数控车床几何和热误差综合实时补偿方法应用

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1、万方数据第40卷第1期2008年1月四川大学学报(工程科学版)JOURNAL0FSICHUANuNIVERSITY(ENGINEERINGSCIENCEEDITl0N)V01．40No．1Jan．2008文章编号：1009-3087(2008)01_0163硝数控车床几何和热误差综合实时补偿方法应用沈金华，李永祥，鲁志政，陈志俊，杨建国(上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240)摘要：对数控机床几何和热误差进行补偿是提高数控机床加工精度的有效方法。对数控机床的几何误差和热误差进行了分类并给出了建模方法。提出了一种基于外部坐标系偏移功能的误差实时补偿装置并叙述了其实现方法。在I(3

2、60型数控车床进行了X轴定位误差和主轴径向热误差的补偿试验，证明了这种补偿方法在精度改进中的有效性。关键词：数控机床；误差建模；实时补偿；数控系统中图分类号：7I．H16l文献标识码：AAReal·timeCompensationMethodfortheGeometricandThermalErroronCNCTurIlingMacllinesHENJ汛一ht佩，uYong一％iomg，LUzK—zheng，CHENzK_lIm．YANGJ证吼-gI沁(sch00lofMechanicalEn昏，shan曲aiJiaotonguniv．，Shan出ai200240，china)Abstr

3、act：Compensationforthegeometricandt}lennalenDrist}lemostef玷ctiVemethodst0improvetllemachiningprecision．Theseerrorswereclassifiedandtheno珊aLlmodelingmethodsweregiVen．Areal·timeerrorcompensa-tioncontrollerwasdevelopedbasedont}leCNCshiftfunctionofextemalc00rdinatesystem．Thetechnolog)，wasim-plemented

4、onCY—K360CNCtumingcenterandtllepositionerrorofXaxialandt}leRadiaI出e瑚alermrofthespindlewerecompensated．Theresultpmved出enewmetllod§availabilit)，inaccumcyimproVing．Keywords：NCmachinetool；errormodeling；real—timecompensation；CNCcontroller随着精密加工技术的广泛应用，对数控机床精度的要求也日益提高。研究表明，数控机床中的几何和热误差是影响机床加工精度的主要因素uJ，

5、因此如何对这些误差进行补偿是提高数控机床精度的主要方法。提高机床精度最直接的方式是提高机床零部件的生产、安装精度和改善机床结构，这种方式能很好的改善机床的精度，但是成本比较高旧J。目前，很多现代数控系统中都带有一定的定位误差补收稿日期：2007一03—26基金项目：高等学校全国优秀博士学位论文作者专项资金资助项目(200131)；上海市引进技术的吸收与创新年度计划资助项目(05—12)作者简介：沈金华(198l一)，男，博士生．研究方向：精密测量与加工偿功能，把测量得到的误差以一定形式输入数控系统就可以在使用中对这些误差进行补偿∞J，对于开放式数控系统张虎等提出可以在插补算法或后置处理中

6、对这些输人的误差进行处理MJ。但是，这些方法的缺点在于只能对相对稳定的几何误差进行补偿，不能实时的根据机床的工作温度变化对热误差进行补偿。文献[5—6]论述了反馈中断法和原点平移法两种可以进行实时补偿方法的的基本原理，反馈中断法通过对位置反馈的位置编码器中增加或者减少脉冲信号来调整机床的移动，这种方式通用性强，但软硬件实施比较复杂；原点平移法把通过平移控制系统的参考原点以实现误差量的补偿，这种方法既不影响坐标值，也不影响CNC控制器上执行万方数据164四川大学学报(工程科学版)第40卷的工件程序。但文献中只是提出了这两种原理，却没有论述如何在实际中进行应用。任永强等¨1提出了一种类似原点

7、平移法的基于Fanuc系统外部坐标系偏移功能的热误差实时补偿方法，并论述了其实现方法，但是这种装置由于无法获得机床的位置参数，因此只能补偿和位置无关的主轴热漂移而不能补偿和位置相关的热误差进行补偿。作者首先根据误差和机床位置和温度变化的关系对数控机床的几何误差和热误差进行了分类，并分别介绍了不同种类误差的建模方法。并且提出了改进的基于机床外部坐标系偏移的实时补偿装置和实现方法，这种方法通过测量机床关键点的温度值并从数控系统获得位置参