数控机床几何误差及其补偿方法研究_毕业论文(编辑修改稿)

数控机床几何误差及其补偿方法研究_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

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。 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。 其它误差 如编程和操作错误带来的误差。 上面的误差可按照误差的特点和性质，归为两大类：即系统误差和随机误 南华大学成人高等学历教育毕业论文（设计） 第 3 页，共 9页 差。 数控机床的 系统误差是机床本身固有的误差，具有可重复性。 数控机床的几何误差是其主要组成部分，也具有可重复性。 利用该特性，可对其进行“离线测量”，可采用“离线检测 —— 开环补偿”的技术来加以修正和补偿，使其减小，达到机床精度强化的目的。 随机误差具有随机性，必须采用“在线检测 —— 闭环补偿”的方法来消除随机误差对机床加工精度的影响，该方法对测量仪器、测量环境要求严格，难于推广。 南华大学成人高等学历教育毕业论文（设计） 第 4 页，共 9页 二 几何误差补偿技术 针对误差的不同类型，实施误差补偿可分为两大类。 随机误差补偿要求“在线测量” ，把误差检测装置直接安装在机床上，在机床工作的同时，实时地测出相应位置的误差值，用此误差值实时的对加工指令进行修正。 随机误差补偿对机床的误差性质没有要求，能够同时对机床的随机误差和系统误差进行补偿。 但需要一整套完整的高精度测量装置和其它相关的设备，成本太高，经济效益不好。 文献 [4] 进行了温度的在线测量和补偿，未能达到实际应用。 系统误差补偿是用相应的仪器预先对机床进行检测，即通过“离线测量”得到机床工作空间指令位置的误差值，把它们作为机床坐标的函数。 机床工作时，根据加工点的坐标，调出相应的误差值以进行修正。 要求机床的稳定性要好，保证机床误差的确定性，以便于修正，经补偿后的机床精度取决于机床的重复性和环境条件变化。 数控机床在正常情况下，重复精度远高于其空间综合误差，故系统误差的补偿可有效的提高机床的精度，甚至可以提高机床的精度等级。 迄今为止，国内外对系统误差的补偿方法有很多，可分为以下几种方法： 单项误差合成补偿法 这种补偿方法是以误差合成公式为理论依据，首先通过直接测量法测得机床的各项单项原始误差值，由误差合成公式计算补偿点的误差分量，从而实现对机床的误差补偿。 对三坐标测量机进行位置误差测量的当 属 Leete, 运用三角几何关系 ,推导出了机床各坐标轴误差的表示方法 ,没有考虑转角的影响。 较早进行误差补偿的应是 Hocken 教授，针对型号 Moore 5Z(1)的三坐标测量机，在 16小时内，测量了工作空间内大量的点的误差，在此过程中考虑了温度的影响，并用最小二乘法对误差模型参数进行了辨识。 由于机床运动的位置信号直接从激光干涉仪获得，考虑了角度和直线度误差的影响，获得比较满意的结果。 1985 年G. Zhang 成功的对三坐标测量机进行了误差补偿。 测量了工作台平面度误差，除在工作台边缘数值稍大，其它不超过 1μ m，验证了刚体假设的可靠性。 使用激光干涉仪和水平仪测量得的 21 项误差，通过线性坐标变换进行误差合成，并 南华大学成人高等学历教育毕业论文（设计） 第 5 页，共 9页 实施了误差补偿。 XY 平面上测量试验表明，补偿前 ,在所有测量点中误差值大于 20μ m 的点占 20％，在补偿后，不超过 20％的点的误差大于 2μ m，证明精度提高了近 10 倍。 除了坐标测量机的误差补偿以外，数控机床误差补偿的研究也取得了一定的成果。 在 1977 年 Schultschik 教授运用矢量图的方法，分析了机床各部件误差及其对几何精度的影响，奠定了机床几何误差进一步研究的基础。 Ferreira和其合作者也对该方法进 行了研究，得出了机床几何误差的通用模型 ,对单项误差合成补偿法作出了贡献。 et al 更进一步将该方法运用于在线的误差补偿 ,获得了比较理想的结果。 Chen et al 建立了 32 项误差模型，其中多余的 11项是有关温度和机床原点误差参数，对卧式加工中心的补偿试验表明，精度提高10 倍。 EungSuk Lea et al 几乎使用了同 G. Zhang 一样的测量方法，对三坐标Bridge port 铣床 21 项误差进行了测量，运用误差合成法得出了误差模型，补偿后的结果分别用激光干涉仪和 Renishaw 的 DBB 系统进 行了检验，证明机床精度得以提升。 误差直接补偿法 这种方法要求精确地测出机床空间矢量误差，补偿精度要求越高，测量精度和测量的点数就要求越多，但要详尽地知道测量空间任意点的误差是不可能的，利用插值的方法求得补偿点的误差分量，进行误差修正，该种方法要求建立和补偿时一致的绝对测量坐标系。 1981 年 ,Dufour 和 Groppetti 在不同的载荷和温度条件下，对机床工作空间点的误差进行了测量 ,构成误差矢量矩阵 ,获得机床误差信息。 将该误差矩阵存入计算机进行误差补偿。 类似的研究主要有 et al，通过测量机床工。