07数四金鑫的论文.doc

目录前言21.绪论31.1数控机床的发展与应用31.2课题研究的意义51.3数控机床精度分析及误差补偿的基本概念101.3.1误差元素的检测101.3.2误差补偿111.4本课题的研究内容142.数控机床的几何误差分析理论152.1数控机床的误差分类152.2数控机床精度分析的基本理论163.数控机床的误差补偿183.1误差补偿的实现与分类提高机床精度183.2软件误差补偿过程22参考文献27致谢28前言加工精度是机床最重要的性能指标之一。本课题运用多体系统运动学为核心的误差分析理论体系，对三轴数控机床精度问题进行了系统、全面的分析，并重点在数控机床误差测量、误差分析建模、误差辨识以及软件误差补偿等方面开展深入研究，通过机床误差模型，揭示误差从机床零部件到被加工零件的传递规律，给出了精度预测，并对机床进行了软件误差补偿以提高加工精度。本文主要从以下几个力面的内容进行了研究和探讨.1.研究了机床的精度分析的基本理论及其评定标准，对多体系统运动学以及基于该理论的机床误差建模、误差辨识及误差补偿的方法作了系统的探讨。数控机床误差参数的正确辨识是数控机床补偿的必要前提条件。2.详细分析了12线误差分析方法，应用误差辨识软件，解得各测量点的十八个误差参数，再根据实际情况求解三项垂直度误差，最后得到了所有的21项几何误差。关键词：数控机床, 误差补偿,几何误差, 1.绪论1.1数控机床的发展与应用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，无论是在工业发达国家还是在发展中国家，其综合国力的基础都是制造业，它的每一次飞跃都会给人类社会带来深远的影响，可以说，没有发达的制造业就不会有国家的发达与强大。随着科学技术的高速发展和新技术革命的冲击，制造业的基础技术也发生了质的改变。传统的制造技术与计算机技术、信息技术、自动化技术、新材料技术、管理技术相结合，先后出现了多项先进制造技术与制造模式。而作为先进制造技术的基础设备，数控机床与数控加工中心（以下统称为数控机床）一直是研究的重点，主要应用于汽车、飞机、电力、船舶和机车车辆等工业领域.另外，一些新兴的高科技项目，如现代医药产业、数字通讯技术、微电子元件及机电一体化产品等，都需要数控机床来制造，数控机床的制造与应用水平制约着这些领域的发展，尤其是在我国，对数控机床的精度和效率提出了更高的要求。总体上看，我国数控技术在精度、可靠性以及应用水平都明显落后于先进国家。几何误差和热误差占机床加工误差的60%左右，关于误差测量与补偿的研究已经不少，但对于数控机床的综合、动态的误差模型研究还不完善，另外，数控机床的结构分布形式的多样性，也需要探索一种比较通用的误差补偿理论和模型，找到可行的补偿实现技术。近年来，国内外对多体系统的理论和方法应用研究很多，多体系统是指多个刚体或柔体通过某种方式联接而成的复杂机械系统，具有很强的概括性、通用性和系统性，已经在航天器、机器人、工程机械等领域得到应用，在数控机床的误差模型分析中也显示出独特的优越性。所以基于多体系统理论，结合先进的激光测量设备，来研究数控机床的误差综合模型及测量补偿等相关内容有着重要的意义。数控机床的研制最早是从美国开始的，自1952年第一台数控机床研制成功以来，随着电子技术、计算机技术、自动控制和精密测量等相关技术的发展，数控机床也在迅速的发展和不断的更新换代，先后经历了五个发展阶段。2第一代数控：19521959年采用电子管元件构成的专用数控装置(NC)。第二代数控：从1959年开始采用晶体管电路的NC系统。第三代数控：从1965年开始采用小、中规模集成电路的NC系统。第四代数控：从1970年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统(Computer Numerical Control，简称CNC)。第五代数控：从1974年开始采用微型电子计算机控制的系统(MicrocomputerNumerical Control，简称MNC)。目前，第五代微机数控系统基本上取代了以往的普通数控系统，形成了现代数控系统。它采用微处理器及大规模或超大规模集成电路，具有很强的程序存储能力和控制功能。这些控制功能是由一系列控制程序（即存储在系统内的管理程序）来实现的。这种数控系统的通用性很强，几乎只需改变软件，就可以适应不同类型机床的控制要求，具有很大的柔性。随着集成电路规模的日益扩大，光缆通信技术应用于数控装置中，使其体积日益缩小，价格逐年下降，可靠性显著提高，功能也更加完善，数控装置的故障已从数控机床总的故障次数中占主导地位降到了很次要的地位。1.2课题研究的意义随着数控机床的发展，它的精度问题也随之受到关注。美国早在二十世纪七十年代就开始关注机床的精度问题，1978年美国国防部成立一个122位专家组成的“机床任务调查组”。在对机床进行调查的过程中，机床精度调查已列为调查任务之一。在经过30多个月的调查研究后发现一个问题是：“通晓机床精度的人数太少，需要更多的单位和人员了解机床误差是如何使加工零件超差的，如何对已知的反复出现的误差加以防止和补偿等”。以后，机床精度研究更加引起广泛重视，精度研究得到了较好的开展，机床性能也由此得到了提高，也由此显示了机床精度研究的重要义，进而推动了世界范围的精度研究工作。我国过去对数控机床技术的研究主要集中在机床数控化方面，而对数控机床精度问题的研究没有给予足够的重视。近年来，随着我国数控机床关键技术的突破，开始关注数控机床的性能，数控机床精度的研究受到重视。由于数控机床加工精度受到材料、制造、安装、检测、控制、环境等诸多因素影响，特别是超精密加工，每一个因素都可能成为影响机床最终加工误差的主要原因，如果不进行综合分析与控制，任何一项误差源都可能使零件精度超差。鉴于国外数控机床精度研究对数控机床发展的推对作用的成功经验，根据机械制造业发展的现状和趋势，从我国的实际出发，在对国际数控机床技术进行跟踪和超前研究的同时，很有必要集中一定的人才和资金对制约数控机床加工精度的一些关键技术如高性能的数控系统、高精度伺候控制技术、高精度主轴驱动技术和有效的精度保障技术，以及基础理论进行研究。这对提高数控机床的加工精度及从整体上提高数控机床现有水平，为更高层次的综合自动化的开发以及更高层次的精度制造技术的发展均具有重要意义。精密和超精密加工技术已成为现代机械制造中最重要的组成和发展方向，并成为提高国际竞争能力的关键技术。随着生产过程自动化的飞速发展和精密加工的广泛应用，对数控机床加工精度的要求日益提高。尤其是柔性制造系统（FMS）和柔性制造单元（FMC）提出了机床加工过程中对各种误差的自动监控和自动补偿问题。FMS和FMC通常处于多变工况下连续运转状态，因此机床的热变形、运动误差及力误差是影响系统加工精度稳定性的关键因素。提高机床加工精度有两种基本方法：误差预防法和误差补偿法。误差预防法是一种“硬技术”，其通过设计和制造途径消除或减少可能的误差源，靠提高机床制作精度来满足加工精度。误差预防法有很大的极限性，即使可能，经济上的代价往往是很昂贵的。误差补偿法是人为地造出一种新的误差去抵消当前成为问题的原始误差，是一种既有效又经济的提高机床加工精度手段，其工程意义是非常显著的：其一是，采用误差补偿技术可以较容易地达到“硬技术”要花费很大代价才能达到的精度水平，如一台普通的三坐标测量机空间坐标测量的最大综合误差为40 m,经误差补偿后，其最大综合误差降为4 m；其二是，采用误差补偿技术，可以解决“硬技术”通常无法达到的精度，如现代天文望远镜和X射线显微镜的圆度要求达5.0nm，这首先要求测量仪器的准确度应优于2.0nm。事实上，目前圆度仪主轴回转精度还只能达到20.0nm，这在目前情况下，对精度密轴系的加工能力已接近极限水平，“硬技术”已几乎无能为力。而采用误差分离技术和补偿技术消除掉圆度仪轴系的回转误差中的系统分量之后，其残余回转误差便可小于2.5nm；其三是，满足一定的精度要求情况下，若采用误差补偿技术，则可以大大降低仪器和设备制造的成本，具有非常显著的经济效益。因而误差补偿技术以其强大的技术生命力迅速被各国学者、专家所认识，并使之得以迅速发展和推广。目前，误差补偿技术已成为现代精密工程的重要技术支柱之一。随着现代计算机技术、数控技术及测量系统的高速发展，误差补偿技术更是如虎添翼有了更加广泛的应用前景。特别在我国，随着我国工业和国民经济的高速发展，对数控机床数量和质量的要求也越来越高。所以，对数控机床补偿技术的研究会更深入，数控机床补偿技术的应用会更广泛。误差补偿技术的最大特点在于，无需投入大量资金，便可大幅度地提高数控机床的加工精度。因此，该技术非常适合于我国制造工业发展现状；即工业底子薄，中、低档数控设备比率较大，且在短期内难以对现有设备进行大量的更新和改造。攻克误差补偿技术难关，进而广泛推广、使用误差补偿技术，无疑会带来我国机械工业整体质量的全面提高，创造巨大的社会效益。误差补偿技术作为一项有广泛应用前景的实用技术之所以难以普及和使用，从当前国内外研究现状来看，关键在于该技术仍存在三个致命的问题：（1）缺少程式化的、通用化的数控机床空间建模方法目前数控机床空间误差建模主要有以下几种方法：几何建模法；误差矩阵法；二次关系模型法；机构学建模法等。这些方法对不同类型的机床必须重新建立数学模型，且推导复杂，易产生错误。这就带来两 个问题，其一是不具备误差补偿技术专门人才的单位，难以使用误差补偿技术；其二是在建模方面造成大量的人力物力的损耗。（2）误差参数辨识技术还不成熟误差参数辨识技术主要有两大类：其一是单项几何误差直接测量法。该方法由于测量效率低，难以实现自动测量，且需要多种仪器，因此，难以满足现代高生产率的测量要求。其二是综合误差参数识别方法。常用的有：光栅阵列法、DDB测量方法、一维列求法、22线法和9线法等。其中9线法是今年发展起来的一种比较好的测量方法，但该方法对测量方法有严格要求，并需要测量直线度与垂直度，其建模过程同样复杂。（3）误差补偿的实施手段受数控系统硬件限制在误差补偿实施手段方面，目前主要是以开发微处理芯片为核心的误差补偿控制器来实现。该方法对机床数控系统的依赖性大，对不同的数控系统，需重新设计误差补偿控制电路，开发成本居高不下，且它还对机床本身的机电匹配特性造成不良影响。由于数控系统的多样性、封闭性、以及关键技术上的保密性等因素，给误差补偿控制器的开发、调试、普及和应用等都带来很大问题。本课题正是为解决上述三个关键问题而开展研究的。本研究以近年来新兴的多体运动学理论为基础，重点解决数控机床通用空间误差建模问题，误差参数辨别方程的建立和误差参数直接求解方法问题及实现不受数控系统硬件限制的、跨系统方式的误差补偿实施技术。本课题的研究工作涉及多体系统理论、机床数控系统、机床精度检测技术、计算机仿真技术等多门学科，属交叉科学范畴。对本课题的深入研究，有利于我国在机床精度控制领域达到国际领先水平，本课题的研究成果，不仅适用于提高数控机床的加工精度，而且还适用于机器人运动轨迹精度控制，三坐标测量机测量数据的修正为CAM中刀具轨迹生成提供更加准确的理论计算模型。1.3数控机床精度分析及误差补偿的基本概念1.3.1误差元素的检测数控机床误差补偿效果好坏在很大程度上取决于误差综合数学模型建立的准确性。而误差元素模型是误差综合数学模型的基础，它又直接关系到最后的综合数学模型的准确性。所以，误差补偿的首要任务是对数控机床误差元素进行准确检测。能否精确地检测和辨识数控机床的误差元素直接关系到下一步所建立的误差模型能否准确反映数控机床的误差情况，并关系所建误差综合模型是否准确，最终影响到数控机床误差补偿的效果。误差元素的检测可分为直接检测和间接估计两种方式。直接测量误差元素是在机床不同的位置和温度分布条件下，使用诸如激光干涉仪或光学方法来测量误差元素。间接估计误差成分是用诸如可伸缩式球棒等测量仪器测量机床上工件表面形状误差或最终误差，而后基于运动学模型估计各误差分量。直接测量误差分量更精确、更简单明了。简介估计误差分量提供了一种快速和有效估计机床误差分量的方法。还有一种方法是将工件尺寸和形状误差的测量值用于估计机床误差。通常，机床几何误差的测量不是很困难，但由于机床热误差在很大程度上取决于诸如加工周期、冷却液的使用以及周围环境等多种因素，所以要精确测得热误差是相当困难的。1.3.2误差补偿误差补偿是通过检定机床各种误差或分析误差成因，依据检定结果及误差模型对机床各坐标轴的运动进行适当的修正来提高机床精度。随着工件加工精度的提高，单纯依靠通过机床零部件质量（加工精度、刚度与热特性等）、降低内部热源发热量、严格控制加工环境和使用条件来减少机床加工误差的误差防止措施，在技术上变得越来越困难，在经济上变得越来越难以承受。误差补偿技术的应用则是摆脱这一困境的根本性措施。同时，误差补偿技术的发展和应用突破了只有精密机床才能加工精密零件的传统观念，为利用数控机床加工精度比机床自身精度更高的工件创造了条件。机床误差补偿的基本思想就是人为地造出一种新的误差去抵消或大大减少当前成为问题的原始误差，通过测量、分析、统计及归纳等措施掌握原始误差的特点和规律，建立误差数学模型，尽量使人为造出的误差和原始误差二者的大小相等、方向相反，从而减少加工误差，提高零件的加工精度。在建立机床运动学模型和实现机床误差检定之后，误差补偿的执行并不难。误差补偿最终执行可以通过软件或硬件来完成。因此数控机床误差补偿若按误差可以划分为软件误差和硬件误差补偿。另外，数控机床误差若是按误差补偿执行相对误差补偿的时效性的不同可以分为：主动误差补偿与预先标定误差补偿，或称实时误差补偿与非实时误差补偿；若按补偿的误差的性质的区别可以分为单项误差补偿与综合误差补偿。硬件误差补偿是把已获得的误差值存储在机械结构上，如靠模、凸轮、误差尺等进行补偿，或利用误差平均作用原理使误差相互抵消，如多齿分度台、密珠轴承等。这种方法在历史上起过重要作用，问题是需预先知道被补偿误差的值，通常只适合用于预先标定误差补偿，并且只能补偿单项误差或部分综合误差。另外，这种方法在机床装配后难以调整补偿值，随着机床使用时间的增加，补偿效果会逐步下降，并且无法补偿如短周期等局部误差，随着计算机技术的发展，逐渐被软件补偿所取代。软件误差补偿是根据被补偿误差修改机床加工工序计算机控制程序过程来实现。这种方法对于任何数控机床都可使用，并且既适用于主动误差补偿，也适用于预先标定误差补偿，既可实现单项误差补偿，也可实现综合误差补偿。软件误差补偿是现代补偿技术发展的方向。软件误差补偿有预先标定误差和主动误差补偿之分。预先标定误差补偿是先对误差进行辨识，然后利用它标定或修改随后工序过程。预先标定误差补偿在目前机床误差补偿中被普遍采用。它只能补偿系统误差，并要求机床及误差辨识系统的精度都有很好的重复性。主动误差补偿是在加工过程中检测辨识误差并利用它修改当即加工工序过程。主动误差补偿不仅能补偿系统误差，还可以补偿相关的随机记录。它要求误差的监测与补偿执行同时进行，需要实时性好的高精度误差监测辨识系统和响应快的误差补偿执行系统，以及要求这两个系统的性能有很好的稳定性。这种方法的优点是不依赖于机床的精度，可以简化机床运动学模型，已在磨削、端铣、镗削和车削机床得到了应用，目前的问题是成本较高，建模依赖于大量实验，补偿系统通用性不够。1.4本课题的研究内容（1）数控机床误差参数的辨识方法数控机床误差参数的正确辨识是数控机床补偿的必要前提条件。利用几何法和多体系统运动学理论推导出十八个误差辨识方程，充分利用激光干涉测量仪检定多轴机床的三个平动轴的位移量误差，详细分析了12线误差分析方法，应用误差辨识软件，解得各测量点的十八个误差参数，即每个运动方向的三个位移误差和三个姿态误差，再根据实际情况求解三项垂直度误差，最后得到了所有的21项几何误差，详细阐述了基于径向、轴向及回转误差的误差辨识机理。（2）补偿实验研究针对三轴数控机床的综合、动态误差模型，设计合理的实验和补偿策略，以软件补偿方式在三轴数控机床上实现几何误差补偿，达到提高机床加工精度的目的。2.数控机床的几何误差分析理论2.1数控机床的误差分类在数控机床切削加工过程中，零件的加工精度主要取决于工件和切削刃在切削成形运动过程中相互位置的准确程度。如果在切削加工过程中数控机床和夹具的工艺系统的各个环节偏离了它应该所在的正确位置，就会产生加工误差。在数控机床加工过程中，误差往往是由各种各样的误差元素综合影响形成的。根据数控机床误差产生的来源。条件和性质的不同可以有很多不同的分类方法。按照数控机床误差的来源，误差可以分为：（1）几何误差：机床的原始制造、装配缺陷等造成的机床误差；（2）热误差：机床温度变化引起热变形所造成的机床误差；（3）力误差：机床受力引起变形所造成的机床误差，也称刚度误差；（4）控制误差：机床的控制系统性能造成的误差：（5）检测误差：检测系统的性能、测量精度等造成的机床误差；（6）随机误差：外界干扰造成的机床误差。按照误差的产生是否与机床加工系统有关，误差可分为：（1）内部误差：主要是机床加工系统内部元素引起的误差，包括加工原理误差、几何误差、受力变形、热变形、刀具磨损、切屑力及其力矩、摩擦力、振动等。（2）外部误差：指影响机床加工精度的周围环境的温度、邻近设备的振动、电网电压波动、空气湿度与污染、操作者的干预等；按照数控机床误差产生的条件，误差可分为：（1）静态误差：是在不切削的情况下检测的机床误差，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制造精度，以及机床本身的重力引起的误差等；（2）准静态误差：它也主要由机床本身的制造精度决定。指其指标在给定的条件下，能够在一定时期内基本保证不变或变化缓慢。机床的准静态误差对加工产品的尺寸精度占有很大的比重。如机床热误差、工作热误差、刀具磨损（引起）误差等；（3）动态误差：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，与加工时的环境条件和具体的工艺系统有关，如加工时的夹具、刀具和工件本身的误差，切削时的力、速度等都对机床的加工精度有不利的影响；2.2数控机床精度分析的基本理论动平台沿直线（或圆）向既定目标位置点趋近定位，总会有定位误差存在，定位误差的基本特征分量主要有四项：（l）系统误差：它主要是指在一定行程长度或整个行程中的周期性误差。系统误差产生的原因，主要是机床位移系统的基本元件丝杠、螺母、轴承等，或测量系统的基本元件，如刻度尺等误差。（2）随机误差：主要是表示机床移动部件反复移向各个目标位置点时定位的偏差问题，是一个统计数学概念，描述实际到达位置平均值的一定概率程度的预期偏差。（3）反向定位的失动量：是在向某一位置作正向和负向定位后，两个静止位置之差。产生的原因，一是驱动电机、传动元件和机床执行原件间存在着间隙，二是传动系统的柔度和导轨摩擦特性的影响。（4）最小可能移动量：是机床移动执行件实际能够给出的最小位移量值，理论上应该等于数控系统的脉冲当量，但由于导轨摩擦特性、传动系统柔度、工作台及其上面放置工件的质量所引起的惯性以及润滑条件等的综合作用，它往往大于脉冲当量值。定位精度的检测常用两套标准，分别以不同的检验计算方法。目前我国各类数控机床的定位精度，按GB1093189采用数理统计定义法实施评定。3.数控机床的误差补偿3.1误差补偿的实现与分类提高机床精度误差补偿的实现与分类提高机床精度有两种基本方法，误差防止和误差补偿，误差防止是通过设计和制造途径清除可能的误差源，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。其原因一是机床的结构复杂，机械和电气零部件很多，其中任何零部件的误差均可能累计成为机床的总体误差或加工误差。为控制误差源，对每一个部件的误差加以极其严格的限制，这往往是无法办到的，即使可以办到，也是非常不经济的；第二个原因是加工条件和外界环境在发生不断的、有时是无法预测的变化，导致机床本身的误差和加工误差也会不断地发生变化，要事先预估或预防这些误差是办不到的。因此，单纯采用误差预防的策略，往往难于奏效，而必须辅以误差补偿的策略。误差补偿是根据对误差的检测分析，在加工过程中从硬件上或软件上对这种误差进行修正，达到降低误差，提高加工精度的目的，比较灵活通用。误差补偿又分为两类，预先标定误差补偿和主动误差补偿。预先标定误差补偿包括软件误差补偿和硬件误差补偿，其中软件补偿比较方便实用，基本包括三个阶段，建立误差模型，原始误差参数测量，辨识误差并进行补偿。误差补偿一般是采用“误差建模检测补偿”的方法来抵消误差。由于数控机床加工零件时是由各数控伺服轴的运动合成刀刃的加工轨迹，因此只要能测量出机床加工时刀刃在加工空间中的轨迹误差矢量，把该矢量分解为各运动轴的分矢量，使各驱动轴在执行各加工指令时，多执行相反方向误差分矢量的当量数字的脉冲运动指令，就能达到加工误差补偿的目的。数控机床误差补偿的方法按原理可分为：平均法；闭环法；误差分离法；误差检定法；差动法；误差预测法。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，静态补偿与动态补偿。（1）实时与非实时误差补偿在非实时误差补偿中，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。非实时误差补偿成本低，实时误差补偿成本高。只有制造超高精度装备时，才采用实时误差补偿技术。此外，在动态加工过程中，误差值迅速变化，而补偿总有时间滞后，实时补偿不可能补偿全部误差。（2）硬件补偿与软件补偿在机床加工中误差补偿的实现都是靠改变切削刀刃与工件的相对位置来达到。硬件补偿法是采用机械的方法，来改变机床的加工刀具与工件的相对位置达到加工误差补偿的目的。与利用微机的软件补偿相比，此方法显得十分笨拙，要改变补偿量，需改制凸轮，校正尺等补偿装置，或至少得重新调整，很不方便。再者，这种方法对局部误差（短周期误差）一般无法补偿。软件补偿是数控机床特有的补偿方法，一般的机床上无法实现。数控机床是靠微机执行数控加工的指令代码，使切削刀具与被切削工件之间实现准确的定位和相对运动。因此，数控机床存在软件补偿的潜能。软件补偿是通过修改数控加工代码或执行补偿指令来实现加工误差的补偿。由于软件补偿克服了硬件补偿的困难和缺点，逐渐取代了误差的硬件补偿方法，使误差的硬件补偿方法已成为历史。（3）静态补偿法与动态补偿法误差的静态补偿是指数控机床在加工时，补偿量或补偿参数不变。它只能按预置的设定值进行补偿，而不能按实际情况改变补偿量或补偿参数。采用静态补偿方法只能补偿系统误差而不能补偿随机误差。动态误差补偿是指在切削加工条件下，能根据机床工况、环境条件和空间位置的变化来跟踪、调整补偿量或补偿参数，是一种反馈补偿方法。它不但能补偿机床系统误差，也可以补偿部分随机误差，能对几何误差、热误差和切削载荷误差进行综合补偿。动态补偿法可以获得较佳的补偿效果，是数控机床最有前途的误差补偿方法，但需要较高的技术水平和较高的附加成本。误差补偿技术，解决了高精度与低成本之间的矛盾，应用误差补偿技术提高机床的加工精度，已是必然的发展趋势。在误差补偿的实施中，应注意以下几点：（1）误差补偿的运动学模型应满足完整性、分解性与实用性。完整性指覆盖机床整个工作空间。分解性指根据检测的数据确定各项原始误差。现有的大多数误差检测方法均不能同时满足所有这些要求，所检测得到的只是工作空间中某些区域上的加工误差。（2）所有的误差成份需要通过实际测量获得，误差补偿的效果完全取决于误差辩识的准确性，因此，应加强误差测量方法的研究，提高测量的精度和测量效率。测试技术应进一步向多用途和在线测量方向发展，研究出能进行机床加工中的刀具动态性能实时监测的装置。发展能分解出误差根源的检测方法，具有重要实用价值。（3）目前的研究成果大多所涉及的误差源为机床零部件的制造误差，热变形、载荷误差，而且只在几何误差补偿方面得到实用化，因此应加强对机床热变形、载荷误差的补偿技术研究，特别是机床在高速切削情况下，机床动态特性与加工误差的关系研究。（4）静态补偿法在单项误差源的补偿中已有实用化的成功例子，而综合的补偿法还处在研究阶段。目前误差补偿技术只涉及位置矢量，由于机床的加工误差不仅与位置有关，还与加工时的速度和加速度有关，因此应研究机床误差与速度和加速度的的关系，建立动态切削加工情况下的精确数据模型或者有效的经验模型，使机床的误差补偿应用范围更广，效果更佳。（5）误差补偿的效果与机床本身的原始精度有关，当机床的定位精度好时补偿的效果才明显。误差补偿技术只是提高数控机床加工精度的辅助手段，想要从根本上改变我国数控机床的面貌，必须从机床设计制造的全方位着手。3.2软件误差补偿过程应用先进的测量、建模和计算机技术来补偿加工误差可以提高精度，利用补偿来提高机床精度，最好是在切削中直接测量工件误差并在线补偿，但除了一些特殊情况，很难做到实时测量工件误差，因此离线标定被用于解决这个问题，补偿几何、热、切削力误差的通用方法。首先需要直接或间接地测量由不同误差源得到的误差分量，然后需采用软件误差补偿，将辨识后的误差参数送入误差模型中，计算出相应的补偿量实现数控机床的误差补偿。CAD/CAM的工作过程为：零件的三维实体造型、CAM的工艺处理、刀具轨迹的生成、后处理和机床代码的生成等，如图3.1所示。CAD/CAM系统软件本身的几何造型精度加工的刀位文件程序的控制精度是可以控制的，而且理论上可以达到很高的精度水平，远远超出机床能达到的加工精度。通过后处理得到的机床加工程序，是以机床的最小脉冲当量为最小单位的。因此，通过CAD/CAM软件编程可以实现理论上要求的精度。但实际机床却存在大量几何运动误差，必须把CAD/CAM系统所产生的理想的加工程序通过特定的补偿方法处理成实际的加工程序。 图3.1 CAD/CAM系统的工作过程 由于补偿位置不同，误差补偿模型也不同。（l）修改CAD模型。如图3.2，通过标准数据接口，将修正后的误差模型生成实际的CAD模型，再将此模型的数据信息传递给CAM接口，从而得到加工数据。由于CAD模型生成的数据文件中没有加工信息，刀具的实际切削点位置无法确定，所以加工点的位置坐标（x,y,z）也无法确定，不能很好地与误差数据点的信息对应起来。这种方法可以实现三坐标数控机床的误差补偿，且补偿精度很高。但不能用于四轴联动数控机床的误差补偿技术上。 图3.2修改后的补偿模型（2）修改CAM模型。如图3.3，这种方法是通过误差数据修正刀具加工轨迹文件，生成实际的加工程序，这种方法的优点是APT文件是刀具的实际加工点，与补偿数据吻合。缺点是补偿过程受加工工艺参数因素的影响较多。 图3.3 CAM补偿模型的修改 （3）修改NC数据。如图3.4，这种方案可以在加工条件任意的条件下进行，具通用性。并且生成的NC数据即实际切削点的位置，克服了修改CAD模型和修改CAM模型两种方法的缺点。 图3.4 NC补偿模型的修改由于生成的NC数据中带有角度信息，可以很容易地根据误差模型将X、Y、Z和角度误差的信息带入NC数据中加以修正，得到补偿后的NC数据。这种补偿方法的精度高，并且具有通用性。本文就是采用此方法进行四轴联动数控机