数控割字机轮廓误差的预测补偿控制
前馈控制对数控机床轮廓误差的影响
学模 型 ， 值 分 析 了不 同 中 间浮 动 支 撑 和 抱 紧 刚度 数
下 螺纹工 件 的 动态 响应 。 结果 表 明 ： 抱 紧 装 置 对 ①
图 ４ 不 同 抱 紧 刚 度 下切 削 点 动态 响应
—３ ． ９ ０％ 一 １ ． ％ ９ ７ — ２ ．１ ５ ％
２×１ ０ ６ ×１ ０ １×１ ０
３． ７ ８ ２． ９ ４ ２． ９ １
２×１ Ｏ ６×１ ０ １× １ ０
２． ６ ３ ２． Ｏ １６ ．４
Ｒｏａ ｉｇ Ｓ ａ ｉ ｒ ｗ ｔ ｏ ｔ Ｎｏ ｌ ｅ ｒ Ｂ ｕ ｄ ￣ Ｃｏ ｄ — ｔｔ ｈ ｈ ｗ ｔ ｏ ｉ ｕ ｎ ｉ ａ ｏ ｎ ａ ｎ ｈ ｈ ｎ ｎｉ
ｇａｈｃＤｇｔ ａ ｔｒｇ ［ ］ Ｅ Ｅ Ａ ＭＥ ｔ ｎａｔ ｎ ｒｐｉ ｉ ａ Ｄ ｔ Ｓｏａｅ Ｊ ．ＩＥ ／ Ｓ ｒ ｓｃｏｓ ｉｌ ａ ａ ｉ
差 幅值 的 １ ０分 之 一 。 可见 ， 用 新 型 前 馈 控 制 策 ５ 采 略 ， 以大 大 提 高 交 流 伺 服 系 统 在 加 减 速 段 的 位 置 可
跟 踪性 能 。
图 ８ 平 面 加 工 设 备 设 备 上 实 验 结 果
前馈 控制 已经 在交 流 伺服 系统 中得 到 广 泛 的应 用 。针 对高 性 能 交 流 伺 服 系 统 ， 文 研 究 了速 度 前 本 馈 信号 作用 在 速 度 闭环 给 定 信 号 上 ， 时 电 流 前馈 同 信 号作用 在 电流 闭环 上 的新 型 前 馈 控 制 结 构 ， 大 很 幅度地 降低 了加 减速 段 的位置 跟 踪误 差 。实 验 结果 也说 明这种 新结 构具 有较 高的应 用价 值 。
数控机床进给系统融合建模及轮廓误差补偿方法
02
进给系统作为数控机床的关键 部分，其动力学特性和稳定性 对机床的加工精度具有决定性 作用。
03
当前，针对进给系统的建模与 误差补偿方法研究相对较少， 亟待开展相关研究以提升数控 机床的加工精度和稳定性。
研究现状与问题
现有的进给系统建模方法主要基于线性或准线 性模型，忽略了非线性因素的影响，导致模型 精度有限。
在轮廓误差补偿方面，缺乏有效的补偿算法和 手段，无法对复杂的轮廓误差进行精确补偿。
针对以上问题，本研究旨在建立精确的进给系 统动力学模型，并开发轮廓误差补偿算法，以 提高数控机床的加工精度和稳定性。
研究内容与方法
研究内容一：建立考虑非线性因素的进 给系统动力学模型。
基于拉格朗日方程建立进给系统的动力学方 程。
总结词
详细描述
线性插值
多项式插值
样条插值
插值算法是一种根据已 知数据点推算新数据点 的计算方法，适用于轮 廓误差补偿问题。
插值算法通过对已知数 据点进行插值计算，推 算出新的数据点，实现 对轮廓误差的补偿。其 中，线性插值、多项式 插值和样条插值是三种 常用的插值算法。
通过连接相邻的数据点 ，计算出新的数据点， 实现对轮廓误差的简单 补偿。
通过多层感知器（MLP）等前向神经网络 模型，对进给系统的输入和输出数据进行 学习和预测，实现对轮廓误差的补偿。
统的历史数据和实时数 据进行学习和预测，实现更精确的轮廓误 差补偿。
回归分析补偿方法
详细描述
回归分析适用于轮廓误差补偿问题，其中 ，线性回归和多项式回归是两种常用的回
数据采集
采集数控机床进给系统的运行 数据，包括位移、速度、加速 度等。
模型训练与融合
利用预处理后的数据，训练多 个模型并进行融合。
数控机床的误差分析及补偿方法
数控机床的误差分析及补偿方法数控机床的误差分析及补偿方法数控机床的精度是机床性能的一项重要指标，它是影响工件精度的重要因素。
那误差的差源有哪些呢?补偿的方法是什么?YJBYS店铺为你解答如下!数控机床的精度可分为静态精度和动态精度。
静态精度是在不切削的状态下进行检测，它包括机床的几何精度和定位精度两项内容，反映的是机床的原始精度。
而动态精度是指机床在实际切削加工条件下加工的工件所达到的精度。
机床精度的高低是以误差的大小来衡量的。
数控机床的生产者与使用者对数控机床精度要求的侧重点不同，机床生产者要保证工件的加工精度是很困难的，一般只能保证机床出厂时的原始制造精度。
而机床使用者只对数控机床的加工精度感兴趣，追求的是工件加工后的成形精度。
数控机床误差源分析根据对加工精度的影响情况，可将影响数控机床加工精度的误差源分为以下几类。
1)机床的原始制造精度产生的误差。
2)机床的控制系统性能产生的误差。
3)热变形带来的误差。
4)切削力产生的“让刀”误差。
5)机床的振动误差。
6)检测系统的测量误差。
7)外界干扰引起的随机误差。
8)其他误差。
误差补偿方法提高数控机床精度有两条途径：其一是误差预防;其二是误差补偿。
误差预防也称为精度设计，是试图通过设计和制造途径消除可能的误差源。
单纯采用误差预防的方法来提高机床的加工精度是十分困难的，而必须辅以误差补偿的策略。
误差补偿一般是采用“误差建模-检测-补偿”的方法来抵消既存的误差。
误差补偿的类型按其特征可分为实时与非实时误差补偿、硬件补偿与软件补偿和静态补偿与动态补偿。
1)实时与非实时误差补偿如数控机床的闭环位置反馈控制系统，就采用了实时误差补偿技术。
非实时误差补偿其误差的检测与补偿是分离的。
一般来说，非实时误差补偿只能补偿系统误差部分，实时误差补偿不仅补偿系统误差，而且还能补偿相当大的一部分随机误差。
静态误差都广泛采用非实时误差补偿技术，而热变形误差总是采用实时误差补偿。
浅谈数控机床精度误差的测定与补偿
浅谈数控机床精度误差的测定与补偿本文通过对数控机床常用的几种精度误差的测定与补偿方法的分析，阐述了螺距补偿的原理与方法，并以SINUMERIK840D作实例分析利用数控系统的对机床精度误差补偿功能进行调整，从而大大提高数控机床的定位精度。
标签：定位精度补偿误差0 引言目前在装备制造业中，数控机床作为新一代母机已经被广泛应用。
如今零件制造精度逐年提高，机密加工技术发展迅猛，因此对加工设备精度的要求不断提升，高性能的数控机床需求加大。
目前机床所采用的传动方式大多以伺服电机连接丝杠通过丝母进行传动。
由于加工条件限制，所有的丝杠都存在误差，所以当电机按照系统指令转动足够的圈数之后，反映到移动轴上的位置总会出现误差。
丝杠精度越差，行程越长，累计误差也就越大。
通过利用数控系统的补偿功能可以提升机床精度和性能。
有统计资料显示：新出厂的数控机床有65%在装配过程中性能指标未达到理想状态，80%以上的机床存在精度缺失，因此，要定期对数控机床进行精度测量与误差补偿。
特别是各轴的定位精度和重复定位精度，以便及时发现和解决问题,提高零件加工精度。
1 丝杠螺距补偿原理在机床坐标系中，在测量轴的运动行程内将其分为若干相等的测量段，每个测量单位的测量点可以根据总行程与实际测量情况可以适当增加，通过激光干涉仪进行测量，测量时被测目标须多次从正反两个方向运动到目标零点，测出将每个测量点的位置偏差并计算出平均值，测量系统将该值记录在PC机内，然后将该值填人数控系统的螺距误差补偿表中。
通过数控系统补偿后，被测轴将根据运算后的补偿值到达目标位置，使误差部分抵消，实现螺距误差的补偿。
通常数控机床包含定位精度，反向偏差，垂度偏差，双向螺补几个位置精度的要求。
因此对几项精度的测量与补偿是提高数控机床加工精度的有效手段。
2 定位精度的测定与补偿[1]通常在数控系统的控制下，被测机床的运动部件所能达到的最高位置精度被称为数控机床的定位精度。
它是作为数控机床的一项重要的动态精度，与机床的几何精度共同决定机床切削精度。
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。
浅谈数控机床几何误差的补偿方法
浅谈数控机床几何误差的补偿方法【摘要】随着我国经济的快速发展和机床加工技术的迅猛进步，数控机床作为一种加工设备已经应用广泛。
在现有的技术水平上提高机床的加工精度就成了市场竞争的主要方向。
提高数控机床精度的方法一般而言主要有两种：一种是通过提高零件设计制造和零件装配的水平来消除可能产生的误差源，称为误差防止法。
该方法一方面主要受到加工母机精度的制约；另一方面零件质量的提高导致加工成本膨胀，致使该方法的使用受到一定限制。
另一种叫误差补偿法，通常通过修改机床的加工指令，对机床进行误差补偿，达到理想的运动轨迹，实现机床精度的升级。
本文就对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和总结。
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升级打下基础。
【关键词】数控机床；几何误差；误差补偿关于数控机床几何误差的补偿，不但可以改进单个零件的加工精度，加强零件的质量水平，提升企业的市场竞争能力，甚至可以提高整个机械工业的加工水平，对促进科学技术进步，提高我国的科技创新实力，继而极大增强我国的综合国力都具有重大意义。
有关研究表明：几何误差和由温度引起的误差约占机床总体误差的70％，其中几何误差相对较为稳定，易于进行误差补偿。
1 几何误差产生的原因1.1 机床的原始制造误差是指由组成机床各部件工作表面的几何形状、表面质量、相互之间的位置误差所引起的机床运动误差，是数控机床几何误差产生的主要原因。
1.2 机床的控制系统误差包括机床轴系的伺服误差（轮廓跟随误差），数控插补算法误差。
1.3 热变形误差由于机床的内部热源和环境热扰动导致机床的结构热变形而产生的误差。
1.4 切削负荷造成工艺系统变形所导致的误差包括机床、刀具、工件和夹具变形所导致的误差。
这种误差又称为“让刀”，它造成加工零件的形状畸变，尤其当加工薄壁工件或使用细长刀具时，这一误差更为严重。
1.5 机床的振动误差在切削加工时，数控机床由于工艺的柔性和工序的多变，其运行状态有更大的可能性落入不稳定区域，从而激起强烈的颤振。
关于数控加工的误差分析及应对措施
关于数控加工的误差分析及应对措施xx年xx月xx日•数控加工误差概述•数控加工误差分析•数控加工误差应对措施目录•数控加工误差控制案例分析•总结与展望01数控加工误差概述数控加工误差是指工件在数控加工过程中产生的尺寸、形状、表面质量等参数与理想状态下的工件参数之间的偏差。
数控加工误差包括机床、刀具、夹具、工件、切削液等多个因素的影响，这些因素相互作用，导致加工误差的产生。
由于工件或刀具的位置不准确，导致加工出的工件与理想状态下的工件参数之间的偏差。
定位误差由于机床、刀具、夹具等设备的制造、安装、调整不当，导致加工出的工件与理想状态下的工件参数之间的偏差。
几何误差由于切削过程中切削力的大小、方向、作用点等因素发生变化，导致加工出的工件与理想状态下的工件参数之间的偏差。
切削力误差由于机床、工件、刀具等在切削过程中产生的热量变化，导致加工出的工件与理想状态下的工件参数之间的偏差。
热误差1 2 3数控加工误差会导致工件的尺寸、形状、表面质量等参数与理想状态下的工件参数存在偏差，从而影响加工精度。
加工精度下降由于数控加工误差的存在，可能导致工件在装配、使用过程中出现故障，影响产品的整体性能和寿命。
产品质量下降为了控制数控加工误差，需要进行反复的调试和修正，增加了生产周期和成本。
生产效率降低02数控加工误差分析编程误差数控编程过程中，由于计算方法或近似处理等原因，导致加工路径与实际路径存在偏差，从而产生误差。
工件误差工件本身存在形状、尺寸等方面的误差，也会对加工精度产生影响。
机床误差机床本身精度不高或长期使用导致磨损，也会对加工精度产生影响。
刀具误差刀具在加工过程中会受到磨损、变形等因素影响，导致加工精度降低。
误差产生的原因分析03尺寸误差加工过程中，由于刀具磨损、温度变化等因素影响，导致加工出的工件尺寸与设计要求存在偏差。
误差对加工精度的影响01位置误差加工过程中，刀具与工件之间的相对位置不准确，导致加工出的工件形状、尺寸与设计要求存在偏差。
数控加工中轮廓误差的产生与控制
间 距 法 。 论 应 用 哪 种 方 法 ， 应 使 产 生 的轮 廓 误 无 都
差小 于允许 误差 。 用 等 间距法 逼近法 ， 使 间距 的 大 小 ， 轮 廓 曲 率 半 径 的 变 化 都 与 由此 产 生 的轮 廓 误 差 有 关 。间 距 越 大 、 廓 曲 率 半 径 越 小 或 变 化 大 ， 轮
差。
包络 成型 ； 寸 圆整误 差 ， 算 过 程 中由于计 算精 尺 计
度而 引起 的误差
３ 机 床 结 构 误 差 （ 丝 杠 螺 母 间 隙 、 轨 不 ． 如 导
在编制 加工 非 圆曲线轮 廓 的程序 时 ，通常是 采 用 直 线 段 或 圆 弧 段 去逼 近非 圆 曲线 方 法 来 实 现 。 用 圆弧段 逼 近 ， 面质量 较好 ， 编程 复杂 。 采 表 但 因此 大 多 采 用 直 线 段 去 逼 近 非 圆 曲 线 。 直 线 段 逼 近 法 通 常 有 等 间距 法 、 等 步 长 法 和 等 误 差 法 三 种 方 法 。 虑 到宏 程序 编程 的方便 ， 多 的是采 用等 考 更
在 加 工 空 间 曲 面 时 ，如 刀 具 半 径 补 偿 值 不 能 随位 置不 同而 变化 ， 产生 空 间轮廓误 差 。 会 ２ 刀 具 形 状 及 其 磨 损 对 工 件 轮 廓 误 差 产 生 的 ．
影 响
轮 廓误差 的产 生在模 具制 造和精 密零 件 制造过 程
中倍 受 关 注 ， 直 接 影 响产 品 制 造 质 量 ， 此 分 析 它 因 其 产 生 原 因及 控 制 措 施 对 排 除 数 控 加 工 轮 廓 精 度 超 差故 障具有 很好 的指导 意义 。
直 、 变形 等 ） 工 件 轮 廓 误 差 的 影 响 。 热 对
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。
两轴联动数控系统轮廓误差分析与补偿
中文摘要摘要：数控系统是现代机械制造系统的重要基础之一。
数控机床的进给运动是数字控制的直接对象，被加工零件的实际轮廓精度和加工精度都会受到进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性的影响。
为了提高数控系统进给运动控制的性能，本论文将从不同的角度对影响运动精度的因素进行分析与研究。
利用MATLAB 软件中的动态仿真工具Simulink构建进给系统的仿真模型，获得了反应系统性能的仿真曲线。
本设计具体研究了数控系统进给运动常规位置控制算法、前馈控制等对定位、直线插补、圆弧插补运动的影响。
通过对数控机床进给伺服系统及机械中影响轮廓运动精度的几个主要因素进行仿真，给出了在不同因素影响下，轮廓运动的典型误差分布曲线，对数控机床精度调试具有指导意义。
同时，分析了前馈控制对数控系统进给运动的轮廓误差影响，并进行了仿真与调试，对提高进给运动精度具有很大地理论研究意义和实际应用价值关键词：数控系统；轮廓误差；MATLAB/Simulink英文摘要Title Analysis and Compensation of Contour Error for 2-axis CNC SystemAbstractNC system is one of the important basis of modern machine manufacturing system. The feeding movement of CNC machine tool is the direct object of digital control while the final contour and processing accuracy of the processed parts are affected by movement precision , sensitivity and stability. In order to improve the performance of the motion control of NC system, it will be analysed and researched by different points of views. The simulation model is built up by the simulink of MATLAB and the simulation curve lines of reflecting the system performances are acquired.The design makes specific research into the impact of the movement of conventional position control algorithms, feed-forward control of positioning, linear interpolation, circular interpolation. Based on the simulation study and test for several main factors in the feed system and drive mechanism of the CNC machine tools that affect the contour movement accuracy, the typical error distribution curves of the contour movement are given, which are helpful for the adjustment of CNC machine tools. Meanwhile, it gives research on the feed-forward control with simulation and debugging. It is of great importance to improve the accuracy of the feed movement in theoretical study and practical application value.Key words: NC system; Contour error; MATLAB/Simulink目录前言 (1)第一章绪论 .................................................... - 2 -1.1 引言....................................................... - 2 -1.2 选题背景与意义............................................. - 5 -1.3 研究现状................................................... - 5 -1.4 本文的结构................................................. - 6 - 第二章 MATLAB 开发环境 ........................................... - 7 -2.1 MATLAB简介 ................................................ - 7 -2.2 MATLAB的常用图形命令 ...................................... - 8 -2.2.1 绘图函数plot( ) ...................................... - 8 -2.2.2 多次重叠绘制图形 ..................................... - 8 -2.3 SIMULINK仿真工具概述 ...................................... - 8 -2.3.1 MATLAB及其SIMULINK .................................. - 8 -2.3.2 SIMULINK的适用对象................................... - 9 -2.3.4 SIMULINK的建模....................................... - 9 -2.3.5 SIMULINK的仿真...................................... - 10 -2.4 SIMULINK自定义子系统与子系统的封装 ....................... - 10 -2.4.1 自定义子系统 ........................................ - 10 -2.4.2 子系统的封装 ........................................ - 11 - 第三章基于MATLAB的逐点比较法插补 ............................... - 13 -3.1 逐点比较法插补概述............................ 错误！未定义书签。
数控机床轮廓误差的插补预测补偿控制研究
文 章 编 号 ：０ １—２ ６ （ ０ ２） １—０ ４ １０ ２５２ １ ０ ０ ７—０ ４
数 控 机 床 轮 廓误 差 的插 补 预 测 补偿 控制 研 究
滕福林 ， 李宏 胜 ， 秀 兰 ， 温 陈 桂
（ 南京工 程 学院 自动 化 学院 ， 南京 ２ １ ０ ） １ １０
摘 要 ： 服 系统 的 基 本 原 则 是 闭 环 控 制 ， 踪 误 差 必 然 存 在 。 如 果 多 轴 联 动 设 备 上 使 用 伺 服 系统 驱 伺 跟
秒 级 的 时 间延 迟 ， 响 无 关 紧要 。 影
伺 服系统 存 在 位 置 跟 踪误 差 是 其本 身 固 有 特 性 ， 并
且 通过 调节位 置控 制前 向通道 增益 Ｋ 来调 节位 置跟
踪误 差 的能力 是有 限 的 。
插补 预 测 补 偿 控 制器 需 要 解 决 的 目标 是 ： 加 增 该 控制器 后 的实 际轨迹 和 不 增加 该 控 制器 时 的 目标 轨 迹一 致 。 而精 插 补过 程应 该 划分 为 加速 、 速 和 减 恒 速 三个 阶段来 分析 。
差， 并且 在不 影 响刚度 的情 况下 ， 调节 伺 服 系统 前 向
过 复杂 的理论 和方 法 对 可能 造 成轮 廓 误差 的各种 因 素进 行估 计 并 补 偿 ， 如基 于一 次模 型平 滑 预测 与 例 补偿 等 方法 。这些 研究 方 法 目前 仍 然 处 于分 析 和仿
真 阶段 。 本 文在对 伺 服驱 动系 统 特性 和 控 制器 插 补 原 则 两 方面 内容 同时 进 行 研 究 的基 础 上 ， 出将 伺 服 系 提
基 金 项 目： 江苏 省 高 校 自然 科 学 基 金 项 目（ ０ Ｊ ４ ００ ） 南 京 工 程 学 院 科 研 基 金 （ Ｊ０ ０ ４ ； 苏 省 自然 科 学 基 金 项 目（ Ｋ ０ ９ ５ ； １Ｋ Ｄ ７０ １ ； ＹＫ２ １０ ） 江 Ｂ ２ ０ ３０） 江 苏省 高 校 自然 科 学 基 金 项 目（ ０ Ｊ ４０ ０ ） 江 苏 省 自然 科 学 基 金 项 目（ Ｋ ０ １８ ） １ＫＤ ６０１ ； Ｂ ２ １ ６９ 作 者 简 介 ： 福 林 （９ ８ ） 男 ， 京 人 ， 京 工 程 学 院 自动 化 学 院 讲 师 ， 士 ， 究 方 向 为 运 动 控 制 系 统 ， Ｅ—ｍ ｉ ｔｎｆｌ ０ ２ ＠ １３ 滕 １７一 ， 南 南 博 研 （ ａｌ ｅ ｇｕｉ ９ ０ ６ ． ） ｎ
数控机床几何误差及误差补偿主要技术分析
数控机床几何误差及误差补偿主要技术分析摘要：近年来，随着技术的进步，数控机床在机械制造行业等得到了普遍应用，实现了高精度的零件加工，促进了生产的稳步进行。
作为一种自动化程度较高的技术，对于机械制造行业的发展具有重要的意义。
数控机床发展的过程中，几何误差的存在是制约机床发展的重要因素，不利于精密生产的实现。
因此，误差补偿技术的研究具有必要性。
本文从提高数控机床精度的重要性出发，分析了几何误差存在的原因与误差补偿技术，对于生产实践有着重要的意义。
关键词：数控机床；几何误差；误差测量；误差补偿前言数控机床发展中存在着一些几何误差，严重影响了机械制造与生产的质量，因此，需要在数控机床的应用中采用相应的误差补偿技术来应对几何误差，提高数控机床应用的水平。
随着技术的发展，我国数控机床迎来了新的发展时期，各种新技术的应用，使得数控机床的自动化、现代化水平逐步提升，保证了机械制造与加工的效率，促进了机械制造与加工行业的快速发展。
未来，数控机床将迎来新的发展时期，为人们的生产生活带来极大的便利。
1提高数控机床精度的重要性与发达国家相比，我国机械制造业起步较晚，发展还不成熟，虽然经过几十年的发展，取得了一定的发展成果，但是整体发展水平较低，很多机械制造企业都为中小型企业，产能有限，生产规模较小，并且有些企业的生产技术与能力较为落后，远远不能满足行业快速发展的实际需求，这种发展不平衡使得我国机械制造业的整体发展水平较为落后。
另一方面，我国技术水平不足，数控机床技术的核心技术还依旧在很多发达国家手中，这方面的自主产权不足，对于大型机械制造企业而言，数控机床技术甚至需要从国外引进，技术的落后使得我国生产的主动权不足，严重制约了机械制造业的发展。
因此，高精尖数控机床技术的研究是未来我国发展的重点。
2数控机床几何误差概述数控机床应用中常常存在几何误差，主要包括了自身设计误差、运行误差与配合误差等，这些误差严重影响了数控机床的稳定、可靠运行，使得数控机床生产的效率与质量不足，需要在设计中不断加以改进与完善。
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。
两轴联动数控系统轮廓误差分析与补偿
两轴联动数控系统轮廓误差分析与补偿两轴联动数控系统在工业生产中得到了广泛应用，能够实现高精度、高效率的加工。
然而，由于各种因素的影响，轮廓误差是不可避免的。
因此，对于轮廓误差的分析与补偿显得非常重要。
本文将从两个方面进行阐述，分别是轮廓误差的分析和补偿方法。
一、轮廓误差的分析轮廓误差是指工件的实际加工轮廓与期望轮廓之间的差异。
其主要原因可以归结为以下几点。
1.机床误差：机床的几何误差和运动误差是导致轮廓误差的主要原因之一、几何误差包括机床结构的刚度、直线度、垂直度等方面的误差；运动误差包括机床运动系统的滑台间隙、伺服系统的迟滞等。
2.切削力误差：在切削过程中，刀具与工件之间的切削力会产生弯曲变形，从而导致轮廓误差的产生。
而切削力的大小与刀具的刃磨状况、切削参数等有关。
3.热变形误差：机床在工作过程中会产生热变形，导致加工轮廓的偏差。
尤其在高速切削加工中，机床热变形误差更加显著。
4.加工参数误差：加工参数的选择不合理也会导致轮廓误差的增加。
例如，切削速度过高、进给速度不合理、冷却液用量不足等。
针对以上因素，我们可以通过以下方法进行轮廓误差的分析。
1.实测法：通过使用测量仪器来对加工后的工件进行测量，对比实际加工轮廓与期望轮廓，得出轮廓误差的大小和分布情况。
2.数学建模法：通过建立机床系统的数学模型，考虑诸如机床刚度、系统的滞后等因素，对轮廓误差进行模拟与分析。
可以通过有限元法、正交多项式法等方法进行。
二、轮廓误差的补偿方法轮廓误差的补偿方法主要包括硬补偿和软补偿。
1.硬补偿：硬补偿是通过对机床进行结构调整、精度提升或者更换零部件等方式来消除或减小轮廓误差。
它的核心思想是通过调整机床本身的刚度和精度，来提高机床的加工精度和稳定性。
例如，优化机床的机械结构、改进导轨设计、提高伺服系统的动态性能等。
2.软补偿：软补偿是通过数控系统的参数设置和补偿算法来消除轮廓误差。
软补偿的优点是可以在不改变机床结构的情况下，改善加工精度。
探析数控加工中的误差及补偿方法
探析数控加工中的误差及补偿方法摘要：在过去的几年里，随着经济的快速发展，中国进入了信息技术时代，自动化机械设备越来越多，对工业发展和人民日常生活的影响越来越大，数字控制工具是一种机器，数字控制工具，自动化工具具有能够有效地处理和处理复杂、复杂、多样、小零件的加工，代表了现代机床控制技术的发展趋势和方向，是典型的机电一体化产品。
在实际加工过程中，数控机床受到多种因素的影响，这些因素可能导致加工错误，影响其工作质量，导致加工产品出错，影响经济效益和生产企业的未来发展。
关键词：数控加工；误差；补偿方法引言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。
1数控机床加工误差的内涵在数控机床加工过程中，生产加工误差表示在数控机床加工过程中出现的误差或尺寸误差。
具体而言，这适用于加工后产品取向或尺寸的一定程度的偏差，偏差适用于实际制造的零件和数据之间的间隙，如加工前的设计和估计尺寸。
在制造业生产过程中，数控机床造成的误差一直是各国和企业关注的焦点。
数控机床造成的误差直接影响产品质量和生产运行效率，阻碍生产企业实现先进生产的目标，也阻碍中国生产水平的进一步提高和发展。
虽然加工误差在数控机床生产过程中是不可避免的，但我们必须尽力减少数控机床的加工误差，尤其是数控机床技术，这是中国当前或未来制造业最重要的发展方向。
数控机床轮廓误差
根据自动控制理论，由直流或交流电机构成的伺服系统，在加工中必然存在跟随误差。在多轴同时运动进行轮廓加工时，各个单轴的跟随误差势必反映到加工曲线轮廓上，形成轮廓误差。为分析方便，做如下定义：
(1)轮廓误差：实际位置与指令位置在轮廓轨迹上指定点处法线方向上的偏差，用ε表示。
(2)径向轮廓误差：实际位置与指令轨迹在轨迹法线方向上的偏差，用εr表示。
(3)跟随误差：某一时刻单轴指令位置与实际位置之差。图1中，(a)为直线轮廓，(b)为曲线轮廓。设t时刻，指令指定位置为轨迹上的R点，而实际位置处于图中的P点。则t时刻各轴跟随误差为： ex(t)=xr(t)-xp(t), ey(t)=yr(t)-yp(t) [upload=png]UploadFile/2005-9/2005926113138394.png[/upload] ex(t),ey(t)即为单轴伺服系统对各种输入信号的跟随误差，在实际系统中一般由位置反馈元件的检测信号与指令位置运算得到。其它的各项误差均是由ex,ey引起，它们的相互关系为： ε(t)=ey(t)cosθ-ex(t)sinθ (1) 对于直线轮廓，θ为直线与x轴正向的夹角，且有：εr(t)=ε(t)。对于曲线轮廓，θ为当前指令位置处的切线与x轴正向的夹角。径向轮廓误差为： [upload=png]UploadFile/2005-9/2005926113239928.png[/upload] ρ(t)轨迹曲线上过P点的曲率半径，O为曲率中心。 根据以上分析，单轴跟随误差减小时，并不能保证轮廓误差的减小。两轴跟随误差的比值对εr也有一定影响。 轮廓精度在测量中一般以εr表现出来，减小εr更具实际意义，然而对于实际任意的曲线廓形，εr的计算较为复杂，先要经过繁琐的计算求出曲率中心O(x0,y0)，再利用(2)式求得。由图1可以看出并且可以证明，εr与ε具有同时增加和减小的连带关系，将轮廓误差ε作为控制的目标，具有控制εr的实际意义。
基于实时轮廓误差估算的数控系统轮廓控制
數控技术NCTechnology ___________________________________________________________________________20伯年第11期基于实时轮廓误差估算的数控系统轮廓控制**国家高技术研究发展计划(2013KJGY0687)；安徽省科技厅秋实计划项g (JZ2015QSJH0247)刘冀王玉琳蒋儒浩(合肥工业大学机械工程学院，安徽合肥230009)摘 要:为解决数控加工中轮廓误差实时计算与补偿难以实现的问题，提出了一种基于实时误差估算的数控系统轮廓误差控制方法。
该方法一方面采用样条插值法构建轮廓曲线,通过缩小指令采样点的搜索 范围来减小计算工作量;另一方面通过轮廓误差估算来提高计算效率。
依据估算的实时轮廓误差设 计轮廓控制器，根据指令采样点坐标与实际位置坐标的差值设计位置补偿器，协调轮廓控制器与位置补偿器之间的工作，以保证数控系统的轮廓控制精度。
该方法克服了传统切向轮廓控制与位置跟 踪补偿控制中计算过程复杂、计算工作量大.轮廓误差实时计算困难等缺点。
仿真实验结果表明，该 方法计算量小、实时性好,且能有效控制轮廓误差。
关键词:数控系统;轮廓误差;样条插值;误差估算中图分类号:TH161 文献标识码:ADOI ： 10.19287/j. cnki. 1005-2402.2019.11.036Contour control of CNC system based on real-time contour error estimationLIU Ji, WANG Yulin, JIANG Ruhao(School of Mechanical Engineering , Hefei University of Technology , Hefei 230009, CHN )Abstract : In order to solve the problem that the real-time calculation and compensation of the contour error are dif ficult to realize in the CNC machining process , a method of controlling the contour error of the CNC sys tem based on the real time error estimation was proposed. On the one hand, the spline interpolation meth od was used to construct the contour curve, and the calculation work could be reduced by reducing thesearch range of the instruction sampling points. On the other hand, the calculation efficiency was im proved by the estimation of the contour error. With the aid of the estimated real-time contour error, the contour controller was designed. The position compensator was designed according to the difference be tween the coordinates of the command sampling points and the actual position coordinates , and the work between the contour controller and the position compensator was coordinated to ensure the precision of the contour control of the CNC system. This method overcomes the shortcomings of traditional tangential con tour control and position tracking compensation control , such as complex calculation process , large a-mount of calculation and difficult to calculate contour error in real time. The simulation results show that the method has small computation and good real-time performance , and can effectively control the con tour error ・Keywords :CNC system ； contour error ； spline interpolation ； error estimation轮廓误差控制是双轴伺服系统运动控制中的关键 问题之一。
CNC机床减小振动的轮廓误差控制
CNC机床减少振动的轮廓误差控制摘要：本文介绍了一种避免振动和进给驱动器轮廓误差补偿算法。
残余振动通过在参考轴指令上应用输入整形滤波来避免。
输入整形误差可以避免机床结构震荡，但却增大了轮廓误差。
跟踪误差通过驱动电机的闭环反馈功能得到，并有来预测轮廓误差，并给每个轴补偿。
总的避免振动和轮廓误差补偿通过二轴机床的实验来展示其对振动的抑制和轮廓精度。
1.简介机床在加工过程中同时承受切削负载所导致的颤振和惯性力导致的暂态的振动。
这两种方式的振动都会导致加工表面质量下降和刀具以及工件的损坏。
加工过程所导致的颤振可以通过选择合适的切削深度以及NC程序中主轴的转速来避免。
惯性振动发生在使大质量不见加减速过程中。
本文提出一种新的通过耦合输入形状和轮廓误差补偿来减少惯性震荡。
在工业上，常在位置闭环上加带阻滤波器进行滤波，使震荡频率不能传递到控制器上来避免惯性震荡。
然而，这种方法减少了进给控制的带宽，因此它不是提高机床性能的理想方法。
这种震荡可以用很多位移或加速度反馈的方式来使它衰减。
但是，这些方法不仅导致需要高频率的激励信号，而且还需要增加测量振动信号的传感器，这些合并到数控系统中都是繁琐的。
Singer 和Seering 提出一种输入整形的方法来避免结构固有频率的激励触发。
Dietmair 和Verl 将命令整形的方法应用到直线驱动器上，并展示了暂态的振动在高速位置上得到有效地抑制。
尽管这种输入整形的方法在单轴位置控制上非常有效，但在多轴应用上却会导致轮廓误差的增大。
当多轴运动轨迹通过整形来减少振动时，轮廓控制的路径将会被扭曲，这将加大轮廓误差。
轮廓误差产生的原因是机床运动轴的控制器因为带宽和动力学的原因迟滞于运动指令。
轮廓误差依赖于几何路径和单个轴在轮廓加工时的运动性能。
Koren 和Lo 提出一种简单正交耦合控制器来使两个轴的轮廓误差最小。
Chen 和Chen 展示跟踪误差和轮廓误差的几何关系，并通过正交耦合指令整形控制器来提高了轮廓精度。
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２ ０ １ ７年 ７月
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滕福林 ， 刘 娣， 许 有 熊
（ 南 京工 程学 院 自动 化学 院 ， 南京 ２ １ １ １ ６ ７ ）
摘要 ： 为降低 高速 高精 度数控 机床 的加 工轮 廓误 差 ， 文章提 出一种轮 廓误 差预 测 补偿 方 法 ， 不仅 在 直 线和 曲线切割 中进 行轮 廓 半径误 差补偿 ， 还在 尖 角处进行 刀半径 补偿 和 位 置跟 踪误 差补 偿 。 以数控 割 字机 为平 台进行 补偿 方 法验证 ， 补 偿 后轮 廓 误 差 大幅 度 降低 ， 充分证 明该补 偿 方法 对提 高数控 机
床 加 工精 度 和 加 工 效 率 的 实 用价 值 、
关键 词 ： 割 字机 ； 伺服 系统 ； 轮廓误差； 补偿 中图分 类号 ： Ｔ Ｈ１ ６ ６ ： Ｔ Ｇ ６ ５ ９ 文献标 识码 ： Ａ
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ Ａｐ ｅ ｘ － ｐｏ ｉ ｎ ｔ Ｃｏ ｍｐ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ Ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ Ｃｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｐｌ ｏ ｔ ｔ ｅ ｒ
Ｊ ｕ １ ．２ ０ １ ７
文章 编 号 ： １ ０ ０ １ — ２ ２ ６ ５ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ７一 Ｏ １ ３ ０— ０ ３
１ ） Ｏ １ ： １ ０ ． １ ３ ４ ６ ２ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｍ ｍ ｔ ａ ｍ １ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ７ ． ０ ３ １
的特 殊性 ， 允分利 用伺 服 系统 中实时 位置 跟踪误 差 与 实 时 目标加 丁速度 之 间 的近似 线性 关 系， 对加 丁过 程 的轮 廓半径 误差进 行 实时 预测 补偿 ， 并对 尖角 处轮 廓
态 响应引起 的误 差 。其 中伺 服系统引起 的轮廓误 差义 包括 两个 素 ： 轮廓半径误差 和时 间延 迟角度误 差ｒ ３ ｊ ， 其 中轮廓半径误 差降低 了轮廓精度 。特 别是在 高速高 精 度加工场合 ， 伺服系统速度 越高 ， 引起 的轮廓半 径 误 差 越大 ， 这种轮 廓半 径误 差 补偿 更 得 重要 。轮廓 误 差 补偿 技 术 的 两 个 重 点 分 别 是 误 差 估 计 和 误 差 补
Ｉ ＇ ＥＮＧ Ｆ ｕ — ｌ ｉ ｎ，Ｌ Ｉ Ｕ １ ） ｉ ，ＸＵ Ｙｏ ｕ — ｘ ｉ ｏ ｎ ｇ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｔ 。 Ｆ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ ２ １ １ １ ６ ７ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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０ 引 言
数控机床轮 廓误 差 的成 因除 机 构误 差 、 加 Ｔ刀 具偏 心等机械原 因外 。 ， 主要 是进给轴伺 服系统 的动
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｏ ｄ ｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｏ ｕ ｒ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｉ ｎ ｈ ｉ ｇ ｈ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ，ａ ｎ ｏ ｖ ｅ ｌ ｆ ｏ ｒ ｅ ｃ ａ ｓ ｔ ｃ ｏｍｐ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ —