数控机床三维空间误差建模及补偿技术研究

数 控 系统 中 ， 通过 修 正数 控 系统 中的 数据 流 实现 对 机 床 的 三 维 空 间误 差 补 偿 。 实验 表 明 ， 不 影 响 在 机 床 可 靠性 的前 提 下 ， 两种补 偿 策略 均 显著 提 高 了数控 机床 的加 工精度 。
关 键 词 ： 控 机 床 ； 工 精 度 ； 体 系统 ； 差 补 偿 数 加 多 误
中 图 分 类 号 ： Ｈ１ Ｔ ６ Ｔ ６； Ｇ ５ 来自百度文库献标 识 码 ： Ａ
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第 ４期
２１ ０ ２年 ４月
组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术
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引 言
数 控 机 床是 一种 最 常 见 、 重 要 的加 工 设 备 ， 最 可
为 十分重 要 的研 究领 域 。
提高 数 控 机 床 精 度 的 实 现 方 式 有 两 种 ， 种 是 一
消 除 误 差 产 生 源 头 的 误 差 避 免 技 术 ， 一 种 是 对 加 另
用 于 各 种 复 杂 零 件 和 表 面 的加 工 ， 汽 车 、 船 、 在 轮 航 空 、 天 和 模 具 等 制 造 行 业 中 得 到 广 泛 应 用 。近 航
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图 ２ 机 床 拓 扑 结 构 图 表 １ 机床 的 低 序 体 阵 列 表
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
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些 年 来 ， 国 大 力 发 展 航 空 航 天 工 业 ， 空 航 天 产 品 我 航
工过 程 中产 生 的 综 合 误 差 进 行 补 偿 的 误 差 补 偿 技 术 。误差 避 免技 术是 通 过提 高 机 床 本 体 结 构 的精 度 从根 本上 避 免 误 差 的产 生 ， 随 着 机 床 本 体 结 构 精 但 度 的提 高 ， 制造 成 本将 大 幅度 增 长 。此 时 ， 差 补 偿 误 技术 便显 示 了其 独 特 的优 势 ， 不 需 要 改 变 数 控 机 它 床 的本体 结 构 ， 只是 通 过 分 析 综 合 误 差 产 生 的 机 理
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系 统 理 论 误 差 建 模 技 术 的 基 础 上 ， 数 控 机 床 的 三 对
维 空 间误 差进 行 建 模 和 分 析 ， 出离 线 补 偿 和 嵌 入 提 式 补偿 两 种补 偿 策 略 ， 有 效 的提 高 数 控 机 床 的加 为 工 精度 提 供 了可靠 的依 据 。
１ 机 床 空 间误 差 建 模
文 章 编 号 ：０ １—２ ６ ２ １ ０ １０ ２ ５（ ０ ２） ４—０ ６—０ ０１ ４
数 控 机 床 三 维 空 问误 差 建 模 及 补 偿 技 术 研 究
朱 赤 洲 陈蔚 芳 赵 鹏 ， 明 灯 ， 刘
，
米
（． １ 南京 航 空航 天大 学 机 电 学院 ， 京 ２ ０ １ ２ 南京 四开 电子 企 业有 限公 司 ， 南 １ ０ ６； ． 南京 ２ ０ ０ ） １０ ７
ｓ ｎａ ｉ ｔｏ 。 ｍ
２１ ０ ２年 ４月
朱 赤洲 ， ：数控机 床 三维 空 间误差 建模 及 补偿 技术 研 究 等
・ ７・ １
建 立误 差 补偿 模 型 ， 过 处 理 软 件 对 误 差 进 行 补 偿 通 和处理 ， 价格低 廉 。本 文 采 用 误 差 补偿 技 术 ， 多体 在
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摘 要 ： 了提 高数 控 机 床 的 加 工 精 度 ， 决 由 机 床 三 维 空 间误 差 引 起 的 工 件 加 工 质 量 降 低 的 问题 ， 为 解 在 研 究 多体 系 统 理 论 误 差 建 模 技 术 的 基 础 上 ， 出 离 线 补 偿 和 嵌 入 式 补 偿 两 种 补 偿 策 略 。 离线 补 偿 是 提 基 于数 控 加 工 程 序 的修 正 补 偿 ， 机 床 三 维 空 间 误 差 映 射 到 数 控 加 工 程 序 ， 过 修 改 加 工 程 序 实 现 将 通 对 机 床 的 三 维 空 间 误 差 补 偿 ； 入 式 补 偿 是 基 于 数 控 系 统 的 在 线 补 偿 ， 机 床 三 维 空 间误 差 融 合 到 嵌 将
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分 别 为 运 动 方 向上 的位 移 误差 ６（ ，、 ） Ｙ ｚ方 向 的 定 位 误 差 ６ （ 、 以 及 ３个 转 角 误 差 ｓ （ 、 ） ） ６ （ ） ） ｓ （ 和 ｓ （ 。此 外 不 同 运 动 副 之 间 还 可 能 存 在 垂 直 度 ）
Ｌ（） 。 ｎ Ｌ（） ｎ
中高精 度 零 部 件 占很 大 比率 ， 加 工 质 量 的要 求 也 对
相对 较 高 ， 因此对 高 精 密 级 的数 控 机 床需 求 量 巨 大 ，
采 用 切 实有 效 的方 法 提 高数 控 机 床 加 工精 度 已经 成
收 稿 日期 ：０ １— ８—１ ２１ ０ ２
基 金 项 目 ： 苏 省 重 大科 技 成 果 转 化 专 项 资 金 项 目（ Ａ ０ ７７ ） 江 Ｂ ２ ０ ０ １ 作 者 简 介 ： 赤 洲 （ ９６ ） 男 ， 族 ， 北 唐 山人 ， 京 航 空 航 天 大 学 硕 士 研 究 生 ， 朱 １８一 ， 满 河 南 主要 研 究 方 向 为 机 床 数 控 技 术 ， Ｅ —ｍａ ）ｈ ｃ ｉ ｏ２ ＠ （ ｉ ｚｕ ｈｚ ｕ ８ ｌ ｈ