数控加工中轮廓误差的产生与控制
前馈控制对数控机床轮廓误差的影响
学模 型 ， 值 分 析 了不 同 中 间浮 动 支 撑 和 抱 紧 刚度 数
下 螺纹工 件 的 动态 响应 。 结果 表 明 ： 抱 紧 装 置 对 ①
图 ４ 不 同 抱 紧 刚 度 下切 削 点 动态 响应
—３ ． ９ ０％ 一 １ ． ％ ９ ７ — ２ ．１ ５ ％
２×１ ０ ６ ×１ ０ １×１ ０
３． ７ ８ ２． ９ ４ ２． ９ １
２×１ Ｏ ６×１ ０ １× １ ０
２． ６ ３ ２． Ｏ １６ ．４
Ｒｏａ ｉｇ Ｓ ａ ｉ ｒ ｗ ｔ ｏ ｔ Ｎｏ ｌ ｅ ｒ Ｂ ｕ ｄ ￣ Ｃｏ ｄ — ｔｔ ｈ ｈ ｗ ｔ ｏ ｉ ｕ ｎ ｉ ａ ｏ ｎ ａ ｎ ｈ ｈ ｎ ｎｉ
ｇａｈｃＤｇｔ ａ ｔｒｇ ［ ］ Ｅ Ｅ Ａ ＭＥ ｔ ｎａｔ ｎ ｒｐｉ ｉ ａ Ｄ ｔ Ｓｏａｅ Ｊ ．ＩＥ ／ Ｓ ｒ ｓｃｏｓ ｉｌ ａ ａ ｉ
差 幅值 的 １ ０分 之 一 。 可见 ， 用 新 型 前 馈 控 制 策 ５ 采 略 ， 以大 大 提 高 交 流 伺 服 系 统 在 加 减 速 段 的 位 置 可
跟 踪性 能 。
图 ８ 平 面 加 工 设 备 设 备 上 实 验 结 果
前馈 控制 已经 在交 流 伺服 系统 中得 到 广 泛 的应 用 。针 对高 性 能 交 流 伺 服 系 统 ， 文 研 究 了速 度 前 本 馈 信号 作用 在 速 度 闭环 给 定 信 号 上 ， 时 电 流 前馈 同 信 号作用 在 电流 闭环 上 的新 型 前 馈 控 制 结 构 ， 大 很 幅度地 降低 了加 减速 段 的位置 跟 踪误 差 。实 验 结果 也说 明这种 新结 构具 有较 高的应 用价 值 。
PLC在数控机床轮廓误差控制中的应用
（． １ 同济大学 机械工程学院 ，上海 ２ １ ０ ；２ 同济大学 中德学院 ，上海 ２ ０ ９ ） ０ ８４ ． ０ ０ ２
摘 要： 数控机床加 工零件时 ，由于其系统动态特性不稳定很容 易产生轮廓误差。本文基于控制轮廓误 差 的基 本理 论 ，针对西门子８０ 系统提 出了轮廓误 差控制的一种具体方法 ，即通过设计进 给 ４Ｄ 速度修 调器 ，利用Ｐ Ｃ Ｌ 编程 自动调整进给倍 率 ，从而获得加 工轮 廓误差最小的最佳进给 速度
以及 影 响 加 工效 率 等 不 利 因 素 ，从 而 获 得最 佳 的
进 给速 度 。
基于８ ０ ４ Ｄ的 轮 廓 误 差 控 制 理 论 结 构 如 图 １ 所
示 ， 图 中虚 线 框 内 表 示 伺 服 优 化 部 分 ， 在 位 置
环 、速 度 环 、电 流环 的共 同控制 下 保 证 系统 的稳
骞Ｉ 甸 、 生
且 还可 以根 据 速 度修 调 算 法 计算 出的生效 后 的 进 给 倍率 的乘 积 ，也就 是 使 轮
廓误 差最 小的最 佳进给 速 度 。 控制 器 的 内部结 构 图如 图２ 示 ，虚 线 框 内的 所 表 示 的就 是Ｐ Ｃ控 制 的 速 度修 调 器 的主 要 功 能 结 Ｌ
统输 出速度 ；Ｋ 为位 置增益 。另外 ，一 些文献【， ４５ 】 指 出 ，对 于两 轴 直 线插 补 ，轮 廓 误 差 与两 轴 的位 置增 益 之 差成 正 比，与 速 度 成反 比， 即两 轴 的位 置增 益相 等 ，则 轮 廓误 差 为 零 ；而 对 于 两轴 的 圆
弧插 补 ，即使 两 轴 位置 增 益 相 同 ，仍 存 在轮 廓 误 差 ，且 轮 廓误 差 与 系统 位 置 增益 的 平 方 成正 比 ，
数控车床加工过程中尺寸精度的控制[权威资料]
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数控车床加工过程中尺寸精度的控制摘要：本文围绕、弹性变形、精加工及刀具等要素对加工产生的影响，论述了如何保证加工零件的尺寸精度的方法。
关键词：加工误差；弹性形变；弹性恢复；二次精加工尺寸精度是指加工后的工件尺寸和图纸尺寸要求相符合的程度。
两者不相符合的程度通常是用误差大小来衡量。
误差包括加工误差、安装误差和定位误差。
其中，后两种误差是与工件和刀具的定位、安装有关，和加工本身无关。
要提高加工精度减小加工误差，首先要选择高精度的机床，保证工件和刀具的安装定位精度，其次主要与数控车床加工工艺有关。
工艺系统中的各组成部分，包括机床、刀具、夹具的制造误差、安装误差、使用中的磨损都直接影响工件的加工精度。
也就是说，在加工过程中工艺系统会产生各种误差，从而改变刀具和工件在切削运动过程中的相互位置关系而影响零件的加工精度。
这些误差与工艺系统本身的结构状态和切削过程有关，产生加工误差的主要因素有：1 加工原理误差加工原理误差是由于采用了近似的加工运动方式或者近似的刀具轮廓而产生的误差，因在加工原理上存在误差，故称加工原理误差。
只要原理误差在允许范围内，这种加工方式仍是可行的。
2 机床的几何误差机床的制造误差、安装误差以及使用中的磨损，都直接影响工件的加工精度。
其中主要是机床主轴回转运动、机床导轨直线运动和机床传动链的误差。
3 刀具的制造误差及弹性变形我们很多人都有这样的经历，就是在前一刀车削了几毫米切深以后，发现离想要的尺寸还差几丝或者十几丝时，再按计划进行下一刀切削时，发现多切了很多，尺寸可能超差了。
那么这样的情况我们认真分析过其中的原因吗？有人说，这可能是因为机床间隙比较大所致，而在同一进刀方向上是不会受间隙影响的，其真正原因就是弹性形变和弹性恢复。
弹性形变表现在刀具、机床丝杠副、刀架、加工零件本身等对象的形变，使刀具相对工件出现后退，阻力减小时形变恢复又会出现过切，使工件报废。
产生形变的最终原因是这些对象的强度不足和切削力太大。
数控机床进给系统融合建模及轮廓误差补偿方法
02
进给系统作为数控机床的关键 部分，其动力学特性和稳定性 对机床的加工精度具有决定性 作用。
03
当前，针对进给系统的建模与 误差补偿方法研究相对较少， 亟待开展相关研究以提升数控 机床的加工精度和稳定性。
研究现状与问题
现有的进给系统建模方法主要基于线性或准线 性模型，忽略了非线性因素的影响，导致模型 精度有限。
在轮廓误差补偿方面，缺乏有效的补偿算法和 手段，无法对复杂的轮廓误差进行精确补偿。
针对以上问题，本研究旨在建立精确的进给系 统动力学模型，并开发轮廓误差补偿算法，以 提高数控机床的加工精度和稳定性。
研究内容与方法
研究内容一：建立考虑非线性因素的进 给系统动力学模型。
基于拉格朗日方程建立进给系统的动力学方 程。
总结词
详细描述
线性插值
多项式插值
样条插值
插值算法是一种根据已 知数据点推算新数据点 的计算方法，适用于轮 廓误差补偿问题。
插值算法通过对已知数 据点进行插值计算，推 算出新的数据点，实现 对轮廓误差的补偿。其 中，线性插值、多项式 插值和样条插值是三种 常用的插值算法。
通过连接相邻的数据点 ，计算出新的数据点， 实现对轮廓误差的简单 补偿。
通过多层感知器（MLP）等前向神经网络 模型，对进给系统的输入和输出数据进行 学习和预测，实现对轮廓误差的补偿。
统的历史数据和实时数 据进行学习和预测，实现更精确的轮廓误 差补偿。
回归分析补偿方法
详细描述
回归分析适用于轮廓误差补偿问题，其中 ，线性回归和多项式回归是两种常用的回
数据采集
采集数控机床进给系统的运行 数据，包括位移、速度、加速 度等。
模型训练与融合
利用预处理后的数据，训练多 个模型并进行融合。
数控机床加工误差原因及对策分析
数控机床加工误差原因及对策分析数控车床为零件加工的主要方式，对于零件加工具有较高的自动化水平，但是就实际情况来看，零件加工经常会因为设备自身或者操作不当等因素限制，而造成工件精度达不到专业要求，存在一定误差。
零件加工精度最终由机床刀具与零件间相对位移误差决定，因此需要确定加工误差存在的原因，以降低误差为面对，采取措施进行优化。
本文选择经济性数控机床为对象，就其加工误差与优化对策进行了简要分析。
标签：数控机床；加工误差；补偿0 引言数控机床零件加工经常会因为各项因素的影响而出现误差，即加工后零件实际几何参数与设计几何参数间存在一定偏差，导致零件精确度不能满足设计要求，最终只能作为不合格或者废品处理。
以提高数控机床加工精确度为的目的，需要对各类加工误差原因进行分析，有针对性的采取措施进行处理，对存在的误差进行有效补偿。
1 数控机床加工误差分析经济性数控车床对零件的加工，应用为步进电机开环伺服系统或者半闭环伺服系统来驱动刀具，在这个过程中就会因为受各项因素的影响而存在加工误差。
一方面，数控机床自身因素。
主要是因为数控机床所用构件精确度较低，以及机床装配过程中存在误差，导致零件加工后精确度达不到设计要求。
针对此种误差原因，一般可以就高精度零部件进行更换，以及在装配环节做好控制，争取提高机床自身精确度。
另外，对于部分技术能力可以达到要求的企业，还可以选择对步进电机构成的开环伺服系统进行适当的改造，使其成为闭环伺服系统，来提高零件加工精度[1]。
另一方面，工艺操作因素。
部分零件在加工过程中，会因为机床以及零件本身的热变形，造成切削、振动、装夹、磨损等细节存在误差。
想要对此类误差进行补偿，需要建立补偿模型在CNC系统内补偿，实施难度比较大，对提高数控机床零件加工精确度需要重点研究。
2 数控机床加工误差原因与对策分析2.1 数控机床自身原因2.1.1 控制系统误差（1）开环控制系统。
开环控制系统并未设置反馈装置，数控信号为单向流程，并不能对移动部件实际位移量进行测量与反馈，进而会影响对加工过程中所存误差的调整。
加工中心圆度出现误差的原因是什么？怎么调整？
圆度误差是指在回转体同一横截面内被测物体实际圆对理想圆的变动量。
数控机床在长期使用过程中，滚珠丝杠、导轨及轴承或多或少存在一定程度的磨损，同时，由于保养不到位、缺少润滑及大吃刀量等因素会加剧机械部件磨损，造成数控设备几何精度加速劣化，这些都是引起圆度误差的因素。
数控系统动态响应不稳定，伺服优化不完善，也会影响数控机床的圆度误差。
一般在机床实际应用过程中，可以通过球杆仪或设备自带圆度测试功能对加工设备进行圆度误差检测。
Siemens 840Dsl数控系统圆度测试功能可以在不需要零件试切的情况下，通过数控程序模拟加工，配合数控系统强大的计算能力和位置反馈功能，测量出机床实际与理论的圆度误差，通过对圆度测试得出的不同图形进行分析，可以得出不同误差产生的原因及此类误差的调整方法。
一般引起圆度误差的主要原因有插补轴反向间隙大、反向跃冲、伺服不匹配、两插补轴不垂直及机床振动等。
下面以Siemens 840Dsl数控系统为例进行说明。
1反向间隙误差机床反向间隙误差是指机床某一轴在运动过程中，从正向运动变为反向运动时，在一定角度内，尽管驱动电动机带动丝杠已经反转，但工作台还要等丝杠和螺母间隙消除后才能反向运动，这个间隙就是机床轴的反向间隙，一般反映在丝杠的螺旋角度上，在半闭环数控系统中，轴在反向运动时指令值和实际运动量之间的差值即为该轴的反向间隙误差值。
（1）反向间隙对圆度误差的影响反向间隙的存在会影响机床的定位精度和重复定位精度，降低数控机床加工精度，在加工中心铣圆过程中会造成圆度误差。
当Y轴在反向运动过程中，由于反向间隙的存在，会造成Y轴反向后滞后于X 轴进行插补运动，铣圆加工会出现如图1所示结果。
图1反向间隙造成的圆度误差（2 ）反向间隙测量与调整影响机床轴反向间隙误差的因素多种多样，从驱动电动机到运动部件之间所有的机械联接件都会存在间隙，电动机对丝杠的联轴结是否松动、滚珠丝杠制造误差、丝杠预紧是否过紧或过松、丝母与运动部件联接是否紧固，都是造成机床轴反向间隙的原因。
机械加工误差产生的原因及措施
机械加工误差产生的原因及措施1加工误差的原因分析由机床、刀具、夹具和工件组成了机械加工的工艺系统，整个系统的误差也就影响着加工误差。
工艺系统的误差是“因”，是根源；加工误差是“果”，是表现。
因此把工艺系统的误差称为原始误差。
系统条件改变了，误差则随之改变，在机械加工工艺系统中，加工误差的产生主要是由原始误差引起的。
这些原始误差主要可归纳为以下几个方面：1.1加工原理误差采用近似的加工运动或者近似的刀具轮廓，都会产生原理误差。
在较多的情况下，为了使工件表面符合规定要求，就需要工件和刀具两者之间有一定的运动联系。
例如，车螺纹就需要刀具与工件之间有螺旋运动的联系；滚切齿轮就需要滚刀与工件之间有准确的展成运动联系等，这种联系就叫做加工原理。
这种运动联系是用机床或夹具来保证的，或是用成型刀具来保证的。
但是在理论上采用的加工原理比较准确时，就需要机床或夹具制造得比较复杂，或者中间环节过多，反而增加了机床的运动误差，进而影响了加工精度的提高。
另外，在用成型刀具加工复杂的曲线表面时，刀具刃口只能近似符合理论曲线，因此就会产生原理误差。
1.2定位安装误差定位和安装是使用夹具固定工件的两个必要动作过程，定位元件决定工件的位置，而制造得非常准确的定位元件是不存在的，都允许有一定的公差范围，这样误差也就随之产生了。
另外，在安装工件时一般都是由人来操作完成的，即使全部由控制系统自动完成的定位安装，误差也会产生，工件形状和尺寸受工件定位夹装精度的影响很大，进而影响工件的装配精度。
因此，操作者不能完全消除定位安装误差，但应当尽量使误差降到最低限度。
1.3机床误差机床误差表现在自身的制造、磨损和安装三个方面。
一般来说，机床在制造、安装以及使用过程中都会出现一定的偏差，虽然机床出厂之前都要经过检验，但主要检验机床的重要零部件的形状和位置误差，而且这些检验是在没有切削载荷的情况下进行的，它反映的是机床的静误差。
在机床静误差中导轨误差、主轴误差和传动链误差三者对加工精度影响最大。
车床的误差30
车床的误差30我们在使用数控车床时出现误差是什么原因呢？下面一起来看看吧！1、加工原理误差加工原理误差是指采用了近似的刀刃轮廓或近似的传动关系进行加工而产生的误差。
加工原理误差多出现于螺纹、齿轮、复杂曲面加工中。
例如，加工渐开线齿轮用的齿轮滚刀，为使滚刀制造方便，采用了阿基米德基本蜗杆或法向直廓基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆，使齿轮渐开线齿形产生了误差。
又如车削模数蜗杆时，由于蜗杆的螺距等于蜗轮的周节(即mπ)，其中 m是模数，而π是一个无理数，但是车床的配换齿轮的齿数是有限的，选择配换齿轮时只能将π化为近似的分数值(π =3.1415)计算，这就将引起刀具对于工件成形运动(螺旋运动)的不准确，造成螺距误差。
在加工中，一般采用近似加工，在理论误差可以满足加工精度要求的前提下(《=10%-15%尺寸公差)，来提高生产率和经济性。
2、调整误差机床的调整误差是指由于调整不准确而产生的误差。
3、夹具的制造误差和磨损夹具的误差主要指：(1)定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具体等的制造误差；(2)夹具装配后，以上各种元件工作面间的相对尺寸误差；(3)夹具在使用过程中工作表面的磨损。
4、机床误差机床误差是指机床的制造误差、安装误差和磨损。
主要包括机床导轨导向误差、机床主轴回转误差、机床传动链的传动误差。
(1)机床导轨导向误差1)导轨导向精度——导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的符合程度。
主要包括：①导轨在水平面内直线度Δy和垂直面内的直线度Δz(弯曲)；②前后两导轨的平行度(扭曲)；③导轨对主轴回转轴线在水平面内和垂直面内的平行度误差或垂直度误差。
2)导轨导向精度对切削加工的影响主要考虑导轨误差引起刀具与工件在误差敏感方向的相对位移。
车削加工时误差敏感方向为水平方向，垂直方向引起的导向误差产生的加工误差可以忽略；镗削加工时误差敏感方向随刀具回转而变化；刨削加工时误差敏感方向为垂直方向，床身导轨在垂直平面内的直线度引起加工表面直线度和平面度误差。
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间 距 法 。 论 应 用 哪 种 方 法 ， 应 使 产 生 的轮 廓 误 无 都
差小 于允许 误差 。 用 等 间距法 逼近法 ， 使 间距 的 大 小 ， 轮 廓 曲 率 半 径 的 变 化 都 与 由此 产 生 的轮 廓 误 差 有 关 。间 距 越 大 、 廓 曲 率 半 径 越 小 或 变 化 大 ， 轮
差。
包络 成型 ； 寸 圆整误 差 ， 算 过 程 中由于计 算精 尺 计
度而 引起 的误差
３ 机 床 结 构 误 差 （ 丝 杠 螺 母 间 隙 、 轨 不 ． 如 导
在编制 加工 非 圆曲线轮 廓 的程序 时 ，通常是 采 用 直 线 段 或 圆 弧 段 去逼 近非 圆 曲线 方 法 来 实 现 。 用 圆弧段 逼 近 ， 面质量 较好 ， 编程 复杂 。 采 表 但 因此 大 多 采 用 直 线 段 去 逼 近 非 圆 曲 线 。 直 线 段 逼 近 法 通 常 有 等 间距 法 、 等 步 长 法 和 等 误 差 法 三 种 方 法 。 虑 到宏 程序 编程 的方便 ， 多 的是采 用等 考 更
在 加 工 空 间 曲 面 时 ，如 刀 具 半 径 补 偿 值 不 能 随位 置不 同而 变化 ， 产生 空 间轮廓误 差 。 会 ２ 刀 具 形 状 及 其 磨 损 对 工 件 轮 廓 误 差 产 生 的 ．
影 响
轮 廓误差 的产 生在模 具制 造和精 密零 件 制造过 程
中倍 受 关 注 ， 直 接 影 响产 品 制 造 质 量 ， 此 分 析 它 因 其 产 生 原 因及 控 制 措 施 对 排 除 数 控 加 工 轮 廓 精 度 超 差故 障具有 很好 的指导 意义 。
直 、 变形 等 ） 工 件 轮 廓 误 差 的 影 响 。 热 对
在 开环 、 闭环数 控系统 的进 给传 动链 中 ， 半 齿
轮、 滚珠 丝杠 螺母 副等 传动件 中均存 在 反 向间隙 ，
这 种 反 向 间 隙 会 造 成 工 作 台反 向 运 动 时 ， 电 机 空
走 而 工 作 台 不 运 动 现 象 ， 而 造 成 加 工 误 差 、 映 从 反 到 工 件 上 则 形 成 尺 寸 和 轮 廓 误 差 ；机 床 结 构 的 几
■ 科技之窗 ・ 研究制造
［ 要 ］ 中针 对 工 件 加 工 过 程 中 出现 的 轮 廓 精 度 超 差 现 象 进 行 了原 因分 析 ， 据 产 生 原 摘 文 根
因 不 同 分 别 提 出对 应 的控 制 与预 防 措 施 。
［ 键词 ］ 控加 工 关 数
轮廓误 差
形成
控 制
６－ 编 程 ， 不 考 虑 刀 尖 圆 弧 半 径 补 偿 ， 论 加 工 －点 Ｙ 如 无 何 种 轮 廓 均 会 产 生 轮 廓 误 差 。所 以ｘ 于 有 轮 廓 控 ， Ｊ
一
、
轮廓 误差产 生原 因 ：
数控加 工 过程 中如果使 用 了近似 的 刀具轮廓 会 直 接 产 生 工 件 轮 廓 误 差 ；使 用 数 控 加 工 曲 面 轮
廓 ， 果 刀 片 （ 具 ） 状 选 取 不 当也 会 产生 工 件 如 刀 形
１ 编 程 不 当会 引起 工件 轮 廓 误 差 的 产 生 ．
引 起 的 轮 廓 误 差 就 越 大 。 编 程 时 到 底 选 取 多 大 的
何 误 差 也 是 产 生 工 件 轮 廓 误 差 的 主 要 原 因 ，如 导
轨 在 水 平 面 内 的直 线 度 直接 影 响 工件 的 轮廓 形 状 ， 生轮廓 误差 ； 床 水平超 差会 引起 数控 车削 产 机 圆 柱 面 ３ 件 圆 柱 度 超 差 ；此 外 机 床 工 艺 系 统 刚 度 ２ 不 足 ， 工 过 程 中在 切 削 力 作 用 下 ， 改 变 刀 具 与 加 会 工 件 之 间 相 ｘ ￣ 置 从 而 产 生 轮 廓 误 差 ； 同样 机 床 － ， Ｊ 受 热也会使 机械结 构产 生变形 从 而改变 刀具 与工
数 控 机 床 是 使 用 程 序 控 制 零 件 加 工 的 自动 控
制 机 床 ， 由 于 各 种 原 因经 常 会 出 现 实 际 轮 廓 偏 离
理 想 轮廓 的现象 ， 成 轮廓 误 差 ， 响加 工 精度 。 形 影
制 精 度 要 求 的 工 件 ， 须 使 用 刀 尖 圆弧 半 径 补 偿 。 必
程 序 编 制 中 产 生 的 误 差 主 要用近 似计算 方法 表达 零件 轮 近 即 廓 形 状 时所 产 生 的误 差 ； 近 误 差 ， 用 直 线 或 圆 逼 即 弧 段 逼 近 零 件 轮 廓 曲 线 所 产 生 的误 差 ，在 三 维 曲
间距才 能保证 轮廓误 差不 超过 允差 呢？ 一般 可通
过 验算来 选 取 。 过计 算 ， 出的直线逼 近误 差要 通 求 求 控 制 在 零 件 公 差 的 １５～１ｌ 。 ／ ／Ｏ 在 数 控 车 削 编 程 中 ，刀 尖 的 圆弧 半 径 会 引 起 轮 廓 误 差 。 数 控 车 削 编 程 ， 位 点 的选 取 有 两 种 ： 刀 即 以 假 想 的 刀 尖 点 作 为 刀 位 点 和 以刀 尖 圆 弧 中 心 作 为 刀 位 点 。 以 假 想 的 刀 尖 点 作 为 刀 位 点 ， 加 如 在 工 工 件 锥 面 及 曲 面 时 ，如 没 考 虑 刀 尖 圆 弧 半 径 补 偿 或 刀 尖 圆 弧 半 径 补 偿 方 位 选 取 不 正 确 ，都 会 产 生 工 件 的轮 廓 误 差 ； 如 以刀 尖 圆 弧 中 心 点 作 为 刀
面加 工时采 用行 切加 工方法对 实 际型 面进行 近似
轮廓 误 差 ； 具 后 角选 取 不 当 ， 易 引起 干 涉 ， 刀 容 破
坏 已加工表 面 而产生 轮廓误 差 。刀具 安装 不正确 会 引 起 刀 具 实 际切 削 几 何 角 度 的 变 化 、刀 具 磨 损
不 但 会 使 零 件 尺 寸 变 化 ，还 会 使 零 件 轮 廓 产 生 误