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南京航空航天大学
硕士学位论文
基于多体理论的数控机床几何误差补偿技术的研究
姓名:李欢玲
申请学位级别:硕士
专业:机械电子工程
指导教师:吴洪涛
20090301
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
加工精度是机床最重要的性能指标之一。本课题首先以多体系统运动学理论为基础,建立
了数控机床的运动模型,运动误差模型,以及刀具相对于被加工工件沿理论刀具路线精确运动
时的相对运动约束方程。然后根据数控机床实现精密加工的充分必要条件(要通过金属切削过程
获得高质量的产品,就必须保证数控机床的刀具中心的实际运动轨迹,与待加工工件上经理论
计算获得的理论刀具中心轨迹完全一致),推导出刀具路线,数控指令和刀具轨迹之间的关系,
为数控机床误差补偿计算,仿真计算提供了理论基础。在此基础上,开发了误差补偿软件,通
过修正数控指令,实现误差补偿的新思路。
数控机床误差参数的正确辨识是数控机床补偿的必要前提条件。利用几何法和多体系统运
动学理论推导出十八个误差辨识方程,并根据误差测量方程组系数矩阵必须满秩的条件,利用
双频激光干涉仪用九线法对三轴数控机床进行了位移量误差和直线度误差测量。从而解得各测
量点的十八个误差参数,即机床工作台的三个线位移误差和三个角位移误差,机床滑座的三个
线位移误差和三个角位移误差,机床主轴箱的三个线位移误差和三个角位移误差。
误差建模和参数辨识完成之后,随即进行机床的误差补偿。本文采用软件补偿的方法,即
通过修正理论的数控指令的方式进行补偿。计算机自动求解问题是应用通用误差模型进行通用
误差补偿软件开发的关键环节,文中运用大量篇幅论述了通用模型下计算机自动求解算法以及
三坐标机床应用通用模型进行软件误差补偿时,计算求解过程,并提出了数控机床基本运动形
式的数控指令补偿方法。

关键词:数控机床,多体系统,几何误差,误差模型,参数辨识,误差补偿
I
基于多体系统理论的数控机床几何误差补偿技术的研究
Abstract
The machining accuracy is one of the most important indexes for machine tools. The general
movement model, the movement error model of NC machine tools and the relative movement
constraint equation is built on the basis of the theory of MBS. According to the necessary condition of
precision processing and the essence of pensation for NC machine tools (the practical cutter
track of NC machine tools is equal to puted line of NC machine tools of the workpiece),
the connection of the cutter line, the cutter track and mand is established. On basis of which,
the software of pensation is developed and the pensation is realized by correcting
NC program, which constitutes the new idea of pensation.
Correctly identifying the geometric error parameters is one of the most important link for error
compensation. By using the method of error analysis of MBS, the identification equations of
geometric error parameters is derived and according to the condition that the rank of coefficient
matrix of error mesurement equation group must be full, we can get 18 terms geometry error of
3-axses NC machine too