数控技术毕业设计论文数控机床位置精度的检测和补偿管理资料.docx

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数控技术毕业设计论文数控机床位置精度的检测和补偿管理资料

毕业论文

题目：

数控机床位置精度的检测和补偿

系部：

机电工程系

专业：

数控技术

班级：

数控

（2）班

学生：

学号：

指导教师：

职称：

江西理工大学南昌校区

毕业设计（论文）任务书

机电工程系系部数控专业2008级（2011届）数控

（2）班学生

题目：

数控机床位置精度的检测和补偿

专题题目（若无专题则不填）：

原始依据（包括设计（论文）的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等）：

工作基础：

随着我国数控装备技术的发展，数控机床作为一种高精度、高效率、稳定性强的自动化加工设备，已经成为机械行业必不可少的现代化装备。

数控机床的位置精度是影响其高精度的一个重要方面，因此有必要对数控机床进行位置精度的检测和补偿，并了解其方法和应用。

研究条件：

利用网络资源，参考相关文献，并在老师的提示和指导下熟悉并掌握数控机床位置精度的检测和补偿的基本方法以及相关注意事项。

应用环境：

数控机床位置精度的检测和补偿广泛用于数控车床、数控铣床、加工中心等用于精密零件加工的数控设备中。

工作目的：

通过对数控机床位置精度的检测和补偿的深入研究，了解并熟悉提高机床定位精度的方法和意义，同时有助于进一步认识数控系统功能和数控机床的结构。

主要内容和要求：

（包括设计（研究）内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求）：

研究内容：

本文着眼于我国数控机床的迅猛发展，主要从以下五个部分进行研究：

一、简述数控机床的发展概况以及在机械制造业中的重要地位。

从国际环境和我国数控技术现状出发，分析比较国际数控机床和我国机床间的差异，并且阐述大力发展我国数控机床的必要性和重大意义。

二、了解并掌握数控机床的位置精度的概念以及其重要性，误差组成及误差检测项目和评定标准。

必须了解到数控机床的位置精度是影响数控加工高精度的一个重要方面，对于进一步认识数控系统功能和数控机床的结构具有积极的现实意义。

，了解它的基本特征分量主要分为：

系统误差、随机误差、反向定位的失动量、最小可能移动量。

除此四种特征分量之外，对有坐标原点之坐标行程的检测，还有一个测量原点复归精度的问题，也应进行测量并规定允差。

：

直线运动位置精度（包括X,Y,Z,U,V,W轴）；直线运动重复定位精度；直线运动反向间隙（失动量）测定；直线运动的原点返回精度；回转运动定位精度（转台A,B,C轴）；回转运动重复定位精度；回转轴原点的返回精度；回转运动反向间隙（失动量）测定。

：

测微仪和成组块规，标准长度刻度尺和光学读数显微镜及双频激光干涉仪等。

标准长度测量以双频激光干涉仪为准。

回转运动的检测工具有：

360度齿精确分度的标准转台或角度多面体、高精度圆光栅及平等光管等

。

目前国际上比较通行的机床位置精度检测标准有NMTBA、JIS、VDI/DGQ、ISO等，我国也有颁布国家标准GB10931—89机床检验通则。

本文只讨论国际标准ISO—230-2，中国标准GB10931—89，日本标准JISB6336及德国标准VDI/DGQ3441。

三、了解并掌握数控机床位置精度的几种常见检测方法，这也是本篇论文的侧重研究方面。

数控机床位置精度的检测方法有三种：

，目前国内已经较少采用此法，故而本文不做过多介绍。

—显微镜法，同时讨论其测量原理和测量方法。

，鉴于目前我国已经很少再使用测微仪和成组块规法进行数控机床位置精度的检测，故而本文着重研究的是双频激光干涉仪检测方法。

了解其在直线运动定位精度检测中的工作原理，并且对比标准长度刻度尺和光学读数显微镜检测法和双频激光干涉仪检测法的误差组成和影响因素，最终确定在进行数控机床位置精度检测时是应以双频激光干涉仪检测法为准。

四、概述数控机床位置精度的补偿方法。

对数控机床位置精度进行检测之后，通过数据采集和分析，针对机床所产生的误差必须对数控机床进行一定的补偿技术，并将所提出的补偿技术应用于实际的系统设计。

数控机床位置精度的补偿方法有：

机械式补偿法，软件式补偿法，丝杠螺距误差补偿法，电气补偿法等。

本文中的补偿方法主要介绍的是软件式补偿法，丝杠螺距误差补偿法，电气补偿法。

对上述检测的数控机床，进行数据分析，然后采取软件式补偿法，并比较补偿前后的精度差别。

在半闭环伺服控制的数控机床中,可以通过数控系统所具备的螺距误差补偿功能和反向间隙补偿功能对机床的定位精度加以补偿。

在NUM数控系统中,如果能正确地运用该功能,便能很快完成这种补偿,使数控机床的位置精度大大提高。

五、对未来数控加工精度技术以及数控机床等设备发展的展望，始终坚信对于数控机床位置精度的研究方法将会变得更加多样化，便捷化，高效率化。

具体要求：

要充分了解数控机床位置精度的相关标准，认真研究定位精度检测及补偿方法的工作原理及使用。

主要指标和技术参数：

①:

查阅课题相关文献15篇以上（期刊5篇以上），并注明出处。

②:

通过网络、实地考察等手段了解发展现状与前景。

③:

深入了解文献涉及的主要原理、技术方法等进行总结、归纳述评，阐明

当前有关的最先成果和动态。

日程安排：

1：

11月25日-12月20日，阅读有关文献资料，进行课题/论文调研；

2：

12月21日-12月25日，撰写选题报告；

3：

12月26日-1月15日，撰写开题报告；

4：

1月1日-3月27日，进行毕业设计，撰写设计说明或毕业论文，整理并修改

毕业设计/毕业论文，准备答辩；

5:

3月28日-4月4月3日，论文审核；

6:

4月，准备答辩。

主要参考文献和书目：

【1】[M].重庆；西南交通大学出版社，。

【2】[J].组合机床与自动化加工技术，。

【3】贾积雷，陈晖，[J].机电工程，。

【4】，上海计量测试，。

【5】[M].北京：

机械工业出版社，。

【6】[M].北京：

国防工业出版社，。

【7】[J].机械工程师，2005（9）；21-22。

【8】[J].组合机床与自动化加工技术，1998（3）；42-45。

【9】[J].河南科技大学学报，2003（9）；37-39。

【10】王光瑞，玉熙龄，陈式刚，混沌的控制、同步和利用，北京；国防工业出版社，2001。

【11】卢辉斌，李丽香等，超混沌M-G系数参数辨识及其他通讯中的应用[J].电子学报，2002，30

（2）；289～291。

【12】，制造技术与机床，1999，（8）。

【13】张剑，加工中心精度检验标准的应用，制造技术与机床，1999，（5）。

【14】吕振华，上官文彬，基于液-固耦合有限元仿真的液阻悬置集总参数模型动特性分析[J].机械强度，2004，26

（1）；29-37。

【15】李小立，周云飞，[J].机械设计与制（3）。

指导教师签字：

年月日

教研室主任签字：

年月日

江西理工大学南昌校区

毕业设计（论文）开题报告

机电工程系系部数控专业2008级（2011届）08数控

（2）班学生

题目：

数控机床位置精度的检测和补偿

本课题来源及研究现状：

课题来源：

随着我国工业生产和国民经济的迅猛发展，数控机床作为一种高精度、高效率、稳定性强的自动化加工装备，已经成为机械行业必不可少的现代化装备。

数控机床和加工中心作为新一代精密加工设备，在机械制造中已得到广泛的应用，精密加工技术的迅速发展和零件加工精度的不断提高，对数控机床的精度提出了更高的要求。

其中，数控机床的位置精度就是影响其高精度的一个重要方面。

因此，对数控机床的位置精度进行检测和补偿是提高加工质量的有效途径，具有重大意义。

研究现状：

国际上常采用双频激光干涉仪对数控机床的定位精度进行检测，那是由于双频激光干涉仪的检测精度较高。

而目前在我国双频激光干涉仪数量极少，所以通常采用线纹尺—显微镜法和块规法进行检测。

对于数控机床位置精度的补偿，现在有机械式补偿法，软件式补偿法，丝杠螺距误差补偿法以及电气补偿法等等。

课题研究目标、内容、方法和手段：

研究内容：

本文着眼于我国数控机床的迅猛发展，主要从以下五个部分进行研究：

一、简述数控机床的发展概况以及在机械制造业中的重要地位。

从国际环境和我国数控技术现状出发，分析比较国际数控机床和我国机床间的差异，并且阐述大力发展我国数控机床的必要性和重大意义。

二、了解并掌握数控机床的位置精度的概念以及其重要性，误差组成及误差检测项目和评定标准。

必须了解到数控机床的位置精度是影响数控加工高精度的一个重要方面，对于进一步认识数控系统功能和数控机床的结构具有积极的现实意义。

，了解它的基本特征分量主要分为：

系统误差、随机误差、反向定位的失动量、最小可能移动量。

除此四种特征分量之外，对有坐标原点之坐标行程的检测，还有一个测量原点复归精度的问题，也应进行测量并规定允差。

：

直线运动位置精度（包括X,Y,Z,U,V,W轴）；直线运动重复定位精度；直线运动反向间隙（失动量）测定；直线运动的原点返回精度；回转运动定位精度（转台A,B,C轴）；回转运动重复定位精度；回转轴原点的返回精度；回转运动反向间隙（失动量）测定。

：

测微仪和成组块规，标准长度刻度尺和光学读数显微镜及双频激光干涉仪等。

标准长度测量以双频激光干涉仪为准。

回转运动的检测工具有：

360度齿精确分度的标准转台或角度多面体、高精度圆光栅及平等光管等。

。

目前国际上比较通行的机床位置精度检测标准有NMTBA、JIS、VDI/DGQ、ISO等，我国也有颁布国家标准GB10931—89机床检验通则。

本文只讨论国际标准ISO—230-2，中国标准GB10931—89，日本标准JISB6336及德国标准VDI/DGQ3441。

三、了解并掌握数控机床位置精度的几种常见检测方法，这也是本篇论文的侧重研究方面。

数控机床位置精度的检测方法有三种：

，目前国内已经较少采用此法，故而本文不做过多介绍。

—显微镜法，同时讨论其测量原理和测量方法。

，鉴于目前我国已经很少再使用测微仪和成组块规法进行数控机床位置精度的检测，故而本文着重研究的是双频激光干涉仪检测方法。

了解其在直线运动定位精度检测中的工作原理，并且对比标准长度刻度尺和光学读数显微镜检测法和双频激光干涉仪检测法的误差组成和影响因素，最终确定在进行数控机床位置精度检测时是应以双频激光干涉仪检测法为准。

四、概述数控机床位置精度的补偿方法。

对数控机床位置精度进行检测之后，通过数据采集和分析，针对机床所产生的误差必须对数控机床进行一定的补偿技术，并将所提出的补偿技术应用于实际的系统设计。

数控机床位置精度的补偿方法有：

机械式补偿法，软件式补偿法，丝杠螺距误差补偿法，电气补偿法等。

本文中的补偿方法主要介绍的是软件式补偿法，丝杠螺距误差补偿法，电气补偿法。

对上述检测的数控机床，进行数据分析，然后采取软件式补偿法，并比较补偿前后的精度差别。

在半闭环伺服控制的数控机床中,可以通过数控系统所具备的螺距误差补偿功能和反向间隙补偿功能对机床的定位精度加以补偿。

在NUM数控系统中,如果能正确地运用该功能,便能很快完成这种补偿,使数控机床的位置精度大大提高。

五、对未来数控加工精度技术以及数控机床等设备发展的展望，始终坚信对于数控机床位置精度的研究方法将会变得更加多样化，便捷化，高效率化。

研究目标：

本文研究的目标：

本文通过对数控机床位置精度的检测方法的了解，分析处理采集到的数据并且进行软件补偿，比较补偿前后的精度差别，更好地减小或消除对机床精度的不利影响，提高机床的定位精度，使机床处于最佳精度状态，从而保证零件的加工质量。

研究方法和手段：

通过网络以及其他手段与方式等，调查了解有关现状，对文献涉及的主要原理、技术方法等进行总结、归纳评述，阐明当前有关方面的成果和动态。

设计（论文）提纲及进度安排：

提纲：

一、数控机床的发展概况及位置精度的检测和补偿的重要性。

二、数控机床位置精度的基本概念及其检测方法和标准。

三、数控机床位置精度的补偿方法。

四、结论

进度安排：

1：

11月25日-12月20日，阅读有关文献资料，进行课题/论文调研

2：

12月21日-12月25日，撰写选题报告；

3：

12月26日-1月15日，撰写开题报告；

4：

1月1日-3月27日，进行毕业设计，撰写设计说明或毕业论文，整理并修改毕业设计/毕业论文，准备答辩；

5:

3月28日-4月4月3日，论文审核；

6:

4月，准备答辩。

主要参考文献和书目：

【1】[M].重庆；西南交通大学出版社，。

【2】[J].组合机床与自动化加工技术，。

【3】贾积雷，陈晖，[J].机电工程，。

【4】，上海计量测试，。

【5】[M].北京：

机械工业出版社，。

【6】[M].北京：

国防工业出版社，。

【7】[J].机械工程师，2005（9）；21-22。

【8】[J].组合机床与自动化加工技术，1998（3）；42-45。

【9】[J].河南科技大学学报，2003（9）；37-39。

【10】王光瑞，玉熙龄，陈式刚，混沌的控制、同步和利用，北京；国防工业出版社，2001。

【11】卢辉斌，李丽香等，超混沌M-G系数参数辨识及其他通讯中的应用[J].电子学报，2002，30

（2）；289～291。

【12】，制造技术与机床，1999，（8）。

【13】张剑，加工中心精度检验标准的应用，制造技术与机床，1999，（5）。

【14】吕振华，上官文彬，基于液-固耦合有限元仿真的液阻悬置集总参数模型动特性分析[J].机械强度，2004，26

（1）；29-37。

【15】李小立，周云飞，[J].机械设计与制（3）。

指导教师审核意见：

教研室主任签字：

年月日

摘要

随着我国数控装备技术的发展，数控机床作为一种高精度、高效率、稳定性强的自动化加工设备，已经成为机械行业必不可少的现代化装备。

数控机床的位置精度是影响其高精度的一个重要方面，因此有必要对数控机床进行位置精度的检测和补偿。

本文介绍了我国数控机床的发展状况，数控机床位置精度的概念，误差组成及其检测项目；重点对双频激光干涉仪的检测方法和几种主要的补偿方法进行了研究；同时通过在本校实验实验室实测一台数控机床所得数据进行例证。

关键字：

数控机床,　位置精度，检测，双频激光干涉仪，补偿

ABSTRACT

WiththedevelopmentofnumericalcontroltechnologyandequipmentinCHINA,CNCmachinetoolasahighaccurate,highefficient,highstableautomaticmachiningequipment,ithasbeenaabsolutelynecessarilymodernequipmentinmechanismindustry.ThepositioningaccuracyoftheCNCmachinetoolisanimportantaspectwhichaffectsitshighaccurate,soitisnecessarytomeasureandcompensatethepositioningaccuracyoftheCNCmachinetool.Inthetext,thedevelopmentstatusoftheCNCmachinetoolinCHINA,thedefinitionofthepositioningaccuracyoftheCNCmachinetool,thecomposingoftheerroranditsmeasuringitemsareintroduced.AndemphasesontheresearchoftheML10LaserInterferometermeasurementmethodandafewprimarycompensations.CertifiedtheconclusionswiththedatacapturedintheschoollaboratorytestedoneCNCmachinetools.

KEYWORDS：

CNCMachineTools,PositioningAccuracy,MeasurementsofPositioningAccuracy,ML10LaserInterferometer,Compensation

第一章绪论………………………………………………

…………………………

……………………………………

………………

………………………………………

第二章数控机床的位置精度………………………………

2．1数控机床位置精度的基本概念……………………………

2．2机床位置精度的主要检测项目……………………………

第三章数控机床位置精度的检测及标准…………………

3．1数控机床位置精度的检测方法…………………………

3．2线性测量中存在的检测误差………………………………

3．3数控机床位置精度检测的标准……………………………

第四章数控机床位置精度的补偿…………………………

4．1概述……………………………………………………

4．2电气补偿法……………………………………………

4．3软件补偿法…………………………………………………

结论…………………………………………………………

参考文献……………………………………………………

致谢…………………………………………………………

第一章绪论

1．1数控机床在机械制造业中的位置

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。

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一直是研究的重点，另外，一些新兴的高科技项目，如数字通讯技术，现代医药产业，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上都明显落后于先进国家。

随着中国成为当今世界倍具吸引力的国际机床大市场，一批具有相当规模、较高技术含量的国际加工组装基地出现在中国内地。

不少跨国公司还把研发中心移到我国，出现了世界制造中心向我国逐渐转移的态势。

全面开放的良好环境为我国制造业发展带来了历史性机遇“中国制造”的影响力越来越大。

数控机床产业是制造业的基础产业和战略产业是国民经济的重要支柱是保证国防和尖端工业发展的战略资源。

1．2我国数控技术发展概况

我国数控技术始于1958年，发展历程大致有3个阶段：

第1阶段从1958-1979年，即封闭式发展阶段，在此阶段，由于国外的技术封锁和我国基础条件的限制，数控技术的发展较为缓慢。

第2阶段是在国家的“六五”“七五”期间及“八五”的前期，引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段。

在此阶段，由于改革开放和国家的重视，及研究开发环境和国际环境的改善，我国数控技术的研究、开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的进步。

第3阶段在国家的“八五”后期和“九五”期间，即实施产业化的研究，进入市场竞争阶段，此阶段我国国产数控装备的产业化取得了实质性的进步。

在“九五”末期，国产数控机床的国内市场占有率达到50%，配国产数控系统（普及型）也达到了10%。

纵观我国数控技术近50年的发展历程，尤其是经过4个5年计划的攻关，取得了以卜成绩：

①奠定了数控技术发展的基础，基本掌握了现代数控技术即从数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及配套件的基础技术，其中大部分技术已具备进行商品化开发的基础，部分技术已商品化、产业化。

②初步形成数控产业基地，在攻关成果和部分技术商品化的基础上，建立了诸如华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂和产业基地。

兰州电机厂、华中数控等一批伺服系统和伺服电机生产厂及北京第一机床厂、济南第一机床厂等若千数控主机生产厂。

③建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍。

虽然在数控技术的研究开发及产业化方面取得了长足的进步，但我国高端数控技术的研究开发，尤其是在产业化方面的技术水平现状与我国的现实需求有较大的差距。

从纵向看，我国的发展速度很快，但横向比（与国外对比），技术水平有差距，即一些高精尖的数控装备技术水平差距有扩大趋势。

从国际来看，我国数控技术水平和产业化水平情况大致是：

①技术水平上，与国外先进水平大约落后10-15年，在高精尖技术方面则更大。

②产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小，还没有形成规模生产；功能部件专业化生产水平及成套能力较低；外观质量相对差；可靠性不高，商品化程度不足；国产数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不足。

③可持续发展的能力上，对竞争前数控技术的研究开发，工程化能力较弱；数控技术应用领域拓展力度不强；相关标准规范的研究、制定滞后。

存在的主要原因有：

①认识方面：

对国产数控产业进程艰巨性、复杂性和长期性的特点认识不足；对市场的不规范、国外的封锁加扼杀、体制等困难估计不足；对我国数控技术应用水平及能力分析不够。

②体系方面：

从技术的角度关注数控产业化问题的时候多从系统的、产业链的角度综合考虑数控产业化问题的时候少；没有建立完整高质量的配套体系、完善的培训、服务网络等支撑体系。

③机制方面：

不良机制造成人才流失，不仅制约了技术及技术路线创新、产品创新，而且制约了规划的有效实施，往往规划理想，实施困难。

④技术方面：

企业在技术方面自主创新能力不强，核心技术的工程化能力不强机床标准落后，水平较低，数控系统新标准研究不够。

1．3数控机床位置精度的检测及补偿的重要性

随着我国国民经济的飞速发展，数控机床作为一种高精度、高效率、稳定性强的自动化加工设备，已经成为机械行业必不可少的现代化装备。

数控机床和加工中心作为新一代的工作母机，在机械制造中已得到广泛的应用，精密加工技术的迅速发展和零件加工精度的不断提高,对数控机床的精度提出了更高的要求。

数控机床的位置精度（主要是定位精度和重复定位精度）是影响其高精度的一个重要方面，也是精密零件加工制造时要考虑的一个重要项目。

因此对数控机床的位置精度进行检测和补偿是提高加工质量的有效途径。

运用数控机床位置精度检测与补偿方法，不但可以提高机床精度，而且对于进一步认识数控系统功能和数控机床结构具有积极现实的意义。

本论文就是基于上述思想，利用双频激光干涉仪测量原理，通过误差补偿系统对数控机床进行检测和补偿,可以使其定位精度得到显著提高。

1．4本课题主要研究内容

本课题主要研究数控机床位置精度的三种检测方法及补偿方法。

数控机床位置精度的检测方法有：

双频激光干涉仪检测法，块规法，线纹尺-显微镜法。

本次论文要求了解块规法及线纹尺-显微镜法，学习RENISHAW的双频激光干涉仪检测方法。

主要研究双频激光干涉仪在直线运动定位精度检测中的工作原理及使用方法。

学习数控机床位置精度相关标准。

检测一台数控机床。

数控机床位置精度的补偿方法有：

机械式补偿法，软件式补偿法，丝杠螺距误差补偿法，电气补偿法等。

主要研究软件式补偿法，丝杠螺距误差补偿法，电气补偿法。

对上述检测的数控机床，进行数