数控机床几何误差及误差补偿主要技术分析
数控机床误差来源分析与补偿方法
数控机床是制造业价值生成的基础，是基础制造能力构成的核心。
数控机床水平的高低一定程度上体现了制造业水平的高低。
高精度插补和动态补偿是高档数控机床需要重点开发的方向。
提高数控机床精度的方法：一是误差预防法，在设计和制造环节消除或减少可能的误差源，提高机床机械精度和动态性能，并采用良好的温度控制、隔振措施、气流扰动以及其他机床内外部环境控制手段降低误差源影响；二是误差补偿法，通过软件技术人为制造误差抵消机床原始误差。
相对而言，机械精度提高到一定程度后提升空间有限且成本高昂，且加工条件不断变化导致机床误差也会不断发生变化，必须辅以误差补偿的方法。
1 误差来源机床部件在加工制造过程中存在精度误差，装配安装过程中又会产生累积误差，使得机床最终实际几何参数和位置相对于理想几何参数和位置发生偏移，这个过程中形成的误差叫几何误差。
机床受内部热源（如切削热、摩擦热等）和外部热源（如环境温度变化、热辐射等）的影响，导致机床与标准稳态相比产生附加热变形，由此改变了各组成部分的相对位置，从而产生附加误差，此部分叫热误差。
由于机械刚性不足，机床在切削力、夹紧力、重力和惯性力等作用下产生附加几何形变，导致机床各组成部分相对位置变化而产生的误差叫力误差。
此外，还有机床震颤引起的振动误差，数控系统性能和插补算法产生的控制误差，编码器、光栅等位置检测系统的测量精度产生的检测误差以及其他外界因素干扰造成的随机误差。
其中，几何误差、热误差及力误差3项误差占据绝大部分加工误差，是影响加工精度的关键因素。
对于高速精密数控机床，由于使用电主轴技术，几何精度和刚性均较高。
加工的零件尺寸通常较小，加工过程中的负载也相对较小。
切削力引起的误差在总加工误差的比例，相对于几何误差和热误差也较小。
因此，本文主要介绍几何误差和热误差的测量和补偿。
2 误差测量与补偿方法误差补偿的类型按照补偿实时性分为非实时误差补偿和实时误差补偿。
非实时误差补偿中，误差的检测和补偿是分离的。
五轴数控机床回转中心的几何误差检测与补偿
４ 测量原 理
００ ６ — ．１ ．１ ００ ５
Ｏ０ ３ 一 ．０ ．ｏ Ｏｏ ３
以只考 虑直线轴联动 回转 中心与 ｃ轴 回转 中心在 ０ｍ １ ０ ３０ ６ｏ Ｏ Ｏ ３ ０ ６。 ｙ方向上误差 为例。如 图 ２ 所示 ， 数控机床 、 、 ｙ Ｃ轴 ８ 结 语 在 Ｘ Ｙ平面内 ， ／ 做大圆联动 ， 通过千分表的变化来进行误 转摆台式五轴数控机床 中心不重合几何误差 ，需要 差分析。 图 ３ 如 所示 ， ｙ插 补 轨迹 与理 想 轨迹 之 间的误 建立误差综合模型 ， 、 进行多次检测与补偿 ， 才可达 到理想 差是 由于直线轴联动 回转 中心 Ｄ 与 ｃ轴 回转中心 ０在 的几何精度 ， ： 以提高机床加工精度 。
解决方案
工艺 ， 工装 ， 骥真 ， 诠断 ， 姬焉 ， 维俺 ， 改造 墨臣墨圆
数控机床进行实例研究 ， 验证此方法有效 。
２ 转摆 台式 五轴 数 控机 床 结构 建模 如图 １ 所示 为 转摆 台
５ 误 差 补 偿 参 数 算
法 描述
以只 考 虑 直 线 轴
式 五轴 数控 机 床结 构 示 联动回转中心 ０ 与 Ｃ 意图。 直线轴 、 、 ｌ Ｚ联动 轴 回转 中心 ０在 、 ， ｙ
最小 ， 成为了提高五轴机床联动精度的必要手段。
３ 几 何误 差 检测 方 法设 计
ａｋ ｃｓ ＝・ Ｏ ｏ
（） ２
６ ＨＥ Ｄ Ｎ Ａ Ｎ Ｉ ＮＣ ３ 数 控 系统 结构 参数 修正 ＩＥ Ｈ Ｉ Ｔ ５０
（） １检测球头检棒长度补偿值 ， 半径补偿值 ；
（ ） 量 Ａ 轴 回转 中心 与 Ｃ轴 回转 中心 在 ｙ方 向上 ２测
回 转 中 心 矢 量 位 置 由加 工 中 心 数 控 系 统 按 照 加
《2024年多轴数控机床精度建模与误差补偿方法研究》范文
《多轴数控机床精度建模与误差补偿方法研究》篇一一、引言随着制造业的快速发展，多轴数控机床作为现代制造技术的重要组成部分，其精度和效率直接影响到产品的质量和生产效率。
因此，对多轴数控机床的精度建模与误差补偿方法进行研究，具有重要的理论价值和实践意义。
本文旨在探讨多轴数控机床的精度建模及误差补偿方法，以期为提高机床的加工精度和稳定性提供理论支持。
二、多轴数控机床精度建模多轴数控机床的精度建模主要包括几何精度建模和运动学精度建模两个方面。
几何精度建模主要关注机床各部件的几何形状、尺寸和相对位置等参数对机床整体精度的影响；运动学精度建模则主要关注机床运动过程中各轴的运动轨迹、速度和加速度等参数对加工精度的影响。
在几何精度建模方面，需要综合考虑机床的机械结构、传动系统、导轨系统等因素，建立准确的数学模型，以便分析各因素对机床精度的影响。
运动学精度建模则需要基于机床的运动学原理，建立各轴的运动方程，分析各轴在运动过程中的动态特性，以及其对加工精度的影响。
三、误差来源及分析多轴数控机床的误差来源主要包括机床本身的制造误差、装配误差、热误差、切削力引起的误差等。
这些误差会导致机床的几何精度和运动学精度下降，从而影响加工质量。
因此，需要对这些误差进行深入分析，找出其主要来源和影响因素。
四、误差补偿方法针对多轴数控机床的误差，可以采取多种补偿方法。
其中，误差预测模型法、神经网络法、模糊控制法等是较为常用的方法。
这些方法可以根据不同的误差来源和影响因素，建立相应的预测模型或补偿算法，对机床的误差进行实时补偿。
具体而言，误差预测模型法可以通过建立机床误差与各影响因素之间的数学模型，预测机床的误差值，并进行实时补偿。
神经网络法则可以利用神经网络的学习和记忆能力，对机床的误差进行学习和预测，并实现自动补偿。
模糊控制法则可以利用模糊控制理论，对机床的误差进行模糊化处理，并实现精确补偿。
五、实验研究为了验证所提出的误差补偿方法的有效性和可行性，需要进行实验研究。
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机床是当今制造业的主要设备之一。
数控机床生产效率高，运行速度快，加工精度高，成品质量好，成本相对较低。
但是，在实际生产过程中，经常会出现加工误差，影响生产效率和成品质量。
因此，分析数控机床加工误差原因并寻找对策是很必要的。
本文将探讨数控机床加工误差的原因，以及如何通过改进措施来减少误差的发生。
一、误差的种类数控机床加工误差通常包括以下几种：1.轨迹误差。
轨迹误差是指数控机床加工时导致实际加工轨迹与期望轨迹之间的误差。
2.定位误差。
定位误差是指数控机床在加工中出现的位置偏差。
定位误差可能由机床本身、工件、刀具等方面的原因引起。
3.回转误差。
回转误差是指数控机床在进行旋转加工时出现的偏差。
回转误差通常由转台本身、传动系统和工件等原因引起。
4.表面误差。
表面误差是指数控机床加工表面的粗糙度、平整度、垂直度和平行度等参数上的误差。
二、误差产生的原因1.机床本身的精度。
数控机床的精度与质量直接相关，是影响加工质量的最重要因素。
如果机床本身的精度不高，则会直接导致加工误差的发生。
2.工具刃磨质量。
如果刀具的刃磨质量不好，切屑排出不畅等问题，也容易引起加工误差。
3.刀具稳定性。
刀具的稳定性是指在加工过程中刀具的稳定性，如果刀具不稳定，则极易引起加工误差的发生。
4.机床几何精度调整。
机床几何精度调整直接影响加工误差发生的概率，如果机床几何精度调整不当，则会引起加工误差的出现。
5.机床零部件磨损。
随着机床的使用，部件常会出现磨损，进而影响加工精度。
三、解决方案1.提高加工前的加工过程控制。
在加工前加强对加工过程的控制，可通过模具设计等预处理阶段减少误差出现的可能性。
2.注意刀具选择。
选择质量高的刀具，并保持刀具在加工过程中的稳定性。
3.指导及培训操作人员。
操作人员要具备相应的知识和技能，遵循正确的加工流程，熟练使用数控机床，能够及时发现和解决数控机床加工过程中的问题。
4.定期机床保养。
数控机床误差与补偿
误差补偿法
通过软件或硬件方法，对机床的热变形进行补偿，减小或消 除热误差对加工精度的影响。
04
几何误差补偿
几何误差来源与分类
01
制造误差
由于机床零部件制造精度不足导致 的误差。
热误差
由于机床运行过程中温度变化导致 的误差。
03
02
装配误差
电气误差补偿
通过调整电机的电气参数，如电 流、电压等，来减小或消除由于 电机性能差异和传动系统误差引 起的误差。
传感误差补偿
通过使用高精度的传感器来检测 机床的实际位置和姿态，并将这 些信息反馈给控制系统，以实现 误差的实时补偿。
软件补偿
数学模型补偿
通过建立机床的数学模型，并利用软件算法对模型进行优化，以减小或消除误差。这种方法需要精确的数学模型和高 效的算法支持。
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几何误差补偿方法
硬件补偿
通过改进机床零部件制造和装配精度来降低几何误差。
软件补偿
利用数控系统软件对几何误差进行补偿，如螺距误差 补偿、反向间隙补偿等。
复合补偿
结合硬件和软件补偿方法，通过优化机床结构设计和 改进控制系统实现更精确的几何误差补偿。
05
运动误差补偿
运动误差产生机理
机械传动误差
由于数控机床的机械传动系统（如丝杠、齿轮等）存在制造和装 配误差，导致运动过程中产生误差。
自适应补偿技术
总结词
自适应补偿技术是一种能够自动调整和 优化补偿参数的误差补偿方法。
VS
详细描述
传统的误差补偿方法通常需要人工设定和 调整补偿参数，操作复杂且精度不高。自 适应补偿技术能够根据加工过程中的实时 反馈信息，自动调整和优化补偿参数，实 现动态误差补偿，进一步提高数控机床的 加工精度和稳定性。
数控机床几何误差及其补偿方法
数控机床几何误差及其补偿方法汇报人：日期:contents •数控机床几何误差概述•数控机床几何误差检测技术•数控机床几何误差建模与辨识•数控机床几何误差补偿技术•数控机床几何误差补偿实例分析•总结与展望目录01数控机床几何误差概述几何误差的定义与来源机床使用过程中磨损、变形等因素。
制造和装配过程中的精度限制。
机床结构设计缺陷。
定义：几何误差是指数控机床在加工过程中，由于机床本身几何元素的形状、位置和运动误差导致加工精度降低的现象。
来源几何误差对机床加工精度的影响影响加工件的尺寸精度和形状精度。
导致表面质量下降，增加粗糙度。
降低机床的整体性能，缩短使用寿命。
几何误差补偿的意义和必要性必要性现代制造业对加工精度的要求越来越高，几何误差补偿是实现高精度加工的关键手段。
几何误差补偿有助于延长机床使用寿命，提高机床的经济效益。
随着数控机床技术的发展，机床结构越来越复杂，几何误差的影响也越来越显著，需要相应的补偿技术来应对。
意义：通过几何误差补偿，可以提高数控机床的加工精度，保证产品质量，提高生产效率，降低生产成本。
02数控机床几何误差检测技术激光干涉检测技术利用激光的干涉现象进行高精度测量，能够准确地检测数控机床的几何误差。
高精度测量非接触式测量实时动态测量激光干涉检测技术采用非接触式测量方式，避免了传统接触式测量中可能引入的附加误差。
该技术具备实时动态测量能力，能够在数控机床运行过程中进行误差检测，提高检测效率。
03激光干涉检测技术0201球杆仪检测技术经济实用相较于其他高精度检测技术，球杆仪检测技术具有较低的成本，适用于大批量数控机床的误差检测。
便于携带球杆仪体积较小，便于携带，可实现在不同机床间的快速检测。
原理简单球杆仪检测技术基于简单的机械原理，通过测量球杆仪在数控机床上的运动轨迹来推断机床的几何误差。
电容传感检测技术非接触式检测与激光干涉检测技术类似，电容传感检测技术也采用非接触式检测方式，确保测量精度不受附加误差影响。
五轴数控机床误差补偿及精度可靠性评估
五轴数控机床误差补偿及精度可靠性评估五轴数控机床是一种高精度、高效率的加工设备，广泛应用于航空航天、汽车制造、模具制造等领域。
然而，由于各种因素的影响，五轴数控机床在加工过程中存在一定的误差。
为了提高加工精度和可靠性，需对误差进行补偿并进行评估。
五轴数控机床的误差主要包括几何误差和运动误差。
几何误差是由于机床结构的制造和组装误差、刚性变形等原因引起的，主要包括平行度误差、垂直度误差、位置误差和角度误差等。
运动误差是由于伺服系统、控制系统等原因引起的，主要包括滞后误差、迟滞误差和不平衡误差等。
这些误差会直接影响加工件的精度和表面质量，因此对误差进行补偿和控制是提高加工质量的关键。
误差补偿是通过测量和分析机床误差，通过数学模型将误差量纳入控制系统，使其在加工过程中进行补偿。
首先需要对机床进行检测和测量，获取机床的误差信息。
常用的检测方法包括激光干涉仪、刚度测试仪等。
其次，通过数学建模和仿真，分析机床误差的来源和特性，建立误差补偿模型。
最后，将误差补偿模型嵌入控制系统中，实现误差的实时补偿。
误差评估是对机床的精度和可靠性进行评价和监控。
通过定期对机床进行精度测试和性能测试，可以得到机床的测量数据。
然后，对测试数据进行统计分析和处理，计算出机床的误差指标，并与加工要求进行比较。
例如，常用的误差指标包括定位误差、重复定位误差、轮廓误差等。
对于超出允许范围的误差，需要进行调整和维修，以确保机床的加工精度和可靠性。
同时，还可以采用传感器和监控系统对机床进行实时监测和预警。
通过安装传感器在关键部位，可以实时感知机床的工作状态和性能，监测其误差变化和趋势。
一旦发现异常情况，监控系统可以及时报警，并进行相关维护和处理。
这样可以避免机床在加工过程中出现严重误差，保证加工质量和工作安全。
总结起来，五轴数控机床误差补偿和精度可靠性评估是提高加工质量和效率的重要手段。
通过对机床误差的测量、建模和补偿，以及对机床精度和可靠性的评估和监控，可以实现机床加工精度的提高和工作可靠性的保证。
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。
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数控机床几何误差及误差补偿主要技术分析
发表时间：2019-09-08T18:33:20.023Z 来源：《基层建设》2019年第18期作者：李清峰
[导读] 摘要：近年来，随着技术的进步，数控机床在机械制造行业等得到了普遍应用，实现了高精度的零件加工，促进了生产的稳步进行。
利戴工业技术服务（上海）有限公司上海 201807
摘要：近年来，随着技术的进步，数控机床在机械制造行业等得到了普遍应用，实现了高精度的零件加工，促进了生产的稳步进行。
作为一种自动化程度较高的技术，对于机械制造行业的发展具有重要的意义。
数控机床发展的过程中，几何误差的存在是制约机床发展的重要因素，不利于精密生产的实现。
因此，误差补偿技术的研究具有必要性。
本文从提高数控机床精度的重要性出发，分析了几何误差存在的原因与误差补偿技术，对于生产实践有着重要的意义。
关键词：数控机床；几何误差；误差测量；误差补偿
前言
数控机床发展中存在着一些几何误差，严重影响了机械制造与生产的质量，因此，需要在数控机床的应用中采用相应的误差补偿技术来应对几何误差，提高数控机床应用的水平。
随着技术的发展，我国数控机床迎来了新的发展时期，各种新技术的应用，使得数控机床的自动化、现代化水平逐步提升，保证了机械制造与加工的效率，促进了机械制造与加工行业的快速发展。
未来，数控机床将迎来新的发展时期，为人们的生产生活带来极大的便利。
1提高数控机床精度的重要性
与发达国家相比，我国机械制造业起步较晚，发展还不成熟，虽然经过几十年的发展，取得了一定的发展成果，但是整体发展水平较低，很多机械制造企业都为中小型企业，产能有限，生产规模较小，并且有些企业的生产技术与能力较为落后，远远不能满足行业快速发展的实际需求，这种发展不平衡使得我国机械制造业的整体发展水平较为落后。
另一方面，我国技术水平不足，数控机床技术的核心技术还依旧在很多发达国家手中，这方面的自主产权不足，对于大型机械制造企业而言，数控机床技术甚至需要从国外引进，技术的落后使得我国生产的主动权不足，严重制约了机械制造业的发展。
因此，高精尖数控机床技术的研究是未来我国发展的重点。
2数控机床几何误差概述
数控机床应用中常常存在几何误差，主要包括了自身设计误差、运行误差与配合误差等，这些误差严重影响了数控机床的稳定、可靠运行，使得数控机床生产的效率与质量不足，需要在设计中不断加以改进与完善。
以三轴数控机床为例，当其沿着某个特定的方向进行运行时，自由度包括了六个方向上的作用力，这就导致在误差形成过程中接收到了来自这六个方向上合成的矢量，分别为三个直线度误差与三个转动误差。
一般情况下，数控机床中包含了多个轴，有些数控机床结构复杂，误差分量极多，在进行误差补偿的过程中，主要考虑主方向上的误差。
对于不同的数控机床，几何方向误差存在差异，在测量过程中要充分考虑机床特点，选用科学的测量仪器与测量方式，提高测量的精确性。
3引起数控机床几何误差的原因
3.1原始制造误差
数控机床在运行过程中，机床各个部件等因素所造成的运行误差就是原始制造误差，是机床几何误差产生的重要原因。
具体来说，包含了控制系统误差与热变形误差等几种类型，而后者主要是由于机床运行过程中的结构热变形产生的，这些误差会对机床运行稳定性、可靠性与安全性产生极大的阻碍。
3.2工作过程中产生的误差
数控机床运行过程中，存在切削负荷，使得工机床、刀具等系统误差，一旦出现这种误差，会造成机床生产中，机械零部件畸形的概率加大，从而大大降低机床生产的效率与质量。
机床运行中振动现象也会引起一定程度上的误差，由于机床生产的复杂性，工序极其繁多，一旦出现运行的不稳定，机床就会发生颤振，从而不利于生产的正常进行。
3.3检测系统存在的误差
检测系统误差主要包括了两个方面：传感器制造与安装误差，这种类型误差的存在主要是由机床零件、结构误差等引起的，直接会影响机床生产的精度，使得机械生产的精度不高，极易出现严重的质量问题。
4数控机床的误差补偿技术
4.1数控机床几何误差的测量方法
4.1.1直接测量法
这种方式主要用于机床生产中查找影响生产效率的零件，在当前的数控机床中应用较为普遍，能够提高机床生产的精度，降低生产中几何误差存在的可能性。
直接测量法的误差测量精度最高，因而对于误差的控制具有重要的意义。
但是这种测量方式也存在一定的局限性，主要就是在测量过程中需要进行分布测量，对于测量仪器、测量人员的专业性、技术性等具有极高的要求，且测量过程中耗时长，测量环境等的要求极高，一旦这些因素中有一种因素控制不到位，就会严重影响测量的精度。
4.1.2间接测量法
这种测量方式主要是测量机床加工零件的误差，作为评价机床精度的一种测量方式，其应用也较为广泛。
数控机床几何误差测量中，间接测量主要是测量铣削加工，需要在测量过程中采用专业的仪器设备来进行加工精度的测量，从而获得所需要的精度相关参数，这种测量方式的实用性较好，主要在特定零件加工测量中应用。
4.1.3综合误差测量法
这种测量方式在应用中需要结合标准参照物或者测量仪器来获得机床工作的相关指令位置，从而通过对这些数据信息的分析，计算机床误差，依据误差的实际情况采取必要的控制措施，进而提高机床的精度。
4.2数控机床几何误差补偿技术
数控机床发展中，几何误差的存在是影响机床加工的重要因素，需要在几何误差的基础上采取必要的补偿措施，提高机床生产的精度。
具体来说，误差补偿技术主要需要进行机床结构误差的分析，采取科学的测量方式，提高测量的精度。
随后，测量几何误差，保证误
差参数等的准确性。
最后，将测量获得的误差数据与数控系统进行结合，选用科学的误差补偿技术。
4.2.1直线Bresenham算法
直线误差补偿方式多样，但是在当前数控机床技术的发展中，多使用基准脉冲差补与数据采样差补的方式。
直线Bresenham算法具有使用的良好效果，作为一种应用最为广泛的直线补偿技术，利用网络资源，在网络化绘制区域内绘制与之最接近的理论，该种补偿方式的基本原理与基准脉冲理论相类似，用折线段无限逼近理论直线的方式实现误差补偿。
具体而言，就是通过模拟虚拟网络线的方式来进行像素中心的控制，从而达到误差补偿的目的。
4.2.2圆弧插补算法
数控机床运行中，如果存在一个平面与两个轴向的平行情况时，可将其作为圆弧工作的方向，数控技术按照圆弧指令来进行该工作时，可以充分利用数学微分思想中的无限逼近理论，使得直线无限逼近圆弧，但是这种逼近需要满足一定的精度要求。
圆弧插补算法一般是通过相关的指令来实现误差补偿控制的，该算法与直线补偿相类似，但是具体的操作环节，圆弧插补如果只考虑直线的两个端点，其补偿修复的效果较差，需要结合考虑其他点的因素，比如圆弧半径等因素，就可以达到理想的控制效果。
结语
数控机床发展的过程中，要重视几何误差的存在，并结合几何误差产生的原因，选用科学的补偿方式，提高补偿的效果，提高数控机床运行的安全性、可靠性，提高生产效率与质量，促进数控机床技术的稳步发展，加快我国机械制造业的发展。
参考文献：
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