数控机床热变形误差补偿技术
机床热误差产生原因分析及常用补偿办法
机床热误差产生原因分析及常用补偿办法一、引言在数控机床加工中，机床的稳定性和精度是直接影响加工质量的重要因素。
而机床的热误差是影响机床加工精度的主要因素之一。
本文将分析机床热误差产生的原因，并探讨常用的补偿办法，旨在帮助读者理解和解决机床热误差问题。
二、机床热误差产生原因分析（一）热误差的基本原理机床在加工过程中会受到各种外部环境因素的影响，以及自身零部件因摩擦、压力等衍生出的内部热效应。
这些因素都会导致机床的温度发生变化，从而影响机床的几何尺寸和传动精度，从而产生热误差。
（二）原因一：外部环境的影响机床所处的环境温度、湿度等都会对机床产生影响。
冬季室内温度相对较低，会导致机床传动件温度下降，从而引起机床的几何尺寸发生变化；夏季室内温度相对较高，机床零件温度会上升，进而影响机床的加工精度。
（三）原因二：机床自身结构及零部件的影响机床自身的结构、传动件、润滑系统等都会引起机床的温度变化，从而产生热误差。
机床各部件的热膨胀率不同，使得机床温度的变化导致机床的尺寸和传动精度发生变化；机床的润滑系统也会因温度变化而影响机床的加工精度。
（四）原因三：加工过程本身的热效应三、常用的补偿办法（一）采用温度控制系统采用温度控制系统能够控制机床的温度，从而减小温度对机床的影响。
在机床上安装温度传感器，实时监控机床的温度，并通过控制冷却系统或者加热系统，使机床的温度始终保持在一个稳定的范围内，从而减小机床的热误差。
（二）采用热误差补偿技术热误差补偿技术是一种通过软件或者硬件手段来对机床热误差进行补偿的技术。
通过对机床的温度进行监测，并根据温度变化对机床的坐标进行实时补偿，从而减小热误差对机床加工精度的影响。
（三）改进机床结构及材料改进机床的结构和材料也是减小热误差的重要途径。
采用低热膨胀率的材料来制造机床零部件，或者改进机床的结构，减小零部件的膨胀率，从而减小热误差的产生。
（四）优化加工工艺在加工过程中，通过优化工艺参数，减小加工零部件的摩擦和热效应，也可以减小热误差的产生。
数控机床热误差测量与补偿03版63页文档
在误差补偿技术研究中，机床温度是缓慢变化的，热变形量是微米
级，要分辨出缓慢变化温度的差异和微小的热变形，这要求检测系统具
有高的分辨率和检测精度。同时，为满足实时性要求，检测系统必须具 有较快的响应速度和采集速度。
数控机床热误差测量与补偿03版
幽默来自智慧，恶语来自无能
背景
随着科技的发展，数控机床重视，但是影响数控机床加工精 度的因素有很多，主要的加工精度越来越受到重视。机床误差可 以归结为四大类：数控机床主要机械结构的几何误差；加工过程 中的载荷误差；热变形误差；伺服系统误差。随着组成数控机床 自身的主要机械零部件制造精度的越来越高，使得几何误差对机 床精度的影响越来越小；而由于现代加工制造的特点，需要数控 机床长时间处于高速切削和快速进给的状态下工作，这样就会造 成机床床身和主要部件的快速升温，机床的各个部分产生不均匀 的温度场，使得机床在热应力的影响下发生热变形，产生热变形 误差。众多研究已经表明热误差已经成为影响数控机床加工精度 提高的极其关键因素，对于一些精密数控机床由于热误差引起的 加工误差约占总加工误差的40--70％左右，而对于一些超精密加 工机床而言，高的甚至可达到89％。因此如何有效的控制机床热 误差就显得十分重要。
2.2 对检测系统的要求 温度和热误差检测系统为整个热误差补偿技术提供数据基础，
系统的检测精度和自动化程度显得尤为重要。温度与热误差检测系 统必须满足如下要求：
2.2.1 能能同时采集温度、热位移量，且采样通道多 在数控机床热误差补偿技术研究中，特别是传感器优化布点与热误差
建模等问题研究中，必须同时采集多点的温度和热变形量进行相关性分
数控机床热变形实时补偿
数控机床热变形实时补偿制造技术的发展对数控机床的精度和可靠性提出了越来越高的要求。
大量研究表明：在精密加工中,由机床热变形所引起的制造误差占总误差的40%——70%。
减少机床热误差通常有以下3种方法:改进机床的结构设计；控制机床重要部件的温升，如进行有效的冷却和散热；建立温度变量与热变形之间的数学模型，用软件预报误差，用nc 进行补偿，以减少或消除由热变形引起的机床刀具位移。
热变形误差补偿技术一般采用事后补偿，通过各种检测手段对数控加工时产生的误差进行直接或间接的测量，然后根据已经建立的误差补偿模型进行误差补偿计算，将计算结果反馈给数控系统，使控制器发出相应的控制误差补偿指令以补偿相应的热误差。
本课题以gmc4000h/2加工中心y轴为研究对象，首先通过实验建立热误差与机体上若干点的温升之间的数学模型，在加工过程中借助外部设备监控温度，根据所建数学模型计算热误差，利用plc补偿模块功能以及机床运动的可控性，修改机床运动进给量，从而实现实时补偿。
1热误差的测量热误差是影响机床精度最主要的因素之一，机床热误差是由机床工作时复杂的温度场造成机床各部件变形引起的，它是随时间变化的非恒定误差。
热误差补偿的研究始于20世纪50年代，但其总体发展是不能令人满意的，究其原因，在于误差辨识即热误差建模。
要提高精度，必须解决“如何选择最佳的温度测点和如何建立鲁棒性强的热误差模型”的问题，两者相辅相成，缺一不可。
1.1试验设备及仪器试验样机为gmc4000h/2；8个温度传感器、1台激光双频干涉仪、若干电缆线等。
1.2温度测点的选择数控机床的热误差大小取决于温度的变化、各零部件的热膨胀系数和机床的总体结构，从根本上说取决于温度变化。
温度变化越大，热变形越剧烈，从而也可能产生大的热误差。
欲研究热误差的产生和变化规律，进而减小、消除和控制热误差，必须从温度变化入手。
在机床运行时，由于各种材料的膨胀系数不同,各部分在径向和轴向产生的热变形也不尽相同,最容易受到热变形影响的机床部件是主轴和滚珠丝杠等，因此在本试验中将表1中8处最容易受到热变形影响的关键部件作为温度测量点。
五轴联动数控机床热误差补偿技术
五轴联动数控机床热误差补偿技术研究现状综述摘要：介绍了五轴联动数控机床热误差及其补偿技术，从国内、国外两个方面阐述了热误差补偿技术的研究现状。
关键词：五轴联动机床热误差热误差补偿当今世界正处于现代制造业不断发展的时代, 数控机床特别是高、精数控机床是实现先进技术的重要因素。
随着加工工艺的日益精细和复杂, 对数控机床精度的要求也越来越高, 精密、超精密以及纳米加工成为主要发展方向【1】。
五轴联动数控系统是目前数控技术中难度最大，应用范围最广的技术, 它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体, 应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工, 对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等行业有着举足轻重的影响力【2】。
五轴联动机床在运动过程中所涉及的误差源很多而且相当复杂, 如果能够对相应的误差进行补偿, 则必能使机床精度得到显著提高，与传统机床相比, 五轴联动机床在具备高性能的同时也带来了一些新问题，例如在削加工过程中主轴温升过高,由此产生的热变形和热祸合问题, 对电主轴的动态特性、刚与热变形特性以及对机床的刚性和热稳定性都有相当程度的影响。
大量研究表明：在精密加工中,由机床热变形所引起的制造误差占总误差的40% ～ 70%【3】，因此要提高五轴联动数控机床的精度就必须采取有效的措施来分析并减小热误差。
目前解决机床热误差主要有两种基本方法：误差预防法和误差补偿法。
误差预防法是一种“硬技术”，通过设计和制造途径消除或减少可能的误差源，靠提高机床制作精度来满足加工精度要求。
误差预防法有很大的局限性，即使能够实现，在经济上的代价往往是很高的。
误差补偿法是使用软件技术，人为产生出一种新的误差去抵消当前成为问题的原始误差，是一种既有效又经济的提高机床加工精度的手段。
通过误差补偿可在机床上加工出超过机床本身精度的工件，这是一种“精度进化”的概念。
近年来，误差补偿技术以其强大的技术生命力迅速被各国学者、专家所认识，并使之得以迅速发展和推广，已成为现代精密工程的重要技术支柱之一。
数控机床误差补偿技术及应用热误差补偿技术
作者: 赵宏林 , 北京密云水库北京机床研究所, 西 安理工大学博士生 , 邮编: 101512 ( 编辑 徐鸿根 )
( 收稿日期 : 1998— 11— 12)
实测结果。
图 2 五点法测量时电涡流传感器布置简图
图 3 滑枕系统热变形误差测量和补偿原理图
图 4 X HFA 4220 加工中心滑枕系统热变形误差 图 1 X 、 Y、 Z 轴丝杠热变形
4 结论
热变形误差是影响机床定位精度的重要 因素之 一。文章将热变形误差与机床空间几何运动误差和载 荷误差分量结合在一起 , 提出机床综合误差的计算模 型。用 5 点法获得机床的热变 形误差参数。对 XHFA2420 加工中心的实验可见 , 滑枕系统的热 空间误 差 X 向从 9. 6Lm 减小到 3. 4L m , Y 向从 66. 7Lm 减小 到 10. 4 L m , Z 向从 182. 0Lm 减小到 35. 1 L m , 误差补 偿量达 65% 以上。 参 考 文 献
2 薄壁盲孔加工新工艺
2. 1 电火花加工 电火花加工不存在机械力作用, 因此不会出现薄 壁盲孔的加工变形问题 , 也容易保证两孔及薄壁的尺 寸精度和形状精度。薄壁盲孔的电火花加工是对已加 工出 Á 1. 8m m × 8m m 成型预孔的工件进行数控电火 花摇动加工, 加工中工具电极旋转, 工件随工作台按给 定半径做圆摇动 , 通过二者之间的火花放电修光薄壁 盲孔的侧面。 由于采取了一系列工艺措施, 例如电极反 拷、 电极内孔中心冲油等, 所以能够保证薄壁厚度的一 致性。 电火花加工中的高温和工作液的快速冷却作用 , 使薄壁的表面产生变质层和应力层。由于电火花加工 后的表面应力表现为拉应力 , 因而存在微裂纹, 使弹性 元件的疲劳强度下降, 因此对于高质量的弹性元件必
机床热误差产生原因分析及常用补偿办法
机床热误差产生原因分析及常用补偿办法一、引言现代制造业对产品精度的要求越来越高，但是机床在加工过程中会受到温度影响，导致热误差的产生。
如果不对热误差进行有效的补偿，将会直接影响产品的加工质量，甚至导致生产事故。
研究机床热误差的产生原因以及常用的补偿办法对于保障产品加工精度具有重要意义。
二、机床热误差的产生原因分析1.机床结构热变形机床在工作过程中会受到外部环境温度变化的影响，导致机床结构材料的热膨胀或收缩，从而引起机床的尺寸变化。
特别是大型数控机床，在长时间的加工过程中，由于机床结构的温升会导致机床的各个部分产生不同程度的热变形，从而引起热误差的产生。
2.主轴热变形机床的主轴在高速加工过程中会受到较大的摩擦力和热量的影响，导致主轴温升，从而引起主轴的热变形。
主轴的热变形会直接影响到工件的加工精度，甚至导致产品质量不合格。
3.润滑油温度机床在工作过程中需要进行润滑，而润滑油的温度会直接影响到机床各个零部件的温度。
当润滑油温度升高时，会导致机床各个部件的温度升高，从而引起热误差的产生。
4.外部环境温度5.加工热量6.其他因素除了上述因素之外，机床的热误差还受到机床结构设计、机床材料特性、润滑方式、切削参数等多方面的影响。
以上这些因素的综合作用，导致了机床热误差的产生，因此在实际生产中，需要采取相应的措施对热误差进行有效的补偿。
三、机床热误差的常用补偿办法1.温度补偿温度补偿是对机床热误差进行校正的有效方法之一。
通过在机床的各个部件上设置温度传感器，实时监测机床的温度变化，并且通过控制系统对温度进行实时补偿，从而减小了机床的热误差。
2.结构优化通过对机床的结构进行优化设计，例如采用热稳定性好的材料、合理设置机床的冷却系统、优化机床的传热结构等，可以有效减小机床热误差的产生。
3.控制系统补偿控制系统补偿是通过对机床数控系统的程序进行调整，以达到对热误差的补偿效果。
例如在机床数控系统中设置热误差的补偿参数，通过对加工程序进行调整，从而达到对热误差进行有效补偿的目的。
数控机床热误差建模及补偿技术探讨报告
很大代价才能达到的精度水平，满足了一定的精度要求，又降低了仪器和设备制 造的成本，具有显而易见的经济效益。因此，热变形误差补偿技术以其强大的技 术生命力迅速被各国学者、专家所认识，并使之得以迅猛发展和推广。 热误差补偿目前有两种方法：温度场补偿法和位移补偿法。温度场补偿法是 指在某些关键部位安装一些加热元器件或者在某些构件内加入可流动循环的冷 却液，并且对这些温度点进行监测和控制，使温度场的温度得到平衡，使之达到 减少或消除热误差的目的。但是不足之处是难以对每个热误差点进行有效的控 制。位移补偿法是通过对每个坐标轴附加位移来补偿因为热误差}fU 导致刀具和 工件间的偏移误差。这种补偿法是现在使用最多的一种方法。1975 年，口本的 Okushima 公司提出利用温度检测位移补偿法，并将此方法应用于数控加工中心 来实现热误差补偿。80 年代中期，柏林工业大学将这种位移补偿法应用在数控 机床上， 在不同主轴和不同进给速度下试验得出了热误差和特征点之间的关于温 度的函数关系，并建立了误差补偿模型，只需要知道特征点的温度用补偿模型就 可以得到补偿值，然后经过数控机床的伺服进给系统附加位移来实现补偿。 目前，数控机床热误差补偿技术的研究主要体现在以下几个方面： （1）数控 机床热误差温度检测点的选择，即温度传感器摆放位置的研究及检测技术的研 究； （2）获得建立精确性比较强的数控机床热误差补偿的数学模型的研究； （ 3） 数控机床热误差实时补偿技术推广应用的研究。 目前国内外学者对这些方面问题做了大量的研究， 在温度检测点的选择方面 常用的方法有： （1）逐步线性回归方法； （2）热误差模态分析方法； （3）模糊聚 类分析方法； （4）灰色系统理论的关联度分析方法。在机床热误差补偿建模方面 突破常规建模思路，采用 BY 神经网络和 RBF 神经网络及改进的神经网络等非 线性方法，可以更好的解决了数控机床误差补偿的应用问题。
高精密数控机床热变形及其补偿技术
目录摘要 (1)Abstract (2)0 文献综述 (2)0.1 提高机床加工精度有两种基本方法 (3)0.2 热误差补偿的最新发展 (4)1 引言 (4)2 高速精密数控技术 (7)2.1 国外高速精密技术的发展 (7)2.2 我国高速精密数控技术现状 (9)2.3 我国与国外发达国家的差距 (10)2.4 高速精密数控技术的不足 (11)3 高速精密数控技术热变形 (11)3.1 数控机床热变形的产生原因 (11)3.2 热变形对生产的影响 (12)4 减小机床热变形的控制措施 (12)5 机床自身结构的优化 (15)5.1 采用高速电主轴装置 (15)5.1.1 高速电主轴的热源分析及冷却 (15)5.2滚珠丝杆螺母副 (16)5.2.1 滚珠丝杆螺母副的结构 (16)5.2.2 滚珠丝杆螺母副的热变形控制 (17)5.3 进给导轨的改进 (18)5.3.1 注塑导轨 (18)5.3.2 滚动导轨 (18)5.3.3 静压导轨 (19)5.4 机床的改进结构布局图 (20)6 热变形影响的误差检测与补偿 (21)6.1 机床型号及参数 (21)6.2 温度的测量及选择测温点 (22)6.3 热误差补偿模型的建立 (23)6.3.1多元线性回归 (24)6.3.2 补偿模型的建立 (25)6.3.3 测量数据及分析 (25)6.4 热误差补偿的执行 (28)6.4.1补偿结果 (29)7 结语 (30)参考文献 (30)致谢 (30)高速精密数控车床热变形误差及其补偿技术摘要：高精密数控机床以其显著的加工优势和无法替代的先进性，逐渐成为当今加工方式的主流，本文简单介绍了高精密数控机床的发展过程，以及国内与国外的差距。
同时热变形误差是影响机床加工精度的重要因素之一，通过误差补偿的方法可以提高机床的加工精度。
分析了高精密数控机床加工热变形的产生原因，以及一些减少机床热变形的方法。
从机床自身结构为出发点，优化车身结构，减小机床热变形。
浅谈数控机床关键部件受热误差补偿技术
浅谈数控机床关键部件受热误差补偿技术在当今机械制造行业的发展方向是质量高、精度高、集成度高、智能化。
在这种要求下，加工技术必须具有较高的精密度。
数控机床作为设备的主要加工制造对象，其精度越高，市场竞争力和制造水平就越强。
为了使我国的制造行业能够在国际市场占据一席之地，就必须应用受热误差补偿技术，来提高数控机床的加工精度。
标签：数控机床；关键部件，受热误差补偿；技术要点随着数控机床进行加工的普及，数控机床加工如何能够减少误差引起越来越多的用户的重视。
因此，作为数控机床厂家如何提高数控机床在工作运行中的精确度，成为必须面对的问题。
文章将介绍数控机床中关键部件如传动系统和主轴内部受热导致误差的来源，以及详细阐述数控机床自身通过机械补偿误差技术的要点。
1 数控机床关键部件受热误差的来源滚珠丝杠是数控机床的关键部件之一，决定着机床的运动精度，在机床常时间的运行中有发热现象的发生，而导致整个传动轴产生精度变化，机床另一关键部件主轴也是最易产生受热误差的来源之一，所以一些机床厂家在数控机床组装的时候，则对机床传动部件的和主轴部件进行一些补偿技术的处理。
2 数控机床厂家采用的受热误差补偿方法目前市场上的数控机床滚珠大部分都是运用滚珠丝杠进行传动，当机床运行一段时间以后，滚珠丝杠传动螺母副内部的滚珠和滚珠跑道就会出现一定程度的摩擦生热，导致整支丝杠出现膨胀伸长的状况，这是材料热胀冷缩的物理现象，但是这看似简单的物理现象却会造成机床传动部分精度变化数控机床厂家目前较多的使用的是对滚珠丝杆进行一些预拉力处理，使滚珠丝杠的固定端在锁紧螺帽的预锁力作用下变长，先“透支”因发热量产生的变长量，来弥补由于滚珠丝杠发热伸长而出现的误差，该锁紧力称之为“预拉力”。
当然，对于滚珠丝杠的预拉力也是限度的，如果预拉力过小，则无法滚珠丝杠的变形量拉出，过大又会导致丝杆的过度变形甚至直接造成丝杆精度破坏。
以下公式计算预拉力F0：？驻L？兹=？籽·？兹·L在此？驻L？兹热变形量（？滋m）；？籽热膨系数（12？滋m/m℃）；？兹螺杆轴的平增多温升（℃）；L指滚珠螺杆的全长（mm）KS：滚珠丝杠轴向刚性国内大部分机床生产厂家出厂的机床，会对滚珠丝杠进行2-3°C的伸长量，可以认定位1000mm的滚珠丝杆进行3um的伸长量。
数控机床误差实时补偿技术及应用
数控机床误差实时补偿技术及应用数控机床误差实时补偿技术是一种通过测量和监控机床的误差，然后通过算法和控制系统来实时修正这些误差的技术。
它可以显著提高机床的加工精度和稳定性，使得加工的零件更加精确和一致。
下面将介绍数控机床误差实时补偿技术的原理、方法和应用。
数控机床误差实时补偿技术的原理是基于机床的误差源和误差特点进行建模，并通过控制系统实时调整机床的运动轨迹来补偿这些误差。
机床的误差主要包括几何误差、动态误差和热误差等。
几何误差是由机床结构、加工刀具和工件等因素引起的，例如导轨的尺寸偏差、传动装置的误差等。
动态误差是由机床运动过程中的惯性力、弹性变形等因素引起的，例如加工过程中的振动和共振等。
热误差是由于机床在工作过程中产生的热源，例如主轴的热膨胀和冷却液的温度变化等。
数控机床误差实时补偿技术的方法一般包括两个步骤：误差测量和误差补偿。
误差测量是通过传感器或测量仪器实时检测机床的误差，并将其反馈给控制系统。
常用的测量方法包括激光干涉法、电容法和光栅尺等。
误差补偿是在控制系统中根据误差测量结果进行数学建模和分析，并根据补偿算法调整控制指令，使得机床的运动轨迹达到期望的精度。
数控机床误差实时补偿技术在实际应用中具有广泛的应用领域。
首先，它可以应用于航空航天领域的高精度零件加工。
航空航天零件对精度和质量要求非常高，数控机床误差实时补偿技术可以有效提高加工精度，降低零件的尺寸偏差和表面光洁度，从而提高航空航天产品的性能和可靠性。
其次，它可以应用于汽车制造领域的模具加工。
模具制造对精度和一致性要求较高，数控机床误差实时补偿技术可以有效减少模具的尺寸和形状偏差，提高模具的加工质量和寿命。
此外，它还可以应用于医疗器械制造、光学仪器加工等领域。
总之，数控机床误差实时补偿技术是一种通过测量和监控机床的误差，并通过控制系统实时调整机床运动轨迹的技术。
它可以显著提高机床的加工精度和稳定性，广泛应用于航空航天、汽车制造、医疗器械等领域，为实现高精度和高质量的零件加工提供了重要的技术手段。