数控机床精度控制与误差补偿 吴佳佳目录第一章 绪论-1第二章 数控机床-22.1 数控机床概述-22.1.1 数控机床的工作原理-22.1.2 数控机床的硬件构成-22.1.3 数控机床的特点-22.1.4 数控机床的分类-22.2 多轴数控机床-3第三章 误差分析-53.1 误差源-53.2 误差源分类-53.2.1 测量系统的误差-53.2.2 控制系统误差-53.2.3 刀具系统误差-63.2.4 机床结构系统误差-6第四章 精度控制-84.1 误差建模-84.2 误差检定-94.2.1 误差检测-94.2.2 误差辨识-9第五章 误差防止-115.1 几何误差防止-115.2 热变形误差防止-115.3 伺服误差防止-125.4 振动与环境误差防止-135.5 检侧误差防止-14第六章 误差补偿-15第七章 总结-18参考文献-19数控机床精度控制与误差补偿分析第一章 绪论数控技术和数控机床的诞生开创了控制和生产领域的新时代，给机械制造业带来了一次新的技术革命。数控机床以自动化程度高、柔性好、加工精度高等优点在现代制造业特别是复杂零件加工中己得到广泛应用，并在迅速发展和普及。随着经济全球化，国内外市场竞争日趋激烈，用户对产品提出了优质、可靠、安全、功能多样化、结构精细化的要求越来越严格，消费者需求的个性化越来越迫切，迫使制造业能够进行多品种、小批量的柔性生产，制造业向精度更高、品种更多、批量更小、成本更低以及周期更短的生产方向发展成为一种必然选择，采用数控机床是制造业适应这种发展趋势的重要途径。同时，随着现代科学技术的迅速发展，现代科学技术与机械制造科学技术的结合，为机械制造业适应这种发展趋势提供了重要的理论和实现的技术基础，为了满足各种加工生产需要，人们把电子技术、计算机技术应用到机械加工行业，设计了各种数控机床，使数控机床得到了空前快速的发展，数控机床己成为现代制造技术的基础和核心，也是柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)、智能化制造系统(IMS)及工厂自动化(FA)的基本组成单元。数控机床的合理设计与使用直接维系着产品质量的高低，而衡量数控机床设计与使用过程中性能优劣的重要指标是数控机床的精度。数控机床精度通常指机床定位至程序目标点的精确程度，通常是机床空载情况下在数控轴上对多目标点进行多回合测量后通过数学统计计算出来的。数控机床的精度指标主要包括加工精度、定位精度、重复定位精度和回转轴精度等，其中加工精度是衡量数控机床工作性能的非常重要的精度指标，而数控机床的加工精度受到机床结构、装配精度、伺服系统性能、工艺参数以及外界环境等因素的影响，随着对数控机床加工精度要求不断提高，如何使数控机床加工精度控制在所追求的目标范围内，则是一个需要不断研究的重要课题。数控机床的误差是指机床按某种操作规程指令所产生的实际响应与该操作规程所预期产生的响应之间的差异。误差产生的原因主要是机床的几何误差、运动误差、温度误差和力学误差,而其中占主导地位的是几何误差中具有重复性的部分。所以，对这类几何误差的测量、分析和补偿就成为了研究机床误差的工作重点。机床空间误差补偿的一个重要内容是怎样先将误差分解到各个运动轴上，然后对机床运动的指令位置进行修正,且不影响数控软件中位置环的控制周期。这就要求补偿软件的处理速度不能太慢,特别是对于高精高速的数控机床，补偿处理的速度要求更高。因此，研究一种快速有效的空间误差测量和补偿方法，其意义十分重大。第二章 数控机床2.1 数控机床概述2.1.1 数控机床的工作原理：数控机床是采用了数控技术的机床,它是用数字信号控制机床运动及其加工过程。具体地说,数控机床加工零件时,首先根据所需要加工的零件的形状特征和所要求的尺寸来编制零件的数控程序,这是数控机床的工作指令。通过使用MDI键盘、个人计算机、PC卡和手持文件盒等外部I/O设备,将数控程序输入到数控装置,经过进行相应的译码、运算和逻辑信号处理后,发出指令,自动控制机床主运动的变速、起停、进给运动的方向、速度和位移大小,以及其他诸如刀具选择交换、工件加紧松开和冷却润滑的启、停等辅助动作,使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照数控程序规定的顺序路程和参数进行精确的动作,从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。2.1.2 数控机床的硬件构成：数控机床一般由输入/输出设备、数控装置(CNC) 、伺服单元、驱动装置(或称执行机构) 、可编程控制器( PLC)及电气控制装置、辅助装置、机床本体及测量装置组成。图1为数控机床的硬件构成。图1 数控机床的硬件构成2.1.3 数控机床的特点： 数控机床对零件的加工过程，是严格按照加工程序所规定的参数及动作执行的，它是一种高效能自动或半自动机床，与普通机床相比具有以下明显特点：适合于复杂异形零件的加工，加工精度高，质量稳定可靠，柔性好，生产效率高，劳动条件好，有利于现代化管理，投资大使用费用高，生产准备工作复杂，维修困难。2.1.4 数控机床的分类：数控机床的品种很多，根据其加工、控制原理、功能和组成，可以从以下几个不同的角度进行分类。按加工工艺可分为普通数控机床和加工中心，按运动方式可分为点位控制数控机床、直线控制数控机床和轮廓控制数控机车，按控制方式可分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统，按联动轴数可分为两轴联动、三轴联动和多轴联动。2.2 多轴数控机床 数控机床发展到今天，己经形成了一个种类繁多的庞大体系，就是否拥有闭环约束而言，可以区分为带闭环约束的并联机床和无闭环约束的串联机床，串联机床因其控制简单、结构清晰、应用范围广，