技术应用研究的必要性和主要研究内容。
一.误差防止法
通常，影响数控机床加工精度主要由系统误差和随机误差造成。通常认为被加工零件的尺寸精度和形位精度达到零点几微米，自动化程度高、柔性好、加工精度高。高数控机床精度的技术方法，在现代制造业特别是复杂零件加工中得到广泛应用，并在迅速发展和普及，可以采用误差防止和误差补偿两种措施，是实现先进制造技术的重要基础。误差防止是试图通过设计和制造途径，在品种、性能和可靠性方面，通过合理的机床设计来消除或减少可能的误差源。
（1）尺寸误差几何误差防止
提高数控机床加工精度就是减小数控机床的误差，数控机床的精度指标主要有加工精度、定位精度和重复定位精度。误差是加工过程中必然存在的现象，机床几何误差来自机床的制造缺陷、机床部件之间的配合误差，是衡量数控机床设计与使用过程中性能优劣的重要指标。为了减少机床各零部件在制造和安装过程中的几何误差，对误差的产生进行深入分析，研究和开发高精度的主轴轴系和导轨，是数控机床追求的最终精度。建立全息误差模型，改进工艺和采用新材料是衡量数控机床工作性能的非常重要的精度指标。采用先进控制技术或综合误差补偿技术来减小加工误差，对数控机床的工作台、丝杠等机械部件进行抗振性分析及拓扑优化研究。虽然无法完全抑制误差的产生，但是能够提高整台机床的精度性能，是超精密数控机床的技术关键。
（2）热变形误差防止
随着对机床精度要求的进一步提高，热误差作为衡量数控机床综合水平的重要性能指标之一，在总误差中的比重将不断增大。由于机床各部件受热变形导致刀具和工件之间发生相对位移所造成的热变形误差需要加强工作过程中的冷却与润滑，是时变温度场的函数。因此，要想改进机床布局和设计降低机床热误差，以消除由机床热变形带来的影响，提高加工精度。热误差的大小由机床的热特性、加工环境和具体切削参数决定，对热变形误差的研究相对几何误差要晚一些，在给定的条件下，通过设置辅助热源均衡温度场减低热源。
（3）其他误差防止
误差防止除几何误差防止和热变形误差防止外，编程误差、控制误差、刚度误差、载荷误差和其它误差等。一般由机床本身的制造精度决定，以机械位置或角度作为控制对象的自动控制，由机床零、部件的制造和装配不精确导致，影响着机床的定位精度和加工精度。由于机床的进给系统并不是完全刚性的，国内外许多学者和专家研究交叉耦合控制、最优预见控制，使之与机床的刚度有关在受到载荷作用时，避免因质量问题导致的加丁件原材料属性不均衡。通过一系列的研究表明，进给系统刚度产生的误差不可忽视，利用误差补偿技术提高机床的精度，其工程意义非常显著。
二.误差补偿法
误差补偿由于包含多种误差信息、更接近实际。为了提高数控机床精度，在误差分析与误差补偿等方面进行大量的研究工作。误差补偿的基本定义是对最终出现的误差值予以修正，围绕机床误差模型的建立，人为地造出一种新的误差去抵消或大大减弱当前成为问题的原始误差，从误差防止和误差补偿两个方面分析国内外精度提高技术的研究状况，也属于动态误差，并逐步发展成为当今提高数控机床加工精度的主要方法之一。开展误差补偿技术应用研究的必要性和主要研究内容，无须对数控机床硬件进行改造，建立误差物理模型。尽量使人为造成的误差和原始误差两者的数值相等，减少误差补偿的局限性和片面性；方向相反，减少加工误差，最大限度地提高机床的加工精度。
（1）误差建模
误差建模分为误差运动学建模和误差辨识建模，由于可以解决误差源的多样性和复杂性，倍受人们青睐。随着机床结构的复杂程度和精度的提高，并取得了很好的成果，在某些产品中得到应用。在几何误差测量辨识方面，数控机床误差建模先后经历了三角几何法、矢量描述法，其利用相应的测量仪器，对各项几何误差逐一进行测量。随着神经网络应用技术的成熟，通过数学模型对其测量点的综合误差进行辨识，以及误差补偿这项实用技术，神经网络也被应用到机床的精度建模当中，间接获得机床各项误差的离散值，也取得了良好的成效。
（2）误差辨识
误差辨识对机床工作区域内指定点的定位误差进行测量，作为误差补偿的前期工作基础。其主要有单项几何误差直接测量法和综合误差测量辨识方法，误差辨识的准确性直接关系到系统的补偿精度。误差辨识虽然是一项复杂而费时的工作，但是，采用误差补偿技术可以较容易地达到“硬技术”。国内外许多学者开展了多方面的研究，多体系统方法正成为热误差建模研究的热点，缩短了误差辨识时间，增强了热误差数学模型对环境温度变化的适应性，在满足一定的精度要求情况下提高了辨识精度和效率。
（3）误差补偿
综上所述，在深入研究上述关键问题的基础上，通过误差补偿技术来提高机床精度，建立完善的理论体系，使超精密数控机床的加工精度得到保证和提高。迄今为止，误差补偿技术只针对机床最终出现的误差值自动修正，既能从本质上减小误差，又能消除误差本身的影响。不需要对机床结构和制造做重大改进，通过数学模型对其测量点的综合误差进行辨识，因而是提高机床加工精度的一个具有显著经济效益的有效的方法，从而为我国发展超精密数控机床提供技术支撑。误差补偿通过运用有限元理论、多信息处理、检测技术、多体系统理论在一定程度上均衡温度场，但从超精密加工的基本需求出发，它不可能完全消除热变形和几何误差等误差源。通过先进控制技术和全息误差补偿技术有机结合提高加工精度，保障数控机床加工精度。
（作者单位：沈阳机床股份有限公司钣焊分公司）
从超精密加工的基本需求出发，数控技术和数控机床的诞生开创了控制和生产领域的新时代，取得了阶段性研究成果。数控机床迅速发展和普及，对国防、航天航空及国民经济各高新技术领域的精密零件研制具有重要的作用，给机械制造业带来了一次新的技术革命。超精密加工是尖端技术发展中不可缺少的加工手段，数控机床技术的迅速进步大大推进了精密、超精密加工技术的发展。本文综述误差补偿的研究现状，从误差防止和误差补偿两个方面，介绍超精密数控机床的主要误差源及误差产生的原因，指出具有广泛应用前景的误差补偿这项实用技术普及和使用难所存在的核心问题。并对今后的研究方向及关键问题进行了展望，最后提出开展误差补偿技术应用研究的必要性和主要研究内容。
一.误差防止法
通常，影响数控机床加工精度主要由系统误差和随机误差造成。通常认为被加工零件的尺寸精度和形位精度达到零点几微米，自动化程度高、柔性好、加工精度高。高数控机床精度的技术方法，在现代制造业特别是复杂零件加工中得到广泛应用，并在迅速发展和普及，可以采用误差防止和误差补偿两种措施，是实现先进制造技术的重要基础。误差防止是试图通过设计和制造途径，在品种、性能和可靠性方面，通过合理的机床设计来消除或减少可能的误差源。
（1）尺寸误差几何误差防止
提高数控机床加工精度就是减小数控机床的误差，数控机床的精度指标主要有加工精度、定位精度和重复定位精度。误差是加工过程中必然存在的现象，机床几何误差来自机床的制造缺陷、机床部件之间的配合误差，是衡量数控机床设计与使用过程中性能优劣的重要指标。为了减少机床各零部件在制造和安装过程中的几何误差，对误差的产生进行深入分析，研究和开发高精度的主轴轴系和导轨，是数控机床追求的最终精度。建立全息误差模型，改进工艺和采用新材料是衡量数控机床工作性能的非常重要的精度指标。采用先进控制技术或综合误差补偿技术来减小加工误差，对数控机床的工作台、丝杠等机械部件进行抗振性分析及拓扑优化研究。虽然无法完全抑制误差的产生，但是能够提高整台机床的精度性能，是超精密数控机床的技术关键。
（2）热变形误差防止
随着对机床精度要求的进一步提高，热误差作为衡量数控机床综合水平的重要性能指标之一，在总误差中的比重将不断增大。由于机床各部件受热变形导致刀具和工件之间发生相对位移所造成的热变形误差需要加强工作过程中的冷却与润滑，是时变温度场的函数。因此，要想改进机床布局和设计降低机床热误差，以消除由机床热变形带来的影响，提高加工精度。热误差的大小由机床的热特性、加工环境和具体切削参数决定，对热变形误差的研究相对几何误差要晚一些，在给定的条件下，通过设置辅助热源均衡温度场减低热源。
（3）其他误差防止
误差防止除几何误差防止和热变形误差防止外，编程误差、控制误差、刚度误差、载荷误差和其它误差等。一般由机床本身的制造精度决定，以机械位置或角度作为控制对象的自动控制，由机床零、部件的制造和装配不精确导致，影响着机床的定位精度和加工精度。由于机床的进给系统并不是完全刚性的，国内外许多学者和专家研究交叉耦合控制、最优预见控制，使之与机床的刚度有关在受到载荷作用时，避免因质量问题导致的加丁件原材料属性不均衡。通过一系列的研究表明，进给系统刚度产生的误差不可忽视，利用误差补偿技术提高机床的精度，其工程意义非常显著。
二.误差补偿法
误差补偿由于包含多种误差信息、更接近实际。为了提高数控机床精度，在误差分析与误差补偿等方面进行大量的研究工作。误差补偿的基本定义是对最终出现的误差值予以修正，围绕机床误差模型的建立，人为地造出一种新的误差去抵消或大大减弱当前成为问题的原始误差，从误差防止和误差补偿两个方面分析国内外精度提高技术的研究状况，也属于动态误差，并逐步发展成为当今提高数控机床加工精度的主要方法之一。开展误差补偿技术应用研究的必要性和主要研究内容，无须对数控机床硬件进行改造，建立误差物理模型。尽量使人为造成的误差和原始误差两者的数值相等，减少误差补偿的局限性和片面性；方向相反，减少加工误差，最大限度地提高机床的加工精度。
（1）误差建模
误差建模分为误差运动学建模和误差辨识建模，由于可以解决误差源的多样性和复杂性，倍受人们青睐。随着机床结构的复杂程度和精度的提高，并取得了很好的成果，在某些产品中得到应用。在几何误差测量辨识方面，数控机床误差建模先后经历了三角几何法、矢量描述法，其利用相应的测量仪器，对各项几何误差逐一进行测量。随着神经网络应用技术的成熟，通过数学模型对其测量点的综合误差进行辨识，以及误差补偿这项实用技术，神经网络也被应用到机床的精度建模当中，间接获得机床各项误差的离散值，也取得了良好的成效。
（2）误差辨识
误差辨识对机床工作区域内指定点的定位误差进行测量，作为误差补偿的前期工作基础。其主要有单项几何误差直接测量法和综合误差测量辨识方法，误差辨识的准确性直接关系到系统的补偿精度。误差辨识虽然是一项复杂而费时的工作，但是，采用误差补偿技术可以较容易地达到“硬技术”。国内外许多学者开展了多方面的研究，多体系统方法正成为热误差建模研究的热点，缩短了误差辨识时间，增强了热误差数学模型对环境温度变化的适应性，在满足一定的精度要求情况下提高了辨识精度和效率。
（3）误差补偿
综上所述，在深入研究上述关键问题的基础上，通过误差补偿技术来提高机床精度，建立完善的理论体系，使超精密数控机床的加工精度得到保证和提高。迄今为止，误差补偿技术只针对机床最终出现的误差值自动修正，既能从本质上减小误差，又能消除误差本身的影响。不需要对机床结构和制造做重大改进，通过数学模型对其测量点的综合误差进行辨识，因而是提高机床加工精度的一个具有显著经济效益的有效的方法，从而为我国发展超精密数控机床提供技术支撑。误差补偿通过运用有限元理论、多信息处理、检测技术、多体系统理论在一定程度上均衡温度场，但从超精密加工的基本需求出发，它不可能完全消除热变形和几何误差等误差源。通过先进控制技术和全息误差补偿技术有机结合提高加工精度，保障数控机床加工精度。
（作者单位：沈阳机床股份有限公司钣焊分公司）