第8章数控机床误差与补偿

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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。

解读数控机床误差补偿关键技术及具体应用

解读数控机床误差补偿关键技术及具体应用
摘要：目前被绝大部分国外产品占领我国中高端数控机床市场，其中国内产品的在高端数控机床市场领域占有率仅为4%左右。

随着对零件加工的精密度要求越来越高的现代制造业不断发展，对高精度的数控机床的需求量将会越来越大，因此对提高我国机床产品的精度意义十分重大。

误差补偿技术是一项具有显著经济价值并十分有效的提高机床精度的手段。

国外的误差补偿技术开展得比较早，取得了不少成绩，但是在国内，误差补偿技术绝大部分还主要停留在实验室范围内，在具体应用中还不普遍。

随着我国国民经济的发展，对数控机床数量和质量的要求也越来越高。

因此，对数控机床补偿技术的研究和应用会更深入和更广泛。

关键词：数控机床；误差补偿；技术应用
1数控机床导轨误差补偿技术
1.1引起导轨导向误差的原因分析
1.1.1导轨的磨损变形
机床在工作过程中，由于导轨受到不规则的磨损变形使得导轨的直线度和扭曲度产生误差，直接影响到导轨的导向精度，从而会影响到零部件的加工精度。

导轨在机床连续的运行中受到持续的承载负荷，导轨的磨损就很难避免，如果是在粗加工的条件之下，导轨的磨损变形更加严重。

而且机床导轨的总长度上因为受到的磨损力不同，使用频率不同，所以在导轨总体上磨损的程度是不均匀的。

1.1.2导轨的热变形。

数控机床误差与补偿

通过控制机床内部和外部的温度，减小温度变化对机床精度的影响。
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。

数控技术第二版课后答案完整版

数控技术第二版课后答案HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】数控技术第二版章节练习答案第一章绪论数控机床是由哪几部分组成，它的工作流程是什么？答：数控机床由输入装置、CNC装置、伺服系统和机床的机械部件构成。

数控加工程序的编制-输入-译码-刀具补偿-插补-位置控制和机床加工数控机床的组成及各部分基本功能答：组成：由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成输入输出设备：实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印数控装置：接受来自输入设备的程序和数据，并按输入信息的要求完成数值计算、逻辑判断和输入输出控制等功能。

伺服系统：接受数控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件。

测量反馈装置：检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，构成闭环控制系统。

机床本体：用于完成各种切削加工的机械部分。

．什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床？三者如何区别？答：（1）点位控制数控机床特点：只与运动速度有关，而与运动轨迹无关。

如：数控钻床、数控镗床和数控冲床等。

（2）直线控制数控机床特点：a.既要控制点与点之间的准确定位，又要控制两相关点之间的位移速度和路线。

b.通常具有刀具半径补偿和长度补偿功能，以及主轴转速控制功能。

如：简易数控车床和简易数控铣床等。

（3）连续控制数控机床（轮廓控制数控机床）：对刀具相对工件的位置，刀具的进给速度以及它的运动轨迹严加控制的系统。

具有点位控制系统的全部功能，适用于连续轮廓、曲面加工。

．数控机床有哪些特点？答：a．加工零件的适用性强，灵活性好；b．加工精度高，产品质量稳定；c．柔性好；d．自动化程度高，生产率高；e．减少工人劳动强度；f．生产管理水平提高。

适用范围：零件复杂、产品变化频繁、批量小、加工复杂等．按伺服系统的控制原理分类，分为哪几类数控机床？各有何特点？答：（1）开环控制的数控机床；其特点：a.驱动元件为步进电机；b.采用脉冲插补法：逐点比较法、数字积分法；c.通常采用降速齿轮；d. 价格低廉，精度及稳定性差。

数控技术第二版课后答案

数控技术第二版章节练习答案第一章绪论数控机床是由哪几部分组成，它的工作流程是什么答：数控机床由输入装置、CNC装置、伺服系统和机床的机械部件构成。

伺服系统：接受数控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件。

测量反馈装置：检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，构成闭环控制系统。

机床本体：用于完成各种切削加工的机械部分。

．什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床三者如何区别答：（1）点位控制数控机床特点：只与运动速度有关，而与运动轨迹无关。

如：数控钻床、数控镗床和数控冲床等。

（2）直线控制数控机床特点：a.既要控制点与点之间的准确定位，又要控制两相关点之间的位移速度和路线。

b.通常具有刀具半径补偿和长度补偿功能，以及主轴转速控制功能。

如：简易数控车床和简易数控铣床等。

（3）连续控制数控机床（轮廓控制数控机床）：对刀具相对工件的位置，刀具的进给速度以及它的运动轨迹严加控制的系统。

具有点位控制系统的全部功能，适用于连续轮廓、曲面加工。

．数控机床有哪些特点答：a．加工零件的适用性强，灵活性好；b．加工精度高，产品质量稳定；c．柔性好；d．自动化程度高，生产率高；e．减少工人劳动强度；f．生产管理水平提高。

适用范围：零件复杂、产品变化频繁、批量小、加工复杂等．按伺服系统的控制原理分类，分为哪几类数控机床各有何特点答：（1）开环控制的数控机床；其特点：a.驱动元件为步进电机；b.采用脉冲插补法：逐点比较法、数字积分法；c.通常采用降速齿轮；d. 价格低廉，精度及稳定性差。

（2）闭环控制系统；其特点：a. 反馈信号取自于机床的最终运动部件（机床工作台）；b. 主要检测机床工作台的位移量；c. 精度高，稳定性难以控制，价格高。

数控机床空间误差补偿与应用

数控机床空间误差补偿与应用摘要数控机床精度要求的不断提升，逐渐向精密加工发展，因此从对数控机床精度提升角度进行研究，分析了三轴数控机床的各个直线轴误差及三个轴线之间的空间误差关系，对几种误差补偿方法进行综合分析。

从空间误差补偿的角度研究对机床精度的提升，对空间中三个轴线之间的本身误差以及它们之间的误差进行补偿，从空间三维多角度保证机床的精度，同时也是对补偿方法的应用及验证。

关键词：误差；精度；空间误差；误差补偿引言对于数控机床这种基础制造工程技术的发展伴随而来的就是对加工精度要求逐渐由粗加工到精加工再到超精密加工的过程，在这个过程中数控机床的精度发展技术对精密以及超级精密加工尤为重要，通过减少单动环节增加联动过程的误差减小来确保精度的精密程度以及可靠运行的过程。

之所以被称为精密或者超精密加工这都跟工作母机即能达到精细精度的数控机床有着千丝万缕的关系，甚至可以说精密的数控机床决定了加工工件的精密程度等级。

在以往的精密加工过程中往往通过数控机床的装配原件的基准实现，这样的机床生产过程所需时间之长，产量低，从而影响精密技术的发展脚步。

在加工中出现的误差难以避免并消除，通过提升机床装配部件精度的方法不能一直持续进行，因为这种提升程度有限，到一定程度之后就难以进步。

自动化控制技术以及软件技术的飞跃发展，能逐步实现通过微小的进给位移消除在加工过程中产生的误差，从而实现精密加工的保证。

现代的误差补偿技术大多都是随着数控机床的控制系统而进步，不同的数控系统虽然对误差的计算方法及补偿的原理不同，但能实现的效果却是一致的，误差补偿技术的不断持续发展，从多方面补充了因机床元件到达一定程度之后对精度提升没有效果的不足。

做好误差补偿工作对机床精度提升有重要的作用，也是对提升我国工业基础的关键技术，可以减少硬件投入的资金，增强装备制造的能力的重要环节。

1 空间误差分类与定义1.1轴线误差机床X、Y、Z轴运动时，分别产生6项基本误差及三项垂直度误差。

数控机床热误差测量与补偿

入了解和分析机床热误差及其误差源，掌握热误差的的性质、产生规律和对加工精度的影响，准确地测量机床的温度和热误差是进行热误差建模和补偿的先决条件，很多研究人员已经在这个领域进行了深入广泛的研究工作，开发出很多有效的温度和热误差检测方法。温度的检测主要是通过接触式温度传感器粘贴在机床部件表面来测量机床部件温度，温度传感器主要选用热电偶、铂电阻和数字温度传感器等。热误差检测的方法主要有双圆盘法、单圆盘法、球杆法等，这些都属于机床精度的间接测量法。直接测量法是对各种零件进行加工试验，即通过测量加工零件的精度检验热误差。然而，这种情况下，很多因素都影响试验的结果，如材料属性、冷却液和刀具磨损等。
号变换为微电流信号，经信号调理、滤波处理后转换成数据采集卡所要求
的电压信号，数据采集卡通过模数转换再将电压信号转换成计算机可接受的数字量信号，通过在Labview 平台下开发的软件系统，实时显示和存储温度和热误差数据。
传感器
信号
调理
滤波处理
A / D
Buffer （FIFO）
8
PC机内存 Buffer
在误差补偿技术研究中，机床温度是缓慢变化的，热变形量是微米级，要分辨出缓慢变化温度的差异和微小的热变形，这要求检测系统具有高的分辨率和检测精度。同时，为满足实时性要求，检测系统必须具有较快的响应速度和采集速度。 2.2.3 使用方便、灵活、功能丰富
由于检测系统的通道数较多，在实际检测时，要求能任意设定所要通道并能随意设定采样频率和保存间隔时间。对所采集的数据，能够以 excel格式存储以便进行数据处理。还要求检测系统软件具有良好的界面，使用方便。
10
电涡流传感器的工作过程是：当被测物体与探头之间的距离发生变

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。

《数控机床与编程技术》电子教案

《数控机床与编程技术》电子教案第一章：数控机床概述1.1 数控机床的定义与发展1.2 数控机床的组成及工作原理1.3 数控机床的分类及特点1.4 数控机床的应用领域第二章：数控编程基础2.1 数控编程的基本概念2.2 数控编程的步骤与方法2.3 数控编程的常用指令2.4 数控编程的坐标系与坐标变换第三章：数控机床的加工工艺3.1 数控加工的基本原理3.2 数控加工工艺参数的选择3.3 数控加工路径的规划与优化3.4 数控加工中的刀具补偿与切削参数调整第四章：数控编程实例解析4.1 二维轮廓加工编程实例4.2 三维曲面加工编程实例4.3 复杂零件加工编程实例4.4 自动化生产线编程实例第五章：数控机床的维护与故障诊断5.1 数控机床的日常维护与保养5.2 数控机床常见故障及诊断方法5.3 数控机床故障排除与维修实例5.4 数控机床的安全操作与事故预防第六章：数控机床的操作与调试6.1 数控机床的操作界面及功能6.2 数控机床的操作步骤与技巧6.3 数控机床的调试与参数设置6.4 数控机床操作中的安全注意事项第七章：数控系统的参数设置与优化7.1 数控系统的主要功能与结构7.2 数控系统的参数设置方法7.3 数控系统的优化与调试7.4 数控系统常见故障分析与解决方法第八章：数控机床的精度检测与补偿8.1 数控机床精度检测的基本原理8.2 数控机床精度检测的方法与设备8.3 数控机床误差的分析与补偿8.4 提高数控机床加工精度的措施第九章：数控机床的自动化与智能化9.1 数控机床自动化的基本概念9.2 数控机床自动化系统的组成与功能9.3 数控机床智能化的技术途径与实现9.4 数控机床自动化与智能化的发展趋势第十章：数控机床的应用与发展10.1 数控机床在制造业中的应用案例10.2 数控机床技术的创新与发展10.3 数控机床行业的发展现状与趋势10.4 数控机床技术在未来的挑战与机遇重点和难点解析重点环节1：数控机床的定义与发展解析：了解数控机床的基本概念、发展历程和现状对于理解后续章节至关重要。

数控机床几何误差

数控机床几何误差前言提高机床精度有两种方法。

一种是通过提高零件设计、制造和装配的水平来消除可能的误差源，称为误差防止法(error prevention)。

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(error compensation)，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，实现机床精度的软升级。

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。

1几何误差产生的原因普遍认为数控机床的几何误差由以下几方面原因引起：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。

导致加工工件的表面质量恶化和几何形状误差。

1.6 检测系统的测试误差包括以下几个方面：（1）由于测量传感器的制造误差及其在机床上的安装误差引起的测量传感器反馈系统本身的误差；（2）由于机床零件和机构误差以及在使用中的变形导致测量传感器出现的误差。

1.7 外界干扰误差由于环境和运行工况的变化所引起的随机误差。

数控机床补偿功能

三、铣刀刀具半径补偿

数控铣床在切削中,由于刀具总有一定的半径，刀具中心的运动轨迹与加工零件的实际轮廓并不重合。如图所示，在加工内轮廓时，刀具中心偏离零件内轮廓表面一个刀具半径值。在加工外轮廓时，刀具中心又偏离零件外轮廓表面一个刀具半径值。此现象习惯上称为刀具半径补偿。根据ISO 标准，当刀具中心轨迹在编程轨迹前进方向的右侧时，称为右刀补，用G42表示。反之，称为左刀补，用G41表示。取消刀尖半径补偿使用G40指令。使用时，编程人员只是在零件程序中指明补偿要求即可。铣刀刀具半径补偿执行过程分为刀补建立、刀补进行和刀补撤消三步，刀补仅在指定的两维坐标平面进行。铣刀半径补偿应注意事项同车刀刀具补偿要求。
五、数控误差补偿

数控机床在加工时，指令的输入、译码、计算以及控制电机的运动都是由数控系统统一控制完成的，从而避免了人为误差。但是，由于整个加工过程都是自动进行的，人工几乎不能干预，操作者无法对误差加以补偿，这就需要数控系统提供各种补偿功能，以便在加工过程中自动地补偿一些有规律的误差，提高零件的精度。根据数控机床上加工误差的主要来源其主要的解决方法如下。
刀具刀尖半径补偿的过程分为三步：刀补的建立，刀具中心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个偏置量的过程；刀补进行，执行有G41、G42指令的程序段后，刀具中心始终与编程轨迹相距一个偏置量；刀补的取消，刀具离开工件，刀具中心轨迹要过渡到与编程重合的过程。如图为刀补的建立与取消过程。
8．刀尖圆弧半径补偿还与车刀形状、刀尖位置有关。车刀形状、刀尖位置各种各样，他们决定加工时刀尖圆弧在工件的什么位置，所以刀尖圆弧半径包括刀尖圆弧半径、车刀形状和刀尖位置。车刀形状和刀尖位置共有9 种，如图所示。车刀形状和刀尖位置分别用参数L1~L9表示，并通过手工操作在参数设置方式下输入到系统中。

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. 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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。

8 机床数控技术-第8章数控机床的刀具与工作交换装置-jin-18

8.1 数控机床的自动换刀装置
8.1.1
自动回转刀架
优点：结构简单紧凑换刀时间短缺点：容纳刀具较少。适用于各种数控车床，车削中心。
8.1 数控机床的自动换刀装置
8.1.2
转塔头式换刀装置
转塔头式换刀装置：转塔头上装有几个主轴，每个主轴上均装一把刀具，加工过程中转塔头可自动转位实现自动换刀。
绪论
计算机数字控制系统数控机床的主运动部件进给伺服系统数控机床的位置检测装置
第3章数控机床结构设计与总体布局
第 7章
进给系统的机械传动结构
第8章数控机床的刀具与工作交换装置
第 9章
数控加工编程
本章知识要点
（1）数控机床的自动换刀装置；（2）数控机床的工作交换装置；（3）数控机床的回转工作台。
机床数控技术
5-6 步进电动机转子有80个齿，采用三相六拍驱动方式，经丝杠螺母传动副驱动工作做直线运动，丝杠的导程为5mm，工作台移动最大速度为6mm/s。求（1）步进电动机的步距角（2）工作点的脉冲当量（3）步进电动机的最高工作频率
目
第 1章
第 2章第 4章第 5章第 6章
录
8.1 数控机床的自动换刀装置
8.1.1
自动回转刀架
换刀过程：刀架松开、抬起-->转位-->落下、压紧
1,17-轴；2-蜗轮；3-刀架;4-密封圈；5,6-齿盘；7-压盖；8-刀架；9，20-套筒； 10-轴套；11-垫圈；12-螺母；13-销；14-底盘；15-轴承；16-联轴套；18-蜗杆；19-微动开关；21-压缩弹簧；22-电动机
可分为编码钥匙、编码卡片、编码杆和编码盘等，用的最多的编码钥匙。