数控机床热误差补偿技术的发展状况

数控机床几何误差前言提高机床精度有两种方法。

一种是通过提高零件设计、制造和装配的水平来消除可能的误差源，称为误差防止法(error prevention)。

该方法一方面主要受到加工母机精度的制约，另一方面零件质量的提高导致加工成本膨胀，致使该方法的使用受到一定限制。

另一种叫误差补偿法(error compensation)，通常通过修改机床的加工指令，对机床进行误差补偿，达到理想的运动轨迹，实现机床精度的软升级。

研究表明，几何误差和由温度引起的误差约占机床总体误差的70%，其中几何误差相对稳定，易于进行误差补偿。

对数控机床几何误差的补偿，可以提高整个机械工业的加工水平，对促进科学技术进步，提高我国国防能力，继而极大增强我国的综合国力都具有重大意义。

1几何误差产生的原因普遍认为数控机床的几何误差由以下几方面原因引起：1.1 机床的原始制造误差是指由组成机床各部件工作表面的几何形状、表面质量、相互之间的位置误差所引起的机床运动误差，是数控机床几何误差产生的主要原因。

1.2 机床的控制系统误差包括机床轴系的伺服误差（轮廓跟随误差），数控插补算法误差。

1.3 热变形误差由于机床的内部热源和环境热扰动导致机床的结构热变形而产生的误差。

1.4切削负荷造成工艺系统变形所导致的误差包括机床、刀具、工件和夹具变形所导致的误差。

这种误差又称为“让刀”，它造成加工零件的形状畸变，尤其当加工薄壁工件或使用细长刀具时，这一误差更为严重。

1.5 机床的振动误差在切削加工时，数控机床由于工艺的柔性和工序的多变，其运行状态有更大的可能性落入不稳定区域，从而激起强烈的颤振。

导致加工工件的表面质量恶化和几何形状误差。

1.6 检测系统的测试误差包括以下几个方面：（1）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。

1.7 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。

数控机床的误差分析及补偿方法数控机床的误差分析及补偿方法数控机床的精度是机床性能的一项重要指标，它是影响工件精度的重要因素。

那误差的差源有哪些呢?补偿的方法是什么?YJBYS店铺为你解答如下!数控机床的精度可分为静态精度和动态精度。

静态精度是在不切削的状态下进行检测，它包括机床的几何精度和定位精度两项内容，反映的是机床的原始精度。

而动态精度是指机床在实际切削加工条件下加工的工件所达到的精度。

机床精度的高低是以误差的大小来衡量的。

数控机床的生产者与使用者对数控机床精度要求的侧重点不同，机床生产者要保证工件的加工精度是很困难的，一般只能保证机床出厂时的原始制造精度。

而机床使用者只对数控机床的加工精度感兴趣，追求的是工件加工后的成形精度。

数控机床误差源分析根据对加工精度的影响情况，可将影响数控机床加工精度的误差源分为以下几类。

1)机床的原始制造精度产生的误差。

2)机床的控制系统性能产生的误差。

3)热变形带来的误差。

4)切削力产生的“让刀”误差。

5)机床的振动误差。

6)检测系统的测量误差。

7)外界干扰引起的随机误差。

8)其他误差。

误差补偿方法提高数控机床精度有两条途径：其一是误差预防;其二是误差补偿。

误差预防也称为精度设计，是试图通过设计和制造途径消除可能的误差源。

单纯采用误差预防的方法来提高机床的加工精度是十分困难的，而必须辅以误差补偿的策略。

误差补偿一般是采用“误差建模-检测-补偿”的方法来抵消既存的误差。

误差补偿的类型按其特征可分为实时与非实时误差补偿、硬件补偿与软件补偿和静态补偿与动态补偿。

1)实时与非实时误差补偿如数控机床的闭环位置反馈控制系统，就采用了实时误差补偿技术。

非实时误差补偿其误差的检测与补偿是分离的。

一般来说，非实时误差补偿只能补偿系统误差部分，实时误差补偿不仅补偿系统误差，而且还能补偿相当大的一部分随机误差。

静态误差都广泛采用非实时误差补偿技术，而热变形误差总是采用实时误差补偿。

数控机床的发展现状及趋势 数控机床的发展现状及趋势

摘要：本文主要介绍了数控机床在国内外的发展现状，阐明了我国与世界发达国家间的差距，并详细阐述了数控机床的发展趋势,指明了我国机床行业发展的努力方向。 关键字：数控机床;现状；趋势

一、数控机床简介 现代机械制造中,精度要求较高和表面粗糙度要求较细的零件，一般都需在机床上用切削的方法进行最终加工，机床在国民经济现代化的建设中起着重大作用. 数制机床（ Computer numerical control machine tools)是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序,并将其译码,从而驱使机床动作加工零件。与普通机床相比，数控机床加工精度高，具有稳定的加工质量；可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间;机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高，一般为普通机床的 3 ～5 倍；机床自动化程度高，可以减轻劳动强度;对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。 数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件，结构较复杂、精度要求较高的零件，需要频繁改型的零件，价格昂贵不允许报废的关键零件,要求精密复制的零件，需要缩短生产周期的急需零件以及要求100％检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。 二、数控机床的发展现状

（一)国外数控机床的发展现状 数控机床最早由美国制造出来.从1960年开始,一些工业国家，如德国、日本都陆续开发、生产及使用了数控机床.目前，欧、美、日等工业化国家已先后完成了数控机床产业化进程. 1、美国的数控机床发展 美国政府重视机床工业，美国国防部等部门因其军事方面的需求而不断提出机床的发展方向、科研任务，并且提供充足的经费,网罗世界级人才，特别讲究“效率"与“创新"，注重基础科研。因而在机床技术上不断创新，如 1952 年研制出世界第一台数控机床、1958 年创制出加工中心、70 年代初研制成 FMS、1987 年首创开放式数控系统等.由于美国首先结合汽车、轴承生产需求,充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先,因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实，且一贯重视科研和创新，故其高性能数控机床技术在世界也一直领先.其存在的教训是，偏重于基础科研，忽视应用技术，且在上世纪80 年代政府一度放松了引导，致使数控机床产量增加缓慢，于1982年被后进的日本超过，并大量进口.从90年代起，纠正过去偏向数控机床技术转向实用,产量又逐渐上升。 2、德国的数控机床发展 德国一直将机床工业放在重要的战略地位,在多方面给予大力扶植，于 1956 年研制出第一台数控机床后，德国特别注重科学试验,理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作，对数控机床的共性和特性问题进行深入的研究,在质量上精益求精。德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实,出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套件的先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列，如西门子公司的数控系统。 3、日本的数控机床发展 日本政府对机床工业之发展异常重视,通过规划、法规引导发展。在重视人才及机床元部件配套上学习德国，在质量管理及数控机床技术上学习美国，甚至青出于蓝而胜于蓝.自1958年研制出第一台数控机床后,1978年产量( 7，342 台) 超过美国（ 5，688 台) ,至今其产量、出口量一直居世界首位。战略上先仿后创，先生产量大而广的中档数控机床,大量出口，占领世界广大市场。在上世纪 80 年开始进一步加强科研，向高性能数控机床发展。 （二）我国数控机床的发展现状 我国数控机床的研究开始于20世纪50年代，直到1980年以前研究水平均较落后。起步晚、水平低，当时部分高等院校和科研单位从电子管起步研制出了实验性样机.这一阶段处于研制开发时期.1990年往后,数控机床的发展现状及趋势 随着国家经济的发展,产业结构的调整，数控机床生产企业得到转机,有了新的发展。在这20多年的时间里，从事数控机床研究的技术力量得到了加强，培养了一批数控设计、制造、使用和维护的专业人才。同时加强与国外先进生产企业的合作，吸收国外先进的技术,在一定程度上缩短了与世界先进技术的差距.此外，还大胆从国外引进先进的元部件、数控系统,用于自行设计的数控机床，提升整机技术含量. 根据中国机床工业协会所提供的数据显示,我国的数控机床行业已经建立起国家超精密机床工程技术研究中心、国家精密工具工程技术研究中心、国家高效磨削工程技术研究中心、国家数控系统工程技术研究中心和国家高档数控工程研究中心等.我国数控机床产业在经历了几十年的发展后,在很多方面都取得了令人瞩目的成就，由最初的一穷二白已经发展到在立足自主创新的同时积极消化吸收国际资源,提高国产品牌的国际竞争力。 首先,高中档数控机床的设计研发取得了较大的进展，在五轴联动、高速加工、超精加工、复合加工、数字化设计等关键技术上也取得了重大突破，形成了一批中档数控机床产业化基地。 其次，在高性能数控机床技术创新方面也取得了重大突破.如，济南二机床集团自行研制了高速五轴数控龙门铣床，沈阳机床集团开发出五轴车铣复合加工中心，北京机电研究院高技术股份有限公司成功研制出我国第一台直线电机驱动的高速加工中心，杭州机床集团自主研发了七轴五联动数控成形磨床等等。 我国数控机床产业存在的问题与不足。关键功能元部件还主要依赖进口,技术创新和成果转化与市场需求脱节，缺乏先进的管理机制，在产品的可操作性、外观、内在质量及品牌知名度等方面与发达工业国家相比仍存在很大差距。 三、数控机床的发展趋势

数控机床导轨变形误差补偿技术研究摘要：机床导轨磨损变形直接影响了它的导向精度，从而影响了加工件的尺寸、形状、相互位置等各方面的精度，工件表现的平滑度也受到影响。

机床导轨的变形影响了其他关联部件的高精度运行，综合作用下的加工件精度大打折扣。

本文对导轨变形对加工件的精度的影响进行分析，探讨导轨变形误差补偿的有效方法，以提高机床对加工零件的加工精度。

关键词：数控机床；导轨变形；误差补偿中图分类号：tg659 文献标识码：a 文章编号：1006-6675（2013）15-全球经济的飞速发展带动了加工制造业的飞跃性发展，各个领域技术的进步对机械加工件的加工质量要求也越来越严格。

数控机床是机械零部件加工的主要设备，对其加工的机械零部件的加工精度和加工质量的要求也在不断的提高。

如何保证数控机床能够高精度，高效率的持续运行是当今机械制造业普遍关注的问题。

在数控机床中，机床导轨是机床的重要组成部分，担负着承载和导向的重要作用。

机床导轨作为机床各关联部件的相对位置和运动的基本标准，其是否高精度的运行状态直接影响机床对于各种零部件的加工精度。

机床在运行过程中导轨磨损对加工精度影响最大，导轨的磨损变形带来的误差直接影响加工件的尺寸、形状、相对位置以及工件表面等各方面的精度。

机床导轨变形具有的不规则性特点，导轨误差的消除一直是加工制造业中着重研究的问题之一。

一、引起导轨导向误差的原因分析（一）导轨的磨损变形机床在运行过程中，导轨受到不规则的磨损变形导致导轨的直线度和扭曲度产生误差，直接影响了导轨的导向精度，从而影响了零部件的加工精度。

机床连续的工作，导轨受到持续的承载负荷，难以避免的引起导轨的磨损，如果是在粗加工的条件之下，导轨的磨损变形更加严重。

而且机床导轨的总长度上因为受到的磨损力不同，使用频率不同，所以在导轨总体上磨损的程度是不均匀的。

（二）导轨的热变形机床导轨在其工作的过程中因为负荷、摩擦和运动等原因引起温度的升高，从而导致机床导轨在受热的状态下发生膨胀变形。

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。

精密机床动态误差补偿技术研究随着科技的不断发展和工业的不断进步，机床设备的精度要求越来越高，对于传统的机床而言，部件加工误差、温度变化等因素都会对机床的精度造成一定的影响，而动态误差补偿技术的应用则可以有效地解决这一问题。

一、动态误差补偿技术的概念动态误差是指机床在工作过程中产生的误差，其存在与否严重影响零件的加工精度及加工效率。

误差补偿是指通过一定的技术手段对这一误差进行补偿，从而保障机床的加工精度。

动态误差补偿技术则是指利用各种传感器和监测系统实时监测机床的运动轨迹和状态，对其运动轨迹进行在线优化，从而实现对机床动态误差的补偿。

二、动态误差补偿技术的应用1.数控加工中的应用动态误差补偿技术在工业制造中得到越来越广泛的应用，特别是在数控机床加工中，它能够有效地提高机床的加工精度和工作效率。

在数控加工中，机床轴的移动轨迹是根据机床设定的指令、加工速度和输出转矩等参数自主控制，而这一过程中机床的动态误差极易产生，从而影响加工精度。

因此，在数控加工中，动态误差补偿技术应用极为重要，可以大大提高零件加工的精度和效率。

2.航空、航天等领域中的应用对于高精度的航空、航天领域，如制造飞机发动机、导弹等设备，精度要求更高。

而这些领域的生产过程复杂，需要多种形式的加工，从而对机床加工的精度和稳定性都有更高的要求。

因此，动态误差补偿技术在这些领域的应用更显得尤为重要，能够大大提高机床的加工精度，保证零件的质量和稳定性。

三、动态误差补偿技术的研究进展在过去的十年里，动态误差补偿技术已经有了很大的发展和突破。

国内外研究机构和企业在相关领域开展深入研究，提出了更加优秀和有效的动态误差补偿技术。

比如基于光纤传感器系统的动态误差监测技术、基于模型预测控制的动态误差补偿技术等等，这些技术极大地促进了动态误差补偿技术的发展和应用，不断提高机床加工的精度和效率。

总之，动态误差补偿技术是一种非常重要的技术，在机床加工精度和效率方面起到了重要的作用。