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数控机床体积误差测量、建模及补偿技术研究作者：孙桂香郭前建来源：《职业·中旬》2012年第07期摘要：随着对机床加工精度的要求日益提高，机床热变形对加工精度的影响越来越大。
热误差补偿技术能够实时预测并补偿机床在某一坐标轴方向的热变形，提高机床加工精度。
本研究将热误差补偿技术的研究对象拓展到更为复杂的机床体积误差，进行三轴机床空间误差建模研究，并开发误差补偿器，进行误差补偿实验研究，为机床加工精度的提高提供科学依据。
关键词：误差测量误差建模实验研究从20世纪90年代后期，热误差建模及补偿技术就已成为国内外的研究热点。
进入21世纪，各国对精密加工技术的需求逐渐提高，热误差补偿技术取得了更大发展。
其中比较有影响力研究团队有美国密西根大学吴贤明制造研究中心的J.Ni团队、韩国庆北大学的Seung-Han Yang团队、新加坡国立大学的R.Ramesh团队、上海交通大学的杨建国团队、重庆大学的张根保团队。
总结他们的研究成果，可以得到如下结论：第一，主要对型号不同的数控车床、数控铣床、加工中心进行热误差建模研究，而运动比较复杂的多轴机床、滚齿机床则很少涉及；第二，所建模型主要对机床主轴在轴向的热变形、机床主轴在径向的热变形、机床主轴在径向与轴向的热变形、刀具相对工件在不同坐标轴方向的位移误差、机床在各坐标轴方向的定位误差等进行预测，并且都取得了较好的预测精度，但模型一般只能用于某一特定机床，鲁棒（坚稳）性较差；第三，建模时温度变量的选择主要还是依靠经验确定，缺乏科学依据；第四，由于数控系统的封闭性，尽管只有少数人设计了误差补偿器，用于热误差补偿实验，但都取得了较好的补偿效果，机床精度得到显著提高。
根据上述结论，这些研究建立的热误差模型主要是针对机床的某一坐标轴方向，或某一误差元素的。
他们有的对机床主轴在轴向或径向的热误差进行了准确预测，有的对刀具相对工件在某一坐标轴方向的位移误差进行了准确预测，进而实施热误差补偿，提高了机床的加工精度。
机床进给系统的多源误差模型分析与研究摘要：制造业是为国民经济各部门和国防建设提供技术装备的重要基础产业。
精度作为衡量数控机床性能的重要指标，长久以来都是机床研究领域的重中之重。
关键词：进给系统，误差建模，误差辨识，接触刚度，非刚性误差引言：目前，我国机床整机厂及功能部件厂在进给系统精度设计过程中多依赖于经验，缺乏有效的理论指导。
对于机床整体设计能力的提升，对我国机床行业的发展具有重要的现实意义。
1.1 国内外研究现状使用机床加工的零件都会存在加工误差。
各项误差源对加工误差贡献比重如表1.1所示3］，其中随着机床精度的提高，几何误差和热误差所占比重较表中比重还要高。
从误差的层次上来对加工误差溯源，可分为机床层误差、系统层误差与部件层误差，如图1.1所示。
1.2.1 单元误差测量进给系统层作为误差传递的中间环节，单元误差的获取是研究误差模型的基础；进给系统单元误差也是误差补偿中的最小单位。
2 数控机床进给系统单元误差检测与辨识技术在笛卡尔坐标系描述的空间中，数控机床的运动可在由6个自由度方向产生的6项几何误差来衡量，其中3个平动自由度和3个转动自由度。
机床进给系统平动轴运动示意可由图2.1所示，机床在沿X坐标轴方向运动时，存在3个线位移误差，即在名义运动方向的直线定位误差6.（x），和垂直于名义运动方向的水平方向直线度误差8，（x）、垂直方向直线度误差8.（x）；以及3项绕x、Y、Z轴的转角误差，即滚转误差6（x）、俯仰误差6，（x）、偏摆误差6.（x）。
对于典型的三轴机床来说，共有18项运动几何误差，加上固定几何误差，共21项几何误差。
如表2.1所示，三坐标间存在3项垂直度误差Sxy、Srz、Sxz，它们不随部件的运动而改变。
［］2.1 激光干涉仪测量原理激光干涉仪是利用激光作为长度基准，对数控设备的位置精度、几何精度。
激光发生器是一种特殊的氦氖激光管，产生的激光可被视为正弦波。
测量系统如图2.2所示。
FANUC数控系统螺距误差补偿功能数控机床的直线轴精度表现在轴进给上主要由三项精度:反向间隙、定位精度和重复定位精度,其中反向间隙、重复定位精度可以通过机械装置的调整来实现,而定位精度在很大程度上取决于直线轴传动链中滚珠丝杠的螺距制造精度。
在数控机床生产制造及加工应用中,在调整好机床反向间隙、重复定位精度后,要减小定位误差,用数控系统的螺距误差螺距补偿功能是最节约成本且直接有效的方法。
FANUC数控系统已广泛应用在数控机床上,其螺距误差补偿功能有一定的典型性。
螺距补偿原理是将机械参考点返回后的位置作为螺距补偿原点,CNC系统以设定在螺距误差补偿参数中的螺距补偿量和CNC移动指令,综合控制伺服轴的移动量,补偿丝杠的螺距误差。
1 螺距误差补偿前的准备工作回参考点后,编程控制需要螺距误差补偿的轴,从参考点或机床机械位置某一点间歇移动若干个等距检测点,用激光干涉仪等检测计量仪器检测出各点的定位误差。
检测点数量可根据机床的工作长度自设。
2 设定螺距误差补偿参数打开参数开关在MDI方式下设置参数PWE=1,系统出现1000报警,同时按CAN和RESET键清除报警。
⑴参考点的螺距误差补偿点号码参数X轴参数No.1000Z轴参数No.2000⑵螺距误差补偿倍率参数参数No.0011的PML1,PML2。
.PML2 PML1 倍率（ 0 0 31，0 1 32，1 0 34，1 1 38）设定的螺距补偿值,乘上该倍率,即为输出值.⑶螺距误差补偿点间隔X轴参数No.756Z轴参数No.757螺距误差补偿点为等间隔,设定范围从0到999999999。
一般设定单位是0.001毫米。
⑷螺距补偿点数目各轴从0到127共128个螺距补偿点⑸螺距补偿量及螺距补偿点的号X轴参数No.(1001+螺距补偿点号)Z轴参数No.(2001+螺距补偿点号)每个螺距补偿点螺距补偿量的范围为(-7)～(+7)乘以螺距补偿倍率。
负侧最远补偿点的号=原点补偿点-(负侧的机床长/补偿点间隔)+1正侧最远补偿点的号=原点补偿点+(正侧的机床长/补偿点间隔)3设定好螺距补偿参数后,在MDI方式下,设置参数PWE=0,关闭参数写状态。
数控加工中的误差及补偿方法分析摘要：数控机床现在应用十分普遍，相比普通机床，无论是生产效率还是加工精度均有了明显提升，可保证产品质量满足市场要求。
以提高数控加工精度为目的，分析各种误差产生的原因，以及寻求高精度误差补偿方法，保障数控机床可以稳定运行，维持高精度加工状态。
文章就数控加工误差类型以及补偿方法进行了简单的分析。
关键词：数控加工；高精度；误差补偿数控加工存在着精度高且柔性自动化等特点，对于复杂零件的加工优势突出，被越发广泛的应用于制造业，且取得了显著成果。
为了进一步做到高精度加工，不断减小误差，就需要在生产加工中总结各类误差的表现形式，并分析其产生的原因，寻求更有效的误差补偿方法，例如通过控制温度与振动从根源上来减少甚至消除误差，或者是应用软件工程来进行纠错等，更大程度上实现高精度数控加工。
一、数控加工误差分析1.加工误差分类数据加工生产过程中受多种因素影响而产生加工误差，一类是根据误差条件可分为静态误差、准静态误差和动态误差。
其中，静态误差即数控加工过程中准确度和误差不会因为时间影响而发生变化。
准静态误差是在给定工作环境中会缓慢的发生变化，但是该条件下会始终保持不变，例如特定工作条件下产生的准静态误差本质并不会发生变化或者是变化速度非常缓慢[1]。
另一类则是根据误差来源可分为位置误差与非位置误差。
位置误差即数控加工生产过程中，随着零部件的运动，产生的运动轨迹以及位置与理想条件有着一定偏差，同时期望运动轨迹以及位置与指令相差较大，如几何误差。
数控机床不同零件与零件在生产运动过程中因外界条件的干扰，零部件的实际运行轨迹以及位置与理想条件偏差较大，包括力误差、热误差以及刀具磨损误差等。
2.误差产生原因数控加工生产中因各因素的影响不可避免的会有误差形成，促使切削工艺中工件与刀具的位置发生变化，影响零部件加工精度。
一般数控加工误差产生原因可从加工方法误差与调安误差两个方面分析，只有当误差总和低于允许差值时，才能够做到高精度数控加工。
两轴联动数控系统轮廓误差分析与补偿两轴联动数控系统在工业生产中得到了广泛应用，能够实现高精度、高效率的加工。
然而，由于各种因素的影响，轮廓误差是不可避免的。
因此，对于轮廓误差的分析与补偿显得非常重要。
本文将从两个方面进行阐述，分别是轮廓误差的分析和补偿方法。
一、轮廓误差的分析轮廓误差是指工件的实际加工轮廓与期望轮廓之间的差异。
其主要原因可以归结为以下几点。
1.机床误差：机床的几何误差和运动误差是导致轮廓误差的主要原因之一、几何误差包括机床结构的刚度、直线度、垂直度等方面的误差；运动误差包括机床运动系统的滑台间隙、伺服系统的迟滞等。
2.切削力误差：在切削过程中，刀具与工件之间的切削力会产生弯曲变形，从而导致轮廓误差的产生。
而切削力的大小与刀具的刃磨状况、切削参数等有关。
3.热变形误差：机床在工作过程中会产生热变形，导致加工轮廓的偏差。
尤其在高速切削加工中，机床热变形误差更加显著。
4.加工参数误差：加工参数的选择不合理也会导致轮廓误差的增加。
例如，切削速度过高、进给速度不合理、冷却液用量不足等。
针对以上因素，我们可以通过以下方法进行轮廓误差的分析。
1.实测法：通过使用测量仪器来对加工后的工件进行测量，对比实际加工轮廓与期望轮廓，得出轮廓误差的大小和分布情况。
2.数学建模法：通过建立机床系统的数学模型，考虑诸如机床刚度、系统的滞后等因素，对轮廓误差进行模拟与分析。
可以通过有限元法、正交多项式法等方法进行。
二、轮廓误差的补偿方法轮廓误差的补偿方法主要包括硬补偿和软补偿。
1.硬补偿：硬补偿是通过对机床进行结构调整、精度提升或者更换零部件等方式来消除或减小轮廓误差。
它的核心思想是通过调整机床本身的刚度和精度，来提高机床的加工精度和稳定性。
例如，优化机床的机械结构、改进导轨设计、提高伺服系统的动态性能等。
2.软补偿：软补偿是通过数控系统的参数设置和补偿算法来消除轮廓误差。
软补偿的优点是可以在不改变机床结构的情况下，改善加工精度。
西门子840D数控系统螺距补偿的探索与实践摘要：由于机械电子技术的飞速发展，数控机床做为一种高精度、高效率、稳定性强的自动化加工装备，已经成为机械行业必不可少的现代化技术装置。
利用数控系统的螺距误差补偿功能进行调整，可以大大提高数控机床的定位精度。
西门子SINUMERIK 840D数控系统是西门子公司最新推出的全闭环数控系统,已经在机械加工行业已经获得了最为广泛的应用。
关键词：数控；加工；高精度；补偿一、背景介绍我公司目前拥有多西门子SINUMERIK 840D系统的数控机床。
日常加工以大型铸钢件为主，工件硬度高，机床消耗和磨损较大，机床精度每过一段时间就会出现偏差。
因此，我们需要定期通过对数控系统进行精度调整，从而保证其有效加工精度。
下面我们以精工工厂GIMAX 180落地镗铣加工中心X轴为例，对螺距误差补偿进行研究与探索。
二、实施过程（一）螺距误差补偿的原理由于机床丝杠在制造、安装和调整等方面的误差，以及磨损等原因，造成机械实际进给值与给定信号值的不一致，导致零件加工精度不稳定。
因此必须定期对机床坐标精度进行补偿。
在补偿的时候，在机床的运行轨道上取若干点，（一般取30个点，取的点越多，补偿精度越高）通过激光干涉仪测得机床的实际定位位置，与设定定位位置进行比较，得出便宜距离，并将其写入补偿文件中。
机床在下次运行时，降会把补偿文件的数据也计算在内。
从而达到精度要求。
（二） 840D补偿功能几个关键机床数据的说明机床在出厂前，需进行螺距误差补偿（LEC）。
螺距误差补偿是按轴进行的，与其有关的轴参数只有两个：(1) MD38000 最大补偿点数。
(2) MD32700 螺距误差使能：0 禁止，可以写补偿值；1 使能，补偿文件写保护并且螺距误差补偿是在该轴返回参考点后才生效的。
（三）补偿的方法(1) 修改MD38000：由于该参数系统初始值为0，故而应根据需要先设此参数。
修改此参数，会引起NCK 内存重新分配，会丢失数据。
