数控机床空间误差的通用补偿建模研究
本科毕业设计--数控机床几何误差及其补偿方法研究
毕业设计(论文)题目数控机床几何误差及其补偿方法研究站点名称南华大学湘西函授站指导教师专业机械设计制造及其自动化班级 2011级学号学生姓名林易2011年03月01日毕业设计（论文）任务书站（点）：南华大学湘西函授站题目：数控机床几何误差及其补偿方法研究起止时间：2010年03月01日至2011年03月01日学生姓名：林易专业班级：机械设计制造及其自动化指导教师：站（点）负责人：袁小波2011年03月01日南华大学毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目数控机床几何误差及其补偿方法研究设计（论文）题目来源自选设计（论文）题目类型起止时间一、设计（论文）依据及研究意义：研究表明，几何误差和由温度引起的误差约占机床总体误差的70%，其中几何误差相对稳定，易于进行误差补偿。
对数控机床几何误差的补偿，可以提高整个机械工业的加工水平，对促进科学技术进步，提高我国国防能力，继而极大增强我国的综合国力都具有重大意义。
二、设计（论文）主要研究的内容、预期目标：（技术方案、路线）文中通过对检测系统的测试误差的分析，得出几何误差产生的原因。
进行数控机床的误差补偿，误差测量是关键，误差模型是基础。
通过误差的补偿，可以有效的提高机床的精度，为提升我国制造业水平作贡献。
三、设计（论文）的研究重点及难点：对数控机床几何误差产生的原因作了比较详细的分析，将系统误差的补偿方法进行了归纳四、设计（论文）研究方法及步骤（进度安排）：（1）首先了解数控机床的组成及其结构，分析出几何误差产生的原因，检测误差的方法（2）了解几何误差补偿技术，学会用误差补偿技术来减小误差五、进行设计（论文）所需条件：1.倪军.数控机床误差补偿研究的回顾与展望[J].中国机械工程,1997,8(1):29~32.2.Ramesh R, Mannan M A, Poo A N. Error compensation in machine tools —a review part I: geometric, cutting-force induced andfixture-dependent errors. International Journal of Machine Tools & Manufacture,2000, 40: 1235~1256.3.J. Ni, Study on online identification and forecasting compensatorycontrol of volumetric errors for multiple axis machine tools. PhD dissertation, University of Wisconsin-Madison, 1987.六、指导教师意见：签名：年月日数控机床几何误差及其补偿方法研究机械设计制造及其自动化专业专升本科摘要对数控机床几何误差产生的原因作了比较详细的分析，将系统误差的补偿方法进行了归纳，并在此基础上阐述了各类误差补偿方法的应用场合，为进一步实现机床精度的软升级打下基础。
《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、引言多轴数控机床作为一种高精度、高效率的加工设备，其加工精度的稳定性与可靠性对制造业的发展具有重要影响。
然而，由于多种因素如机械结构误差、热变形、切削力等的影响，多轴数控机床在实际加工过程中往往存在精度损失的问题。
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，对于提高机床的加工精度和稳定性具有重要意义。
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。
几何精度建模主要考虑机床各部件的几何形状误差、装配误差等，通过建立数学模型，反映这些误差对机床加工精度的影响。
运动学精度建模则主要研究机床的运动学特性，包括各轴的运动精度、速度和加速度等，通过建立运动学模型，分析各轴运动对加工精度的贡献。
在精度建模过程中，需要利用多种实验方法和数据分析技术，如激光干涉仪测量、误差分离技术等，对机床的各项精度指标进行测量和分析。
通过建立准确的精度模型，可以全面了解机床的加工性能和精度状况，为后续的误差补偿提供依据。
三、误差补偿方法研究针对多轴数控机床的误差补偿，主要包括软件补偿和硬件补偿两种方法。
软件补偿主要通过优化数控系统的控制算法和参数，对机床的误差进行实时补偿。
硬件补偿则主要通过改进机床的结构设计、采用高精度传感器等方法，从硬件层面提高机床的加工精度。
在软件补偿方面，可以采用自适应控制、神经网络控制等先进控制方法，通过实时监测机床的加工状态和误差情况，自动调整控制参数，实现误差的实时补偿。
在硬件补偿方面，可以通过优化机床的结构设计、提高各部件的加工精度、采用高精度传感器等方法，从源头上减少误差的产生。
四、实验与分析为了验证多轴数控机床精度建模与误差补偿方法的有效性，我们进行了相关实验。
首先，通过对机床进行几何精度和运动学精度的测量，建立了机床的精度模型。
然后，采用软件补偿和硬件补偿方法对机床的误差进行补偿，并对比补偿前后的加工精度。
数控机床综合几何误差的建模及补偿研究
关键词：数控机床
综合几何误差模型
误差检测与识别
误差补偿
快速检测装置
III
华
中
科
技
大
学
博
数控机床精度误差补偿算法研究
数控机床精度误差补偿算法研究数控机床的发展已经成为现代制造业中不可或缺的一部分。
然而，在实际应用中，数控机床的精度误差一直是制约其性能的一个关键问题。
为了解决这个问题，研究人员提出了精度误差补偿算法。
本文将对数控机床精度误差补偿算法进行深入研究。
首先，我将从数控机床的精度误差来源入手。
数控机床的精度误差主要来自于机械结构、电气系统和控制系统三个方面。
机械结构方面，由于加工材料、组装精度等原因，机械结构的刚度和精度会出现偏差。
电气系统方面，电机和传感器等元件在工作过程中也会产生一定的误差。
控制系统方面，控制算法的不完善和数据传输的延迟也会对机床的精度造成影响。
接着，我将介绍数控机床精度误差补偿算法的基本原理。
数控机床精度误差补偿算法主要通过收集实际加工数据，分析误差来源并进行补偿。
基于误差来源的不同，精度误差补偿算法可以分为几种类型。
比如，对于由机械结构引起的误差，可以采用补偿函数的方式进行补偿。
对于由电气系统和控制系统引起的误差，可以通过调整控制参数和优化控制算法来进行补偿。
然后，我将详细介绍数控机床精度误差补偿算法的具体应用。
数控机床精度误差补偿算法在各种加工领域都有广泛的应用。
比如，在逆向工程中，可以利用精度误差补偿算法对已有的CAD模型进行修正，提高加工精度。
在零件加工中，可以通过实时监测加工过程中的误差，及时进行补偿，从而提高加工质量。
在多轴联动控制中，可以利用精度误差补偿算法对各个轴进行联动，实现更精确的加工。
最后，我将探讨数控机床精度误差补偿算法的发展趋势。
随着科技的发展和制造业的需求，数控机床精度误差补偿算法也在不断发展和完善。
未来，可以预见，数控机床精度误差补偿算法将更加智能化，能够自动识别和补偿各种误差，并且可以实时监测和调整加工过程中的精度误差。
总之，数控机床精度误差补偿算法是提高数控机床加工精度的关键技术之一。
通过深入研究和应用，可以有效地提高数控机床的加工精度，提高产品质量。
《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，多轴数控机床在机械加工领域的应用越来越广泛。
然而，由于机床的制造、装配以及工作环境等因素的影响，机床的精度问题一直是制约其性能的关键因素。
为了提升多轴数控机床的加工精度，对其进行精度建模与误差补偿方法的研究显得尤为重要。
本文将就多轴数控机床的精度建模及误差补偿方法进行深入探讨。
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对机床的几何精度、热误差以及力学误差等进行建模。
这些误差源对机床的加工精度有着重要影响。
1. 几何精度建模几何精度是机床的基本精度指标，主要包括机床各轴的运动精度、定位精度以及重复定位精度等。
通过对这些精度的建模，可以了解机床的静态精度特性。
建模过程中，需要收集机床的各种几何参数，如导轨的直线度、轴的回转精度等，然后利用数学模型进行描述。
2. 热误差建模热误差是机床在长时间工作过程中，由于温度变化引起的误差。
这种误差对机床的加工精度影响较大。
为了建立热误差模型，需要监测机床各部分的温度变化，同时收集由温度变化引起的机床几何形状变化数据。
通过这些数据，可以建立温度与机床误差之间的数学关系。
3. 力学误差建模力学误差主要由机床的刚度、热变形以及振动等因素引起。
为了建立力学误差模型，需要分析机床的力学结构，了解其刚度分布、热传导以及振动特性等。
然后，通过实验数据，建立力学误差与机床性能之间的数学关系。
三、误差补偿方法在建立了多轴数控机床的精度模型后，需要对模型中的误差进行补偿。
常见的误差补偿方法包括软件补偿和硬件补偿。
1. 软件补偿软件补偿主要通过修改数控系统的控制参数或添加补偿算法来实现。
这种方法不需要改变机床的硬件结构，成本较低。
软件补偿的关键在于准确地识别出误差源，并建立相应的数学模型。
然后，通过修改控制参数或添加补偿算法，对误差进行实时补偿。
2. 硬件补偿硬件补偿主要通过改进机床的制造工艺、优化装配过程以及添加辅助装置等方法来实现。
五轴数控机床空间误差测量、建模与补偿技术研究
平动轴和旋转轴的类型序号后，多余的变换矩阵将自 动转变为单位阵，可适用于12种类型的五轴机床。 与现有的统一模型相比，该模型更加具体且方便，用 户只需向模型输入机床平动轴和旋转轴对应的类型序 号(0,1,2,3)，即可得到最终的空间误差模型，不需要 任何人为操作。
五轴机床相比于三轴机床，它能加工各种复杂 表面，具有更高的生产效率、更好的灵活性和更少 的装夹时间，广泛应用于航空航天、汽车和模具等行 业。然而，两个旋转轴引入了更多的几何误差，导致 了五轴机床有较大的空间误差。本论文以五轴机床误 差测量-建模-补偿一体化为主线，提出了旋转轴误差 的辨识新方法、建立了适用于多种结构五轴机床的空 间误差统一模型，给出了基于螺旋理论的空间误差补 偿方法，具体研究内容与贡献包括：
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(3) 给出了五轴机床空间误差的解析解补偿方 法。基于螺旋理论，通过引入误差旋量对各项误差 元素进行建模，最终建立了五轴机床的空间误差模 型。并利用螺旋理论逆运动学计算出五个运动轴补偿 量的解析解。相比于传统的雅克比矩阵求取补偿量近 似解的方法，螺旋理论不仅简化了坐标系，而且提高 了补偿精度。
(4) 开发了基于虚拟CNC的五轴机床空间误差补 偿软件。选择机床对应结构之后，输入所有误差元素 的拟合模型，即可预测机床当前刀具路径在不同位置 处的空间误差值，并同时精确计算各运动轴的补偿 量，从而实现对空间误差的补偿仿真。该软件可适用 于任意结构的五轴机床，并有效地对五轴机床的空间 误差进行预测和补偿。
(1) 提出了基于球杆仪的五轴机床旋转轴误差的 高效高精度低成本测量方法。针对现有辨识方法中单 独辨识8项装配误差和12项运动误差而忽略它们相互 之间耦合关系的缺点，提出了同时辨识上述20项误 差的测量方法。通过球杆仪切向、径向和轴向的测量 模式，给出了基于迭代方法的8项装配误差和12项运 动误差的辨识解析解。
数控机床三维空间误差建模及补偿技术研究
ｒ ｒ ｍ ｏ ｅｉ ｙ ｕ ｉ ｇ ｍ ｕｌ — ｏ ｙ ｔｍ ｈ ｏ ｙ ａ ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｏ ｄ ｌ ｎｇ ｂ ｓｎ ｔ ｂ ｄｙ ｓ ｓｅ ｔ ｅ ｒ ｒ ｒ ｐ ｓ ｄ． Ｏｎｅ ｉ ｆｉｅ ｃ ｉ ｓｏｆ ｎ ｏｍ ｐ ｎｓ ｔｏ ｉ ｅ ａｉ ｎ， ｔ ｔ ｅ ｓ ｈｅ ｏ ｈ ｒｉ
机床 是 由 多个 部 件 以运 动 副 的 形 式 连 接 起 来 ， 用 以实现 刀具 与 工 件相 对 运 动 的 加工 设 备 。 一般 来 说 ， 床结 构 中 的运 动 副 只有 一 个 自由度 ， 由 于机 机 但 床 本体 结 构 和 实 际 的装 配误 差 ， 个 运 动 副 往 往 都 每 存 在 ６个 自由度 。下 面 以移 动 副 为例 来 分 析机 床 结 构 中存 在 的误差 元 素 ， 图 １所 示 ， 如 当拖 板 沿 坐 标 系 轴运 动 时 ， 在 ３个平 动 误 差 和 ３个 转 动 误 差 ， 存
ｅ ｂｅ ｅ ｏ ｐｅ ａ ｉ ｎ． Ｏ ｆ ｉ ｅ ｏ ｐ ｎ ａ ｉ ｍ ｄｄ ｄ ｃ ｍ ｎｓ ｔｏ ｉ ｎ ｃ ｍ ｅ ｓ ｔ ｏｎ， ａ ｋｉ ｏ ｏ ｒ ｃ ｉ ｎ ｃ ｍ ｐ ｎ ａ ｉ ｎ ａ ｅ Ｎ Ｃ ｏ ｎｄ ｆ ｃ ｒ ｅ ｔｏ ｏ ｅ ｓ ｔｏ ｂ ｓ ｄ ｏｎ ｐｒ — ｇｒ ｍ ，ｒ ａ ｉ ｅ ｈ ｏ ｐ ｎ ａ ｉ ｎ ｏ － ｍ ｅ ｓ ｏ ｏ ｕ ｅ ｒ ｃ ｅ ｒ ｒ ｆ ＣＮ Ｃ ａ ｈｉ ｅ ｔ ｏ ｓ ｂｙ ｍ ａ ｐｉ ｈ ａ ｅ ｌｚ ｓ ｔ ｅ ｃ ｍ ｅ ｓ ｔｏ ｆ ３ Ｄｉ ｎ ｉ ｎ ｖ ｌ ｍ ｔｉ ｒ ｏ ｓ ｏ ｍ ｃ ｎ ｏ ｌ ｐ ｎｇ ｔ ｅ
中高精 度 零 部 件 占很 大 比率 ， 加 工 质 量 的要 求 也 对
机床空间误差补偿技术研究
ｂ ｏ ｄ ｙ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｔ ｈ ｅ ｏ ｙ ，ｕ ｒ ｓ ｅ ２ １ ｇ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ｅ ｒｏ ｓ ｒ ａ ｓ ｅ ｒｏ ｒ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ｔ ｏ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ
ห้องสมุดไป่ตู้
ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎｅ ｔ ｏ ｏ ｌ ｓ ｐ ａ ｔ ｉ ａ ｌ ｅ ｒｏ ｒ ．Ｓ ｅ ｔ ｓ ｏ ｍｅ ｃ ｏ ｒｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ＮＣ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｌｉ ａ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｌ ａ ａ ｌ ｇ ｏ ｉｔ ｒ ｈ ｍ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ＭＡＴＬ ＡＢ ｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ． Ａｆ ｔ ｅ ｒ ｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎｅ ｔ ｈ ｅ ２１ ｇ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｉｃ ｒ ｅ ｒｏ ｒ ｓ ，ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｔ ｈ ｅ ｌ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ｖ ｅ ｒ ｉ ｆ ｙ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｔ ｕ ｌ ａ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｉ ｎｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｏ ｆ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｃ ｏ ｍｐ ｅ ｎｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ Ｆ ＡＮＵＣ ３ １ ｉ ＣＮＣ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ，ａ ｐ ｐ ｌ ｙ ｉ ｎ ｇ ｍｕ ｌ ｔ ｉ
摘 要： 分析了 Ｆ Ａ ＮＵＣ ３ １ ｉ 数 控 系统 的三维 误差 补偿 原 理 。应 用 多体 系统 理论 ， 以２ １项 几何 误 差作 为 误
差源， 建 立机 床 空间误差 模型 。设 置相关 系统 参 数 ， 在 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ 环境 下 实现 补偿 算 法 。确定 机 床
数控机床误差补偿技术及应用_几何误差补偿技术
( 9)
式 中 , [ Aqk ห้องสมุดไป่ตู้、 [ Aq′ k ]、 [ ASk ]、 [ AS′ k ]分别 为矢 量 {qk }、 {q′k }、 {Sk }、 {S′ k }的转换矩阵。
对于 Bk 体的任意一点 P ,其系统空间变换模型为
∏ ROP
=
0 [ AJ K′] RPk
1
t= u
1
( 10)
式中 RPk = { xPk , ykP , zkP }T
由于机床部件在制造、装配过程中存在误差 ,对于
Bk 体的位置矢量 qk 和位移矢量 Sk 都存在相应的误差 项 q′k 和 S′ k ,如图 3所示。 引入误差项后 , ( 5)式改写为
{Oj Ok } = { { {qk } + {q′ k } } + { {Sk } + {S′k } } } ( 7)
{no } = [SOK ] {nk }
( 3)
0
[ SOK ] = ∏ [SJ K ]
( 4)
t= u
0
式中 ∏ 表示多体系统低序体的连乘 t= u
1. 3 运动方程
如图 2所示 , {qk }、 {Sk }分别为 Bk 体相对于 Bj 体 的位置矢量和位移矢量。 Bj 和 Bk 体坐标系原点的相 对位置可表示为
关键词 数控机床 几何误差 补偿 多体系统
构成机床空间定位误差的重要因素之一—— 几何 误差早已引起人们的关注。 为了适应越来越高的加工 要求 ,制造商在提高机床结构精度的同时 ,利用螺距补 偿技术减小运动轴的运动误差。 该技术针对半闭环系 统中编码器无法反映丝杠螺母传动副误差 ,对机床运 动方向的误差量进行一定的修正补偿。 目前已有相当 一部分机床利用光栅刻线尺作为反馈部件实现全闭环 控制 ,使机床的运动精度进一步提高。但是由于机床运 动误差具有空间性 ,存在六个自由度的误差分量 ,机床 加工范围任意一点的定位误差是各坐标轴多项误差分 量的合成 ,即使是全闭环控制机床 ,由于传感器反馈的 是导轨运动副的相对运动量而非实际切削点的信息 , 很多误差分量仍然无法自动补偿 ,特别是对于运动轴 产生的角度误差 ,存在着比例放大环节 ,对系统的精度 将产生较大影响。
数控机床误差补偿器的开发与研究的开题报告
数控机床误差补偿器的开发与研究的开题报告一、研究背景随着现代制造业的发展，数控技术在机械加工领域越来越广泛地应用。
数控机床因具有高效、高精度、高自动化程度等特点，逐渐成为制造企业的重要设备之一。
然而，数控机床在加工过程中存在误差，主要来源于机床自身结构、加工质量、控制系统等方面。
这些误差如果不能很好地被控制和补偿，将直接影响加工件的精度和质量。
因此，研究数控机床误差补偿器，对于提高加工精度和质量，实现智能化制造具有重要意义。
二、研究内容本研究将着重探讨数控机床误差补偿器的开发和研究。
具体包括以下几个方面：1.数控机床误差分析分析数控机床系统的误差来源，总结误差的类型、特点和影响等因素。
2.误差检测与分析通过开发合适的测量装置和传感器，实时监测数控机床的误差，并对误差进行分析和处理。
3.误差补偿算法研究针对数控机床的误差类型和特点，设计合适的误差补偿算法，实现误差的控制和补偿。
4.软件开发与系统集成基于以上研究，开发相应的误差补偿系统软件，并与数控机床的控制系统集成，实现误差补偿的自动化控制。
三、研究意义本研究将对数控机床的加工精度和稳定性的提高产生重要的推动作用，有望解决数控机床在加工过程中存在的误差问题，提高数控机床的加工水平和质量，促进制造业的智能化和高效化发展。
四、研究方法1.调研方法：对国内外相关领域进行文献综述和分析。
2.实验方法：实现数控机床误差检测和分析，针对不同的误差类型进行不同的算法设计和误差补偿方法的验证。
3.软件开发方法：采用等开发工具，与数控机床的控制系统进行集成。
五、预期成果本研究预期取得以下成果：1.针对数控机床的误差进行深入研究和探讨，总结出误差的类型、特点和影响等因素。
2.开发出基于传感器实时检测误差的系统，并对误差进行实时监测和分析。
3.研究和设计合适的误差补偿算法，实现误差的精准控制和补偿。
4.成功开发出相应的误差补偿系统软件，并与数控机床的控制系统集成，实现数字化智能控制。
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]。
数控系统误差补偿技术研究
数控系统误差补偿技术研究在数控机床上对零件实现高精度加工和检测其关键是提高机床的定位精度，主要采取两种方法:误差预防和误差补偿。
误差预防是在机床的设计制造阶段进行的，即提高工艺系统的设计精度以减少误差源和表现误差，但由于技术和资金的原因，总是存在一定的制造误差：误差补偿技术是在不改变机床结构和制造精度的基础上，通过对机床加工过程的误差源分析、建模，实时地计算出加工点的空间位置误差，将该误差量反馈到机床的控制系统中，改变坐标驱动量来实现误差修正，从而提高机床定位精度。
采用误差补偿技术能使加工出的零件精度高于其加工所用工艺系统能达到的正常精度，具有高效率低成本的优点，由此可见，误差补偿技术是提高机床精度必要的和实际的方法。
笔者采用以486微机和运动控制板为核心，以光栅尺为检测元件，以交流伺服电机为驱动部件，由控制软件作支持的光栅测控系统，对数控试验台的运动误差进行了测量和补偿，并对补偿前后的误差进行了比较。
该测控系统性能可靠，操作方便，通用性强，具有一定的工程实用价值。
1 光栅测控系统的构成及误差分析1.1 光栅测控系统的构成本系统采用主从式控制方式，上位机采用一台486PC机，主要任务包括输入输出、显示、数据接收和处理等，其控制部分包括译码、刀具补偿、速度控制、插补运算、位置控制等程序。
下位机采用GM400运动伺服控制器，主要完成实际运动的位置、速度、加速度控制以及I/O处理等。
检测部分采用ES-6线位移光栅尺及配套的数显仪。
执行部分为交流伺服电机。
GM400运动控制器是一块以IBM-PC/XT/AT及其兼容机作为主机的ISA总线应用插板，它的主要特点是具有32bit的位置、速度和加速度分辨率，允许更为精细的电机伺服控制。
本系统利用GM400中的两轴控制单元控制两套交流伺服电机。
数控工作台通过连接件与光栅尺上的滑块相连，光栅尺的分辨率为5µm，与光栅尺相连的数显仪可显示工作台的精确位置，数显仪与计算机通过串口传递数据。
三轴数控铣床几何误差的理论建模及其补偿策略研究
三轴数控铣床几何误差的理论建模及其补偿策略研究三轴数控铣床几何误差的理论建模及其补偿策略研究摘要：随着数字化制造技术的不断发展，三轴数控铣床在现代制造中起到重要的作用。
然而，由于制造和安装过程中的复杂因素，使得数控铣床的几何误差成为影响加工精度和表面质量的主要因素之一。
针对这一问题，本文通过理论建模和补偿策略的研究，旨在提高数控铣床的加工精度和表面质量。
一、引言数控铣床是一种精密机床，其加工精度和表面质量直接影响最终产品的质量。
然而，由于机械结构的制造和装配误差，使得数控铣床的几何误差无可避免。
因此，理论建模和补偿策略研究成为提高数控铣床加工精度和表面质量的重要途径。
二、几何误差的理论建模为了准确描述数控铣床的几何误差，需要建立相应的数学模型。
首先，分析数控铣床的基本结构和运动特性，确定主要误差源，如机床本体误差、导轨误差、传动误差等。
然后，利用误差理论和运动学原理，建立相应的误差模型，如导轨误差模型、变位误差模型等。
最后，通过数值仿真和实验验证，对模型进行修正和优化，以提高模型的准确性和适用性。
三、几何误差的补偿策略基于几何误差模型，可以采取一定的补偿策略来提高数控铣床的加工精度和表面质量。
常用的补偿方法包括软件补偿和硬件补偿。
软件补偿是通过对数控系统的编程和算法调整来实现的，可以根据误差模型提前计算并实时补偿。
硬件补偿是通过对数控铣床的结构和传动系统进行调整和改进来实现的，可以通过调整导轨和传动装置等来减小误差源。
四、补偿策略的研究进展近年来，关于数控铣床几何误差的补偿策略研究取得了一系列进展。
一方面，研究人员利用先进的测量仪器和方法，实时监测和检测数控铣床的几何误差，为后续的补偿提供准确的数据支持。
另一方面，针对不同的误差模型，研究人员通过算法改进和参数调整，提出了一系列有效的补偿策略，并在实际加工中取得了显著的成果。
五、未来的研究方向虽然数控铣床的几何误差补偿策略取得了一定的研究进展，但仍存在一些问题和挑战。
数控机床体积误差测量、建模及补偿技术研究
根 据 上 述 结 论 ， 这 些 研 究 建 立 的热 误 差模 型 主 要 是 针 要 保 证 。 但 在 澳 量 过 程 中 ， 我们 发 现 传 统 的体 积 误 差 测 量 对 机 床 的 某 一 坐 标 轴 方 向 ， 或 某 一 误 差 元 素 的 。 他 们 有 的 对 机 床 主轴 在 轴 向或 径 向 的 热 误 差 进 行 了准 确 预 测 ，有 的 方 法 存 在 两 点 不 足 ：一 是测 量 效 率 低 ，在 机 床 精 度 标 定 及 误 差 测 量 过 程 中 ，每 一 项 误 差 都 要 花 费 大 量 时 间 ；二 足 单
大 呢 ？ 以往 大 多 是 依 靠 经 验 来 确 定 温 度 变 量 ， 缺 乏 科 学 依
据 。为 建 立 数 控 机 床 的 体 积 误 差 模 型 ，本 研 究对 温 度行 热 误 差 建 模 研 究 ， 而 运 动 比较 复 杂 的 选 择 进 行 研 究 。
温度变量 。
对 机 床 主 轴 在 轴 向 的 热 变 形 、机 床 主 轴 在 径 向 的热 变 形 、
机 床 主 轴 在 径 向 与轴 向 的 热 变 形 、刀 具相 对 工 件 在 不 同 坐 标 轴 方 向的 位 移 误 差 、机 床 在 各 坐 标 轴 方 向的 定 位 误 差 等 进 行 预 测 ，并 且 都取 得 了较 好 的预 测 精 度 ，但 模 型 一般 只 能 用 于 某 一 特 定 机 床 ， 鲁 棒 （ 稳 ）性 较 差 ； 第 三 ，建 模 坚 时 温 度 变 量 的 选 择 主 要 还 是 依 靠 经 验 确 定 ，缺 乏 科 学 依 据 ：第 四 ， 由于 数 控 系 统 的 封 闭性 ，尽 管 只 有 少 数 人 设 计
的 多 轴 机 床 、滚 齿机 床 则 很 少 涉 及 ； 第 二 ，所 建 模 型主 要
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。
数控机床几何误差建模及误差补偿的研究
!
引
言
误差 ! 并通过误差合成的算法得到刀尖的实际位置与理 论位置之间的差异 ! 通过软件来消除或缩小这个差异 ! 实 现加工精度的提高
)5*
随着工业和国民经济的高速发展 ! 对数控机床质量 的要求越来越高 " 而目前在我国大多数制造企业中 ! 中低 档数控机床仍广泛应用 ! 随着生产的发展 ! 这些机床的加 工精度有待于进一步提高 " 但一旦机床部件制造和组装 完毕 ! 几何误差就确定下来了 ! 只有通过误差补偿的方法 来提高这些机床的精度 " 采用数控机床误差补偿技术 ! 无需对数控机床硬件 进行改造 ! 便可以较大幅度地提高数控机床的加工精度 ! 逐步发展成为提高数控机床加工精度的主要方法 " 误差 补偿技术的核心思想就是预先检测出机床各组成部件的
关键词 # 几何误差 + 误差模型 + 误差补偿 中图分类号 #$%#&# 文献标识码 #$
文章编号 #%""!&!’’’ %!""#&"!&""%(&"’
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" 本文就是针对在机床误差中占重
要地位的几何误差进行分析 ! 建立误差模型并给出补偿 算法 !最后验证补偿效果 "
"
误差模型的建立 数控机床空间误差建模方法 ! 一直是国内外学者研
究 的 重 点 ! 并 先 后 经 历 了几 何 建 模 法 $ 误 差 矩 阵 法 $ 二 次 关系模型法 $ 机构学建模法 $ 刚体运动学法 )6!7*几个发展阶 段 " 但这些方法都存在着通用性差 $ 表达困难 $ 易产生人 为推导错误等问题 ! 因此 ! 本文以多体系统运动学理论 )1*
数控机床三维空间误差建模及补偿的思考
数控机床三维空间误差建模及补偿的思考摘要：数控机床是大型设备加工的主要工具，如果其有操作上的误差，大型设备的使用会受到影响，所以为保证数控机床生产的精度，解决加工零件质量较低的问题，可使用三维空间误差建模技术，把模型产生的误差映射到生产中，实现误差的补偿。
关键词：数控机床；三维空间误差建模；误差补偿引言：数控机床是较为常见的设备，可生产复杂的零件，在多个领域广泛使用，但在某些领域使用时，可能会因为有误差，导致加工的零件与实际需求不符。
由此，可使用误差补偿技术，以及三维空间的误差建模，后者与强者相比，使用的成本较少，为精度的控制提供依据。
1.数控机床三维空间的误差建模1.1移动副的误差与多体系理论数控机床是以床身为基础，在上面把不同部件联系在一起，构成零件的加工设备，通常来说，机床上零件的运动只有一个自由度，但因为具体操作的差异，以及实际组合时小的误差，会增加额外的5个自由度，并出现了多个误差元素。
所以，本文是以机床的移动副为模型，在上面建立了坐标系，统计了它平动与转动误差，而这只是一个移动副，各部分不同的移动副会形成多个误差。
由此，技术人员必须合理建模，才可得到最佳的补偿值。
其使用的理论是多体系理论。
多体系理论是建模使用的理论，是机械系统，由数个刚体、柔体组合而成，同时，机床自身也是由多个零件组成，与多体系理论的构成类似，所以，可用该理论研究。
用多体系理论分析的前提是，找到体与体之间的关系，根据关系画出拓扑图、列出阵列，其中，低序阵列可展示不同体之间的联系。
另机床可细分成两个分支，一是工件，二是刀具。
技术人员简单分析后，会选择多个个体，对每个题进行了编号，得到每个体的底序体算子，共选择了8个体，设置0到4四个序号，当序号为0时，每个样本的底序体算子是样本的序号，随后0的位置逐次后移，当序号到4时，所有样本的底序体算子均为0。
1.2误差建模根据移动副的误差与多体系理论建立模型，是分析矩阵的结构，使用多个误差元素，根据机床的形成过程，得到综合误差表示的结果，算式中，其会使用多个点，这些点对应不同的信息，表达式是：Q M Q N=p+p e++s+s e，其中，Q N是一侧坐标A M的原点，与另一侧坐标系A N对应的点是Q M，p和p e是对Q M对应的误差矢量与表示，s与s e是Q N对应的误差矢量与表示，如果忽略两个误差矢量，可把表达式变成[AMN]=[AMN]p[AMN]s。
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由于 受制 造装 配 、 动 控制及 加 工过程 中热变 运
形、 切削力 、 振动和惯性等误差因素的影响， 使得数 控机床的实际切 削轨迹与理想的切削轨迹存在偏
差 ， 成加 工 误 差 。为 了减小 机 床 误 差 ， 高加 工 造 提 质量 ， 必须 对数 控 机 床 加 工误 差 进 行 建 模 及 补 偿 。
・
现代设计与先进制造技空间误差的通用补偿建模研究
３ ３
数 控 机 床 空 间误 差 的通 用 补 偿 建 模 研 究
唐 笑 ， 刘 壮
（ 京航 空航 天 大学 江 苏省精 密 与微 细制造 技术 重 点实验 室 ， 南 江苏 南 京
２０ １ ） １０ ６
摘 要 ： 于 多体 系统理 论 ， 基 对数控 机床 运 动 结构 进行 了分 析 ， 立 了通 用 的数 控 机 床 空 间误 差补 建
０ １ ０
位置和运 动状况可由位置特征矩阵 、 位置误差特征
矩 阵 、 动 特征矩 阵 和运动 误 差特 征矩 阵来加 以确 ∞ 运 定［ 。 ０ 眦 ０
ｆ ｓ Ｐ ０ ＯｆＶ — ｉ ｓ， ＣＳｓ， ｎ ｌ
ｌ ０
ｃｓ ｓ ｏ Ｙ ｖ， ｓｎＹ ｖ ｉ ｓ
树结 构可 用来 表示 一般数 控 机床 的拓 扑结构 ， 过 通 在左右 两分 支 内选 择 回转 轴 和平 移 轴 的不 同 组合 形式 ， 便可 构成 不 同结构 的数 控机 床 。
缺点 ， 对于不同的数控机床需要建立不同的机床误 差求解 模 型 ， 以形 成 固定 的产 品模 块 ， 重 制 约 难 严 了误 差补 偿技 术 的推 广 和使 用 。本 文基 于多 体 系
２０ ０８年 １ 月 中 国制造业 信 息化 １
第３ ７卷
０
第 ２ 期 １
２ 数 控 机床 误 差模 型 的 建 立
多体系统误差运动分析的理论基础是多体系 统运动学理论 ， 其基本原理是用低序体阵列方法描
述 多体 系 统 拓 扑 结 构 的关 联 关 系 ， 立 广 义 坐 标 建 系， ４ 用 ４阶齐次 方 阵 来 描述 点 或 矢 量 在 广 义０ 标 坐
对运 动 ， 约束类 型常 为销型 （ 回转） 或棱 柱型 （ 平 移） 。从 机 床主运 动结 构 来 看 ， 般 有 ２个 运 动 分 一 支： 一个为刀具分支 ； 另一个 为工件分 支。２ 个分 支都是 从 固定部 件 （ 固定 轴 ） 出发 ， 由运动 部 件 （ 运 动轴 ） 按一 定 的方式 组合 而成 Ｊ 图 １给 出的二叉 。
偿模 型 ， 出了具 有规 范性 和通 用性 的数 控 机床 运 动 误 差 建模 方 法 ， 以五 轴 数 控铣 床 为例 ， 提 并 建
立 了机床 的空 间误 差 模型 。
关键 词 ： 多体 系统 ； 数控 机床 ； 间误 差 ； 空 建模 中图分 类号 ： Ｐ ９ ．２ Ｔ ３ １７ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编 号 ：６ ２ ６ ６ ２ ０ ）１ ０ ３—０ １ ７ —１ １ （０ ８ ２ —０ ３ ４
图 １ 数 控 机 床 主 运 动 结 构 二 叉树
编排 ， 首先设惯性参考坐标系 Ｒ为Ｂ 体 ， ｏ 然后任意
向 ， 自然增 长 的数列 ， 一个 分 支 到 另 一个 分 支 按 从
算所得到的低序体阵列来描述多体 系统 的拓扑结
Ｌ（ Ｋ）＝ Ｌ（ （ ） （ ， 为 正整数 ） （ ） Ｌ Ｋ） Ｋ １
许多 学者 在机 床误 差 建 模 方 面 进 行 了 广泛 而 深 入
统＿ ２。纵观各种数控机床 ， ２ ＿ 虽然其结构形式 多样 ，
但 数控 机床 的各 运 动 部 件 之 间 只有 单 自由度 的相
的研究 ， 先后出现了三角几何法 、 误差矩阵法、 二次
关 系模型 法 、 机构 学建模 法 、 神经 网络 法 、 刚体 运动 学法 等 ＿ ， 是 这 些 建 模 方 法 存 在 着 通 用 性 差 的 １但 Ｊ
选定一个物体 Ｂ 作为 中心体 ， 沿着远离 Ｂ 的方 构 ， 即：
依次标定完所有物体的序号 。常采用式（） １所示运
收稿 日期 ：０ ８—０ ２０ ９—０ ４
且定义 Ｌ （ 。Ｋ）＝ Ｋ， ０ Ｌ（）＝０ 。
，
基金项 目： 江苏省精密与微细制造技术重点实验室开放课题基金资助项 目（Ｓ Ｍ２ ０ ０ ） Ｊ Ｐ ０ ７ ８ 作者 简介： 唐 笑 （９ ４一）男 ， １８ ， 湖南邵 阳人 ， 南京航空航天大学硕士研 究生 ， 主要研究方 向为机 电一体化 、 Ａ ＣＡ ＣＡ Ｃ Ｄ／ Ｅ／ Ｍ。
统运 动学 理论 ， 立 了通用 的数 控机 床空 间误 差补 建 偿模 型 ， 提出 了一 种 广 泛适 用 的 、 于 实现 计 算 机 易 自动 编程 的数 控机 床误 差模 型 的建模 方法 ， 得建 使 模过 程程 序化 ， 除人 为 因素对模 型 推导 过程 的影 排
系统拓扑结构中物体 的序号按 以下方法进行
Ｖ 系下 的变换关系。多体系统 中体坐标系间的实际
Ｉ １
Ｏ
ｆ Ｏｆ ， — ｉ ｓ， ０ Ｓｓ ｓ ａ ｓ Ｃ ｖ ｎ ｖ
Ｌ ｎ ｖ Ｏ ｓｓ ｆ ｉｓｓ ｃａ ａ ， Ｓｖ ０ ｓ
０
０
Ｏ ∞ Ｓ
ｌ
０
Ｉｃｓｓ ， ０ ｓ ｖ ｏｆｖ ｌ ｉ ， ｎ
１ 数 控 机 床 运 动 结 构分 析
多体 系 统 是 指 由多 个 刚体 或 柔 体通 过 某 种形
式联结而成 的复杂机 械系统。任何机械系统都可 抽象成多体系统。由工作 台、 滑座 、 床身、 立柱及主
轴箱 和 刀 具 等 部 件 构 成 的 机 床 是 典 型 的 多 体 系
其中机床误差建模是进行机床运动设计 、 精度分析 和误 差补 偿 的关 键 技 术 及重 要 环 节 。 目前 国 内外