?一台性能优异的数控机床在追求加工精度的前提下还要保证低振动，低噪声。而机床工作过程中产生的振动又会影响其加工精度。可以从这两个角度来提升机床的性能。1）通过降低误差来提高机床的加工精度。2）减小机床工作中的振动（机械振动与噪声是相伴而生的）从机床本身结构的布置等方面考虑。
?下面分析机床的误差来源。具体归纳有以下几点：
?1）机床系统的空间误差，包括：①由于结构几何误差、热误差和承载变形误差引起刀具与工件作用点上的相对位置偏差；②由于伺服系统的跟踪误差、进给传动机构误差和位置检测误差等引起的位移误差。
?2）刀具系统的位置误差，主要由换刀、刀具的尺寸调整误差、受力变形、热身长和磨损等因素引起的。
?3)工件和夹具系统的位置误差，主要由装夹弹性变形、切削热和工件材质不匀等随机误差引起的误差。
?4）检测系统的测试误差，主要指加工过程中实时检测，或工序间在机检测的测试误差。
?5）外界干扰误差，主要指环境条件的扰动和运行工况的波动所引起的随机误差。
?机床的误差分为两类1.准静态误差。2.动态误差。[1]
准静态误差是指刀具与工件的相对位置随时间缓慢变化并且直接与机床自身的结构形态相关的误差。[2] 准静态误差包括：1）机床结构部件的制造与装配缺陷引起的几何误差，这类误差会受到平面度、表面粗糙度和轴承
与载荷等因素的影响；2）机床热变形引起的误差，可将其定
义为随时间变化的几何误差；3）联动误差，指在机床进行多
轴联动工作时多个运动轴为了与精确地函数条件相一致的相
对运动误差。
动态误差主要是由刀具受力变形、机床结构振动、工件受力变形和控制器的跟踪误差等引起的误差。动态误差可通
过模态分析研究进行研究。影响机床动态性能主要是机床的
动刚度，这是评价一个机床优劣的重要因素。
[1]R.J.Hocken.Technology of machine tools:Machine Tool Accuracy.1980.5:1~85
[2]V.S.B.Kiridena,P.M.Ferreira.Parameter estimation and model verification of first order quasistatic error model for three-axis machining centers.International Journal
of Machine Tools and Manufacture
????
???
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?%15%
5.7%5.6%
5.7%5.13%28%22检测误差操作误差工件热误差夹具误差刀具误差加工过程误差热误差几何误差机床误差根据美国E . K . K l i n e 等的研究成果, 误差权重比已经在下侧标定。（1998年数据）一般来说加工误差的70%是由准静态误差造成的[3]
[3]P .M.Ferreira,C.R.Liu. A method for estimating and compensating quasistatic errors of machine tools.Journal of Engineering for Industry(Transactions of the ASME),1993，115(1):149~159
要找到机床的误差需要通过相关的检
测设备并测试相关参数来评定。比如机床的几何误差可通过激光干涉仪来进行测量。关于机床各项误差的评定方法并不全面，而机床结构的动态误差在当前的技术条件下无法对其进行直接测量。因此机床的动态误差测试分析可作为研究方向
二、机床动态误差的测试方法
?机床的动态特性的主要指标包括固有频率、阻尼比、振型等，是指机床运转之后振动、噪声、热变形与磨损等性能的总称。
?由于机床结构是多自由度系统, 必然存在多个具有特定固有频率、阻尼比和振型的模态。实验模态分析是一种在频域内研究结构动态特性的方法通过激振实验对采集的振动数据进行处理识别，从而得到机械系统的模态参数, 其特点是理论分析与测试实验密切结合。
?实验模态分析的基本步骤：
频响函数测量
模态参数估计测量系统建立
悬挂、支撑形式激励方式选择激励位置确定响应位置确定混叠现象
低通滤波
泄漏
窗函数
谱相关函数
误差估计
模态参数初步识
别
迭代优化计算
模态矢量识别
模态矢量归一化
模态质量刚度确
定
动画显示
?实验模态分析原理图
加速度计
力
锤
电荷放
大
器力信号加速度信号
低通滤波A/D 转换FFT 变换
频率响应函数
模态参数
悬挂或支撑点应该选择处于或接近尽可能多的模态的节点上悬挂支撑注意
事项及原则
悬挂绳或支承装
置要足够软，保
证刚体共振频率
低于第一阶弹性
共振频率（通常
要求小于10%）
1
力锤
优点：
设置简单，不会影响试件动态特性；缺点：
能量集中在短时间内，容易引起过载和非线性问题，数据一致性不易保证；
2
激振器
优点：
可以采用多种多样的激励信号，数据一致性好；
缺点：
设置麻烦，并且存在附加质量影响问题（比如轻型试件)；
?激励方法及激励点选取原则
传统模态分析主要是使用力锤，激振器或者激振台产生脉冲冲击或者正弦波激励的实验模态分析。这些主要应用在中小型机械的结构
设计和优化改进上。[3]
[3]郭维, 刘斌, 冯涛等. 冰箱压缩机机壳实验模态分析. 噪声与振动控制,
激励方法
?激励点选取的方法及选取原则
数控机床模态实验中激励点的选择直接关系到结构建模的精度，响应观测点布置对合成传递函数，识别模态参数有着及其重要的作用。[4]数控机床模态实验的激励点选取主要靠的是工程经验，需要进行多次反复尝试才可以确定出相对较
好的激励点。理想的位置是刚度较大而又能激出所有模态的地方根据Maxwell 互异性原理得到激励点优化主要方法有驱动点留数
法(Driving Point Residue, DPR)
、有效独立法(effective independence, EfI)、有效独立-驱动点数法(effective
independence driving-point residue EfI-DPR)、QR 分解法和模态指示函数法(Mode indicator function, MIF)等[5]。
[4]白向贺.数控机床模态实验的激励点选择和响应测点布置优化[硕士学位论文]华中科技大学2012
[5]Schedlinski C., Link M. An approach to optimal pick-up and exciter placement. PSoc Photo-Opt Ins, 1996, 2768: 376-382.
避免激励点选择在模态振型的节点上避开结构的薄弱部分，以防造成结构损坏激励点的选择要尽量减小激励之间的相
互影响考虑激励的方便性激励点选
取原则
激励数目多通道输入更好的把输入能量分配到整个试件上（对大型试件尤为重要），并最大限度的减少因激励点刚好选在某阶模态节点上而漏掉该阶模态
激励方向激振方向要与最关注的振动方向相一致。确信各个方向的模态都能激励出来，激励方向应该涵盖各个方向；
激励数目及方向的选择标准
三、实验模态分析介绍
?响应测点的布置
常见的响应测点优化的方法有模态动能法，有效独立法，特征向量乘积法，有效独立-驱动点留数法，QR 分解法[6]
[6]Imamovic N. Model validation of large finite element model using test data. PhD thesis, Imperial College, London, UK, 1998.]
响应数目
取决于所选频率范围、期望的模态数、试件上关心的区域、可用的传感器数量和时间
响应位置响应点尽量选择处于或接近尽可能多的重要模态的腹部，避免漏点重要的模态信息
响应分布
感兴趣区域应该多布置响应点，同时响应点应该在试件上某种程度的均匀分布，可以减少漏掉模态的机会，并能得到像样的结构线框动画
响应测点布置原则
?测试一般选用压电加
基于LMS https://www.doczj.com/doc/de5048120.html,b的顶棚模态试验分析速度传感器，选用三
维加速度传感器更有
利于测试机床的空间
振动。
?在安装振动传感器时
，应按照实验分析频
率范围来选用固定方
式，例如可以蜡粘、
胶粘、螺栓连接等
?通过LMS https://www.doczj.com/doc/de5048120.html,b软件来对机床进行振动测试，运用Impact 锤激发模态测试与分析。测试时通常用加速度传感器测响应，用力传感器测出激振力。
LMS https://www.doczj.com/doc/de5048120.html,b软件的测试范例
五、自己的后续任务
?将实验模态分析理论搞清楚，模态试验的基本流程了解，掌握。
?把LMS https://www.doczj.com/doc/de5048120.html,b软件学明白，多做实验。
?机械振动的相关知识搞清楚。
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。
实验研究 机床热变形误差实时补偿技术 李书和 *a 杨世民张奕群张国雄 (天津大学精密仪器与光电子工程学院 摘要研究了通过实时补偿热误差提高数控机床加工精度的方法 . 采用一维球列加快和简化了热误差的测量 . 利用多元线性回归方法建立了热误差与温度的数学模型 . 在外部微机的帮助下 , 可在加工过程中实时补偿热误差 . 切削实验表明补偿效果良好 . 关键词数控机床 , 热误差 , 补偿 分类号 T G 502. 15 REAL -TIME COMPENSATION FOR THERMALLY INDUCED ERRORS OF MACHINE TOOLS Li Shuhe Yang Shimin Zhang Yiqun Zhang Guoxiong (Scho ol of P recisio n Inst rument and O pto-electr onics Engineer ing , T ianjin U niv ersit y Abstract T his paper is co ncer ned with enhancing the accuracy o f a machine too l thr ough compen-sating ther mal er ro rs in real time . T he 1-D ball ar r ay is used t o acceler ate and simplify the t hermal err or measurement. T he mo del o f ther mal err or and temper ature field is dev elo ped by multi-v ari-v ant r egr ession analy sis technique.
丝杠传动机构定位误差测量实验 一、实验目的： 1、了解光栅测量原理。 2、了解丝杠传动机构定位误差的种类和测量方法。 二、实验内容 1. 测量丝杠传动机构的定位误差。 2．计算丝杆螺距误差和螺距累积误差。 三、实验数据及处理： 测量数据和误差处理如下： 理论值去程理论值回程回程误差实际螺距螺距偏差螺距累加误差0.000 0.000 0 0.000 0 4.000 3.795 -4.000 -3.830 -0.035 3.795 -0.205 -0.205 8.000 7.812 -8.000 -7.818 -0.006 4.007 0.007 -0.198 12.000 11.812 -12.000 -11.816 -0.004 4 0 -0.198 16.000 15.806 -16.000 -15.818 -0.012 3.994 -0.006 -0.204 20.000 19.809 -20.000 -19.813 -0.004 4.003 0.003 -0.201 24.000 23.797 -24.000 -23.813 -0.016 3.997 -0.003 -0.204 28.000 27.772 -28.000 -27.814 -0.042 3.995 -0.005 -0.209 32.000 31.772 -32.000 -31.805 -0.013 4 0 -0.209 36.000 35.784 -36.000 -35.792 -0.008 4.012 0.012 -0.197 40.000 39.777 -40.000 -39.775 0.002 3.987 -0.013 -0.210 44.000 43.768 -44.000 -43.781 -0.013 3.991 -0.008 -0.218 48.000 47.768 -48.000 -47.759 0.009 4 0 -0.218 52.000 51.764 -52.000 -51.752 0.012 3.996 -0.004 -0.221 56.000 55.770 -56.000 -55.749 0.021 4.006 0.006 -0.215 60.000 59.767 -60.000 -59.747 0.020 3.997 -0.003 -0.218 64.000 63.756 -64.000 -63.740 0.016 3.989 -0.011 -0.229 68.000 67.743 -68.000 -67.745 -0.002 3.987 -0.013 -0.232 72.000 71.737 -72.000 -71.750 -0.013 3.994 -0.006 -0.238 76.000 75.738 -76.000 -75.743 -0.005 4.001 0.001 -0.237 80.000 79.748 -80.000 -79.743 0.005 4.010 0.010 -0.227 84.000 83.741 -84.000 -83.743 -0.002 4.007 0.007 -0.220 88.000 87.736 -88.000 -87.741 -0.005 3.995 -0.005 -0.225 92.000 91.738 -92.000 -91.743 -0.005 4.002 0.002 -0.223 96.000 95.736 -96.000 -95.742 -0.006 4 0 -0.223 100.000 99.738 -100.000 -99.732 0.006 4.002 0.002 -0.221 104.000 103.747 -104.000 -103.730 0.017 4.009 0.009 -0.212 108.000 107.746 -108.000 -107.727 -0.019 3.999 -0.001 -0.213 112.000 111.756 -112.000 -111.722 0.034 4.010 0.010 -0.203 116.000 115.747 -116.000 -115.722 0.020 3.988 -0.012 -0.215 120.000 119.777 -120.000 -119.712 0.058 4.030 0.030 -0.185
《机械制造工艺学》试题库 一、填空 1.获得形状精度的方法有_轨迹法_、成形法、_展成法_。 2.主轴回转作纯径向跳动及漂移时,所镗出的孔就是_椭圆__形。 3.零件的加工质量包括_加工精度_与_加工表面质量__。 4.表面残余_拉_(拉或压)应力会加剧疲劳裂纹的扩展。 5.车削加工时,进给量增加会使表面粗糙度_变大_。 6.切削液的作用有冷却、_润滑__、清洗及防锈等作用。 7.在受迫振动中,当外激励频率近似等于系统频率时,会发生_共振_现象 8.刀具静止参考系的建立就是以切削运动为依据,其假定的工作条件包括假定运动条件与假定安装条件。 9.磨削加工的实质就是磨粒对工件进行_刻划_、__滑擦(摩擦抛光)与切削三种作用的综合过程。 10.产品装配工艺中对“三化”程度要求就是指结构的标准化、通用化与系列化。 11.尺寸链的特征就是_关联性与_封闭性_。 12.零件光整加工的通常方法有_珩磨_、研磨、超精加工及_抛光_等方法。 13.机械加工工艺规程实际上就就是指规定零件机械加工工艺过程与操作方法等的_工艺文件 14.工艺过程就是指生产过程中,直接改变生产对象形状、尺寸、相对位置、及性质的过程。 15.零件的几何精度、表面质量、物理机械性能就是评定机器零件质量的主要指标。 16.加工经济精度就是指在正常加工条件下(采用符合标准的设备,工艺 装备与标准技术等级的工人,不延长加工时间)所能保证的加工精度。17.工艺系统的几何误差主要加工方法的原理误差、制造与磨损所产生的机床几何误差与传动误差,调整误差、工件的安装误差、刀具、夹具与量具由于的制造误差与磨损引起。 18.轴类零件加工中常用两端中心孔作为统一的定位基准。 19.零件的加工误差指越小(大) ,加工精度就越高(低) 。 20.粗加工阶段的主要任务就是获得高的生产率。 21.工艺系统的几何误差包括加工方法的原理误差、制造与磨损所产生的机床几何误差与传动误差,调整误差、刀具、夹具与量具的制造误差、工件的安装误差。 22.精加工阶段的主要任务就是使各主要表面达到图纸规定的质量要求。 23、零件的加工误差值越小(大) ,加工精度就越高(低) 。 24机械产品的质量可以概括为__实用性____、可靠性与__经济性____三个方面。25获得尺寸精度的方法有试切法、_定尺寸刀具法__、__调整法_____、自动获得尺寸法。 26__加工经济精度_____就是指在正常的加工条件下所能保证的加工精度。 27主轴回转作纯径向跳动及漂移时,所镗出的孔就是_椭圆形______。 28工艺上的6σ原则就是指有__99、73％_____的工件尺寸落在了 3σ范围内29零件的材料大致可以确定毛坯的种类,例如铸铁与青铜件多用_铸造____毛坯30表面残余拉应力会_加剧_ (加剧或减缓)疲劳裂纹的扩展。 31车削加工时,主偏角增加会使表面粗糙度_变大__。 32切削液的作用有_冷却___、润滑、清洗及防锈等作用。 33磨削加工的实质就是磨粒对工件进行_刻划_______、__滑擦______与切削三种作用的综合过程。
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。
《机械工程测试技术基础》 结课论文 学院：机械电气工程学院 专业：工业12级（1）班 姓名：周雪 学号： 2012509381 测量 摘要 本文主要从测量的概念、原理、方法以及结果和处理等四个方面来讲解测量，分析了测量的整体含义，有助于加深对测量的理解。 关键词：概念、原理、方法、结果和处理、测量 一、概念 测量是按照某种规律，用数据来描述观察到的现象，即对事物作出量化描述。测量是对非量化实物的量化过程。 在机械工程测试技术基础里面，测量是指以确定被测对象的量值为目的而进行的实验过程。 二、原理 三、方法 测量方法：指在进行测量时所用的按类叙述的一组操作逻辑次序。对几何量的测量而言，则是根据被测参数的特点，如公差值、大小、轻重、材质、数量等，并分析研究该参数与其他参数的关系，最后确定对该参数如何进行测量的操作方法。 测量的基本形式是比较，即将被测量与标准量进行比对。可根据测量的方法、手段、目的、性质等对测量进行分类。这里仅介绍常见的按测量值获得的方法进行分类，把测量分为
直接测量、间接测量和组合测量。 1.直接测量 指无需经过函数关系的计算，直接通过测量仪器得到被测值的测量。如温度计测水温、卷尺测量靶距等。根据被测量与标准量的量纲是否一致，直接测量可分为直接比较和间接比较。直接把被测物理量和标准量作比较的测量方法称为直接比较。如卷尺测量靶距，利用惠斯通电桥来比较两只电阻的大小等。直接比较的一个显著特点是待测物理量和标准量是同一物理量。间接比较则是利用仪器把原始形态的待测物理量的变化变换成与之保持已知函数关系的另一种物理量的变化，并以人的器官所能接受的形式在测量仪器上显示出来。例如用水银温度计测体温是根据水银热胀冷缩的物理规律，事先确定水银柱的高度和温度之间的函数关系，从而可以用水银柱的高度作为被测温度的度量。这里是通过热胀冷缩的规律把温度的高低转化为水银柱的高度，然后根据水银柱高度间接得出被测温度的大小。 直接测量按测量条件不同又可分为等精度（等权）直接测量和不等精度（不等权）直接测量两种。对某被测量进行多次重复直接测量，如果每次测量的仪器、环境、方法和测量人员都保持一致或不便则称之为等精度测量。若测量中每次测量条件不尽相同，则称之为不等精度测量。 2.间接测量 指在直接测量值的基础上，根据已知函数关系，计算出被测量的量值的测量。如通过测定某段时间内火车运动的距离来计算火车运动的平均速度就属于间接测量。 3.组合测量 指将直接测量值或间接测量值与被测量值之间按已知关系组合成一组方程（函数关系），通过解方程组得到被测量值的方法。组合测量实质是间接测量的推广，其目的就是在不提高计量仪器准确度的情况下，提高被测量值的准确度。 四、结果和处理 测量数据处理的基本任务就是求得测量数据的样本统计量，以便得到一个既接近真值又可信的估计值以及它偏离真值的程度的估计。 1.概率统计学 从测量方面来看，每次测量将获得一个测得值，它是测量随机数据总体中的一个个体实现。对同一量重复进行多次测量，将获得一组测得值Xi，i=1,2，……，n，这组数据称为测量序列。它是随机数据的一个样本实现（简称样本），其容量为n。测量序列的算术平均 由下式来定义 = 从测量角度来看，总体期望值μ即是真值x0 μ的无偏估 =∧ μ,因而可用x0。
关于机床热补偿的相关论述 机床热补偿的原因和意义 随着数控机床整机及零部件设计、制造、装配和材料等相关技术的不断进步，几何误差、刀具磨损、伺服等误差在数控机床整体误差中所占的比例逐渐减小。当前热误差是数控机床最大的误差源占机床总误差的40%-70%。要提高加工精度就必须对机床热误差进行有效的补偿在实施补偿热误差前通常先要进行大量的试验研究以获得足够多的温度及热误差数据然后利用各种建模方法如多变量回归分析及神经网络等建立能够准确反应温度变化与热误差间关系的热误差数学模型. 机床热补偿的发展 虽然人们自20世纪40年代就已开始对机床热特性进行研究，但是由于传统机床在精度 和速度上没有现代制造要求的这么高，热问题不严重，且由于机床及其部件类型和负载的多样性、结构的复杂性以及机床温度场和热变形受多种因素的影响，故其研究一般都是针对具体机床，采用实验研究法或数值模拟法，分析机床的各种热源及其对机床温度场的影响，在机床热设计方面就形成了“头疼医头、脚疼医脚”的现象，没有形成系统的理论、方法和分析工具，这显然与当前机床高速高精度发展的要求不相适应。 粗糙集理论是上世纪八十年代初山波兰数学家Pawlak首先提出的一种用于数据分析的数学理论!其主要思想是利用己知的知识或信息来近似不精确的概念或现象自上世纪九十年代以来粗糙集在理论上不断完善在应用上广泛扩展己逐渐成为国际学术界的研究热点之一目前粗糙集理论作为一种新的处理不确定性知识的数学工具"由于其独特的计算优势而得到了较为广泛的应用. 目前最常用的是在数控系统中根据热变形进行热误差补偿。误差补偿的基本定义是人为地造
出一种新的误差去抵消或大大减弱当前成为问题的原始误差，通过分析"统计"归纳及掌握原始误差的特点和规律，建立误差数学模型，尽量使人为造成的误差和原始误差两者的数值相等"方向相反，从而减少加工误差，提高零件尺寸精度!最早的误差补偿是通过硬件实现的!硬件补偿属机械式固定补偿，在机床误差发生变化时要改变补偿量必须重新制作零部件"校正尺或重新调整补偿机构!硬件补偿又有不能解决随机性误差"缺乏柔性的缺点!软件补偿克服了硬件补偿的许多困难和缺点，把补偿技术推向了一个新的阶段!热误差补偿法在一定范围内可提高加工精度，有助于降低设计制造成本。但是，它是一种被动的和事后补偿的法，其补偿围和有效性具有一定的限制。当一个机床的热特性比较差的时候，仅靠事后的热补偿是无法满足加工精度要求的。要提高机床的精度和热性能，必须在设计阶段，从提高机床的热特性、热刚度入手，实现机床的主动热控，从根本上提高机床的热导性。 热量来源 机床热误差主要由马达"轴承"传动件"液压系统"环境温度"冷却液等机床内外热源引起的机床部件热变形而造成的!从原理上可以分为如下几方面 （1）焦尔热激励线圈和偏置线圈在工作时不可避免地要产生焦尔热： （2）铁损耗交流磁路中存在铁芯损耗，铁芯损耗又分为磁损耗和涡流损耗，这里主要考虑涡流损耗。 （3）摩擦损耗在运动过程中与骨架内壁发生摩擦而产生热量，这部分所占比例较小。（4）切削热 机床热补偿的相关理论、方法及其优缺点 在机床热误差补偿技术研究中，如何获得具有良好精确性和鲁棒性的补偿模型是机床热误差补偿研究主要方向。具体理论方法如下： 粗糙理论其优点是具有很强的定性分析能力即不需要预先给定某些特征或属性的描述如统计学中的概率分布模糊集理论中的隶属度或隶属函数而直接从给定问题的描述集合出发通过不可分辨关系和不可分辨类确定给定问题的近似域从而找出问题的内在规律. 增量式约简算法和非增量式约简算法[1]用以计算得到机床热补偿误差系统的温度测点优化结果. 用非增量式属性约简算法当加入新对象时要重新按照步骤计算一遍而用增量式属性约简算法只需按照步骤做出相应的判断即可得到结果即使计算其计算量也是比较小的相比之下增
机床传动误差测量方法 1．引言 机床的传动误差是指在机床传动链的输入轴驱动完全准确且为刚性的条件下，其输出轴的实际位移与理论位移之差。机床上实现工件表面成形所需复合运动的传动链——“内联系”传动链的两末端执行元件之间必须始终严格保持符合给定要求的运动关系。传动链的传动精度是指其传递运动的准确程度，可用传动误差来衡量。由于机床实际存在传动链误差，导致工件表面成形运动轨迹存在误差，最终反映到被加工工件上即引起成形表面的形状误差等。由于机床传动链主要由齿轮副、蜗轮蜗杆副、螺纹副等组成，因此传动链误差主要来源于这些传动元件的加工精度及安装精度。从运动学角度来讲，一切引起瞬时传动比偏离给定传动要求的因素均是传动链误差的来源。 对机床传动误差的测量是对传动误差进行有效补偿的前提，因此机床传动误差的精密测量一直是机械传动技术的一项重要研究课题。机床传动误差的基本测量方法是在机床的相关部位安装传感器，借助于采用机、光、电原理的测量仪器并应用误差评定理论对机床传动系统各环节的误差进行测量、分析及调整，从而找出误差产生的原因及变化规律。 2．传感器的选用 根据传动链末端元件的运动性质正确、合理地选用、安装传感器是准确测量传动链运动精度的必要条件。根据工作原理，机床传动误差测量常用传感器可分为以下几类： （1）光栅传感器 光栅传感器的最大优点是信号处理方式简单，使用方便，测量精度高（国外著名厂家如德国Heidenhain、西班牙Fagor等公司制造的光栅传感器精度可达1μm/m）；缺点是光栅尺价格较昂贵，对工作环境要求较高，玻璃光栅尺的线胀系数与机床不一致，易造成测量误差。 （2）激光传感器 激光传感器（包括单频和双频激光）具有较高的测量精度，但测量成本也较高，对环境条件变化（如温度、气流、振动等）较敏感，在生产现场使用时必须采取措施保证测量的稳定性和可靠性。 （3）磁栅传感器 磁栅尺可分为线状（有效测量长度3m）和带状（有效测量长度可达30m）两种型式，其优点是制造成本较低，安装使用方便，线胀系数与机床相同；缺点是测量精度低于光栅尺，由于磁信号强度随使用时间而不断减弱，因此需要重新录磁，给使用带来不便。 （4）感应同步器 感应同步器的优点是制造成本低，安装使用方便，对工作环境条件要求不高；缺点是信号处理方式较复杂，测量精度受到测量方法的限制（传统测量方法的测量精度约为2～5μm）。 目前常用的几类机床传动误差测量传感器的部分应用情况见表1。 表1 几类常用传感器的部分应用情况 传感器类型－应用单位－测量分辨率：线位移(μm)－测量分辨率：角位移(角秒) 光栅传感器－东京大学，汉江机床厂－2，2－1 激光传感器－单频激光：北京机床所，东京大学－0.632－/ 激光传感器－双频激光：成都工具研究所，上海机床厂－0.158－/ 磁栅传感器－东京大学，重庆大学，华中理工大学，汉江机床厂，美国威斯康星大学－2－1 感应同步器－山东工业大学，汉川机床厂－1，2－0.72
对于数控机床热误差建模的初步认识 伴随着科技发展和社会进步，人类对机械制造技术提出了更新和更高的要求，计算机数字控制技术(Computer Numerical Control)随之高速发展，数控机床的性能日趋完善，其应用领域也日益扩大，它的广泛应用给机械制造业的生产方式、产业结构、管理方式带来深刻的变化。数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，现代CAD/CAM、FMS、CIMS等也都是以数控技术为基础。因此数控技术水平的高低已成为衡量一个国家工业自动化的重要标志。二十一世纪数控机床的发展趋势是：高速化、高精度化、柔性化化、智能化、开放化、并联驱动化、网络化、绿色化。高效、高速、高精度是二十一世纪制造业的基本需求。但是，产品更新的速度越来越快，在实际加工中遇到的复杂零件越来越多，加工难度越来越大，精度要求也越来越高。这就使得现在装备制造业要不断地满足新的需求，朝着柔性化、高速化和高精度化发展。 现代工业的不断发展，使得现代制造业对机械产品的质量要求也越来越高，机械零件的精度取决于机床的加工精度。而热误差则是影响机床精度最重要的因素之一。机床内部和外部的热源对机床的热干扰导致机床产生热变形，从而产生热误差。机床的误差主要有几何误差、热误差和切削力误差，其中热误差占机床总误差量的40％—70％左右，而对于超精密机床而言，高的甚至达到89％。热误差对高精度机械产品的尺寸精度影响较大，进而也会影响产品加工过程质量、生产效率和成本。随着机床制造技术的发展，几何误差已得到较好的解决，热误差成为影响机床加工精度的最主要因素，也是难以解决的问题。目前，学术界和工业界正努力寻求可靠、实用的方法来评估热误差，进而减小并避免热误差。 1、数控机床热误差产生的原因 研究表明，机床热误差的情况复杂，具有多变量、长时滞、非线性、强耦合的特点。热误差的产生因素多，形式多样，具体变现为： (1) 机床热误差受内外部热源的共同影响。 机床的内外部热源共同导致了热误差的产生。然而，相对来说，外部环境对机床热误差的产生影响较小，而内部热源对机床热误差产生的影响较大。内部热源主要是各种发热元件，包括：电动机、润滑液、摩擦运动副和切削热等。其中， 摩擦运动副如齿轮、轴承对热误差的产生影响较大。 (2) 机床表面的热表现形式复杂。 由于机床上零部件的材料、形状、结构各不相同，各自的热容量和热惯性也不相同，再加上连接件间结合面存在的热阻等，导致机床热误差的变化情况和机床温度场有着复杂的非线性关系。 (3) 机床的布局和结构对机床热误差有较大影响。
机械工程测试技术文献综述 姓名：舒梦江 班级：机电二班学号：20116347
傅里叶变换、测不准原理、HHT应用论文综述 2011级机电一体化二班 20116347 舒梦江 摘要：从对傅里叶变换的局限性分析入手,揭示了窗口傅里叶变换、小波变换和分数傅里叶变换的出现是傅里叶变换本身发展的必然,阐明了其改进方法产生的原因及其优缺点,分析了其改进方法与傅里叶变化的关系,这些有助于加深对傅里叶变换的认识。 关键词：傅里叶变换的局限；小波变换；测不准原理；HHT的应用 0引言 傅里叶变换是一个十分有用的工具,无论在一般的科学研究中还是在工程技术应用中,它都发挥着基本工具作用[1]。傅里叶分析方法早在19世纪20年代初便成功地应用于光学领域成为现代光学一个重要分支———傅里叶光学,且成为光学信息处理的重要理论基础[2]。随着它的应用领域的不断扩大,其局限性就逐渐暴露出来了,主要表现在:(1)非局域性[3];(2)光学傅里叶变换需要物在透镜的前焦面才能在透镜后焦平面上准确频谱[4]。尤其是它的非局域性缺陷严重限制了它的应用范围。这些局限性迫使人们去寻找一些改进方法,Gabor变换[5]、Morlet小波变换[6]以及分数傅里叶变换[7]这几种有效的改进方法就是在这种背景下产生的,这些改进方法在工程技术中已得到了广泛的应用[8,9]。因此小波变换、分数傅里叶变换受到广大理论研究和工程技术人员的欢迎。 1傅里叶变换的特点及其局限性 设函数f(t)在(- ∞,+ ∞)内有定义,且使广义积分 =)( F i- ) (（1） t dt e f w
与 dw e w F t f i )(21)(π = （2） 都收敛,则称(1)式定义的广义积分为函数f(t)的傅里叶变换,记为F{f(t)},(2)式定义的广义积分为逆傅里叶变换,记为F-1{F(ω)}。傅里叶变换可以完成从时域到频域的转换(正变换),也可以完成从频域到时域的转换(逆变换),但不能同时具有时域和频域信息。其核函数是ei ωt,由于三角函数具有填满整个空间的特性,其在物理空间中是双向无限延伸的正弦波,在积分变换中体现为积分范围从+ ∞到- ∞。因此,傅里叶变换是先天的非局限性,它对信号f(t)中体现任何局部信息处理都是相同的。而事实上,工程技术中的许多信号,如:语音信号、地震信号、心电图和各种电脉冲,他们的信号值只出现在一个短暂的时间间隔Δt 内,以后快速减为零,Δt 以外是未知的,可能为零,也可能是背景噪音,如果用(1)式从信号中提取谱信号F(ω),就要取无限的时间量,使用过去的及将来的信号只为计算单个频谱,不能反映出随时间变化的频率,实际上我们需要的是确定的某个时间间隔内的频谱。这就使人们想到改进傅里叶变换使其能用来处理某个确定时间范围内的信号。Gabor 提出的窗口傅里叶变换就是一个有效的方法。另外, 傅里叶变换之所得到广泛应用与透镜能实现傅里叶变换是分不开的。由公式 00)(20001-000),() 22(),(dy dx e y x t f i y x Ae y x U f f y y x x f i f f f d f i f f f +-? ??? ??-+=λπηλ （3） 其中物平面为(x0,y0),焦平面为(xf,yf),d0为物距,d1为象平面。要使Uf(xf,yf)=F{t0(x0,y0)},即准确实现傅里叶光学变换,只有在d1=d0=f 时才能实现,否则将出现位相弯曲。并且,只有正透镜才能实现傅里叶变换,这些限制给工程技术中无疑增加了困难。这使得人们不得不寻求新得的方法,分数傅立叶变换不要求严频谱面,可根据需要在既包含空域信息也包括空频域信息的平面上进行处理,这使光学信息处理更具灵活性。 2小波变换是傅里叶变换本身发展的必然性 为了弥补傅里叶变换的非局域性缺陷,我们需要引入一个具有局部特性的变换。Gabor 提出的有效办法是在傅里叶中加一个窗函数ω(t)[10]: dt t t w e t g wt G i )()()(00-=-+∞∞- （4） (4)式定义的变换称为窗口傅里叶变换或称Gabor 变换,也称短时傅里叶变换。从(4)式可以看出窗口傅里叶变换中同时出现了频率ω和时间t0,这是与常规傅里叶变换的一个重要区别。在常规傅里叶变换中,时间变量和频率变量分别出现在信号发f(t)和它的频谱F(ω)中。正是t0和窗口宽度Δω使得这个变换具有局部处理的功能。改变t0值,窗口就在时域中移动得到不同区域的信息,这在一定程度上弥补了傅里叶变换的非局域性缺陷。窗口傅立叶变换是一种有效的时频分析方法。但由于它受Heisenberg 测不准原理[11](它的关系为ΔωΔw ≥1/π)的极限制约,且其时频窗口的大小固定不变,没有窗口的自适应性,不能很好地使用于分析多
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。
数控机床的热误差补偿技术研究 陈建国1，方辉2 （1.成都农业科技职业学院机电技术分院，四川成都611130；2.四川大学制造科学与工程学院，四川成都610065） 来稿日期：2018-05-22 基金项目：成都农业科技职业学院2015院级教改课题（JG2015-04）；四川省科技支撑计划（2014GZ0122）作者简介：陈建国，（1983-），男，四川南充人，硕士研究生，讲师，主要研究方向：机械制造及其自动化； 方辉，（1973-），男，四川成都人，博士研究生，副教授，主要研究方向：计算机辅助设计制造 1引言 农机生产中热误差是影响数控机床加工精度的一个主要误差源[1]，热误差主要由内、外部热源引起，内部热源主要有机床加工与切削，例如主轴电机、轴承摩擦等[2]；外部热源则是周围环境，例如：相邻机械热量、环境温度变化等[3]。众多的研究表明[4]，数控机床的所有定位误差中热误差高达75%，而主轴热变形是热误差的最主要因素。 针对热误差的解决方案主要有：热稳定性材料[5] 与热误差补 偿方案[6]。热稳定材料使用纤维强化的材料来降低数控机床的热变形，具有较好的效果，但其经济成本极高，且容易导致机床震动加剧与加速度降低等问题。热误差补偿方案则通过数值补偿来降低热误差，热误差补偿的经济成本较低，并且可兼容不同的热误差源，具有较好的适应能力。 现有的热误差补偿模型主要有统计回归建模[7]与神经网络建模两种方式[8]，统计回归建模具有成本低，但其精度不足。而神经网络能以任意精度逼近任意非线性映射，可获得较高的精度，但神经网络需要采集大量的数据来进行模型训练，建模成本较高且需要安装较多的传感器，所以实际应用的建模成本较高。国内外的研究人员针对神经网络建模的优缺点提出了众多的改进策略：文献[9]提出一种基于粒子群算法的温度测点优选方法和基于极限学习机神经网络的机床热误差补偿模型，该补偿模型具有计算简便、预测精度高、结构简单等优点。文献[10]提出了将主成分分析与BP 神经网络相结合的主轴热漂移误差的建模和预测方法。目前改进的神经网络建模方法主要通过排序或聚类算法减少测点的数量，从而降低建模成本，但同时也导致了预测精度的降低。 针对上述问题，设计了改进的神经模糊网络建模方案，采用灰色理论过滤不利的输入变量，有效地提高了神经网络的训练 摘要：农机生产中热误差是影响数控机床加工精度的一个主要误差源，基于神经模糊系统设计了农用机械数控机床的 热误差补偿模型。首先，建立一个小型数控机床来获得模型的训练数据集与测试数据集；然后，采用灰色数学理论获得各温度传感器对机械热变形的效果排名，并使用模糊c-means 聚类方法将热变形效果值进行分组；最终，采用神经模糊系统设计最终的热误差补偿模型。机械实验结果表明，热误差补偿模型的预测精度较高，并具备较好的鲁棒性。关键词：农用机械；数控机床；加工精度；误差补偿；神经模糊理论中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1001-3997（2018）10-0142-04 Thermal Error Compensation Study of CNC Machine Tools CHEN Jian-guo 1，FANG Hui 2 （1.Department of Electrical and Mechanical Technology ，Chengdu Agricultural College ，Sichuan Chengdu 611130，China ； 2.College of Manufacturing Science and Engineering ，Sichuan University ，Sichuan Chengdu 610065，China ） Abstract ：The thermal error is one of the main error sources that affect the accuracy of CNC machine tools in agricultural machinery manufaction ，a thermal error compensation model of agricultural machinery CNC machine tools is designed based on neuro fuzzy inference system.Firstly ，a small size CNC machine tools is constructed to collect training and test datasets ；then ，grey math theory is adopted to compute the rank of effects of thermal deformation by temperature sensors ，and fuzzy c-means clustering method is used to group the thermal deformation effect values ；lastly ，the neuro fuzzy inference system is used to design the final thermal error compensation model.Machinery experimental results show that the proposed thermal error compensation model performs a good predicting accuracy and robustness. Key Words ：Agricultural Machinery ；CNC Machine Tools ；Machining Accuracy ；Deformation Compensation ；Neuro Fuzzy Inference System Machinery Design ＆Manufacture 机械设计与制造 第10期2018年10月 142 万方数据