数控机床的误差补偿技术研究院TG659TP202文献标识码院A院1673-0992（2011）02-0027-01摘要：阐述了数控机床加工误差产生的原因，在已有的数控机床在线检测模型基础上，分析了数控加工误差补偿原理，提出了基于多体系统理论的误差建模的规律性，从而只要确定了相邻体间的位置特征、运动特征，就能找到对应的特征矩阵和变换矩阵。每对相邻体间变换矩阵确定后，按照误差模型规则便可以得到误差模型公式，载入辨识好的误差参数可得数值解，从而进行相应补偿。实践结果表明，该误差补偿技术大大提高了机床的加工精度，具有实用性。关键词：数控机床；误差补偿；多体系统；误差模型随着科技的进步和人民生活水平的提高，人们对机械产品的精度和质量要求越来越高，误差补偿技术由于无需对机床进行硬件改造，无需投入大量资金，便可较大幅度地提高机床的加工精度，因此，逐步发展成为当今提高数控机床加工精度的主要方法。1数控机床加工误差分析机械产品的质量以数控机床加工误差的大小来衡量。机床加工误差是指机床按某种操作规程指令所产生的实际影响与该操作规程所预期产生的影响之间的差异，即机床工作台和刀具在实际运动中与理想位置的差异。2数控加工误差补偿原理在理想情况下，数控指令（理想数控指令）到刀具中心位置的映射，再到工件中心的映射，得到工件中心的位置。然后从工件中心位置向回映射，得到的数控指令至给定的数控指令，完全相等。在实际情况下，根据理想数控指令得到的工件中心的位置是含有误差的，实际的数控指令值必须对理想数控指令进行修正，使得到的工件中心位置值与理想工件中心的位置值接近。首先计算每个加工点的误差数值，误差数值可由在线检测模块按照一定算法选择有限个测量点测量后，再由误差产生模块据此与理论值比较计算出各加工点的误差数值，送往误差模型。由于NC数据中带有角度信息，可以很容易地根据误差模型将加工点的误差数值带入NC数据中修正，得到补偿后的加工点的实际NC数据。这种补偿方式为软件补偿，补偿过程既独立于加工中心又独立于CAD/CAM系统，可以作为数控编程中的一个应用模块，与通用CADC/AM软件连接，具有通用性。由CAD模型生成的NC数据进行首次加工循环，当首次加工循环加工完成后，把切削刀具换成接触式测头，测头沿着加工面运动，测量刚刚加工过的切削面，测头路径和切削刀具相同。得到加工误差后，判断是否在误差允许范围内，如果加工误差超出误差允许范围则要进行加工误差补偿，修改NC数据，生成新的加工路径进行加工。这样，加工、在线检测、误差补偿、加工重复进行，直到加工误差在允许的范围内。3基于多体系统理论的误差建模分析3.1多体系统特征描述在多体系统中，体与体之间在相对静止状态时或相对运动过程中总存在某种相对位置关系和约束关系。根据典型体运动特征建立相邻体实际状态下的坐标系，定义Bk为典型体，Bj为其相邻低序体，n0为惯性坐标系，nj和nk分别为固联在Bj和Bk体上的运动坐标系；np为典型体Bk的运动参考坐标系，它相对于体坐标系nj的位置不随着Bk体运动而变化。npe和nse分别为典型体位置误差和运动误差参考坐标系；pke和ske分别为典型体的位置误差和运动误差矢量；Pk!和sk!分别为典型体的实际位置和运动矢量。3.2特征变换矩阵当建立好坐标系后，体与体之间的相对位置特征关系可转化为坐标系的位置特征关系，用DenavitHartenberg（D-H）齐次矩阵来描述。用公式表示为:[AJK]=[AJK]p[AJK]pe[AJK]s[AJK]se其中，[AJK]为nk到nj的变换矩阵，[AJK]p为Bk体运动参考坐标系相对其低序体坐标系的特征变换矩阵，[AJK]s为Bk体坐标系相对运动参考坐标系的特征变换矩阵，[AJK]pe和[AJK]se分别为典型体位置误差和运动误差参考坐标系特征变换矩阵。4数控加工误差补偿实例实际的算例是对加工前后程序进行对比分析:在补偿过程中，程序A中的x、y、z值为刀具中心点的坐标值，而通过误差模型计算出的误差补偿量为切削点的误差补偿量值。由于刀具的切削点是变化的，不容易找到这个点，并且由于刀具的刀心点与刀具的切削点非常接近，而假设两点的误差值近似相等，所以即可以通过模型计算出的切削点误差补偿值作为刀具中心点的误差补...