数控车床轴类零件加工的精确度控制

1、. . . . 1 / 34高等教育自学考试本科毕业论文数控车床轴类零件加工的精确度控制设计考生：前程 号： 1专业层次：本科 院（系）： 机械与电子工程 指导教师： 下炼 职 称：讲师科技学院二 O 一二年一月三十日. . . . 2 / 34高等教育自学考试本科毕业论文数控车床轴类零件加工的精确度控制设计考生： 前程 号： 1专业层次：本科指导教师： 下炼 院（系）：机械与电子工程学院科技学院二 O 一二年一月三十日. . . . I / 34摘 要随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，数控车床的高频高分辨率采样插补技术已经进入一个崭新的时代，其应用

2、越来越广。随着人们对其要求的提高，数控技术得到了快速发展，数控机床与由数控机床组成的制造系统是改造传统产业、构建数字化企业的重要基础装备，它的发展一直备受人们关注。数控机床以其卓越的柔性自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，它开创了机械产品向机电一体化发展的先河，因此数控技术成为了先进制造技术中的一项核心技术。其控制技术从最初的开环控制发展到全闭环控制，精度有很大的提高。但是，数控车床在加工复杂高精度零件的时候还未完全满足要求，因此必须通过持续的研究，不断的提高数控车床对零件的加工精度。本文在已有的普通数控车床加工基础上，采用提高刀具的性能、提高数控车床的制造精度、提

3、高数控车床的位移检测装置的精度、减少机床的热变形、数控车床有关精度的一些补偿以与高精度软件插补的轨迹控制等方法提高了数控车床加工零件的精确度，并使数控车床达到了较为理想的控制效果。关键词：数控车床,制造精度,软件插补控制,精确度. . . . II / 34CNCCNC precisionprecision partsparts machiningmachining controlcontrolABSTRACTABSTRACTWith the development of the economy, microelectronic technology、computer technology a

4、nd the automatic theory are developed rapidly, CNC lathe, high-frequency high-resolution sampling interpolation technology has entered a new era, its application more widely. As people increase their claims, numerical control technology has been rapid development of numerical control machine tools a

5、nd CNC machine tools from the manufacturing system consisting of the transformation of traditional industries, to build an important foundation for the digital business equipment, its development has been much attention. CNC machine tools for flexible automation of its outstanding performance, excel

6、lent and stable accuracy, agile and diverse functions and aroused attention, it created the machinery to set a precedent for the development of mechanical and electrical integration, it became a numerical control technology, advanced manufacturing technology of a core technology. Its control technol

7、ogy from the initial open-loop control developed to the full closed-loop control, precision greatly improved. However, high-precision CNC lathe parts in the processing time has not yet fully meet the requirements, it must be through sustained research, and constantly improve CNC lathe machining accu

8、racy of parts. The article has been based on the general CNC lathe, Used to improve the performance of tools to improve manufacturing precision CNC lathes, CNC lathes to improve the accuracy of displacement detection devices to reduce the thermal deformation of machine tools, CNC lathes, as well as

9、compensation for the accuracy of some of the high-precision trajectory control software interpolation method improves the numerical precision lathe machining parts, CNC lathe and to achieve a more satisfactory control effect.Keywords:Keywords:CNC-Lathe, Manufacturing-precision, Softwareinterpolation

10、 control, Accuracy. . . . III / 34. . . . III / 34目 录摘要摘要IABSTRACTABSTRACTII1 1 绪论绪论11.11.1 数控车床的研究意义数控车床的研究意义 11.21.2 数控机床的基本工作原理数控机床的基本工作原理 11.31.3 数控车床的组成与数控车床的分类数控车床的组成与数控车床的分类 11.3.1 数控车床的组成 11.3.2 数控机床的分类 22 2 刀具对数控车床加工精度的影响刀具对数控车床加工精度的影响42.12.1 刀具几何参数对数控车床加工精度的影响刀具几何参数对数控车床加工精度的影响 42.22.2 提高刀

11、具的性能提高刀具的性能 62.32.3 提高刀具对零件的加工精度提高刀具对零件的加工精度 73 3 数控车床的制造精度数控车床的制造精度83.13.1 机床的几何制造精度机床的几何制造精度 83.23.2 如何提高机床导轨的制造精度如何提高机床导轨的制造精度 83.33.3 机床夹具对数控车床的影响机床夹具对数控车床的影响 83.43.4 工件的安装误差对数控的影响工件的安装误差对数控的影响 94 4 减少机床的热变形减少机床的热变形105 5 数控车床的位移检测装置数控车床的位移检测装置116 6 提高数控车床的系统精度提高数控车床的系统精度136.16.1 位置精度的测量和补偿位置精度的测

12、量和补偿 136.1.1 反向偏差测量和补偿 136.1.2 定位精度的测量和补偿 156.26.2 数控车床的进给伺服系统数控车床的进给伺服系统 166.36.3 数控机床采用高精度轨迹控制数控机床采用高精度轨迹控制 176.3.1 基本措施 176.3.2 数学模型 186.3.3 实时插补计算 186.3.4 算例分析 196.3.5 实现高精度轨迹控制的双闭环控制方案 196.46.4 数控车床信息化轨迹误差校正数控车床信息化轨迹误差校正 226.56.5 应用实例应用实例 23. . . . IV / 347 7 结论结论24参考文献参考文献25致致 26论文原创性声明论文原创性声明

13、27. . . . 1 / 341 绪论1.1 数控车床的研究意义数控机床是实现先进制造技术的重要基础装备，它关系到国家发展的战略地位。因此，立足国实际，加速发展具有较强竞争能力的国产高精度数控机床，不断扩大市场占有率，逐步收复失地，便成为我国数控机床研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务为完成这一任务，必须攻克若干关键技术，但其中最关键的一项是数控机床的高精度轨迹控制技术。因此，我们从高速高精度插补、高速高精度伺服控制和信息化轨迹校正等诸方面，对高速高精度轨迹控制技术进行了系统研究，并以此为基础加强了新型数控系统和高精度数控机床的开发。本文将介绍所取得的部分结果。1.2 数控机床的基本工作原

14、理在普通机床上加工零件，是由操作者根据零件图纸的要求，不断改变刀具与工件之间相对运动轨迹，由刀具对工件进行切削而加工出要求的零件。而在数控机床上加工零件时，则是将被加工零件的加工顺序、工艺参数和机床运动要求用数控语言编制出加工程序，然后输入到 CNC 装置，CNC 装置对加工程序进行一系列处理后，向伺服系统发出执行指令，由伺服系统驱动机床移动部件运动，从而自动完成零件的加工。图 1.1 为数控机床的工作过程。图 1.1 数控机床的工作过程1.3 数控车床的组成与数控车床的分类1.3.1 数控车床的组成数控机床是采用数控技术对工作台运动和切削加工过和进行控制的机床，是典型的机电一体化产品，典型数

15、控机床的组成如图 1.2 所示。由图可见，数控机床方要由程序编制、数控装置、伺服驱动系统、强电控制系统、检测反馈系统和机床本体等六大部分，其中数控装置与伺服驱动系统、强电控制系统、检测反馈系统又合称为数控系统。零件图纸制成零件加工程序CNC装置伺服系统机床部件编制加工驱动命令送入. . . . 2 / 34图 1.2 数控机床的组成1.3.2 数控机床的分类（一）按数控机床的工艺用途分类1.一般数控机床：是与普通机床工艺可行性相似的各种数控机床，其种类与普通机床一样，如数控车床、数控铣床、数控刨床、数控磨床、数控钻床等。2.加工中心：是带有刀库和自动换刀装置的数控机床。3.特种数控机床：是装备

16、了数控装置的特种加工机床，如数控线切割机床、数控激光加工机床等。（二）按数控机床的运动轨迹分类1.点位控制数控机床：其数控装置只控制机床移动部件从一个位置（点）移动到另一个位置（点） ，而不控制点到点之间的运动轨迹，刀具在移动过程中不进行切削加工。如数控钻床、数控冲床等。2.直线控制数控机床：其数控装置除了要控制机床移动部件的起点和终点的准确位置外，还要控制移动部件以适当速度沿平行于某一机床坐标轴方向或与机床坐标轴成 450 的方向进行直线切削加工。如简易数控车床、简易数控磨床等。3.轮廓控制数控机床：其数控装置能够同时对两个或两个以上坐标轴进行联动控制，从而实现曲线轮廓和曲面的加工。如具有两

17、坐标或两坐标以上联动的数控铣床、数控车床等。（三）按伺服系统的控制方式分类. . . . 3 / 341.开环控制系统：指不带反馈的控制系统，即系统没有位置反馈元件，通常以功率步进电机或电液伺服电机作为执行机构。2.半闭环控制系统：半闭环控制系统是在开环系统的丝杠上装有角位移检测装置，通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的位移，然后反馈给数控装置。3.闭环控制系统：是在机床移动部件上直接装有位置检测装置，将测量的结果直接反馈到数控装置中，与输入的指令位移进行比较，用偏差进行控制，使移动部件按照实际的要求运动，最终实现精确定位。. . . . 4 / 342 刀具对数控车床加工精度的影响2.1

18、刀具几何参数对数控车床加工精度的影响刀具的制造误差对加工精度的影响，根据刀具种类不同而异。当采用定尺寸刀具如钻头、铰刀、拉刀、键槽铣刀等加工时，刀具的尺寸精度将直接影响到工件的尺寸精度；当采用成形刀具如成形车 刀、成形铣刀等加工时，刀具的形状精度将直接影响工件的形状精度；当采用展成刀具如齿轮滚刀、插齿刀等加工时，刀刃的形状必须是加工表面的共轭曲线，因此刀刃的形状误差会影响加工表面的形状精度；当采用一般刀具如车刀、镗刀、铣刀等的制造误差对零件的加工精度并无直接影响，但其磨损对加工精度、表面粗糙度有直接的影响。任何刀具在切削过程中都不可避免地要产生磨损，并由此引起工件尺寸和形状误差。例如用成形刀具

19、加工时，刀具刃口的不均匀磨损将直接复映到工件上造成形状误差；在加工较大表面（一次走刀时间长）时，刀具的尺寸磨损也会严重影响工件的形状精度；用调整法加工一批工件时，刀具的磨损会扩大工件尺寸的分散围；刀具磨损使同一批工件的尺寸前后不一致。在数控加工中，通常车刀会存在刀尖圆弧半径 r， 主偏角 kr，车刀刀尖距零件中心高的偏差等刀具几何参数的影响，必定引起被加工零件的轴向尺寸误差和径向尺寸误差，由此使得加工中的运行轨迹与被加工零件的表面形状产生差异。因被加工零件表面形状各异，所以引起的差异也各不一样。误差分析与改进方法 下面分析车刀刀尖圆弧半径对加工圆柱类零件表面形状引起的差异以与采取的措施。众所周

20、知，被加工零件表面的成形是由车刀与零件表面接触间切点的运行轨迹保证的。对于主偏角 kr=90 度的车削加工，参见图 2.1 示，被加工零件表面的轴向尺寸由刀尖圆弧顶点 A 保证。. . . . 5 / 34图 2.1 刀具几何参数对加工精度的影响当(D-d)/2=apr 时，由图可知，由刀尖圆弧半径引起的轴向尺寸变化量a 为a =b-a=r式中：b零件轴向尺寸;a实际轴向位移量;r 刀尖圆弧半径。此时，刀具实际轴向位移是长度 a 为：a=b-a=b-r当(D-d)/2=apR 时，由图可知，由刀尖圆弧半径引起的轴向尺寸变化量A 为： a=BC=araarrppp2222此时，刀具实际轴向位移长

21、度 a=b-a =arapbp22对于主偏角 KF90的车削加工，当完成轴向加工即处于图 2-1c 位置时，被加工零件的已加工表面部由车刀刀尖点 A 保证，零件的加工表面由刀具型面AC 和 CE 形成。显而易见，当刀具轴向位移长度为 a 时，则达到零件要求的轴向长度。所以轴向尺寸变化量 a 为：a =b-a=BC+DE. . . . 6 / 34因为 BC=rsinKrDE=CEctgKr=(ap-r+rcos，Kr)ctgKr 所以 a =rsinKr+(ap-r+rcosKr)ctgKr 此时，刀具的实际轴向位移长度 a 为： a=b-a =b- rsinKr+(ap-r+rcosKr)c

22、tgKr 当(D-d)/2=ap0.02mm，但没有补偿功能。对这类机床，在某些场合下，可用编程法实现单向定位，清除反向间隙，在机械部分不变的情况下，只要低速单向定位到达插补起始点，然后再开始插补加工。插补进给中遇反向时, 给反向间隙值再正式插补, 即可提高插补加工的精度，基本上可以保证零件的公差要求。对于其他类别的数控机床，通常数控装置存中设有若干个地址，专供存储各轴的反向间隙值。当机床的某个轴被指令改变运动方向时，数控装置会自动读取该轴的反向间隙值，对坐标位移指令值进行补偿、修正，使机床准确地定位在指令位置上，消除或减小反向偏差对机床精度的不利影响。一般数控系统只有单一的反向间隙补偿值可供

23、使用，为了兼顾高、低速的运动精度，除了要在机械上做得更好以外，只能将在快速运动时测得的反向偏差值作为补偿值输入，因此难以做到平衡、兼顾快速定位精度和切削时的插补. . . . 15 / 34精度。对于 FANUC0i、FANUC18i 等数控系统，有用于快速运动(G00)和低速切削进给运动(G01)的两种反向间隙补偿可供选用。根据进给方式的不同，数控系统自动选择使用不同的补偿值，完成较高精度的加工。将 G01 切削进给运动测得的反向间隙值 A 输入参数 NO11851(G01 的测试速度可根据常用的切削进给速度与机床特性来决定)，将 G00 测得的反向间隙值 B 输入参数 NO11852。需要

24、注意的是，若要数控系统执行分别指定的反向间隙补偿，应将参数 1800 的第四位(RBK)设定为 1；若 RBK 设定为 0，则不执行分别指定的反向间隙补偿。G02、G03、JOG 与 G01 使用一样的补偿值。6.1.2 定位精度的测量和补偿数控机床的定位精度是指所测量的机床运动部件在数控系统控制下运动所能达到的位置精度，是数控机床有别于普通机床的一项重要精度，它与机床的几何精度共同对机床切削精度产生重要的影响，尤其对孔隙加工中的孔距误差具有决定性的影响。一台数控机床可以从它所能达到的定位精度判出它的加工精度，所以对数控机床的定位精度进行检测和补偿是保证加工质量的必要途径。（1）定位精度的测定

25、目前多采用双频激光干涉仪对机床检测和处理分析，利用激光干涉测量原理，以激光实时波长为测量基准，所以提高了测试精度与增强了适用围。检测方法如下：安装双频激光干涉仪；在需要测量的机床坐标轴方向上安装光学测量装置；调整激光头，使测量轴线与机床移动轴线共线或平行，即将光路预调准直；待激光预热后输入测量参数；按规定的测量程序运动机床进行测量；数据处理与结果输出。（2）定位精度的补偿若测得数控机床的定位误差超出误差允许围，则必须对机床进行误差补偿。常用方法是计算出螺距误差补偿表，手动输入机床 CNC 系统,从而消除定位误差，由于数控机床三轴或四轴补偿点可能有几百上千点，所以手动补偿需要花费较多时间，并且容

26、易出错。现在通过 RS232 接口将计算机与机床 CNC 控制器联接起来，用 VB 编写的自. . . . 16 / 34动校准软件控制激光干涉仪与数控机床同步工作，实现对数控机床定位精度的自动检测与自动螺距误差补偿，其补偿方法如下：备份 CNC 控制系统中的已有补偿参数；由计算机产生进行逐点定位精度测量的机床 CNC 程序,并传送给 CNC 系统;自动测量各点的定位误差；根据指定的补偿点产生一组新的补偿参数,并传送给 CNC 系统,螺距自动补偿完成；重复进行精度验证。根据数控机床各轴的精度状况,利用螺距误差自动补偿功能和反向间隙补偿功能,合理地选择分配各轴补偿点,使数控机床达到最佳精度状态,

27、并大大提高了检测机床定位精度的效率。定位精度是数控机床的一个重要指标。尽管在用户购选时可以尽量挑选精度高误差小的机床，但是随着设备投入使用时间越长，设备磨损越厉害，造成机床的定位误差越来越大，这对加工和生产的零件有着致命的影响。采用以上方法对机床各坐标轴的反向偏差、定位精度进行准确测量和补偿, 可以很好地减小或消除反向偏差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。6.2 数控车床的进给伺服系统伺服系统是数控机床的重要组成部分，用于实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制。伺服系统的作用是把接受来自数控装置的指令信息，经功率放大、整形处理后，转换

28、成机床执行部件的直线位移或角位移运动。由于伺服系统是数控机床的最后环节，其性能将直接影响数控机床的精度和速度等技术指标，因此，对数控机床的伺服驱动装置，要求具有良好的快速反应性能，准确而灵敏地跟踪数控装置发出的数字指令信号，并能忠实地执行来自数控装置的指令，提高系统的动态跟随特性和静态跟踪精度。伺服系统包括驱动装置和执行机构两大部分。驱动装置由主轴驱动单元、进给驱动单元和主主轴伺服电动机、进给伺服电动机组成。步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机，交流伺服电动机是常用的驱动装置。测量元件将数控机床各坐标轴的实际位移值检测出来并经反馈系统输入到机床的数控装置中，数控装置对反馈回来的实际位移值

29、与指令值进行比较，并向伺服系统输出达到设定值所需的位移量指令。如图 6.1。. . . . 17 / 34图 6.1 伺服系统结构图6.3 数控机床采用高精度轨迹控制高精度轨迹控制其核心思想是：采用具有高分辨率和高采样频率的新型插补技术，在保证速度的前提下大幅度提高轨迹生成精度；通过新型双位置闭环控制，有效保证希望轨迹的高精度实现。以信息化轨迹校正消除机械误差和干扰对轨迹精度的影响，从而保证所控制的机床可在生产环境中长期高精度运行。高速高精度轨迹生成高精度轨迹生成是实现高精度轨迹控制的基础。本文以高分辨率、高采样频率和粗精插补合一的多功能采样插补生成刀具希望轨迹。6.3.1 基本措施由采样插补

30、原理可知，插补误差 (mm)与进给速度 vf(mm/min)、插补频率f(Hz)和被插补曲线曲率半径 (mm)间有如下关系 (1) pfvfp120121由上式可知，为既保证高的进给速度，又达到高的轨迹精度，一种有效的办法就是提高采样插补频率。考虑到在现代数控机床上将经常遇到高速高精度小曲率半径加工问题。为此，应发挥软硬件综合优势将采样插补频率提高到5kHz，即插补周期为 0.2ms。这样，即使要求进给速度达到 60m/min，在当前曲率半径为 50mm 时，仍能保证插补误差不大于 0.1m。. . . . 18 / 346.3.2 数学模型常规采样插补算法普遍采用递推形式，一般存在误差积累效

31、应。这种效应在高速高精度插补时将对插补精度造成不可忽视的影响。因此，我们采用新的绝对式插补算法，其要点是：为被插补曲线建立便于计算的参数化数学模型x=f1(u)，y=f2(u)，z=f3(u)(2)式中 u参变量，u0，1要求用其进行轨迹插补时不涉与函数计算，只需经过次数很少的加减乘除运算即可完成。例如，对于圆弧插补，式(2)的具体形式为x y=2u 1-M (3)u211u2式中 M常数矩阵，当插补点位于一、二、三、四象限时，其取值分别为r 为圆弧半径。rrrrrrrr00,00,00,006.3.3 实时插补计算在参数化模型的基础上，插补轨迹计算可以模型坐标原点为基准进行，从而可消除积累误

32、差，有效保证插补计算的速度和精度。其实现过程如下：首先根据当前进给速度和加减速要求确定当前采样周期插补直线段长度L。然后，按下式计算当前采样周期参变量的取值 (4)luzyxuuii2221式中 ui-1上一采样周期参变量的取值. . . . 19 / 34参变量的摄动量u与对应的 x，y，z 的摄动量zyx,u最后将 ui 代入轨迹计算公式(2)，即可计算出插补轨迹上当前点的坐标值xi，yi,zi。不断重复以上过程直至到达插补终点，即可得到整个离散化的插补轨迹。需说明一点，按式(4)计算 ui 时允许有一定误差，此误差仅会对进给速度有微小影响，不会对插补轨迹精度产生任何影响。这样，式中的开方

33、运算可用查表方式快速完成。6.3.4 算例分析表 1 给出了第一象限半径为 50mm 圆弧的插补计算结果。表中第一行为插补点序号，u 行为各插补点处参变量的取值，x、y 行为各插补点的坐标值。为分析插补误差，将各插补点处的圆弧半径和插补直线段长度的实际值也一同列于表中的 r 行和 L 行。由表 6.1 可见，虽然插补过程中计算 ui 时产生的误差对插补点沿被插补曲线前后位置的准确性有一定影响(L 值约有小于 1%的误差)，但各插补点处的r 值总是 50.000，这说明插补点准确位于被插补曲线上，不存在轨迹误差。表 6.1 圆弧插补计算结果(x,y,r，L 的单位为 mm)插补点uxyrL10.

34、07949.3837.83150.0007.85520.15947.54315.48250.0007.86930.24144.52622.74750.0007.86640.32640.41029.44650.0007.86350.41535.29735.41350.0007.85860.51129.31940.50250.0007.85170.61422.62544.58850.0007.84280.72815.38547.57450.0007.83290.8557.78249.39150.0007.818101.0000.00050.00050.0007.8066.3.5 实现高精度轨迹控制

35、的双闭环控制方案通过高速高精度插补获得精确的刀具希望轨迹后，下一步的任务便是如何保证刀具实际运动轨迹与插补产生的希望轨迹一致。为此需首先解决各运动坐标的高精度位置控制问题。. . . . 20 / 341 系统组成常规全闭环机床位置控制系统的动态结构如图 6.2 所示。其设计思想是在速度环的基础上加上位置外环来构成全闭环位置控制系统。根据电力拖动系统的工程设计方法，设计此类系统时，位置控制器应选用 PI 或 PID 调节器，以使系统获得较快的跟随性能。然而，因这类系统为高阶型系统，其开环频率特性将与非线性环节的负倒幅曲线相交，从而使系统出现非线性自持振荡而无常工作。这就使得这类系统难以在实际中

36、广泛应用。图 6.2 常规全闭环位置控制系统的动态结构ni,no调速系统输入指令和输出转速Ki传动机构增益为了克服常规全闭环位置控制系统存在的缺陷，必须打破以速度环为基础构造全闭环位置控制系统的传统理论的束缚，寻求新的在保证可靠稳定性的基础上获得高精度的途径。经过多年探索，我们研究出一种新的转角-线位移双闭环位置控制方法，由其构成的位置控制系统的动态结构如图 6.3 所示。该系统的特点是：整个系统由外两个位置环组成。其中部闭环为转角位置闭环，其检测元件为装于电机轴上的光电编码盘，驱动装置为交流伺服系统，由此构成一输入为 i 输出为 o 的转角随动系统。外部位置闭环采用光栅、感应同步器等线位移检

37、测元件直接获取机床工作台的位移信息，并以环的转角随动系统为驱动装置驱动工作台运动。工作台的位移精度由线位移检测元件决定。. . . . 21 / 34图 6.3 转角线位移双闭环位置控制系统的动态结构该系统的设计思路是，外环合理分工，环主管动态性能，外环保证稳定性和跟随精度。为提高系统的跟随性能，引入由 Gc(s)组成的前馈通道，构成复合控制系统。2 稳定性与误差分析(1)稳定性分析由于部转角闭环不包含间隙非线性环节，因此通过合理设计该局部线性系统，可使其成为一无超调的快速随动系统，其动态特性可近似表示为 (5) 10sssTKi式中 K转角闭环增益T转角闭环时间常数系统外环虽然包含了非线性环

38、节，但设计控制器使 (6) ssKGpP式中 Kp积分环节时间常数将系统校正为型并合理选择系统增益，可避免系统的频率特性曲线与非线性环节的负倒幅曲线相交或将其包围，从而保证系统稳定工作。显然当 T较小时 o(s)/i(s)K，系统将具有更强的稳定性。. . . . 22 / 34 (2)跟随误差分析采用上述方案可保证图 6.4 系统稳定工作，因此可忽略非线性因素的影响，求出该系统的传递函数 (7) KKTKGkTKGKTkGfwpwcwPxSsssSSs1111系统设计时使反馈系数 Kf=1，前馈通道 (8) KKKKTGwwcss1有x(s)1 (9)上式说明，双闭环系统具有理想的动态性能和

39、跟随精度。6.4 数控车床信息化轨迹误差校正在双位置闭环控制下，机床坐标运动的精度主要取决于检测装置获取信息的准确程度。因此，进一步通过信息补偿有效提高检测装置的精度并使其不受外部环境的影响，将为进一步提高坐标运动精度提供一条新的途径。为此采取以下措施：对检测装置的误差与其与系统状态的关系进行精确测定并建立描述误差关系的数学模型，加工过程中由数控系统根据有关状态信息(如工作台实际位置、检测装置的温度等)按数学模型计算误差补偿值，并据此对检测装置的测量值进行实时校正，从而保证机床运动部件沿各自的坐标轴具有很高的运动精度。为在高精度坐标运动的基础上，获得高精度的多坐标合成轨迹，进一步采用几何误差信息化校正方法。例如，对于机床 x、y 工作台的不垂直度误差，可通过以下过程进行校正：将一精密测头装入机床主轴，对固定于工作台上的标准样件(圆弧轮廓)进行测量。当机床的 x、y 坐标间存在不垂直度误差时，所测的轨迹将不是一个准确的圆。将此实测轨迹与标准轨迹相比较，即可求出 x、y 坐标间不垂直度误差. . . . 23 / 34值。按该误差值对 x、y 坐标的运动进行校正，即可使 x、y 合成运动轨迹达到更高的精度。将此原理用于其他几何误差的校正，即可有效提高多坐标运动的合成轨迹精度。若在加工过程中插入上述校正过程，还可对温度变化引起的热变形误差进行有效补偿。6.5