2023年数控机床几何误差及其补偿方法研究.doc

南华大学成人高等学历教育毕业论文〔设计〕 毕业设计(论文) 题 目 数控机床几何误差 及其补偿方法研究 站点名称 南华大学湘西函授站 指导教师 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 2023级 　 　　　　 学 号 　 　 学生姓名 林 易 　 2023年03月01日 毕业设计〔论文〕任务书 站〔点〕： 南华大学湘西函授站 题 目：数控机床几何误差 及其补偿方法研究 起 止 时 间： 2023年03月01日 至2023年03月01日 学 生 姓 名： 林 易 专 业 班 级： 机械设计制造及其自动化 指 导 教 师： 站〔点〕负责人： 袁小波 2023年03月01日 南华大学毕业设计〔论文〕开题报告 设计〔论文〕题目 数控机床几何误差及其补偿方法研究 设计〔论文〕题目来源 自选 设计〔论文〕题目类型　 起止时间 一、 设计〔论文〕依据及研究意义： 研究说明，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。 二、 设计〔论文〕主要研究的内容、预期目标：〔技术方案、路线〕 文中通过对检测系统的测试误差的分析，得出几何误差产生的原因。进行数控机床的误差补偿，误差测量是关键，误差模型是根底。通过误差的补偿，可以有效的提高机床的精度，为提升我国制造业水平作奉献。 三、 设计〔论文〕的研究重点及难点： 对数控机床几何误差产生的原因作了比拟详细的分析，将系统误差的补偿方法进行了归纳 四、 设计〔论文〕研究方法及步骤〔进度安排〕： （1） 首先了解数控机床的组成及其结构，分析出几何误差产生的原因，检测误差的方法 （2） 了解几何误差补偿技术，学会用误差补偿技术来减小误差 五、 进行设计〔论文〕所需条件：　 1. 倪军.数控机床误差补偿研究的回忆与展望[J].中国机械工程,1997,8(1):29~32. 2. Ramesh R, Mannan M A, Poo A N. Error compensation in machine tools — a review part I: geometric, cutting-force induced and fixture-dependent errors. International Journal of Machine Tools & Manufacture,2023, 40: 1235~1256. 3. J. Ni, Study on online identification and forecasting compensatory control of volumetric errors for multiple axis machine tools. PhD dissertation, University of Wisconsin-Madison, 1987. 六、 指导教师意见： 签名： 年 月 日 南华大学成人高等学历教育毕业论文〔设计〕 数控机床几何误差及其补偿方法研究 机械设计制造及其自动化专业专升本科 摘 要 对数控机床几何误差产生的原因作了比拟详细的分析，将系统误差的补偿方法进行了归纳，并在此根底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根底。 关键词　　数控机床；几何误差；误差补偿 CNC machine tool geometric error and their compensation methods research Abstract On the causes of CNC machine tool geometric error made a more detailed analysis, the system has carried on the induction, the error compensation method based on the applications of all kinds of error compensation method was described, in order to further realize the machine tool accuracy of soft groundwork. Keywords: Numerical control machine tools; Geometric errors; Error compensation 目　　录 前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 一　几何误差产生的原因．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.1　机床的原始制造误差．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.2　机床的控制系统误差．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.3　热变形误差 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.4　切削负荷造成工艺系统变形所导致的误差 ．．．．．．．．．．．．．．．2 1.5　机床的振动误差 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.6　检测系统的测试误差 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 1.7　外界干扰误差 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 1.8　其它误差．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 二　几何误差补偿技术 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 2.1　单项误差合成补偿法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 2.2　误差直接补偿法 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 2.3　相对误差分解、合成补偿法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 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本钱膨胀，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，到达理想的运动轨迹，实现机床精度的软升级。研究说明，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。 一　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外表的几何形状、外表质量、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。 [摘自领硕学术网 lsxueshu ] 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。导致加工工件的外表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响系统本身的误差； 〔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。 1.8　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局部，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，到达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。 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，本钱太高，经济效益不好。文献[4] 进行了温度的在线测量和补偿，未能到达实际应用。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，保证机床误差确实定性，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： 2.1　单项