数控机床几何误差与热误差综合建模及其实时补偿_王维

精密研抛数控机床几何误差与热误差复合建模及其补偿研究∗张恩忠;李刚;林洁琼;冉同欢【期刊名称】《组合机床与自动化加工技术》【年(卷),期】2016(000)003【摘要】为了提高精密研抛数控机床的加工精度,对研抛数控机床的几何误差与热误差进行了研究与分析,发现随着机床相关部件温度的不断升高直至热稳态,机床的定位误差也不断增加到稳态值,验证了几何误差和热误差是精密及超精密加工误差的主要来源。

综合考虑了机床复合误差的不同特点并进行误差分离,提出了基于牛顿插值算法和最小二乘法的几何与热复合误差建模方法,依据复合误差模型进行补偿实验,补偿后机床冷态下定位误差值从3.5μm 降至1.2μm,误差降低了65．7%,热稳态后定位误差值从12.2μm降至1.9μm,误差降低了84.4%,实验结果证明复合误差模型计算简单、预测精度高、具有较好的鲁棒性,为提高机床的加工精度提供了理论与实践依据。

【总页数】4页(P78-81)【作者】张恩忠;李刚;林洁琼;冉同欢【作者单位】长春工业大学机电工程学院，长春130012;长春工业大学机电工程学院，长春130012;长春工业大学机电工程学院，长春130012;长春工业大学机电工程学院，长春130012【正文语种】中文【中图分类】TH166;TG659【相关文献】1.数控机床热误差建模及补偿研究 [J], 纪学军2.双转台五轴数控机床热误差建模、检测及补偿实验研究 [J], 王秀山;杨建国;余永昌;邹彩虹3.基于最小二乘支持向量机的精密数控机床热误差建模与补偿研究 [J], 张恩忠;程亚平;齐月玲;林洁琼4.数控机床的热误差建模与补偿研究 [J], 刘旦;于博;吴波;金绍江;李海波5.数控机床几何误差与热误差综合建模及其实时补偿 [J], 王维;杨建国;姚晓栋;范开国;李自汉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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。

数控机床三维空间几何误差补偿方法朱建伟;陈蔚芳;郑德星;朱赤洲【摘要】ln order to improve the machining accuracy of CNC machine tools, the CNC system interpolated data based geometric er-ror compensation method is proposed on the basis of systematic analysis of the commonly used CNC machine tool geometric error compensation method. The error compensation function is integrated into the domestic CNC system to improve its overal perform-ance. Experiments and simulation show that the CNC system interpolated data based geometric error compensation scheme can im-prove the machining precision.%为了提高数控机床的加工精度，在系统分析数控机床几何误差常用补偿方法基础上，提出了基于数控系统插补数据的几何误差补偿方法，并将误差补偿功能集成于国产数控系统中，以提高国产数控系统的综合性能。

通过实验与仿真结果表明，数控系统插补数据的几何误差补偿方案能显著提高数控机床的加工精度。

【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】4页(P27-30)【关键词】数控机床;数控系统;误差补偿;机床精度【作者】朱建伟;陈蔚芳;郑德星;朱赤洲【作者单位】南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016;南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016;南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016;南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016【正文语种】中文【中图分类】TH161+.21随着机械制造业的不断发展，精密加工已逐渐成为现代制造业的主要趋势，误差补偿技术也因此获得了迅速发展。

数控双主轴车床几何和热误差综合数学模型及实时补偿
杨建国;潘志宏;薛秉源
【期刊名称】《机械设计与研究》
【年(卷),期】1998()1
【摘要】本文以某生产厂家的一台数控双主轴车床为研究对象，根据齐次坐标变换原理，推导出了该机床的几何误差和热误差的综合数学模型。

在此数学模型中包括了该机床几何误差和热误差的２３个误差因子。

经基于此误差综合数学模型的补偿，工件之间的尺寸变化可从原来的６０μｍ以上降低到１４μｍ，工件的锥度变化可从５０μｍ／ｃｍ以上降低到１５μｍ／ｃｍ，大幅度地提高了机床的加工精度。

【总页数】3页(P44-46)
【关键词】热误差;综合数学模型;实时补偿;数控车床
【作者】杨建国;潘志宏;薛秉源
【作者单位】上海交通大学
【正文语种】中文
【中图分类】TG519.1
【相关文献】
1.数控车床几何和热误差综合实时补偿方法应用 [J], 沈金华;李永祥;鲁志政;陈志俊;杨建国
2.基于PMAC的数控车床主轴热误差补偿系统研究 [J], 潘淑微;贺永;傅建中
3.数控车床热误差实时补偿研究 [J], 丘永亮
4.数控车床几何和热误差综合实时补偿方法应用 [J], 孟阳
5.数控机床几何误差与热误差综合建模及其实时补偿 [J], 王维;杨建国;姚晓栋;范开国;李自汉
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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。

数控机床几何与热误差研究方法综述一、数控机床几何误差研究方法几何误差主要来源于数控机床的制造、装配、使用等环节。

在制造阶段，误差可能源于零件尺寸、形位公差、表面粗糙度等方面的偏差；在装配阶段，误差可能源于零部件之间的配合误差、安装误差等；在使用阶段，误差可能源于操作人员的技能水平、机床的维护保养等因素。

研究几何误差的来源对于提高数控机床加工精度具有重要意义。

为了准确地测量数控机床的几何误差，需要采用相应的误差检测方法。

常用的误差检测方法包括直接测量法、间接测量法和综合测量法。

直接测量法是指通过直接接触被测物体进行测量的方法，如卡尺、游标卡尺等；间接测量法是指通过测量与被测物体相关的其他物理量来推算几何误差的方法，如利用干涉仪、光栅尺等进行非接触式测量；综合测量法是指结合多种测量方法对几何误差进行综合分析的方法。

针对不同类型的几何误差，可以采取相应的误差控制方法来减小其对数控机床加工精度的影响。

对于轴向间隙误差，可以通过调整主轴箱体与轴承之间的间隙、更换高精度轴承等方式进行控制；对于圆度误差，可以通过改进刀具形状、提高切削参数等方式进行控制；对于平面度误差，可以通过优化加工工艺、提高工件表面质量等方式进行控制。

还可以采用补偿技术、自适应控制技术等方法对几何误差进行实时修正和调整。

数控机床几何误差的研究方法涉及多个学科领域，需要综合运用理论分析、实验研究和实际应用等多种手段。

通过对几何误差的研究和控制，可以有效提高数控机床的加工精度和稳定性，为现代制造业的发展提供有力支持。

1. 传统误差分析方法在数控机床几何与热误差研究中，传统误差分析方法主要包括有限元法、边界元法和接触单元法等。

这些方法主要通过对机床结构、刀具和工件的几何形状进行离散化处理，建立数学模型，然后通过求解线性方程组或非线性方程组来计算误差。

有限元法是一种将连续体分割为有限个单元，通过求解各单元上的微分方程组成的积分方程来描述整个系统的运动和变形过程的方法。

数控机床几何误差及误差补偿主要技术分析摘要：近年来，随着技术的进步，数控机床在机械制造行业等得到了普遍应用，实现了高精度的零件加工，促进了生产的稳步进行。

作为一种自动化程度较高的技术，对于机械制造行业的发展具有重要的意义。

数控机床发展的过程中，几何误差的存在是制约机床发展的重要因素，不利于精密生产的实现。

因此，误差补偿技术的研究具有必要性。

本文从提高数控机床精度的重要性出发，分析了几何误差存在的原因与误差补偿技术，对于生产实践有着重要的意义。

关键词：数控机床；几何误差；误差测量；误差补偿前言数控机床发展中存在着一些几何误差，严重影响了机械制造与生产的质量，因此，需要在数控机床的应用中采用相应的误差补偿技术来应对几何误差，提高数控机床应用的水平。

随着技术的发展，我国数控机床迎来了新的发展时期，各种新技术的应用，使得数控机床的自动化、现代化水平逐步提升，保证了机械制造与加工的效率，促进了机械制造与加工行业的快速发展。

未来，数控机床将迎来新的发展时期，为人们的生产生活带来极大的便利。

1提高数控机床精度的重要性与发达国家相比，我国机械制造业起步较晚，发展还不成熟，虽然经过几十年的发展，取得了一定的发展成果，但是整体发展水平较低，很多机械制造企业都为中小型企业，产能有限，生产规模较小，并且有些企业的生产技术与能力较为落后，远远不能满足行业快速发展的实际需求，这种发展不平衡使得我国机械制造业的整体发展水平较为落后。

另一方面，我国技术水平不足，数控机床技术的核心技术还依旧在很多发达国家手中，这方面的自主产权不足，对于大型机械制造企业而言，数控机床技术甚至需要从国外引进，技术的落后使得我国生产的主动权不足，严重制约了机械制造业的发展。

因此，高精尖数控机床技术的研究是未来我国发展的重点。

2数控机床几何误差概述数控机床应用中常常存在几何误差，主要包括了自身设计误差、运行误差与配合误差等，这些误差严重影响了数控机床的稳定、可靠运行，使得数控机床生产的效率与质量不足，需要在设计中不断加以改进与完善。

数控车削中心热误差的优化模型及在线补偿吴昊，张洪涛，郭迁建，王修山，杨建国，上海交通大学机械工程学院摘要热误差是影响精加工中工件误差的最大因素。

误差补偿技术可以有效的减少热误差的产生。

误差补偿的关键在于准确的误差模型。

机床的热误差可以看作是一系列热物差的叠加。

在本文中，基于热误差模型的分析选取了五个关键的温度测量点。

在这五个温度测量点基础上提出的热误差模型采用了遗传算法反向传播神经网络(GA-BPN)。

GA-BPN理论提高了预测数控车削中心加工中热变形的准确度并降低了其计算成本。

在提出了以上模型的基础之上，我们又开发了热误差在线补偿系统。

并且通过实验去验证此补偿系统的正确性。

实验的结果表明在完成误差补偿之后工件直径的物差减少了大约27-10μm。

关键词：热误差，优化模型，遗传算法，人工神经网络，NC机床工具数控车削中心热误差的优化模型及在线补偿 11 引言机床的系统误差是工件产生误差的重要原因。

热误差在众多的机床误差来源中为最突出的部分，精加工中工件误差的多达70%都是由其引起的（Weck et al., 1995）。

研究人员发现了许多的方法去减少热误差，包括：对称性的设计结构，将热源和机床主体分离，安装冷却装置等等。

然而，上面提到的方法所涉及的制造成本通常很高。

而且，在加工中存在着许多无法单纯靠设计技术便克服的物理方面上的限制。

结果便是在最近几年，误差补偿技术由于其较高的性价比，在用来提高机器精度方面受到了很高程度的重视。

误差补偿的关键在于建立一个正确的误差补偿模型。

机床的热误差源自于机床结构中不均匀的温度所引起的非线性且随时间变化的热变形。

温度的变化受到热源的位置，热源的强度和热阻力系数以及机床的系统配置影响。

因此，热误差模型通常是在下面的模型下获得的：一种与机床温度测量装置的热误差相关的非线性的经验性的模型。

在最近几年，机床的温度分布已经能通过一些经验模型成功近似的得到，这些模型包括: 多元回归分析技术(阳等侵入,人工神经网络的类型灰色系统理论,遗传算法,刚体运动学,或几个不同建模方法的联合。

机床几何误差和运动误差及其误差补偿技术贾敏忠 詹友基(福建工程学院机电及自动化工程系，福州 350014)摘 要：文中对机床的几何和运动误差状况和误差补偿技术进行了讨论。

对几何和运动误差补偿技术的研究和应用现状、关键技术、应用过程中存在的问题以及将来的发展趋势作了详细的分析和介绍。

指出采用误差补偿技术是提高机床加工精度的一个重要发展趋势。

关键词：几何误差；运动误差；误差补偿技术中图分类号：TG502.13 文献标识码：A 文章编号：1672-4801(2004)02-077-04过去，精密制造主要通过提高机床零部件的加工精度、改变系统的结构配置以减少误差源，达到提高机床加工精度的目的。

由于加工环境的非线性、时变性和复杂性，机床几何误差、机床运动误差、热变形和切削力变形这一类误差的存在，成为制约机床加工精度进一步提高的瓶颈。

随着计算机软、硬件技术的发展，误差补偿技术因其性价比高、可靠性好日益受到重视。

误差补偿技术可通过分析、检测和建模，获得机床的误差估算，然后利用不同的方法适当给予补偿，以消除或降低系统的固有误差，达到提高机床加工精度的目的。

被认为是提高产品加工精度和质量的重要途径。

1误差补偿的基本概念和方法1.1基本概念与分类机床的误差总是客观存在的，有许多不同的策略可用于消除机床的误差，总的来说，可将它们分为两类，即误差避免和误差补偿[1]。

误差避免，即生产一台精密机床的通常做法是在设计和制造阶段采取使得机床的误差得到有效控制，这种方法需要较高的投资，通常需要频繁地重复设计，制造费用将会随着机床精度等级的提高呈指数级增长。

误差补偿，即将误差测量出并利用适当的方法加以补偿，而不试图去避免误差。

其优点是利用一台低等级的机床通常可加工出高等级精度的工件，顺应了以较低的价格获取较高精度的机床的需要，这种“不用精密设备的精密加工”的思想已引起了广泛的关注[2]。

误差补偿可依据系统的可重复性进一步划分为两类：一类是预校准补偿（亦称为静态误差补偿），另一种方法称为实时误差补偿（亦称为动态误差补偿）。