数控机床精度控制与误差补偿
数控机床误差来源分析与补偿方法
数控机床是制造业价值生成的基础，是基础制造能力构成的核心。
数控机床水平的高低一定程度上体现了制造业水平的高低。
高精度插补和动态补偿是高档数控机床需要重点开发的方向。
提高数控机床精度的方法：一是误差预防法，在设计和制造环节消除或减少可能的误差源，提高机床机械精度和动态性能，并采用良好的温度控制、隔振措施、气流扰动以及其他机床内外部环境控制手段降低误差源影响；二是误差补偿法，通过软件技术人为制造误差抵消机床原始误差。
相对而言，机械精度提高到一定程度后提升空间有限且成本高昂，且加工条件不断变化导致机床误差也会不断发生变化，必须辅以误差补偿的方法。
1 误差来源机床部件在加工制造过程中存在精度误差，装配安装过程中又会产生累积误差，使得机床最终实际几何参数和位置相对于理想几何参数和位置发生偏移，这个过程中形成的误差叫几何误差。
机床受内部热源（如切削热、摩擦热等）和外部热源（如环境温度变化、热辐射等）的影响，导致机床与标准稳态相比产生附加热变形，由此改变了各组成部分的相对位置，从而产生附加误差，此部分叫热误差。
由于机械刚性不足，机床在切削力、夹紧力、重力和惯性力等作用下产生附加几何形变，导致机床各组成部分相对位置变化而产生的误差叫力误差。
此外，还有机床震颤引起的振动误差，数控系统性能和插补算法产生的控制误差，编码器、光栅等位置检测系统的测量精度产生的检测误差以及其他外界因素干扰造成的随机误差。
其中，几何误差、热误差及力误差3项误差占据绝大部分加工误差，是影响加工精度的关键因素。
对于高速精密数控机床，由于使用电主轴技术，几何精度和刚性均较高。
加工的零件尺寸通常较小，加工过程中的负载也相对较小。
切削力引起的误差在总加工误差的比例，相对于几何误差和热误差也较小。
因此，本文主要介绍几何误差和热误差的测量和补偿。
2 误差测量与补偿方法误差补偿的类型按照补偿实时性分为非实时误差补偿和实时误差补偿。
非实时误差补偿中，误差的检测和补偿是分离的。
《2024年多轴数控机床精度建模与误差补偿方法研究》范文
《多轴数控机床精度建模与误差补偿方法研究》篇一一、引言随着制造业的快速发展，多轴数控机床作为现代制造技术的重要组成部分，其精度和效率直接影响到产品的质量和生产效率。
因此，对多轴数控机床的精度建模与误差补偿方法进行研究，具有重要的理论价值和实践意义。
本文旨在探讨多轴数控机床的精度建模及误差补偿方法，以期为提高机床的加工精度和稳定性提供理论支持。
二、多轴数控机床精度建模多轴数控机床的精度建模主要包括几何精度建模和运动学精度建模两个方面。
几何精度建模主要关注机床各部件的几何形状、尺寸和相对位置等参数对机床整体精度的影响；运动学精度建模则主要关注机床运动过程中各轴的运动轨迹、速度和加速度等参数对加工精度的影响。
在几何精度建模方面，需要综合考虑机床的机械结构、传动系统、导轨系统等因素，建立准确的数学模型，以便分析各因素对机床精度的影响。
运动学精度建模则需要基于机床的运动学原理，建立各轴的运动方程，分析各轴在运动过程中的动态特性，以及其对加工精度的影响。
三、误差来源及分析多轴数控机床的误差来源主要包括机床本身的制造误差、装配误差、热误差、切削力引起的误差等。
这些误差会导致机床的几何精度和运动学精度下降，从而影响加工质量。
因此，需要对这些误差进行深入分析，找出其主要来源和影响因素。
四、误差补偿方法针对多轴数控机床的误差，可以采取多种补偿方法。
其中，误差预测模型法、神经网络法、模糊控制法等是较为常用的方法。
这些方法可以根据不同的误差来源和影响因素，建立相应的预测模型或补偿算法，对机床的误差进行实时补偿。
具体而言，误差预测模型法可以通过建立机床误差与各影响因素之间的数学模型，预测机床的误差值，并进行实时补偿。
神经网络法则可以利用神经网络的学习和记忆能力，对机床的误差进行学习和预测，并实现自动补偿。
模糊控制法则可以利用模糊控制理论，对机床的误差进行模糊化处理，并实现精确补偿。
五、实验研究为了验证所提出的误差补偿方法的有效性和可行性，需要进行实验研究。
数控机床定位精度的补偿方法简述
数控机床定位精度的补偿方法简述北京亚崴技术服务有限责任公司路宝新由于机械电子技术的飞速发展，数控机床做为一种高精度、高效率、稳定性强的自动化加工装备，已经成为机械行业必不可少的现代化技术装置。
数控机床的定位精度是影响其高精度性能的一个重要方面，因而也是数控机床验收时的一个重要项目。
利用数控系统的螺距误差补偿功能进行调整，可以大大提高数控机床的定位精度，而电气控制系统不同，其定位精度的补偿方法也不尽相同，本文将以FANUC-0系统和SIEMENS-880系统为例，简单介绍数控系统螺距误差补偿的方法。
螺距误差补偿这项工作应该是在机床几何精度(床身水平、平行度、垂直度等)调整完成后进行的，这样可以尽量减少几何精度对定位精度的影响。
另外，进行螺距误差补偿时应使用高精度的检测仪器(如激光干涉仪)，这样可以先测量再补偿，补偿后再测量，并按照相应的分析标准(如VDI3441、JIS6330、GB10931-89等)对测量数据进行分析，直到达到机床对定位精度的要求范围。
机床的螺距误差补偿功能包括线性轴和旋转轴两种方式，分别可以对直线轴和旋转工作台的定位精度进行补偿。
但有一点需要注意，就是在补偿旋转轴时应注意：在0°～360°之间各补偿点的补偿值总和应为0，以使0°和360°的绝对位置保持一致，否则旋转轴旋转角度每超过360°一次，就产生一次累积误差，从而影响机床的加工精度。
另外，螺距误差补偿功能的实现方法又有增量型和绝对型之分。
所谓补偿就是指通过特定方法对机床的控制参数进行调整，其参数调整方法也依各数控系统不同而各有差异。
所谓增量型是指以被补偿轴上相领两上补偿点间的误差差值为依据来进行补偿，而绝对型是指以被补偿轴上各个补偿点的绝对误差值为依据来进行补偿。
FANUC-0数控系统的螺距误差补偿功能是一种增量型补偿方法，FANUC-0数控系统与螺距误差补偿功能有关的参数如下：7654321076543210PML2和PML1的组合决定误差补偿倍率，它对X、Y、Z和第四轴有效。
数控加工误差补偿的研究
高加工零件的加 工精度和效率， 降低 废品 率 ，具 有重要 的使 用和 推广 价值 。
数 控技 术 ； 差 补 偿 ； 床 ； 拟 补 偿 误 机 模
ｌ 服电机和丝杆间采用柔性联轴器， 保 置。当一台加工中心在加工小的工
证 了两者 间没有 相 对转 动 。滚 珠 丝 件时 ，工 装 上一 次 可 以 装夹 几 个 工 杆 和 螺母 间预加 载 荷消 隙 。 同样 塞 件 ， 编程 者不用考虑每 一个工件在编 数 控技术 自五十年 代问世以来 ， 铁 调 整 的松 紧也 能给 系统 一定 的 承 ！程时 的坐标 零点 ， 只需按照 各 自的 而 已取得长足的进 展 ， 着现代技 术的 载 和预 变形 ， 加 系统 平稳性 ， 随 增 因而 编程 零点进 行编程 ， 后使用夹具偏 然 高速发展 ，数控加工因其精度高、柔 ｉ数 控机床 无静 态 间隙 。 置来 移动 机 床在 每 一个 工 件上 的编 性 自动 化 及适 合加 工 复 杂零 件 的特 １ ２刀具补偿 ． 程零 点 。 性 ，已成为现 代先进制造 业的基础 ， ｆ 数控 加 工 中主 要 有 以下 几 种补 ２ 误差补偿分析 从 而在 机 械制 造企 业 的应 用 越来 越 偿方式 ： 刀具长 度补偿 、刀具 半径补 ２ １产生误差原因及对策 广泛。 由于制造 、安装 、受载 变形以 偿 、夹具 偏置补偿 ，它们基本上能解 ｊ 在 加 工过 程 中 工 艺 系统会 产 及热变 形等多种 因素 的影响 ， 实际 的 决加 工 过程 中因 刀具 形状 而产 生 的 生各 种 误差 从 而改 变 刀具 与工 件 数控 机 床在 运 动过 程 中不 可避 免 地 【轨迹 问题 。 １ ）刀具 长度补 偿 ：在对 在切 削过程 中的 相互 位置 关 系 影 要 出现各种误 差 ， 以达到精 密加 工 难 个零件 编程的时候 ， 首先要 指定零 响零 件 的加 工 精 度 在数 控 机床 上 的要求 。尤 其在高精 产 品的加 工 中 ， Ｉ件的编程 中心 ， 然后 才能建立 工件编 加工 零 件 所 产 生的 误差 主 要有 两 如何提 高零件 的 数控 加 工精 度 、减 程 坐标 系 。使 用 刀具 长 度 补偿 是 通 大类 ：加 工方法误差△ Ｇ 及调安误 少误差 ，以及 对 由于各 种原 因引起 ｝过执 行指令来 实现的 ， 同时我们给 出 ｝差 △ Ｔ— Ａ 为保证 工件的加 工精 的误差进行补偿 ，也受到越来越 多 ； 个 Ｚ坐标值 ， 这样 刀具 在补偿之 后 度 误差 总 和 应不 超过 工 件加 工精 的 关注 。误差 补 偿方 法是 通 过建 立 ｊ移 动到离工件表 面距离为 Ｚ的地 方。
数控机床误差与补偿
误差补偿法
通过软件或硬件方法，对机床的热变形进行补偿，减小或消 除热误差对加工精度的影响。
04
几何误差补偿
几何误差来源与分类
01
制造误差
由于机床零部件制造精度不足导致 的误差。
热误差
由于机床运行过程中温度变化导致 的误差。
03
02
装配误差
电气误差补偿
通过调整电机的电气参数，如电 流、电压等，来减小或消除由于 电机性能差异和传动系统误差引 起的误差。
传感误差补偿
通过使用高精度的传感器来检测 机床的实际位置和姿态，并将这 些信息反馈给控制系统，以实现 误差的实时补偿。
软件补偿
数学模型补偿
通过建立机床的数学模型，并利用软件算法对模型进行优化，以减小或消除误差。这种方法需要精确的数学模型和高 效的算法支持。
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几何误差补偿方法
硬件补偿
通过改进机床零部件制造和装配精度来降低几何误差。
软件补偿
利用数控系统软件对几何误差进行补偿，如螺距误差 补偿、反向间隙补偿等。
复合补偿
结合硬件和软件补偿方法，通过优化机床结构设计和 改进控制系统实现更精确的几何误差补偿。
05
运动误差补偿
运动误差产生机理
机械传动误差
由于数控机床的机械传动系统（如丝杠、齿轮等）存在制造和装 配误差，导致运动过程中产生误差。
自适应补偿技术
总结词
自适应补偿技术是一种能够自动调整和 优化补偿参数的误差补偿方法。
VS
详细描述
传统的误差补偿方法通常需要人工设定和 调整补偿参数，操作复杂且精度不高。自 适应补偿技术能够根据加工过程中的实时 反馈信息，自动调整和优化补偿参数，实 现动态误差补偿，进一步提高数控机床的 加工精度和稳定性。
数控机床几何误差及其补偿方法
数控机床几何误差及其补偿方法汇报人：日期:contents •数控机床几何误差概述•数控机床几何误差检测技术•数控机床几何误差建模与辨识•数控机床几何误差补偿技术•数控机床几何误差补偿实例分析•总结与展望目录01数控机床几何误差概述几何误差的定义与来源机床使用过程中磨损、变形等因素。
制造和装配过程中的精度限制。
机床结构设计缺陷。
定义：几何误差是指数控机床在加工过程中，由于机床本身几何元素的形状、位置和运动误差导致加工精度降低的现象。
来源几何误差对机床加工精度的影响影响加工件的尺寸精度和形状精度。
导致表面质量下降，增加粗糙度。
降低机床的整体性能，缩短使用寿命。
几何误差补偿的意义和必要性必要性现代制造业对加工精度的要求越来越高，几何误差补偿是实现高精度加工的关键手段。
几何误差补偿有助于延长机床使用寿命，提高机床的经济效益。
随着数控机床技术的发展，机床结构越来越复杂，几何误差的影响也越来越显著，需要相应的补偿技术来应对。
意义：通过几何误差补偿，可以提高数控机床的加工精度，保证产品质量，提高生产效率，降低生产成本。
02数控机床几何误差检测技术激光干涉检测技术利用激光的干涉现象进行高精度测量，能够准确地检测数控机床的几何误差。
高精度测量非接触式测量实时动态测量激光干涉检测技术采用非接触式测量方式，避免了传统接触式测量中可能引入的附加误差。
该技术具备实时动态测量能力，能够在数控机床运行过程中进行误差检测，提高检测效率。
03激光干涉检测技术0201球杆仪检测技术经济实用相较于其他高精度检测技术，球杆仪检测技术具有较低的成本，适用于大批量数控机床的误差检测。
便于携带球杆仪体积较小，便于携带，可实现在不同机床间的快速检测。
原理简单球杆仪检测技术基于简单的机械原理，通过测量球杆仪在数控机床上的运动轨迹来推断机床的几何误差。
电容传感检测技术非接触式检测与激光干涉检测技术类似，电容传感检测技术也采用非接触式检测方式，确保测量精度不受附加误差影响。
五轴数控机床误差补偿及精度可靠性评估
五轴数控机床误差补偿及精度可靠性评估五轴数控机床是一种高精度、高效率的加工设备，广泛应用于航空航天、汽车制造、模具制造等领域。
然而，由于各种因素的影响，五轴数控机床在加工过程中存在一定的误差。
为了提高加工精度和可靠性，需对误差进行补偿并进行评估。
五轴数控机床的误差主要包括几何误差和运动误差。
几何误差是由于机床结构的制造和组装误差、刚性变形等原因引起的，主要包括平行度误差、垂直度误差、位置误差和角度误差等。
运动误差是由于伺服系统、控制系统等原因引起的，主要包括滞后误差、迟滞误差和不平衡误差等。
这些误差会直接影响加工件的精度和表面质量，因此对误差进行补偿和控制是提高加工质量的关键。
误差补偿是通过测量和分析机床误差，通过数学模型将误差量纳入控制系统，使其在加工过程中进行补偿。
首先需要对机床进行检测和测量，获取机床的误差信息。
常用的检测方法包括激光干涉仪、刚度测试仪等。
其次，通过数学建模和仿真，分析机床误差的来源和特性，建立误差补偿模型。
最后，将误差补偿模型嵌入控制系统中，实现误差的实时补偿。
误差评估是对机床的精度和可靠性进行评价和监控。
通过定期对机床进行精度测试和性能测试，可以得到机床的测量数据。
然后，对测试数据进行统计分析和处理，计算出机床的误差指标，并与加工要求进行比较。
例如，常用的误差指标包括定位误差、重复定位误差、轮廓误差等。
对于超出允许范围的误差，需要进行调整和维修，以确保机床的加工精度和可靠性。
同时，还可以采用传感器和监控系统对机床进行实时监测和预警。
通过安装传感器在关键部位，可以实时感知机床的工作状态和性能，监测其误差变化和趋势。
一旦发现异常情况，监控系统可以及时报警，并进行相关维护和处理。
这样可以避免机床在加工过程中出现严重误差，保证加工质量和工作安全。
总结起来，五轴数控机床误差补偿和精度可靠性评估是提高加工质量和效率的重要手段。
通过对机床误差的测量、建模和补偿，以及对机床精度和可靠性的评估和监控，可以实现机床加工精度的提高和工作可靠性的保证。
数控机床误差实时补偿技术及应用
数控机床误差实时补偿技术及应用数控机床误差实时补偿技术是一种通过测量和监控机床的误差，然后通过算法和控制系统来实时修正这些误差的技术。
它可以显著提高机床的加工精度和稳定性，使得加工的零件更加精确和一致。
下面将介绍数控机床误差实时补偿技术的原理、方法和应用。
数控机床误差实时补偿技术的原理是基于机床的误差源和误差特点进行建模，并通过控制系统实时调整机床的运动轨迹来补偿这些误差。
机床的误差主要包括几何误差、动态误差和热误差等。
几何误差是由机床结构、加工刀具和工件等因素引起的，例如导轨的尺寸偏差、传动装置的误差等。
动态误差是由机床运动过程中的惯性力、弹性变形等因素引起的，例如加工过程中的振动和共振等。
热误差是由于机床在工作过程中产生的热源，例如主轴的热膨胀和冷却液的温度变化等。
数控机床误差实时补偿技术的方法一般包括两个步骤：误差测量和误差补偿。
误差测量是通过传感器或测量仪器实时检测机床的误差，并将其反馈给控制系统。
常用的测量方法包括激光干涉法、电容法和光栅尺等。
误差补偿是在控制系统中根据误差测量结果进行数学建模和分析，并根据补偿算法调整控制指令，使得机床的运动轨迹达到期望的精度。
数控机床误差实时补偿技术在实际应用中具有广泛的应用领域。
首先，它可以应用于航空航天领域的高精度零件加工。
航空航天零件对精度和质量要求非常高，数控机床误差实时补偿技术可以有效提高加工精度，降低零件的尺寸偏差和表面光洁度，从而提高航空航天产品的性能和可靠性。
其次，它可以应用于汽车制造领域的模具加工。
模具制造对精度和一致性要求较高，数控机床误差实时补偿技术可以有效减少模具的尺寸和形状偏差，提高模具的加工质量和寿命。
此外，它还可以应用于医疗器械制造、光学仪器加工等领域。
总之，数控机床误差实时补偿技术是一种通过测量和监控机床的误差，并通过控制系统实时调整机床运动轨迹的技术。
它可以显著提高机床的加工精度和稳定性，广泛应用于航空航天、汽车制造、医疗器械等领域，为实现高精度和高质量的零件加工提供了重要的技术手段。
数控机床加工精度调整方法及误差原因
加工精度主要用于生产产品程度，加工精度与加工误差都是评价加工表面几何参数的术语。
加工精度用公差等级衡量，等级值越小，其精度越高；加工误差用数值表示，数值越大，其误差越大。
加工精度高，就是加工误差小，反之亦然。
公差等级从IT01，IT0，IT1，IT2，IT3至IT18一共有20个，其中IT01表示的话该零件加工精度最高的，IT18表示的话该零件加工精度是最低的，一般上IT7、IT8是加工精度中等级别。
任何加工方法所得到的实际参数都不会绝对准确，从零件的功能看，只要加工误差在零件图要求的公差范围内，就认为保证了加工精度。
机器的质量取决于零件的加工质量和机器的装配质量，零件加工质量包含零件加工精度和表面质量两大部分。
机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数相符合的程度。
它们之间的差异称为加工误差。
加工误差的大小反映了加工精度的高低。
误差越大加工精度越低，误差越小加工精度越高。
一、加工精度的调整方法1、减小机床误差（1）提高主轴部件的制造精度1）应提高轴承的回转精度：①选用高精度的滚动轴承；②采用高精度的多油锲动压轴承；③采用高精度的静压轴承。
2）应提高与轴承相配件的精度：①提高箱体支撑孔、主轴轴颈的加工精度；②提高与轴承相配合表面的加工精度；③测量及调节相应件的径向跳动范围，使误差补偿或相抵消。
（2）对滚动轴承适当预紧①可消除间隙；②增加轴承刚度；③均化滚动体误差。
（3）使主轴回转精度不反映到工件上。
2、对工艺系统进行调整（1）试切法调整通过试切—测量尺寸—调整刀具的吃刀量—走刀切削—再试切，如此反复直至达到所需尺寸。
此法生产效率低，主要用于单件小批生产。
（2）调整法通过预先调整好机床、夹具、工件和刀具的相对位置获得所需尺寸。
此法生产率高，主要用于大批大量生产。
3、减小刀具磨损在刀具尺寸磨损达到急剧磨损阶段前就必须重新磨刀。
4、减少传动链传动误差（1）传动件数少，传动链短，传动精度高；（2）采用降速传动，是保证传动精度的重要原则，且越接近末端的传动副，其传动比应越小；（3）末端件精度应高于其他传动件。
数控加工中的误差及补偿方法分析
数控加工中的误差及补偿方法分析摘要：数控机床现在应用十分普遍，相比普通机床，无论是生产效率还是加工精度均有了明显提升，可保证产品质量满足市场要求。
以提高数控加工精度为目的，分析各种误差产生的原因，以及寻求高精度误差补偿方法，保障数控机床可以稳定运行，维持高精度加工状态。
文章就数控加工误差类型以及补偿方法进行了简单的分析。
关键词：数控加工；高精度；误差补偿数控加工存在着精度高且柔性自动化等特点，对于复杂零件的加工优势突出，被越发广泛的应用于制造业，且取得了显著成果。
为了进一步做到高精度加工，不断减小误差，就需要在生产加工中总结各类误差的表现形式，并分析其产生的原因，寻求更有效的误差补偿方法，例如通过控制温度与振动从根源上来减少甚至消除误差，或者是应用软件工程来进行纠错等，更大程度上实现高精度数控加工。
一、数控加工误差分析1.加工误差分类数据加工生产过程中受多种因素影响而产生加工误差，一类是根据误差条件可分为静态误差、准静态误差和动态误差。
其中，静态误差即数控加工过程中准确度和误差不会因为时间影响而发生变化。
准静态误差是在给定工作环境中会缓慢的发生变化，但是该条件下会始终保持不变，例如特定工作条件下产生的准静态误差本质并不会发生变化或者是变化速度非常缓慢[1]。
另一类则是根据误差来源可分为位置误差与非位置误差。
位置误差即数控加工生产过程中，随着零部件的运动，产生的运动轨迹以及位置与理想条件有着一定偏差，同时期望运动轨迹以及位置与指令相差较大，如几何误差。
数控机床不同零件与零件在生产运动过程中因外界条件的干扰，零部件的实际运行轨迹以及位置与理想条件偏差较大，包括力误差、热误差以及刀具磨损误差等。
2.误差产生原因数控加工生产中因各因素的影响不可避免的会有误差形成，促使切削工艺中工件与刀具的位置发生变化，影响零部件加工精度。
一般数控加工误差产生原因可从加工方法误差与调安误差两个方面分析，只有当误差总和低于允许差值时，才能够做到高精度数控加工。
数控机床加工误差补偿技术的研究【附程序】
摘要加工精度是机床最重要的性能指标之一。
本课题运用多体系统运动学为核心的误差分析理论体系，对三轴数控机床精度问题进行了系统、全面的分析，并重点在数控机床误差测量、误差分析建模、误差辨识以及误差补偿等方面的研究，通过建立误差模型，得出误差在刀具运动过程中的传递规律，给出了过程，为了提高加工精度，从而对机床进行了软件误差补偿。
本文主要从以下几个方面的内容进行了研究和探讨：(1) 研究了机床的精度分析的基本理论，对多体系统运动学以及基于该理论的机床误差建模、误差辨识及误差补偿的方法作了科学性的研究。
数控机床误差参数的正确辨识是数控机床补偿的必要前提条件。
(2) 详细分析了三坐标9线误差分析方法，以沿X向运动为例，算得六项误差参数，为例，具体给出其计算继而同理可以推算出沿Y向和Z向的十二项误差参数，之后又以xy方法，同理可推算出其余两项垂直度误差。
由此得到21项误差，并以X向为例，做实验，将测得值和计算的两个误差进行比较，发现误差相差比较小。
(3) 详细阐述了软件补偿数控指令的修正算法，再根据此建立了软件补偿系统，分别对软件系统的软硬件流程进行详细阐述，最后通过此项技术的误差补偿，数控机床的各项误差都有所降低，达到了本课题提高机床加工精度的目的。
但是本课题的成果尚未应用到生产实际中，在今后的研究中，还要进行大量的实验去获取大量的实际数据，为今后该方法的实际应用奠定基础。
关键词：数控机床；几何误差；多体系统；误差补偿AbstractThe machining accuracy is one of the most important performance indexes for machinetools．Theoretical analysis of system error based on the kinematics of multi-body system as the core, the three axis CNC machine tool accuracy problem analyzed system, comprehensive, and focus on the NC machine tool error measurement, error analysis, error identification and the error compensation model etc., by establishing the error model, transfer of error in the tool motion process in conclusion, given the process, in order to improve the machining precision, thus the software error compensation of machine tools. The following issues are mainly studied and addressed in this thesis：(1) Research on the basic theory analysis of the accuracy of machine tools, the kinematics of multi-body system and method of the theory of the machine tool error modeling, error identification and the error compensation based on the scientific study. Correctly identifying the geometric error parameters is a necessary prerequisite for compensation of NC machine.(2) After establishing the precision model of machine tools，the measurement and evaluation of their error parameters have been started．There are many kinds of error parameters in the machine tool to influence its machining accuracy．The recognized strategies of error measurements and evaluations for machine tools are introduced．After that，this paper has detailed a new method defined as twelve—line method for the sake of making the most of double．frequency laser interferometers to measure and evaluate 21 geometric errors of three-axis system．Based on these researches，the problems of the error measurement and evaluation of machine tools in the application process of MBS theories are resolved perfectly．(3) This paper put forward index systems of machining contour errors，through error compensation of this technology, the NC machine tool error are reduced, reaches the aim of improving the machining accuracy of machine tools. But the result has not been applied to the actual production, in future research, but also a large number of experiments to obtain a large number of actual data, and lay the foundation for the future application of the method.Key words：machine center; geometric error; multi-body system; error compensation目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 (V)1 绪论 (1)1.1数控机床加工误差补偿技术的研究内容和意义 (1)1.2国内外的发展概况及分析 (1)1.3误差补偿技术研究应达到的要求 (1)1.3.1 研究的指导思想 (1)1.3.2 应要达到的要求 (2)2 数控机床的主要误差来源及补偿方法的研究 (3)2.1数控机床的误差来源及分类 (3)2.1.1 数控机床的误差产生的原因及分析 (3)2.1.2 数控机床的误差分类 (3)2.1.3 数控机床的误差补偿技术研究 (4)2.2基于多体系统理论的几何误差模型 (4)2.2.1多体系统拓扑结构的描述 (4)2.2.2 实际情况下多体系统的位置关系 (5)2.3误差分析及参数辨识 (7)2.3.1 三坐标误差分析 (7)2.3.2 数控机床误差补偿的误差参数辨识 (7)2.3.3 误差补偿的实验与结论 (9)2.5本章小结 (10)3数控机床加工误差补偿系统 (11)3.1几何误差软件补偿法选择与分析 (11)3.1.1 误差补偿方法的分类与选择 (11)3.1.2 软件补偿数控指令修正算法 (11)3.2误差补偿系统的硬件设计分析 (14)3.2.1 软件补偿数控指令修正算法 (14)3.2误差补偿系统的软件设计分析 (15)3.3本章小结 (19)4 数控机床加工的误差补偿及仿真验证 (20)4.1误差补偿系统的软件补偿实验 (20)V4.1.1 数控机床类型及约束参数的设定 (20)4.1.2 机床误差参数辨识模块 (21)4.1.3 共建位置及刀具参数输入 (22)4.2数控机床误差补偿软件的仿真验证 (23)4.2.1 针对X向测出的误差前后数据记录 (24)4.2.2 三坐标轴上误差补偿前后误差值的分析 (25)4.3本章小结 (27)5 结论 (28)5.1全文总结 (28)5.2存在的问题及分析 (28)5.3数控机床加工误差补偿技术的展望 (28)致谢 (29)参考文献 (30)附录 (31)数控机床加工误差补偿技术的研究1 绪论1.1 数控机床加工误差补偿技术的研究内容和意义在现今高科技环境下, 制造领域正向高精度、高质量、高集成度和智能化方向发展，人们对机械产品的精度和质量要求越来越高，要求必须采用高精密制造加工技术,而作为制造加工的主要设备数控机床的精度技术,已成为提高制造水平和国际竞争力的关键技术[1]。
数控机床的误差补偿
数控机床的误差补偿随着我国经济的飞速发展，数控机床作为新一代工作母机，在机械制造中已得到广泛的应用,精密加工技术的迅速发展与零件加工精度的不断提高,对数控机床的精度也提出了更高的要求。
尽管用户在选购数控机床时，都十分看重机床的位置精度，特别是各轴的定位精度与重复定位精度。
但是这些使用中的数控机床精度到底如何呢? 大量统计资料表明:65.7%以上的新机床,安装时都不符合其技术指标；90%使用中的数控机床处于失准工作状态。
因此,对机床工作状态进行监控与对机床精度进行经常的测试是非常必要的,以便及时发现与解决问题,提高零件加工精度。
目前数控机床位置精度的检验通常采用国际标准ISO230-2或国家标准GB10931-89等。
同一台机床，由于采用的标准不同，所得到的位置精度也不相同，因此在选择数控机床的精度指标时，也要注意它所采用的标准。
数控机床的位置标准通常指各数控轴的反向偏差与定位精度。
对于这二者的测定与补偿是提高加工精度的必要途径。
一、反向偏差在数控机床上，由于各坐标轴进给传动链上驱动部件(如伺服电动机、伺服液压马达与步进电动机等)的反向死区、各机械运动传动副的反向间隙等误差的存在，造成各坐标轴在由正向运动转为反向运动时形成反向偏差，通常也称反向间隙或失动量。
对于采用半闭环伺服系统的数控机床, 反向偏差的存在就会影响到机床的定位精度与重复定位精度, 从而影响产品的加工精度。
如在G01切削运动时, 反向偏差会影响插补运动的精度, 若偏差过大就会造成“圆不够圆，方不够方”的情形；而在G00快速定位运动中，反向偏差影响机床的定位精度，使得钻孔、镗孔等孔加工时各孔间的位置精度降低。
同时，随着设备投入运行时间的增长, 反向偏差还会随因磨损造成运动副间隙的逐渐增大而增加, 因此需要定期对机床各坐标轴的反向偏差进行测定与补偿。
（1）反向偏差的测定反向偏差的测定方法：在所测量坐标轴的行程内, 预先向正向或反向移动一个距离并以此停止位置为基准,再在同一方向给予一定移动指令值，使之移动一段距离,然后再往相反方向移动相同的距离,测量停止位置与基准位置之差，在靠近行程的中点及两端的三个位置分别进行多次测定(一般为七次),求出各个位置上的平均值, 以所得平均值中的最大值为反向偏差测量值。
数控机床操作中的误差分析与修正
数控机床操作中的误差分析与修正数控机床是当今工业生产过程中必不可少的一种高精度加工设备，它通过电子控制系统实现了对工件的精确加工。
然而，由于各种因素的影响，数控机床在实际操作中存在着一定的误差。
为了保证产品质量，提高加工效率，操作人员需要对误差进行分析，并及时进行修正。
本文将对数控机床操作中的误差进行分析，并提供修正的方法。
误差来源分析数控机床操作中的误差来源主要包括机床自身误差、刀具误差、工件装夹误差和运动控制误差等。
首先是机床自身误差。
机床自身的几何精度、运动传动系统、定位系统等方面存在一定误差，例如导轨的平行度、直线度、回转度等。
这些误差会直接影响到加工的精度和稳定性。
刀具误差是指刀具在使用过程中由于磨损而产生的误差。
刀具磨损会导致切削力的变化，从而影响到加工质量。
此外，刀具的安装和夹持也会引起误差。
工件装夹误差是指在夹持工件时产生的装夹偏差。
工件装夹不稳定会导致工件在加工过程中产生振动和位移，进而影响到加工质量。
运动控制误差包括机床伺服系统的误差和数控系统的误差。
伺服系统的误差主要来自于位置反馈误差、传动误差和非线性误差等。
数控系统的误差主要包括插补误差、指令误差和输出误差等。
误差修正方法对于数控机床操作中的误差，我们可以采取以下几种修正方法：首先是机床自身误差的修正。
在使用数控机床之前，可以通过校正设备对机床进行定期检测和校准，以确保机床的几何精度和运动传动系统的精度。
此外，在加工过程中也可以通过优化切削参数来减小机床自身误差对加工质量的影响。
其次是刀具误差的修正。
刀具的磨损是一个不可避免的过程，为了减小刀具磨损对加工质量的影响，操作人员可以根据加工情况定期更换刀具，并确保刀具的正确安装和夹持。
对于工件装夹误差，操作人员需要在夹持工件时严格按照操作规程进行操作，确保工件的稳定夹持。
如有条件，可以使用更加稳定可靠的夹具，以减小装夹误差对加工质量的影响。
运动控制误差的修正需要依靠数控系统和伺服系统的调试。
数控机床伺服控制系统误差补偿及加工质量优化
94㊀㊀农机使用与维修2024年第3期数控机床伺服控制系统误差补偿及加工质量优化鲍㊀镇(无锡立信高等职业技术学校,江苏无锡214000)摘㊀要:随着科学技术的快速发展进步,数控机床的功能日渐完善,在机械制造业应用普及程度不断提升,已成为现代加工领域的重要基础设备㊂在实际加工过程中,应用伺服控制系统的数控机床尽管技术先进,但仍不可避免因存在系统误差而导致加工质量降低㊂该文结合伺服控制系统特征分析了数控机床的伺服控制系统在制造过程中的误差来源,介绍了误差补偿的有效方法,并给出了伺服控制下数控机床加工质量的优化方式,以期为提高数控机床加工精度提供理论支持㊂关键词:数控机床;伺服控制;误差补偿;质量中图分类号:TG659㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Adoi :10.14031/ki.njwx.2024.03.029Error Compensation and Machining Quality Optimization of Servo Control System for CNC Machine ToolsBAO Zhen(Wuxi Lixin Higher Vocational School Jiangsu,Wuxi 214000,China)Abstract :With the rapid development of science and technology,the function of CNC machine tools is becoming more and more perfect,the popularity of the application in the machinery manufacturing industry is increasing,and has be-come an important basic equipment in the field of modern processing.In the actual processing,the application of servo control system of CNC machine tools,despite the technical cash,but Rong inevitably due to the existence of systematic errors and lead to reduced processing quality.The paper combined with the servo control system characteristic analysis of the servo control system of CNC machine tools in the manufacturing process of the source of error,introduces the effec-tive method of error compensation,and gives the servo control of CNC machine tools under the optimization of the qualityof machining,with a view to improving the processing accuracy of CNC machine tools to provide theoretical support.Keywords :CNC machine tools;servo control;error compensation;quality作者简介:鲍镇(1981 ),男,江苏无锡人,学士,讲师,研究方向为数控技术㊂0㊀引言数控机床是机械加工领域应用的高精度㊁高效率的加工设备,具有显著的自动化优势,其在工业生产㊁汽车制造㊁农业机械㊁航空航天等领域应用十分广泛[1]㊂伺服控制系统是数控机床发展应用的一项自动控制系统,具有数字控制和机电控制等特征,伺服控制数控机床相比于传统机床在技术先进性和加工质量方面提升明显[2]㊂而在实际应用中,伺服控制系统可能会受到系统㊁机械结构㊁热变形等多种误差影响,导致加工质量下降㊂因此,要达到理想的加工制造精度,研究数控机床伺服控制系统的误差补偿技术具有重要意义㊂1㊀伺服控制系统特征伺服控制系统主要由控制器㊁电机㊁功率调节装置㊁反馈装置组成,其中控制器是伺服控制系统的大脑,能够通过对比反馈值和给定值之间的差异对控制方案进行调节;功率调节装置主要起到两方面的作用:一是通过调节电能改变电动机转矩的大小,二是把恒压恒频电转换为电动机所需的交流电或直流电;电机是获取电能后驱动数控机床机械结构运转的动力装置;反馈装置是监测机床加工部件位置㊁速度等信息并将其反馈给控制系统的装置[3-4]㊂图1㊀伺服控制系统原理现阶段应用的伺服控制系统主要包括液压伺服控制系统㊁交流伺服控制系统㊁DC 伺服控制系统,数控机床以交流伺服控制系统和DC 伺服控制系统应用较多[5]㊂伺服控制系统在数控机床中应用具有以2024年第3期农机使用与维修95㊀下优势:1)性能稳定㊂在外界干扰作用下,预设方案执行仅需短暂调节,系统即可达到新的或者恢复到原有的平衡状态㊂2)响应迅速㊂跟踪指令信号响应时间短,调节迅速,能满足复杂化加工的需求㊂3)加工精确㊂系统预期加工量与实际加工量契合度高,稳态误差可控,加工偏差值相对更低㊂2㊀伺服控制系统的误差来源导致数控机床伺服控制系统产生误差的原因是多方面的,其主要包括以下几大因素㊂2.1㊀硬件误差硬件误差指伺服系统中的配套硬件因不适配或结构特性引起的误差,如编码器误差,若编码器精度和分辨率达不到系统需求或编码器故障,则可能引起反馈精度降低,导致产生加工误差[6];再如伺服驱动过程受到电机非线性㊁滞后等影响,导致在实际输出与理想输出之间存在误差㊂2.2㊀软件误差系统软件主要指伺服系统的程序设置不当或考虑不周引起的误差,例如,软件系统没有充分考虑电机启动过程或反向运转转换过程产生的时间延迟,导致系统控制进度快而电机执行滞后,产生加工误差,或是由于忽视传动机构中的间隙㊁导轨运动副间的摩擦力等客观因素,而直接执行相关程序,造成位置误差㊂此外,伺服系统缺少对执行过程的监测,导致缺少适时调节加工方案的后续程序,也会产生程序跟踪误差㊂2.3㊀机械传动误差机械传动误差是指数控机床的机械结构因受到间隙㊁摩擦等非线性因素影响,在传动或运转过程出现能量损失和效率下降,引起实际传动效率与理论传动效率之间产生差异,引起加工精度降低,或因机械传动部件之间长时间接触产生疲劳磨损或接触性局部损坏,导致控制过程实际加工位置与理论加工位置之间产生偏差,也会产生机械性误差[7]㊂2.4㊀环境因素引起的误差导致伺服控制系统在控制数控机床加工过程中产生误差的环境因素是多方面的,总体上看,影响最大的四个方面包括:温度㊁湿度㊁震动㊁噪音㊂其中,温度和湿度对于金属材料的热膨胀系数影响较大,在机械加工过程中,随着温度的升高,金属材料会产生热膨胀效应,并同时降低弹性形变能力,则易因为热胀冷缩的原因导致加工质量降低;机械运转过程中还会不可避免地产生震动和噪声,震动和噪声往往相伴存在,会造成金属零件在微观层面上持续位移,影响加工后的精度及表面质量㊂3㊀误差补偿方法针对上文提及的伺服控制系统误差来源应通过硬件升级与软件修正的方式进行误差补偿,现阶段最直观且有效的误差补偿方式包括以下几类㊂3.1㊀伺服驱动误差补偿首先,结合数据机床伺服驱动原理及特性进行分析,充分了解电机特性及相关控制原件的响应特性等因素,测量电机在启动过程的驱动延迟及在反转控制过程中的转向变换延迟等重要参数[8],归纳总结各个重要伺服驱动原件存在的非线性㊁滞后性等数据特征,并对其进行列表分析,对应调整伺服控制的软件程序,弥补驱动过程产生时间延迟问题,从而有效消除伺服驱动过程中实际输出与理想输出之间的误差㊂3.2㊀编码器误差补偿编码器的误差补偿主要从三方面开展工作:一是选用更高精度及更高分辨率的编码器,从而有效避免因编码器性能不足导致产生驱动控制的误差;二是对现有编码器进行性能校正,减少编码器自身存在的影响,提高编码器对于电机转速及速度的获取精确度;三是修正编码器控制逻辑,大多数先进的编码器可以通过伺服控制器的程序调整进行修正,通过对编码器误差特性进行分析,对比编码器生成的电机监测转速与实际电机转速之间的差异,即可有效提高编码器的监测精度和系统整体的控制精度㊂3.3㊀软件误差补偿软件误差补偿的重点主要在于修正最初软件功能设计中所忽视的易引起误差问题,以伺服控制的机床各类与结构特点为基础,分析现阶段应用过程中导致问题产生的原因,对比系统中已有参数与机床实际的位置㊁转速㊁刀具尺寸等差异,及时修正软件程序中的错误,同时在软件功能中做好执行性能监测,必要时增设适当的硬件传感器与软件相配套,实现加工环境变化的实时感知,并做到根据环境变化及时科学调整加工方案㊂3.4㊀机械传动误差补偿由于机械传动误差是实时产生的,要做到提高控制机床加工的精确性就必须要养成定期检查㊁维96㊀㊀农机使用与维修2024年第3期修㊁保养机床的习惯,发现重要传动结构配合间隙磨损㊁松旷或部件损坏,应及时进行调整和维修,调整维修后测量好新的尺寸,并在软件系统进行适当的程序修正㊂同时,对机械传动整体可进行建模及参数辨识,做到重要机械传动的间隙可通过软件对应功能和程度编制进行误差补偿,从而提高加工质量和精确度㊂3.5㊀环境因素误差补偿环境因素的误差补偿复杂度很高[9],要实现这一功能主要应从两方面进行优化,一是升级伺服驱动系统环境感知传感器性能,实现对加工区域的温湿度㊁震动㊁噪声等环境因素的监测与数据获取,并实时传输给伺服控制系统进行数据分析判断,用以决策和选择新的加工方案;二是要引进环境误差因素影响模型,能够结合加工原材料的种类㊁机械加工方式㊁温湿度等环境因素,预判可能出现的金属形变㊁理化性能改变等影响,并快速形成补偿控制方案,弥补因环境因素造成的加工误差㊂4㊀加工质量的优化方式4.1㊀机加方案合理设计尽管数控机床应用了先进的伺服控制系统,但机加方案的合理性仍然是决定零件加工质量的关键㊂要提高数控机床的加工质量,就必须结合伺服控制系统的技术特征和原理合理设计加工方案㊂首先,应结合加工要求和生产条件,设计合理的加工工艺流程,明确加工设备㊁工序㊁切削用量等关键参数;其次,应选择合适的加工设备和辅助设备,根据零件的结构特点和加工要求,做好夹具和工具设计,采用更高精度的刀具和夹具,减小由于刀具和夹具误差对加工质量的影响,并降低加工的难度;再次,要做好生产管理与质量监管,制定严格的质量控制标准和检测手段,加强生产过程的质量检查,避免产生批量不合格零件㊂4.2㊀做好伺服技术升级伺服系统的技术先进性直接影响数控机床加工质量,伺服系统的响应速度和精度是影响加工质量的关键,要提高加工精度和降低制造误差,应当通过软硬件升级伺服系统的性能,例如通过引进模糊控制㊁神经网络控制等先进的控制算法和技术,提高系统的运算效率和控制精度,减少加工过程中的振动和变形,进而实现加工质量的提升,也可通过优化数控程序,减少加工过程中的刀具路径长度和换刀次数,降低加工误差;再如更换更为先进的编码器㊁伺服电机等硬件,也能显著缩短硬件响应时间,提高制造精度和加工质量㊂4.3㊀做好机床的调试保养定期对数控机床进行维护和保养,检查和维护机床的各个部件,发现传动㊁配合结构故障及时维修,发现气动或液压系统密封不良及时更换密封件;做好机床的清洁和润滑,确保各个润滑点的润滑油量充足,使机床处于良好工作状态㊂此外,对于数控机床的伺服控制系统,也应定期进行维护保养,做好各个系统的重要参数和性能指标的检查调整,确保系统的稳定性和可靠性㊂5㊀结语综上所述,伺服控制系统对于提高数控机床具有积极作用,其具备较高的响应速度和精度,能够有效提高生产加工质量㊂但受到多种因素影响,伺服控制系统在控制数控加工过程也容易存在一定加工误差,导致生产品质降低,为进一步提高现代数控加工质量,伺服控制系统应引入更为先进的控制算法和技术㊁优化机械结构和控制模式,并积极建立加工质量监测和反馈系统,从而有效提高加工精度,并降低生产成本,全面提高机械制造质量,促进现代制造业的发展㊂参考文献:[1]㊀陈杰,泮进明.数控压机伺服控制系统复合控制器I-ABC与PID优化[J/OL].机械设计与制造:1-5[2023-10-30].https:///10.19356/ki.1001-3997.20230719.003.[2]㊀查秀梅.基于ARM的实时混合试验控制系统研究[D].南京:南京林业大学,2023.[3]㊀张凯铭.数控机床加工误差分析及优化研究[J].现代工业经济和信息化,2023,13(8):145-147.[4]㊀郭双双.数控机床位移装置健康状态评估方法研究[D].西安:西安工业大学,2023.[5]㊀顾美.数控机床伺服控制技术体系与加工精度优化途径[J].农机使用与维修,2023(10):53-55+59. [6]㊀刘奎良.数控机床加工误差原因及改进措施[J].造纸装备及材料,2023,52(4):58-60.[7]㊀王雪,张宁.数控加工工艺对汽车零部件质量和性能的影响分析[J].内燃机与配件,2023(18):108-110.[8]㊀袭迪.数控加工中自动找正和在线测量技术的应用[J].南方农机,2023,54(15):152-154+172. [9]㊀潘芝云.提高数控机床机械加工效率的方法分析[J].电子技术,2023,52(9):380-381.(05)。
数控机床的误差补偿技术研究
数控机床的误差补偿技术研究摘要：随着科学技术的不断发展，高集成、高质量、高精度已经成为了未来机械行业主要的发展方向，在进行数控机床加工的过程中，加工精度正逐渐成为对国际竞争力和制作水平进行提高的主要技术，为了对我国制作生产的竞争力进行提高，需要对数控机床的加工精度进行提升，其中误差补偿技术就是一种对加工精度进行提升的主要方法。
本文根据国内外对误差补偿的研究情况，对误差补偿过程中主要技术存在的相关问题进行探讨。
关键词：数控机床；误差；补偿1.数控机床中的误差补偿关键技术数控机床误差补偿的主要技术数控机床的误差补偿是对加工精度进行提高的主要措施，进行误差补偿时，主要会使用到补偿实施技术、测量技术、建模技术。
1.1补偿实施技术进行误差测量和建模主要是为了进行误差补偿，在实际补偿的过程中，可以分为离线补偿和实时补偿两个方面，其中离线补偿指的是按照具体测量到的误差对数控加工工序进行调整，使数控机床根据新的加工工序进行误差补偿。
1.2测量技术测量技术主要是为了确定机床的原始误差参数，在进行直接误差测量时，主要使用激光干涉仪器、机械干涉仪器等对不同温度、不同位置机床的误差进行测量，虽然对误差进行直接测量，精确度高，但是比较费工，工作效率低，因此，多用来对单项误差进行测量，间接误差主要是用来对误差相关指标进行测量，然后使用误差模型转换成技术误差。
使用此方法进行测量，效率比较高，多用来测量综合误差。
1.3误差建模误差建模主要由误差元素建模和误差综合建模构成，其中，综合误差建模是根据加工过程中刀具和工件之间的相对位移表示运动模型，误差建模是用来对更加有效的模型进行寻找，将机床存在的误差准确的反映出来。
2.误差补偿关键技术的步骤数控机床操作中误差补偿关键技术的执行，必须遵循操作流程，体现补偿技术的优质性，排除不良因素影响。
第一，检测发生误差的关键点，分析引发误差的原因。
明确各个误差间的关系，通过热变形思想，得出控制点，利用控制点补偿数控机床操作中的误差点，迅速补偿给误差模型，便于及时处理机床制造的误差。
数控机床几何误差及其补偿方法的
几何误差的分类与识别
分类
根据误差的性质和来源，几何误差可分为定位误差、直线度误差、角度误差、垂 直度误差等。
识别
通过机床的精度检测、工件的加工精度检测等手段，可以识别并量化几何误差。 同时，借助先进的测量设备和检测技术，如激光干涉仪、球杆仪等，可以实现对 几何误差的高精度检测与识别。
02
CATALOGUE
未来发展趋势与挑战
发展趋势
随着制造技术的不断发展，对数控机床的精 度要求越来越高。未来，数控机床几何误差 补偿方法将更加注重实时性、自适应性和智 能化。同时，随着深度学习、大数据等技术 的发展，基于数据驱动的误差建模和补偿方 法将成为重要研究方向。
面临的挑战
在实际应用中，数控机床的误差往往受到多 种因素的影响，如温度、湿度、磨损等。如 何建立更加精确的误差模型，以及如何设计 更加有效的误差测量方法和补偿策略，将是 未来面临的主要挑战。
来源
几何误差主要来源于机床的制造误差、装配误差、磨损误差以及热变形等因素 。
几何误差对机床加工精度的影响
影响加工精度
几何误差会导致刀具与工件之 间的相对位置发生偏差，直接
影响工件的加工精度。
影响表面质量
几何误差可能引起刀具在加工过程 中的振动，从而影响工件的表面质 量。
影响生产效率
为了弥补几何误差带来的加工精度 损失，可能需要增加加工时间、调 整切削参数等，从而降低生产效率 。
实施效果
基于混合补偿法的机床精度提升 方案实施后，机床的加工精度得 到显著提高，满足了高精度零件 的加工需求。
案例三：先进补偿策略在高精度机床中的应用
问题描述
高精度机床对加工精度要求极高，传统的几何误差补偿方法难以满足其要求。
数控加工中的误差及补偿方法
数控加工中的误差及补偿方法摘要：数控机床是制造价值创造的基础，是基础制造能力的核心。
数控机床的水平在一定程度上反映了制造水平。
高精度的误差补偿是先进数控机床的主要发展方向。
如何提高数控机床的精度：一是在应用良好的温度和振动控制的同时减小误差，消除或减少设计和制造过程中可能产生误差的原因，提高数控机床的机械精度和动态性能，控制机床内外环境的措施、气流湍流等方法来减少误差原因的影响。
二是通过软件工程和人为制造错误消除数控机床故障的纠错方法。
相对而言，数控机床精度的提高会遇到很多困难，其中包括改进空间的限制、高昂的成本、不断改变的加工条件、机器故障等。
因此要想提高数控机床的精度，需要进一步研究数控机床的误差补偿技术。
关键词：数控加工；误差；补偿方法引言近年来，随着经济的迅速发展，我国已步入信息技术时代，自动化机械设备数量日益增多，对工业发展和人们日常生活的影响程度不断提升。
数控机床是数字控制下机床的简称，是一种带有程序控制系统的自动化机床，能够有效地解决和处理复杂、精密、多样化、小批量零部件的加工，代表着现代机床控制技术的发展趋势和方向，属于典型的机电一体化产品。
在实际加工过程中，数控机床受诸多因素的影响，会出现加工误差，影响其工作质量，导致其加工的产品出现误差，影响生产企业的经济效益和未来的发展。
1数控机床误差分类1.1操刀问题企业对相关产品实施加工与制造中，想要确保加工与制造的质量与效率，就需选择好操刀路线与换刀方法，特别是大规模生产与制造中，若操刀的线路缺乏合理性、操刀的位置不够准确，就会导致换刀的时间延长，影响到生产的效率提高。
鉴于此，在操作中，需确保操作的熟练度，做好操刀线路的控制，对刀具与换刀的顺序进行合理选择，以确保机械加工的效率，并实现企业的生产效益提升。
1.2设备运行产生的误差①传统轴反转误差。
数控机床在运转的过程中，坐标轴移动或静止都会使机床驱动轴经过加速或者是减速的流程，在此过程中受设备运行的惯性作用以及驱动加、减速度的影响，容易产生加工误差。
数控机床误差补偿关键技术及其应用
数控机床误差补偿关键技术及其应用一、本文概述随着现代制造技术的飞速发展，数控机床作为精密制造的核心设备，其加工精度和效率直接决定了产品质量和生产效益。
然而，在实际应用过程中，数控机床不可避免地会受到各种误差的影响，如几何误差、热误差、力误差等，这些误差的存在严重影响了机床的加工精度和稳定性。
因此，对数控机床误差补偿关键技术的研究与应用，已成为当前制造业领域的研究热点和难点。
本文旨在深入探讨数控机床误差补偿关键技术及其应用。
对数控机床误差的来源和分类进行详细分析，明确误差补偿的重要性和必要性。
重点介绍了几种常用的误差补偿方法，包括基于误差模型的补偿、基于在线测量的补偿以及基于的补偿等，并对各种方法的优缺点进行了比较和评价。
结合具体的应用案例，详细阐述了误差补偿技术在提高数控机床加工精度和效率方面的实际效果，为实际生产和科研工作提供了有益的参考和借鉴。
本文的研究不仅有助于深化对数控机床误差补偿技术的理解，也为推动制造业的转型升级和提高产品质量提供了有力的技术支持。
二、数控机床误差来源与分类数控机床作为现代制造业的核心设备，其加工精度直接决定了产品的质量和性能。
然而，在实际运行过程中，数控机床会受到多种因素的影响，导致误差的产生。
这些误差不仅会影响机床的加工精度，还会缩短机床的使用寿命。
因此，对数控机床的误差来源进行深入分析，并采取有效的补偿措施，对于提高机床的加工精度和稳定性具有重要意义。
几何误差：这是指由于机床结构本身的设计、制造和装配不当所导致的误差。
例如，机床床身、导轨、主轴等部件的几何形状误差、位置误差以及运动误差等。
热误差：数控机床在工作过程中，由于内部热源和外部热环境的影响，会产生温度变化，从而导致机床结构发生热变形，产生误差。
热误差是数控机床误差中的重要组成部分，对加工精度的影响较大。
动态误差：这是指机床在运动过程中，由于惯性力、切削力等动态因素导致的误差。
例如，机床在高速运动时，由于惯性力的作用，会使机床结构发生弹性变形，从而影响加工精度。
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目录第一章绪论-------------------------------------------------------------------------------------------------1 第二章数控机床-------------------------------------------------------------------------------------------2 2.1 数控机床概述---------------------------------------------------------------------------------------2 2.1.1 数控机床的工作原理----------------------------------------------------------------------------2 2.1.2 数控机床的硬件构成----------------------------------------------------------------------------2 2.1.3 数控机床的特点----------------------------------------------------------------------------------2 2.1.4 数控机床的分类----------------------------------------------------------------------------------2 2.2 多轴数控机床---------------------------------------------------------------------------------------3 第三章误差分析-------------------------------------------------------------------------------------------5 3.1 误差源------------------------------------------------------------------------------------------------5 3.2 误差源分类------------------------------------------------------------------------------------------5 3.2.1 测量系统的误差----------------------------------------------------------------------------------5 3.2.2 控制系统误差-------------------------------------------------------------------------------------5 3.2.3 刀具系统误差-------------------------------------------------------------------------------------6 3.2.4 机床结构系统误差-------------------------------------------------------------------------------6 第四章精度控制-------------------------------------------------------------------------------------------8 4.1 误差建模---------------------------------------------------------------------------------------------8 4.2 误差检定---------------------------------------------------------------------------------------------9 4.2.1 误差检测-------------------------------------------------------------------------------------------9 4.2.2 误差辨识-------------------------------------------------------------------------------------------9 第五章误差防止------------------------------------------------------------------------------------------11 5.1 几何误差防止--------------------------------------------------------------------------------------11 5.2 热变形误差防止-----------------------------------------------------------------------------------11 5.3 伺服误差防止--------------------------------------------------------------------------------------12 5.4 振动与环境误差防止-----------------------------------------------------------------------------13 5.5 检侧误差防止--------------------------------------------------------------------------------------14 第六章误差补偿------------------------------------------------------------------------------------------15 第七章总结------------------------------------------------------------------------------------------------18 参考文献-----------------------------------------------------------------------------------------------------19数控机床精度控制与误差补偿分析第一章绪论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，给机械制造业带来了一次新的技术革命。
数控机床以自动化程度高、柔性好、加工精度高等优点在现代制造业特别是复杂零件加工中己得到广泛应用，并在迅速发展和普及。
随着经济全球化，国内外市场竞争日趋激烈，用户对产品提出了优质、可靠、安全、功能多样化、结构精细化的要求越来越严格，消费者需求的个性化越来越迫切，迫使制造业能够进行多品种、小批量的柔性生产，制造业向精度更高、品种更多、批量更小、成本更低以及周期更短的生产方向发展成为一种必然选择，采用数控机床是制造业适应这种发展趋势的重要途径。
同时，随着现代科学技术的迅速发展，现代科学技术与机械制造科学技术的结合，为机械制造业适应这种发展趋势提供了重要的理论和实现的技术基础，为了满足各种加工生产需要，人们把电子技术、计算机技术应用到机械加工行业，设计了各种数控机床，使数控机床得到了空前快速的发展，数控机床己成为现代制造技术的基础和核心，也是柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)、智能化制造系统(IMS)及工厂自动化(FA)的基本组成单元。
数控机床的合理设计与使用直接维系着产品质量的高低，而衡量数控机床设计与使用过程中性能优劣的重要指标是数控机床的精度。
数控机床精度通常指机床定位至程序目标点的精确程度，通常是机床空载情况下在数控轴上对多目标点进行多回合测量后通过数学统计计算出来的。
数控机床的精度指标主要包括加工精度、定位精度、重复定位精度和回转轴精度等，其中加工精度是衡量数控机床工作性能的非常重要的精度指标，而数控机床的加工精度受到机床结构、装配精度、伺服系统性能、工艺参数以及外界环境等因素的影响，随着对数控机床加工精度要求不断提高，如何使数控机床加工精度控制在所追求的目标范围内，则是一个需要不断研究的重要课题。
数控机床的误差是指机床按某种操作规程指令所产生的实际响应与该操作规程所预期产生的响应之间的差异。
误差产生的原因主要是机床的几何误差、运动误差、温度误差和力学误差,而其中占主导地位的是几何误差中具有重复性的部分。
所以，对这类几何误差的测量、分析和补偿就成为了研究机床误差的工作重点。
机床空间误差补偿的一个重要内容是怎样先将误差分解到各个运动轴上，然后对机床运动的指令位置进行修正,且不影响数控软件中位置环的控制周期。
这就要求补偿软件的处理速度不能太慢,特别是对于高精高速的数控机床，补偿处理的速度要求更高。
因此，研究一种快速有效的空间误差测量和补偿方法，其意义十分重大。
第二章数控机床2.1 数控机床概述2.1.1 数控机床的工作原理：数控机床是采用了数控技术的机床,它是用数字信号控制机床运动及其加工过程。
具体地说,数控机床加工零件时,首先根据所需要加工的零件的形状特征和所要求的尺寸来编制零件的数控程序,这是数控机床的工作指令。
通过使用MDI键盘、个人计算机、PC卡和手持文件盒等外部I/O设备,将数控程序输入到数控装置,经过进行相应的译码、运算和逻辑信号处理后,发出指令,自动控制机床主运动的变速、起停、进给运动的方向、速度和位移大小,以及其他诸如刀具选择交换、工件加紧松开和冷却润滑的启、停等辅助动作,使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照数控程序规定的顺序路程和参数进行精确的动作,从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。
2.1.2 数控机床的硬件构成：数控机床一般由输入/输出设备、数控装置(CNC) 、伺服单元、驱动装置(或称执行机构) 、可编程控制器( PLC)及电气控制装置、辅助装置、机床本体及测量装置组成。
图1为数控机床的硬件构成。