数控机床误差实时补偿技术总结

数控机床实时误差补偿技术的学习总结

第1章绪论

制造业的高速发展和加工业的快速提高，对数控机床加工精度的要求日益提高。一般来说，数控机床的不精确性是由以下原因造成：

[1]机床零部件和结构的几何误差；

[2]机床热变形误差；

[3]机床几何误差；

[4]切削力（引起的）误差；

[5]刀具磨损误差；

[6]其它误差源，如机床轴系的伺服误差，数控插补算法误差。

其中热变形误差和几何误差为最主要的误差，分别占了总误差的45％、20％。提高机床加工精度有两种基本方法：误差防止法和误差补偿法（或称精度补偿法）。

误差防止法依靠提高机床设计、制造和安装精度，即通过提高机床本书的精度来满足机械加工精度的要求。由于加工精度的提高受制于机床精度，因此该方法存在很大的局限性，并且经济上的代价也很昂贵。

误差补偿法是认为地造出一种新的误差去抵消当前成为问题的原始误差，以达到减小加工误差，提高零件加工精度目的的方法。误差补偿法需要投入的费用很小，误差补偿技术是提高机床加工精度的经济和有效的手段，其工程意义非常显著。

误差补偿技术（Error Compensation Technique，简称ECT）是由于科学技术的不断发展对机械制造业提出的加工精度要求越来越高、随着精密工程发展水平的日益提高而出现并发展起来的一门新兴技术。误差补偿技术具有两个主要特性：科学性和工程性。

1．机床误差补偿技术可分为下面七个基本内容：

[1]误差及误差源分析；

[2]误差运动综合数学模型的建立；

[3]误差检测；

[4]温度测点选择和优化布置技术；

[5]误差元素建模技术；

[6]误差补偿控制系统及实施；

[7]误差补偿实施的效果检验。

2．数控机床误差补偿的步骤：

[1]误差源的分析和检测；

[2]误差综合数学模型的建立；

[3]误差元素的辨识和建模；

[4]误差补偿的执行；

[5]误差补偿效果的评价。

3．数控机床误差补偿技术研究的现状：

[1]过长的机床特性检测和辨识时间；

[2]温度测点布置位置优化；

[3]误差补偿模型的鲁棒性；

[4]误差补偿系统及实施；

[5]五轴数控机床多误差实时补偿问题。

4．数控机床误差补偿技术研究的发展趋势：

[1]多误差高效检测方法；

[2] 多误差的综合补偿； [3] 多轴误差的实时补偿；

[4] 实时补偿控制系统的网络化、群控化； [5] 补偿的智能化与开放化。

第2章 数控机床误差及其形成机理

一、误差的概念

1. 机床误差－机床工作台或刀具在运动中，理想位置和实际位置的差异（机床误差－位置误差）,或

就称机床位置误差。机床精度-机床工作台或刀具在运动中，理想位置和实际位置的相符程度。 2. 加工误差－由刀具与工件相对运动中的非期望分量引起的。

3. 运动误差--机床运动元件（如刀具与工件）之间的相对运动所造成的误差。

4. 机床几何误差--是指机床上零、部件的制造与安装过程中因几何尺寸、位置等产生的偏差，造成机

床上某些零件位置产生偏差，从而使得机床在刀具和工件相对运动中产生位置误差，最终表现在机床的加工精度上。运动误差--机床运动元件（如刀具与工件）之间的相对运动所造成的误差。 5. 热（变形）误差--机床温度变化引起变形造成的机床零件间相对位置及形状等误差。

6. 力（变形）误差--机床受力（包括切削力、工件和夹具重力、装夹力，机床部件本身重力，等等）

引起变形造成的机床零件间相对位置及形状等误差，也称刚度误差。 7. 加工误差－由刀具与工件相对运动中的非期望分量引起的。 二、误差的分类

1. 分类一：静态误差、准静态误差、动态误差、高频误差

2. 分类二：位置误差、非位置误差 三、数控机床几何误差元素

1. 移动副误差元素分析

根据一个物体在空间运动有六个自由度，故机床移动部件在导轨上移动时共有6项误差，其中包括3项移动误差和3项转动误差，同时还存在3个垂直度误差。

2. 转动副误差元素分析

转动副绕转轴转动时存在六个误差元素，包括三个移动误差和三个转角误差。

X-Z

Y-Z

Linear

Displacement δyy

Horizontal

Straightness δxy

Vertical

Straightness δzy

Roll εyy

Pitch εxy

Yaw

εzy

X

-A X I S Y -A

X I S

Z-AXIS

21 Error Components

X-Y Squareness

Sxy

3.主轴误差元素

机床主轴旋转时存在五个误差元素，包括三个移动误差和两个转角误差。

四、机床热变形机理

金属材料具有热胀冷缩的特性，当机床处于工作状态时，由于机床运动部件产生摩擦热、切削热以及外部热源等引起工艺系统变形，这种变形成为热变形。

五、机床热变形形态及对策

(一)机床热变形状况

1、普通车床的主轴箱温度高，其右边温度高于左边，主轴轴线被抬高并右高左低的倾斜；床身温度

上高下低，故弯曲而中凸。

2、升降台铣床的主轴处温高，机床中部温高，故主轴被抬高并倾斜，立柱外翻；工作台温度上高下

低，故弯曲而中凸。

3、卧式磨床主轴箱右侧处温高，故主轴向内倾斜。

4、立式磨床的立柱左侧温高，主轴被抬高并倾斜，立柱外翻。

5、龙刨或龙门铣的主轴右侧及床身上部温度高，故立柱向外倾斜，床身向上弯曲。

(二)控制机床热变形的对策

1、优化机床设计，减小热变形

2、强制冷却，控制机床温升

3、设置辅助热源

4、补偿技术

5、控制温度环境

第3章机床误差综合数学模型