数控机床误差补偿技术的研究
数控机床误差补偿技术的研究
目录
摘要 (iv)
Abstract (v)
第一章概述........................................................... - 1 - 1.1数控技术的基本概念 (1)
1.1.1 数控技术和数控机床 .......................................... - 1 -
1.1.2数控机床的特点............................................... - 1 -
1.1.3 数控机床的分类 .............................................. - 1 - 1.2误差补偿技术的研究 (1)
1.2.1误差补偿现状................................................. - 2 - 1.3本论文的研究目的意义和研究内容 (3)
1.3.1研究的目的和意义............................................. - 3 -
1.3.2研究的主要内容............................................... - 3 -
1.3.3研究的基本思路和基本方法..................................... - 3 - 第二章数控机床的进给传动系统 ......................................... - 4 - 2.1数控机床对进给传动系统的要求.. (4)
2.2数控机床进给传动装置的结构 (4)
2.2.1滚珠丝杠螺母机构的结构....................................... - 4 -
2.2.2 进给传动误差................................................ - 5 -
2.2.3 电机与丝杠的联接、传动方式 .................................. - 6 - 2.3数控系统的三种控制方式.. (6)
第三章数控机床的精度及可靠性分析 ..................................... - 8 - 3.1数控机床误差的分类 (8)
3.2误差模型简介 (8)
3.2.1 几何误差.................................................... - 8 -
3.2.2 热误差...................................................... - 9 -
3.2.3 运动控制误差................................................- 10 -
3.2.4 其它误差....................................................- 10 - 3.3数控机床的精度 .. (10)
3.4数控机床的精度检查 (11)
3.4.1 机床几何精度的检查 ..........................................- 11 -
3.4.2 机床定位精度的检查 ..........................................- 11 - 3.5数控机床的可靠性 (12)
3.5.1 我国数控机床的可靠性 ........................................- 12 -
3.5.2 影响数控机床可靠性的因素 ....................................- 13 - 第四章数控机床位置精度的测试与误差补偿................................- 14 - 4.1数控机床位置精度常用的测量方法及评定标准. (14)
4.1.1 定位精度和重复定位精度的确定—国家标准GB/T17421.2－99评定方法- 14 - 4.2定位精度测量工具和方法 (16)
4.3数控机床软件补偿原理 (17)
4.3.1 螺距补偿原理................................................- 17 -
4.3.2 反向间隙补偿................................................- 18 - 4.4实验验证 .. (18)
4.4.1 数控车床X轴精度补偿步骤及注意事项。.........................- 18 -
4.4.2 编写数控车床X轴精度补偿程序.................................- 20 -
4.4.3 数据处理....................................................- 23 -
4.4.4 结果分析....................................................- 28 - 总结................................................................- 30 - 致谢................................................................- 31 - 参考文献..............................................................- 32 -
图、表清单
插图清单
图2-1 滚珠丝杠螺母 (5)
图2-2 开环系统控制原理 (6)
图2-3 半闭环控制系统原理图 (7)
图2-4 全闭环控制系统原理图 (7)
图4-1 步距规测量示意图 (16)
图4-2 测量补偿过程 (17)
图4-3 标准检验循环图 (17)
图4-4 螺距补偿原理 (18)
图4-5 补偿前机床精度评价结果 (29)
图4-6 补偿后机床精度评价结果 (29)
表格清单
表4-1 X轴补偿前精度检测数据 (23)
表4-2 机床补偿前位置精度测试记录表 (23)
表4-3 X轴补偿后精度检测数据 (26)
表4-4 机床补偿后位置精度测试记录表 (27)
数控机床误差补偿技术的研究
摘要
机械制造业发展的一个明显动向是：越来越广泛地应用数控技术，普通机械逐渐被高效率、高精度的数控机械所代替。数控机床是一种装有计算机数字控制系统的机床，与普通机床相比，加工精度和生产效率都比较高等优点。本课题针对机械加工中不可避免的误差问题，研究数控机床误差的控制方法，对提高产品质量具有重要意义。
提高机床精度有两种方法：一种为误差防止法，另一种叫误差补偿法。
本论文主要对数控机床的几何精度问题进行了全面的分析,并在机床误差建模、加工精度以及软件误差补偿等作了研究。特别是对进给传动系统作了研究，对进给系统中存在的螺距误差和反向间隙误差，用步距规测量的方法进行了软件误差补偿。
关键词：数控机床；误差模型；误差补偿；螺距误差；反向间隙误差；步距规
CNC Machine Tool Error Compensation Technology
Abstract
Machinery manufacturing industry is a clear trend: more and more widespread application of CNC technology, general machinery gradually by high efficiency and high precision CNC machines replaced. Computer numerical control machine tool is a digital control system with machine tools, machine tools, compared with the normal processing accuracy and higher productivity are more advantages. The topic for the machining error is inevitable problems of error of CNC machine tool control method to improve the product quality is important.
There are two ways to improve machine tool accuracy. Way for the error prevention method. Another method called error compensation.
This thesis focuses on the geometric accuracy of CNC machine tools to conduct a comprehensive analysis of the issue, and machine tool error modeling and software error compensation of precision machining, etc. are studied. Especially for feed drive system is studied, the existence of the feed system in the pitch error and backlash errors, with the step gauge measurement software error compensation method.
Key Words: CNC machine tools; Error model; Error compensation; Pitch error; Backlash error; Step gauge
第一章概述
1.1 数控技术的基本概念
1.1.1 数控技术和数控机床
数控技术，简称数控（Numerical Control），是指利用数字化的信息对机床各部件的运动及加工过程进行控制的一种技术。
数控机床即是用数控技术实施加工控制的机床。数控机床是典型的数控设备，它的产生和发展是数控技术产生和发展的重要标志。
1.1.2数控机床的特点
数控机床的基本组成包括加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置等。
其与通用机床和专用机床相比，数控机床具有以下主要特点：
（1）加工精度高，质量稳定。
（2）能完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件加工。
（3）生产效率高。
（4）对产品改型设计的适应性强。
（5）有利于制造技术向综合自动化方向发展。
（6）监控功能强，具有故障诊断的能力。CNC系统不仅控制机床的运动，而且可对机床进行全面监控。
（7）减轻工人劳动强度、改善劳动条件。
1.1.3 数控机床的分类
数控机床的种类繁多，根据数控机床的功能和组成的不同，可以从多种角度对数控机床进行分类。
1）、按运动控制的特点分类可分为：点位控制数控机床；直线控制数控机床；轮廓控制数控机床。
2）、按伺服系统的类型分类可分为：开环控制伺服系统；闭环控制伺服系统；半闭环伺服系统。
3）、按功能水平分类可分为：按数控系统的配置和功能不同，数控机床可以分为高级型、普通型和经济型。
4）、按工艺用途分类可分为：数控机床按不同工艺用途分类有数控的车床、铣床、磨床与齿轮加工机床等。
1.2 误差补偿技术的研究
以提高效率为主的自动化和以提高精度为主的精密化，是现代制造技术发展的两个主要方向。而其中的超精密加工技术，是集测量学、微电子学、近代光学、控制论、信息论等技术与机械制造技术相融合的一门边缘学科，具有重要的学术价值与显著的社会经济效益。要实现超精密加工，一方面可以提高机床的制造精度，但其代价昂贵，且精度的提高
GPS主要误差源及补偿方法
GPS主要误差源及补偿方法 学院：电子信息工程 专业年级：自动化1306 :熊宇豪 学号：13212054 时间：2016年04月11日 小组：熊峰、熊宇豪、张丹 GPS主要误差源及补偿方法 摘要 GPS测量误差按其生产源可分3大部分：与卫星有关的误差，包括卫星时钟误差、卫星星历误差和相对论效应误差；与信号传播有关的误差，包括电离层折射误差、对流层折射误差和多路径效应误差；与接收机有关的误差，主要包括接收机时钟误差、接收机位置误差、接收机天线相位中心位置误差。 关键词：GPS,误差源。 一、G PS观测中的误差分类 1）与卫星有关的误差：卫星时钟误差、卫星星历误差、相对论效应误差； 2）与信号传播有关的误差：电离层折射误差、对流层折射误差、多路径效应误差； 3）与接收机有关的误差：接收机时钟误差、接收机位置误差、接收机天线相位中心位置误差。 另外在进行高精度GPS测量定位时（进行地球动力学等方面的研究），通常还应该考虑与地球整体运动有关的误差，如地球自转和地球潮汐的影响等。按误差的性质进行区分，上述各种误差有的属于系统误差、有的属于偶然误差。例如，卫星星历误差、卫星时钟误差、接收机时钟误差和大气折射误差等都属于系统误差，而多路径效应误差等是属于偶然误差。其中系统误差比偶然误差无论是从误差本身的大小或是其对测量定位结果影响程度来讲都要大得多,所以说系统误差应该是进行GPS 测量定位时的主要误差源。 二、消除或消弱上述误差影响的基本方法和措施
1. 建立误差改正模型对观测值进行改正，误差改正模型通常有理论模型、经验模型和综合模型。理论模型是通过对误差产生的原因、性质及其对测量定位影响的规律进行研究和分析，并从理论上进行严格的推导而建立起来的误差改正模型。经验模型则是通过对大量的观测数据进行统计分析和研究，并经过拟合而建立起来的误差改正模型。而综合模型则是综合以上两种方法建立起来的误差改正模型。 2. 选择较好的硬件和良好的观测条件，在GPS测量定位中，有的误差是无法利用误差改正模型进行改正的。例如，多路径效应误差的影响是比较复杂的，这与观测站周围的环境有很大的关系。要削弱多路径效应误差的影响，一是选择功能完善的接收机天线：二是在选择GPS点位时远离信号源和反射物。 3. 利用同步观测的方法，并对相应的同步观测值求差分，研究和分析误差对观测值或平差结果的影响情况，制定合理的观测方案和采取有效的数据处理方法。通过对相应的观测值求差分来消除或削弱一些误差的影响。 4. 引入相应的参数，在GPS测量定位中。将某些参数设为未知参数，而将卫星提供的参数值作为未知参数的初始值。在数据处理中与其他未知参数一起进行解算，从而达到削弱误差的影响，提高测量定位结果精度的目的。 三、各种误差对导航和测量定位的影响以及消除措施 3.1与卫星有关的误差 与卫星有关的误差包括卫星时钟误差、卫星星历误差和相对论效应误差。 3.1.1卫星时钟误差 1. 卫星时钟误差通常是指卫星时钟的时间读数与GPS标准时间之间的偏差。虽然在每颗GPS 卫星上都装备有原子钟（艳原子钟和钏原子钟），但是随着时间的积累，这些原子钟与GPS标准时间也会有难以避免的偏差和漂移。通常卫星时钟的偏差总量约在1ms以内（该项误差通常也称为物理同步误差），由此产生的等效距离误差可达300km左右。对于卫星时钟的这种偏差，GPS系统是利用地而监控系统对卫星时钟运行状态进行连续的监测而精确确定的，并以二阶多项式的形式予以表示，A/ = % 3（f）+。心f）：+ [y（'）d%o为to时刻卫星的钟差、ai为切时刻钟速，az为钟速的变化率，这些参数是由地而监控系统的主控站测定，并通过卫星的导航电文提供给用户使用。计算卫星时钟读数的改正数并加以改正，改正后通常能保证卫星时钟与GPS标准时间的同步误差在20ns 以内（该项误差通常也称为数学同步误差），由此产生的等效距离误差不会超过6m。要想进一步削弱卫星时钟残差对测量定位的影响，可以在不同的观测站上对同一颗卫星进行同步观测，并将相应
数控车床丝杠螺距误差的补偿
项目数控车床丝杠螺距误差的补偿 一、工作任务及目标 1．本项目的学习任务 （1）学习数控车床丝杠螺距误差的测量和计算方法； （2）学习数控车床螺距误差参数的设置方法。 2．通过此项目的学习要达到以下目标 （1）了解螺距误差补偿的必要性； （2）掌握螺距误差补偿的测量和计算方法； （3）能够正确设置螺距误差参数。 二、相关知识 滚珠丝杠螺母机构 数控机床进给传动装置一般是由电机通过联轴器带动滚珠丝杆旋转，由滚珠丝杆螺母机构将回转运动转换为直线运动。 1、滚珠丝杠螺母机构的结构 滚珠丝杠螺母机构的工作原理见图1；在丝杠1 和螺母 4 上各加工有圆弧形螺旋槽，将它们套装起来变成螺旋形滚道，在滚道内装满滚珠2。当丝杠相对螺母旋转时，丝杠的旋转面经滚珠推动螺母轴向移动，同时滚珠沿螺旋形滚道滚动，使丝杠和螺母之间的滑动摩擦转变为滚珠与丝杠、螺母之间的滚动摩擦。螺母螺旋槽的两端用回珠管 3 连接起来，使滚珠能够从一端重新回到另一端，构成一个闭合的循环回路。
2、进给传动误差 螺距误差：丝杠导程的实际值与理论值的偏差。例如PⅢ级滚珠丝杠副的螺距公差为0.012mm/300mm。 反向间隙：即丝杠和螺母无相对转动时丝杠和螺母之间的最大窜动。由于螺母 结构本身的游隙以及其受轴向载荷后的弹性变形，滚珠丝杠螺母机构存在轴向间隙，该轴向间隙在丝杠反向转动时表现为丝杠转动α角，而螺母未移动，则形成了反向间隙。为了保证丝杠和螺母之间的灵活运动，必须有一定的反向间隙。但反向间隙过大将严重影响机床精度。因此数控机床进给系统所使用的滚珠丝杠副必须有可靠的轴向间隙调节机构。 图2为常用的双螺母螺纹调隙式结构，它 用平键限制了螺母在螺母座内的转动，调整时只要扮动圆螺母就能将滚珠螺母沿轴 向移动一定距离，在将反向间隙减小到规定的范围后，将其锁紧。
立式加工中心机床的螺距误差补偿(精)
立式加工中心机床的螺距误差补偿 随着我国制造业的飞速发展，数控机床制造技术也在不断地发展，同时对数控机床的各项性能提出了越来越高的要求。机床的定位精度便成为了衡量机床性能的一项重要指标。机械结构当中不可避免的摩擦、间隙，以及装配误差成为了制约机床定位精度的主要因素。由此，数控系统的制造商开发出了螺距误差补偿功能，借此以消除或者削弱以上因素对机床定位精度的影响，从而达到更好的加工效果。发那科与西门子两大公司在这个领域表现得尤为出色，以下将对这两种数控系统的螺距误差补偿方法进行详细介绍。 1.发那科数控系统机床的误差补偿（以FANUC 0i-MD为例） 1.1基本概念 1.1.1补偿点的指定 各轴的补偿点的指定，可通过夹着参考点的补偿点编号指定(+)侧、(-)侧来进行。机械的行程超过(+)侧、(-)侧所指定的范围时，有关超出的范围，不进行螺距误差补偿（补偿量全都成为0）。 1.1.2补偿点号 补偿点数，在螺距误差设定画面上提供有共计1024 点，从0 到1023。通过参数将该编号任意分配给各轴。 另外，螺距误差设定画面中，在最靠近负侧的补偿号前，显示该轴的名称。 1.1.3补偿点的间隔 螺距误差补偿的补偿点为等间隔，在参数中为每个轴设定该间隔。 螺距误差补偿点的间隔有最小值限制，通过下式确定。 螺距误差补偿点间隔的最小值＝最大进给速度（快速移动速度）÷7500 1.2相关参数 (1)1851 每个轴的反向间隙补偿量。 (2)1852 每个轴的快速移动时的反向间隙补偿量。 (3)3620 每个轴的参考点的螺距误差补偿点号。 (4)3621 每个轴的最靠近负侧的螺距误差补偿点号。 (5)3622 每个轴的最靠近正侧的螺距误差补偿点号。 (6)3623 每个轴的螺距误差补偿倍率。 (7)3624 每个轴的螺距误差补偿点间隔。 注：以上参数中3620，3621，3622，3624修改后需要切断电源并重新上电才生效，其余参数修改后复位即可生效。 1.3操作方法（以X轴行程为850mm的丝杠为例，全长采集20个数据） 1.3.1连接激光干涉仪 1.3.2设置参数
数控机床误差实时补偿技术总结
数控机床实时误差补偿技术的学习总结 第1章绪论 制造业的高速发展和加工业的快速提高，对数控机床加工精度的要求日益提高。一般来说，数控机床的不精确性是由以下原因造成： [1]机床零部件和结构的几何误差； [2]机床热变形误差； [3]机床几何误差； [4]切削力（引起的）误差； [5]刀具磨损误差； [6]其它误差源，如机床轴系的伺服误差，数控插补算法误差。 其中热变形误差和几何误差为最主要的误差，分别占了总误差的45％、20％。提高机床加工精度有两种基本方法：误差防止法和误差补偿法（或称精度补偿法）。 误差防止法依靠提高机床设计、制造和安装精度，即通过提高机床本书的精度来满足机械加工精度的要求。由于加工精度的提高受制于机床精度，因此该方法存在很大的局限性，并且经济上的代价也很昂贵。 误差补偿法是认为地造出一种新的误差去抵消当前成为问题的原始误差，以达到减小加工误差，提高零件加工精度目的的方法。误差补偿法需要投入的费用很小，误差补偿技术是提高机床加工精度的经济和有效的手段，其工程意义非常显著。 误差补偿技术（Error Compensation Technique，简称ECT）是由于科学技术的不断发展对机械制造业提出的加工精度要求越来越高、随着精密工程发展水平的日益提高而出现并发展起来的一门新兴技术。误差补偿技术具有两个主要特性：科学性和工程性。 1．机床误差补偿技术可分为下面七个基本内容： [1]误差及误差源分析； [2]误差运动综合数学模型的建立； [3]误差检测； [4]温度测点选择和优化布置技术； [5]误差元素建模技术； [6]误差补偿控制系统及实施； [7]误差补偿实施的效果检验。 2．数控机床误差补偿的步骤： [1]误差源的分析和检测； [2]误差综合数学模型的建立； [3]误差元素的辨识和建模； [4]误差补偿的执行； [5]误差补偿效果的评价。 3．数控机床误差补偿技术研究的现状： [1]过长的机床特性检测和辨识时间； [2]温度测点布置位置优化； [3]误差补偿模型的鲁棒性； [4]误差补偿系统及实施； [5]五轴数控机床多误差实时补偿问题。 4．数控机床误差补偿技术研究的发展趋势： [1]多误差高效检测方法；
第五章 装配工艺过程 1、 填空 1.误差补偿方法是 。 人.
第五章装配工艺过程 一、填空 1.误差补偿方法是。 人为地在系统中加入一种新的原始误差去减少、抵消原有的原始误差。 2.加工盘类工件端面时出现中凸、中凹现象是由于。 刀具（刀架）进给方向与主轴（工件回转中心）轴线不垂直 3．调整法保证装配精度时,又有法、法和法。 固定调整法可动调整法误差抵消调整法 4．机器的质量最终是通过保证的。 装配 5．是组成机器的最小单元。 零件 6．在装配工艺规程制订过程当中，表明产品零、部件间相互关系及装配流程的示意图 称为。 装配系统图 7．装配精度包括的内容是精度、精度和精度。 相互位置相对运动相互配合 8．零件的精度特别是（次要、关键）零件的精度直接影响相应的装配精度。 关键 9．装配精度（封闭环）是零件装配后（最后、最初）形成的尺寸或位置关系。 最后 10．选择装配法有三种不同的形式：法、法和复合选配法。 直接选配分组装配 二、选择题 1．将装配尺寸链中组成环的公差放大到经济可行的程度，然后按要求进行装配，以保证装配精度。这种装配方法是。 （1）完全互换法（2）修配装配法（3）调整装配法（4）选择装配法
（4）选择装配法 2．机械结构的装配工艺性是指机械结构能保证装配过程中是相互联结的零件不用或少用（1）机械加工（2）修配（3）修配和机械加工 （3）修配和机械加工 3．所谓划分成独立的装配单元，就是要求 （1）机械加工车间能有独立的装配区间（2）机械结构能划分成独立的组件、部件等（2）机械结构能划分成独立的组件、部件等 4．在机械结构设计上，采用调整装配法代替修配法，可以使修配工作量从根本上 （1）增加（2）减少 （2）减少 5．装配所要保证的装配精度或技术要求，是装配尺寸链的 （1）组成环（2）封闭环 （2）封闭环 6．采用大数互换法装配时计算,装配尺寸链的公差公式是 （1）统计公差公式（2）极值公差公式 （1）统计公差公式 7．采用完全互换法装配时计算,装配尺寸链的公差公式是 （1）统计公差公式（2）极值公差公式 （2）极值公差公式 8．装配尺寸链的最短路线（环数最少）原则，即 （1）“一件一环”（2）“单件自保” （1）“一件一环” 9．由一个零件的精度来保证某项装配精度的情况，称为 （1）“一件一环”（2）“单件自保” （2）“单件自保” 10．在绝大多数产品中，装配时各组成环不需挑选或改变其大小或位置，装配后即能达到装配精度的要求，但少数产品有出现废品的可能性，这种装配方法称为 （1）完全互换法（2）大数互换法 （1）完全互换法
数控机床的误差补偿
数控机床的误差补偿 随着我国经济的飞速发展，数控机床作为新一代工作母机，在机械制造中已得到广泛的应用,精密加工技术的迅速发展和零件加工精度的不断提高,对数控机床的精度也提出了更高的要求。尽管用户在选购数控机床时，都十分看重机床的位置精度，特别是各轴的定位精度和重复定位精度。但是这些使用中的数控机床精度到底如何呢? 大量统计资料表明:65.7%以上的新机床,安装时都不符合其技术指标；90%使用中的数控机床处于失准工作状态。因此,对机床工作状态进行监控和对机床精度进行经常的测试是非常必要的,以便及时发现和解决问题,提高零件加工精度。 目前数控机床位置精度的检验通常采用国际标准ISO230-2或国家标准GB10931-89等。同一台机床，由于采用的标准不同，所得到的位置精度也不相同，因此在选择数控机床的精度指标时，也要注意它所采用的标准。数控机床的位置标准通常指各数控轴的反向偏差和定位精度。对于这二者的测定和补偿是提高加工精度的必要途径。 一、反向偏差 在数控机床上，由于各坐标轴进给传动链上驱动部件(如伺服电动机、伺服液压马达和步进电动机等)的反向死区、各机械运动传动副的反向间隙等误差的存在，造成各坐标轴在由正向运动转为反向运动时形成反向偏差，通常也称反向间隙或失动量。对于采用半闭环伺服系统的数控机床, 反向偏差的存在就会影响到机床的定位精度和重复定位精度, 从而影响产品的加工精度。如在G01切削运动时, 反向偏差会影响插补运动的精度, 若偏差过大就会造成“圆不够圆，方不够方”的情形；而在G00快速定位运动中，反向偏差影响机床的定位精度，使得钻孔、镗孔等孔加工时各孔间的位置精度降低。同时，随着设备投入运行时间的增长, 反向偏差还会随因磨损造成运动副间隙的逐渐增大而增加, 因此需要定期对机床各坐标轴的反向偏差进行测定和补偿。 （1）反向偏差的测定 反向偏差的测定方法：在所测量坐标轴的行程内, 预先向正向或反向移动一个距离并以此停止位置为基准,再在同一方向给予一定移动指令值，使之移动一段距离,然后再往相反方向移动相同的距离,测量停止位置与基准位置之差，在靠近行程的中点及两端的三个位置分别进行多次测定(一般为七次),求出各个位置上的平均值, 以所得平均值中的最大值为反向偏差测量值。在测量时一定要先移动一段距离AB段, 否则不能得到正确的反向偏差值。 测量直线运动轴的反向偏差时，测量工具通常采有千分表或百分表，若条件允许,可使用双频激光干涉仪进行测量。当采用千分表或百分表进行测量时，需要注意的是表座和表杆不要伸出过高过长，因为测量时由于悬臂较长，表座易受力移动，造成计数不准，补偿值也就不真实了。若采用编程法实现测量，则能使测量过程变得更便捷更精确。 例如，在三坐标卧式机床上测量X轴的反向偏差，可先将表压住主轴的圆柱表面，然后运行如下程序进行测量： N10 G91 G01 X50 F1000；工作台右移 N20 X－50；工作台左移，消除传动间隙 N30 G04 X5；暂停以便观察 N40 Z50；Z轴抬高让开 N50 X-50：工作台左移 N60 X50：工作台右移复位 N70 Z-50：Z轴复位 N80 G04 X5：暂停以便观察 N90 M99；
FANUC的进给运动误差补偿方法
无锡职业技术学院毕业设计说明书 机械技术学院 毕业设计论文 FANUC的进给运动误差补 偿方法 学生姓名： 指导教师姓名： 所在班级所在专业 论文提交日期论文答辩日期 答辩委员会主任主答辩人 系 年月日
FANUC的进给运动误差补偿方法 目录 毕业设计任务书 (1) 开题报告 (2) 第一章进给运动误差补偿方法 (6) 1.1常见进给运动误差 (7) 1.1.1反向间隙误差补偿 (8) 1.1.2螺距误差补偿 (9) 1.1.3摩擦补偿 (11) 第二章进给误差数据采集与补偿参数的设置 (12) 2.1激光干涉仪 (12) 2.1.1单频激光干涉仪 (12) 3.1 双频激光干涉仪 (13) 3.1.1 雷尼绍激光校准系统 (14) 3.1.2 测量误差分析 (19) 3.2误差补偿参数的设置 (20) 毕业设计总结 (23) 参考文献 (24) 致谢 (25) 外文翻译 (26) 2
无锡职业技术学院毕业设计说明书 机械技术学院 毕业设计任务书 课题名称FANUC的进给运动误差补偿方法 指导教师王小平职称高级技师 专业名称数控设备应用与维护班级数控设备10832 学生姓名尹耀强学号1061083237 课题需要完成的任务： 1．根据课题调研查阅资料，了解国内外现状、进展，编写调研报告。 2．收集技术资料、图纸进行设计或分析探讨。 3．对不同类型设计的分析, 进行方案论证，确定总体方案。 4．完成毕业设计的论文。 5． 3000单词量的外文资料的翻译（专业相关科技类）。 课题计划： 2月21日—2月25日；确定毕业设计课题。 2月28日—3月 4日；收集整理英文翻译资料。 3月 7日—3月11日；查阅技术资料，完成课题的前期调研工作，完成英文翻译。3月14日—3月18日；完成课题相关资料收集，进行毕业论文构思。 3月21日—3月25日；完成毕业论文初稿。 3月28日—4月01日；完成毕业论文初稿。 4月04日—4月08日；修改、完善毕业论文，定稿。 4月11日—4月20日；整理打印毕业设计资料，完成答辩 计划答辩时间： 4月20日 数控技术系（部、分院） 2011 年3月 1 日 1
数控机床几何误差特性及其测量方法研究
2007年第26卷12月第12期机械科学与技术 M echanical Science and T echno l ogy for A erospace Eng ineer i ng D ece m be r V o.l 262007N o .12 收稿日期:2006-09-28 基金项目:国家高技术研究发展计划项目(2002AA423260),国家自然科学基金项目(50672015 )和广东海洋大学自然科学基金项目(0512145, 0612003)资助 作者简介:刘焕牢(1966-),男(汉),山西,副教授,博士,h166@163.co m 数控机床几何误差特性及其测量方法研究 刘焕牢1,李 斌2,王 贵1,师汉民 2 (1广东海洋大学工程学院,湛江 524025; 2 华中科技大学国家数控系统工程研究中心,武汉 430074) 摘 要:分析了数控机床几何误差和定位误差的异同。指出了数控机床定位误差测量的前提条件 是误差值要表示为指令位置点坐标的函数,从而进一步明确了数控机床满足这一条件的基本要求。在此基础上,提出了数控机床末端定位误差的基本特性是相对性、位置依赖性、连续性。并用试验的方法验证了以上特性,为数控机床的误差测量、误差补偿提供了理论依据和实践方法。关 键 词:数控机床;几何误差;定位误差;测量误差 中图分类号:TG659 文献标识码:A 文章编号:1003-8728(2007)12-1570-04 Characteristics ofGeo m etric Errors i n a CNC M achi ne Tool and TheirM eas ure m entM et hod L i u H uan lao 1,L i B i n 2,W ang G ui 1,Sh iH an m i n 2 (1Co llege of Eng i neeri ng ,G uangdong O cean U n i versity ,Zhanji ang 524025; 2 N ationa l CNC Contro l R esearch Center ,Huazhong U ni v ers it y o f Science and T echno l ogy ,W uhan 430074) Abst ract :W e analyze t h e d ifferences and si m ilarities o f geo m etric errors and position i n g errors i n a CNC m achine too.l The analysi s i n d icates t h at the preconditi o ns for its position i n g error m easure m ent is t h at the error value shou l d be expressed as the function of the coordinates of positi o ning po i n ts ,thus i d entifying the basic requ ire m ents to be satisfied by the CNC m achine too.l Based on the analysis ,w e put for w ard the fo ll o w i n g c haracteristics of its positi o -n i n g err o rs :relati v ity ,position dependency and continu ity .M oreover ,w e do experi m ents to ver ify the above char -acteristics ,providing theo retica l basis and a practicalm ethod for the error m easure m ent and co m pensation of a CNC m ach i n e too.l K ey w ords :CNC m ach i n e too ;l geo m etric error ;position i n g err o r ;error m easure m ent 由前人的研究成果已知,几何误差和由温度引起 的误差约占机床总体误差的70%[1] 。几何误差受环境影响较小,可在较长的时间内保持稳定,重复性好,易于进行误差补偿,所以是机床误差补偿的主要研究方向[2] 。误差补偿是提高机床精度的有效方法,也取得了一定的成果,关键是误差的测量。虽然补偿方法各有不同,测量方法多种多样,为了达到误差补偿的目的,误差数值都必将和机床的指令位置对应,最终表示为机床指令位置的函数[3~5] 。因而,明确几何误差的定义、特性,有益于误差模型的建立,进一步对几何误差的补偿,无疑是非常重要的。 1 几何误差的意义 数控机床的几何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产生的机床定位误差。几何误差和定位误差是两个不同的概念,容易产生混淆。针对数控机床误差测量的一般原则,特对数控机床的几何误差和定位误差作以下说明: (1)造成定位误差的原因很多,例如由于机床结构热变形引起的定位误差、由于机床结构力变形引起的定位误差等等,本文只研究由于机床几何误差所引起的定位误差。
数控机床误差补偿技术的研究
数控机床误差补偿技术的研究
目录 摘要 (iv) Abstract (v) 第一章概述........................................................... - 1 - 1.1数控技术的基本概念 (1) 1.1.1 数控技术和数控机床 .......................................... - 1 - 1.1.2数控机床的特点............................................... - 1 - 1.1.3 数控机床的分类 .............................................. - 1 - 1.2误差补偿技术的研究 (1) 1.2.1误差补偿现状................................................. - 2 - 1.3本论文的研究目的意义和研究内容 (3) 1.3.1研究的目的和意义............................................. - 3 - 1.3.2研究的主要内容............................................... - 3 - 1.3.3研究的基本思路和基本方法..................................... - 3 - 第二章数控机床的进给传动系统 ......................................... - 4 - 2.1数控机床对进给传动系统的要求.. (4) 2.2数控机床进给传动装置的结构 (4) 2.2.1滚珠丝杠螺母机构的结构....................................... - 4 - 2.2.2 进给传动误差................................................ - 5 - 2.2.3 电机与丝杠的联接、传动方式 .................................. - 6 - 2.3数控系统的三种控制方式.. (6) 第三章数控机床的精度及可靠性分析 ..................................... - 8 - 3.1数控机床误差的分类 (8) 3.2误差模型简介 (8) 3.2.1 几何误差.................................................... - 8 - 3.2.2 热误差...................................................... - 9 - 3.2.3 运动控制误差................................................- 10 - 3.2.4 其它误差....................................................- 10 - 3.3数控机床的精度 .. (10) 3.4数控机床的精度检查 (11) 3.4.1 机床几何精度的检查 ..........................................- 11 - 3.4.2 机床定位精度的检查 ..........................................- 11 - 3.5数控机床的可靠性 (12)
数控加工误差主动补偿方法
第16卷第9期计算机集成制造系统 Vol.16No.92010年9月 Computer Integrated Manufacturing Systems Sep.2010 文章编号:1006-5911(2010)09-1902-06 收稿日期:2009-11-17;修订日期:2010-02-26。Received 17Nov.2009;accepted 26Feb.2010. 基金项目:总装备部预研基金资助项目(51318020202)。Fou nda tion item:Project supported by the Gen eral Arm am ent Department Pre -research Foundation,China(No.51318020202). 数控加工误差主动补偿方法 周 静1,陈蔚芳1,曲绍朋2 (1.南京航空航天大学机电学院,江苏 南京 210016;2.北京航空精密机械研究所,北京 100076)摘 要:为提高零件的加工精度,提出了基于公差的局部误差补偿法,并通过修正数控程序主动补偿加工误差。分析零件加工表面误差的特点,根据实际公差要求找出超出公差范围的变形关键区域,修正其切削深度以实现误差的局部补偿。得到刀位控制点修正的切深后,重新规划带有误差补偿值的刀具轨迹。结合实际加工精度确定走刀步距和行距,经过后置处理生成零件修正的数控代码。通过实例验证了上述方法的可行性。 关键词:误差补偿;数控编程;数控加工;薄壁零件中图分类号:T H 164 文献标志码:A Active error compensation methods for numerical control machining ZH O U J ing 1,CH EN Wei -f ang 1,Q U Shao -p eng 2 (1.Colleg e o f M echanical &Electr ical Eng ineer ing,Nanjing U niv er sity of A eronautics &A stro nautics, N anjing 210016,China; 2.China P recision Engineering Inst itute for Aircraft Industr y,Beijing 100076,China) Abstract:T o improv e machining accuracy of w orkpieces,a local er ror compensation method based on to ler ance w as pr oposed.A nd the machining erro rs w ere compensated act ively by mo dif ying Numerical Contro l(NC)codes.Err or values of parts surface wer e analyzed,and acco rding to to lerance r equirements,the cr itical deflectio n areas beyond tolerance r ang e wer e obtained,and actual cutt ing depth of t he ar eas w as amended to com pensat e local err or s.T o ol path w ith err or compensated v alues w as re -planned when actually modified cutting depth w as decided.A nd then step and ro w spacing w ere determ ined accor ding to actual machining accur acy.By post -pro cessing ,modified N C codes wer e achiev ed for wo rkpiece machining.A n ex ample w as used to demo nstr ate the feasibility of this approach.Key words:er ro r compensation;numer ical co nt rol prog ramming ;numerical co nt ro l machining ;t hin -w alled par ts 0 引言 数控加工过程通常分为离线零件编程(加工前)、在线加工与监控(加工中)和检验处理(加工后) 三个阶段。目前,对数控加工质量保证的研究主要侧重于中后期两个阶段[1] 。对于零件加工质量的保证,其主要矛盾是加工过程中的工件由于切削力、夹紧力、切削热和残余应力而产生了变形,薄壁件加工因刚度低,加工变形现象则更为显著。为了加工出合格的薄壁零件,可以在数字控制(Num er ical Co n -trol,NC)加工的前期阶段采取相应的措施控制工 件的变形,如通过修正NC 程序克服薄壁件对基于零件理想几何形状所生成的数控刀具轨迹代码的有效性的限制等。在对薄壁件进行误差主动补偿之前,应充分分析加工变形预测量,采取合理的补偿方法,以达到有效改进加工质量的目的。 目前,国内外有关误差补偿技术的研究成果很多,也存在一些不足。DE p PINCE p P 等人针对刀具加工时受力变形引起工件加工误差的问题,提出考虑公差的镜像补偿法[2];KRIS M Y L 等人研究了
西门子840D数控系统螺距误差补偿知识
西门子840D数控系统螺距误差补偿 西门子840D数控系统不同于以前曾广泛应用的810T/M和840C等老数控系统,它并没有提供专门的双向螺距误差补偿功能，通过对840D系统中的下垂补偿功能的分析研究，找到了一种方法，成功的解决了进行双向螺距误差补偿的问题。 关键词：数控系统下垂补偿功能双向螺距误差补偿 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，造成机械正反向传动误差的不一致，导致零件加工精度误差不稳定。因此也必须定期对机床坐标精度进行补偿，必要时要做双向坐标补偿，以达到坐标正反向运动误差的一致性。 一、西门子840D数控系统的补偿功能 西门子840D数控系统提供了多种补偿功能，供机床精度调整时选用。这些功能有： 1、温度补偿。 2、反向间隙补偿。 3、插补补偿，分为： (1) 螺距误差和测量系统误差补偿。 (2)下垂补偿（横梁下垂和工作台倾斜的多维交叉误差补偿）。 4、动态前馈控制（又称跟随误差补偿）。包括：速度前馈控制和扭矩前馈控制。
5、象限误差补偿（又称摩擦力补偿）。分为：常规(静态) 象限误差补偿和神经网络(动态)象限误差补偿。 6、漂移补偿。 7、电子重量平衡补偿。 在西门子840D功能说明样本和资料中所列的众多补偿功能中，都没有指出该系统具有双向螺距误差补偿功能。但是在下垂补偿功能描述中却指出，下垂补偿功能具有方向性。这样，如果下垂误差补偿功能，在基准轴和补偿轴定义为同一根轴时，就可能对该轴进行双向丝杠螺距误差补偿，由此提供了一个双向螺距误差补偿的依据。 二、840D下垂补偿功能的原理 1、下垂误差产生的原因： 由于镗铣头的重量或镗杆自身的重量，造成相关轴的位置相对于移动部件产生倾斜，也就是说，一个轴（基准轴）由于自身的重量造成下垂，相对于另一个轴（补偿轴）的绝对位置产生了变化。 2、840D下垂补偿功能参数的分析： 西门子840D数控系统的补偿功能，其补偿数据不是用机床数据描述，而是以参数变量，通过零件程序形式或通用启动文件(_INI文件) 形式来表达。描述如下： (1) $AN_CEC[t，N]：插补点N的补偿值，即基准轴的每个插补点对应于补偿轴的补偿值变量参数。 (2) $AN_CEC_INPUT_AXIS[t]：定义基准轴的名称。 (3) $AN_CEC_OUTPUT_AXIS[t]：定义对应补偿值的轴名称。 (4) $AN_CEC_STEP[t]：基准轴两插补点之间的距离。 (5) $AN_CEC_MIN[t]：基准轴补偿起始位置： (6) $AN_CEC_MAX[t]: 基准轴补偿终止位置 (7) $AN_CEC_DIRECTION[t]：定义基准轴补偿方向。其中：
数控机床误差测量与补偿
数控机床误差测量与补偿 摘要：本文在分析数控加工误差来源及分类的基础上，明确了几何误差的性质、产生原因及在各类误差源中所占的比重，着重介绍了用激光干涉测量法的测量原理及特点并对其两种不同的测量 方法进行比较，最后进行误差试验，得到补偿效果。 abstract： based on the analysis of the source and classification of nc maching error， this paper clears the nature of the geometric error， the causes and its proportion in all kinds of error sources. the principle and characteristics of laser interferometry is emphatically introduced and the two different methods are compared. at last， the error measurement is conducted to get compensation efffect. 关键词：数控机床；几何误差；误差测量；误差补偿 key words： nc machine tools；geometric error；error measurement；error compensation 中图分类号：tg659 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）22-0017-02 1 数控机床误差分析 1.1 误差的来源数控机床的误差来源比较复杂。机械加工的误差主要来源于机床、加工过程和检测等三个方面。如：①床身、主轴、立柱、导轨、旋转轴等机床零部件在制造过程中引入的尺寸误
FANUC数控机床螺距误差的检测分析与应用_赵宏立
FANUC 数控机床螺距误差的检测分析与应用 赵宏立 （沈阳职业技术学院，沈阳110045 ）1数控机床螺距误差补偿原理与检测分析 随着精密加工和精益生产的市场需求，数控机床这 种高效高精的自动化设备逐渐在我国普及和使用，由于设备的长期运转和磨损，机床自身的精度需要定期校准，特别是数控机床的重复定位精度和定位精度的检测和补偿，直接影响产品的加工精度和效益。在实践应用中，数控系统的螺距误差补偿功能是最节约成本且直接有效的检测和补偿方法。Fanuc 数控机床的螺距误差补偿功能有一定的代表性，下面针对Fanuc 数控机床进行螺距误差的检测分析和补偿。1.1 螺距误差补偿与检测原理 在半闭环数控系统当中，重复定位精度和定位精度很大程度上取决于数控机床的滚珠丝杠精度，由于滚珠丝杠存在制造误差和长期加工使用带来的磨损，其精度必然下降，故所有的数控机床都为用户提供了螺距误差补偿功能。螺距误差补偿是将指定的数控机床各轴进给指令位置与高精度位置测量系统所测得的实际位置相比较，计算出在数控机床各轴全行程上的误差偏移值，再将误差偏移值补偿到数控系统中，则数控机床各轴在运动时控制刀具和工件向误差的逆方向产生相对运动，自动补偿误差偏移值，提高机床的加工精度。1.2 螺距误差补偿应用与分析 我们知道，在大多数数控系统中螺距误差补偿只是 对机床的线性补偿段起作用，只要在数控系统允许的范围内补偿就会起到补偿作用，每轴的螺距误差可以用最小移动单位的倍数进行补偿，一般以机床参考点作为补偿原点，在移动轴设定的各 补偿间隔上，把应补偿的值作为固定参数设定。如图1所示为步距规采用线性补偿方法进行检测。 但一般情况下丝杠的使用是不均匀的，经常使用的地方必然就要磨损得多，用线性补偿只是进行统一均匀线性补偿，不能照顾到特殊的点，而采用点补偿正好能满足这一点，螺距补偿才会没有误 差。为了减少点补偿的误差，应该尽量选取较小的螺距补偿点间距。点补偿的优点是能针对不同点的不同误差值进行补偿，解决了不同点不同螺距误差的补偿问题，补偿的精度高。缺点是测量误差时比较麻烦，需用专业的测量仪器跟踪各点测量。如图2所示，采用定点补偿法进行螺距误差补偿的检测。 摘要： Fanuc 数控机床在我国数控加工领域占据着主导地位，它的精度和性能指标直接取决于数控机床的定位精度和重复定位精度。在实践应用中，数控系统的螺距误差补偿功能是最节约成本且直接有效的方法。利用激光干涉仪或步距规测得的实际位置与数控机床移动轴的指令位置相比较，计算出全程上的误差分布曲线，在数控系统控制移动轴运动时考虑该误差差值并加以补偿,可以使数控机床的精度达到更高水平。 关键词： 定位精度；螺距误差；检测；补偿中图分类号：T G502.13文献标识码：A 文章编号：1002－2333（2010）05－0038－03 Analysis and Application of Thread Pitch Error Compensation in Fanuc CNC Machine ZHAO Hong-li （Shenyang Polytechnic College,Shenyang 110045,China ） Abstract ：Fanuc CNC Machine Tools dominated the field of NC machining in China,its accuracy and performance depends directly on the positioning accuracy and repeat positioning accuracy of CNC Machine Tools.In practical applications,the function of pitch error compensation is the most cost effective and direct method of CNC system.The actual position measured by using laser interferometer or a step gauge is compared with the instructions position of CNC machine moving axis,the position error curve is calculated out on the whole distribution,the error value is compensated in the moving-axis CNC system control movement.So the accuracy of CNC machine tools can be achieved a higher level. Key words ：position accuracy;screw pitch error;measure; compensation 图 1 利用步距规进行线性 螺距误差检测 图2利用激光干涉仪进行 定点补偿检测 ACADEMIC COMMUNICATION 学术交流 理论/研发/设计/制造 机械工程师2010年第5期 38
数控机床几何误差及补偿方法(精)
数控机床几何误差及补偿方法 摘要：对数控机床几何误差产生的原因作了比较详细的分析，将系统误差的补偿方法进行了归纳，并在此基础上阐述了各类误差补偿方法的应用场合，为进一步实现机床精度的软升级打下基础。 关键词：数控机床；几何误差；误差补偿 Research on Geometric Errors and Its Compensation of CNC Mac hine Tool KE Ming-li, LIANG Yong-hui, LIU Huan-lao (Guangdong Ocean University, Zhanjiang, Guangdong 524088 , China) Abstract: Analyzed the reason why the geometric error occurs to CNC machine tool. The compensating methods of system er ror were induced in this paper. And the applicative occasion for all kinds of errors compensating method was elaborated. A foundation was built up for the CNC machine tool precis ion to further realize soft promotion. Key words: CNC machine tool; Geometric error; Error compensat ion 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。