第一篇：数控机床误差实时补偿技术总结
数控机床误差实时补偿技术
数控机床实时误差补偿技术的学习总结
第1章
绪论
制造业的高速发展和加工业的快速提高，对数控机床加工精度的要求日益提高。一般来说，数控机床的不精确性是由以下原因造成：
[1] 机床零部件和结构的几何误差； [2] 机床热变形误差； [3] 机床几何误差；
[4] 切削力（引起的）误差； [5] 刀具磨损误差；
[6] 其它误差源，如机床轴系的伺服误差，数控插补算法误差。
其中热变形误差和几何误差为最主要的误差，分别占了总误差的45％、20％。提高机床加工精度有两种基本方法：误差防止法和误差补偿法（或称精度补偿法）。
误差防止法依靠提高机床设计、制造和安装精度，即通过提高机床本书的精度来满足机械加工精度的要求。由于加工精度的提高受制于机床精度，因此该方法存在很大的局限性，并且经济上的代价也很昂贵。误差补偿法是认为地造出一种新的误差去抵消当前成为问题的原始误差，以达到减小加工误差，提高零件加工精度目的的方法。误差补偿法需要投入的费用很小，误差补偿技术是提高机床加工精度的经济和有效的手段，其工程意义非常显著。
误差补偿技术（Error Compensation Technique，简称ECT）是由于科学技术的不断发展对机械制造业提出的加工精度要求越来越高、随着精密工程发展水平的日益提高而出现并发展起来的一门新兴技术。误差补偿技术具有两个主要特性：科学性和工程性。1．机床误差补偿技术可分为下面七个基本内容：
[1] 误差及误差源分析；
[2] 误差运动综合数学模型的建立；
[3] 误差检测；
[4] 温度测点选择和优化布置技术； [5] 误差元素建模技术；
[6] 误差补偿控制系统及实施； [7] 误差补偿实施的效果检验。2．数控机床误差补偿的步骤：
[1] 误差源的分析和检测；
[2] 误差综合数学模型的建立； [3] 误差元素的辨识和建模； [4] 误差补偿的执行； [5] 误差补偿效果的评价。
3．数控机床误差补偿技术研究的现状：
[1] 过长的机床特性检测和辨识时间； [2] 温度测点布置位置优化； [3] 误差补偿模型的鲁棒性； [4] 误差补偿系统及实施；
[5] 五轴数控机床多误差实时补偿问题。4．数控机床误差补偿技术研究的发展趋势：
[1] 多误差高效检测方法；
数控机床误差实时补偿技术
[2] 多误差的综合补偿； [3] 多轴误差的实时补偿；
[4] 实时补偿控制系统的网络化、群控化； [5] 补偿的智能化与开放化。
第2章
数控机床误差及其形成机理
一、误差的概念
1.机床误差－机床工作台或刀具在运动中，理想位置和实际位置的差异（机床误差－位置误差）,或就称机床位置误差。机床精度-机床工作台或刀具在运动中，理想位置和实际位置的相符程度。2.加工误差－由刀具与工件相对运动中的非期望分量引起的。
3.运动误差--机床运动元件（如刀具与工件）之间的相对运动所造成的误差。
4.机床几何误差--是指机床上零、部件的制造与安装过程中因几何尺寸、位置等产生的偏差，造成机床上某些零件位置产生偏差，从而使得机床在刀具和工件相对运动中产生位置误差，最终表现在机床的加工精度上。运动误差--机床运动元件（如刀具与工件）之间的相对运动所造成的误差。5.热（变形）误差--机床温度变化引起变形造成的机床零件间相对位置及形状等误差。
6.力（变形）误差--机床受力（包括切削力、工件和夹具重力、装夹力，机床部件本身重力，等等）引起变形造成的机床零件间相对位置及形状等误差，也称刚度误差。7.加工误差－由刀具与工件相对运动中的非期望分量引起的。
二、误差的分类
1.分类一：静态误差、准静态误差、动态误差、高频误差 2.分类二：位置误差、非位置误差
三、数控机床几何误差元素
1.移动副误差元素分析
根据一个物体在空间运动有六个自由度，故机床移动部件在导轨上移动时共有6项误差，其中包括3项移动误差和3项转动误差，同时还存在3个垂直度误差。
Z-AXIS21 Error ComponentsVerticalPitch xyStraightness zyYawRoll yyzyHorizontalStraightness xyX-ZY-ZYLinearX-AXIS-AXISDisplacement yyX-Y SquarenessSxy
2.转动副误差元素分析
转动副绕转轴转动时存在六个误差元素，包括三个移动误差和三个转角误差。数控机床误差实时补偿技术
3.主轴误差元素
机床主轴旋转时存在五个误差元素，包括三个移动误差和两个转角误差。
四、机床热变形机理
金属材料具有热胀冷缩的特性，当机床处于工作状态时，由于机床运动部件产生摩擦热、切削热以及外部热源等引起工艺系统变形，这种变形成为热变形。
五、机床热变形形态及对策(一)机床热变形状况
1、普通车床的主轴箱温度高，其右边温度高于左边，主轴轴线被抬高并右高左低的倾斜；床身温度上高下低，故弯曲而中凸。
2、升降台铣床的主轴处温高，机床中部温高，故主轴被抬高并倾斜，立柱外翻；工作台温度上高下低，故弯曲而中凸。
3、卧式磨床主轴箱右侧处温高，故主轴向内倾斜。
4、立式磨床的立柱左侧温高，主轴被抬高并倾斜，立柱外翻。
5、龙刨或龙门铣的主轴右侧及床身上部温度高，故立柱向外倾斜，床身向上弯曲。(二)控制机床热变形的对策
1、优化机床设计，减小热变形
2、强制冷却，控制机床温升
3、设置辅助热源
4、补偿技术
5、控制温度环境
第3章
机床误差综合数学模型 数控机床误差实时补偿技术
一、机床误差综合数学模型建模的具体步骤：
1、建立坐标系
2、建立误差转换矩阵
3、建立刀具坐标系和工件坐标系之间的关系
二、机床误差综合模型的建模方法：
1、设定坐标系
2、误差运动转换矩阵
3、TXYZ型加工中心的综合数学模型
第4章
机床误差检测技术
一、机床误差检测技术
检测机床几何精度传统的常用检测工具有：精密水平仪、直角尺、平尺、平行光管、千分表或测微仪和高精度主轴芯棒等。
二、温度测点布置技术
(一)温度测点的选择
在机床热误差的补偿中，温度测点的布置是关键和难点。选择适当的温度测点不但能减少用于建模的测点数目，简化建模过程和热误差模型，而且还可提高机床热误差模型的精度。在几乎所有应用的热误差补偿系统中，温度测点位置的确定在一定程度上是根据经验进行试凑的过程，我们称试凑法。它通常是先基于工程判断，在机床的不同位置安装大量的温度传感器，再采用统计相关分析来选出少量的温度传感器用于误差分量的建模。具体步骤如下框图：
(二)温度测点布置策略
1、主因素策略
主因素策略的意思是用于热误差建模的各温度测点数据 Tij 应与热误差数据 Ej 有一定的联系，即具有一定的相关性，用数学式子表达为： 数控机床误差实时补偿技术
其中：i=1, 2,..., m, m为温度测点数；
j=1, 2,..., n, n为测量数据个数。
2、能观测性策略
能观测性策略是指所选温度点的温度信号能否具有一定精度地表达机床热误差。对于机床热动态过程，一般有：
TATBQ LCTDQ其中T为机床温度矩阵，△ L为热误差（输出）矩阵，Q为热源（输入）矩阵，A、B、C、D分别为常数矩阵。
状态完全能观测（即温度T能表达热误差△L）的充分必要条件是其能观测性矩阵
G = [CT
ATCT
…(AT)n-1CT
] 满秩。由此可得下列结论：
(1)可观测性条件或温度对于热误差的表达与温度传感器在机床上的位置紧密有关；(2)只要布置合适，少量的温度测点也能表达热误差；
(3)为了保证可观测性或用温度表达热误差，温度传感器应避免布置在特征函数的零点位置上。
第5章 机床误差元素建模技术
数控机床的误差因素有很多,其中几何误差和热误差是影响数控机床精度的主要误差因素.一般情况下,几何误差和热误差混杂,给建模造成一定的难度。由于几何误差和坐标误差与坐标位置有关，热误差与温度有关，而实际检测到的误差是几何误差和热误差的复合误差，因此可把以上误差分为仅与机床坐标位置有关的几何误差因素、仅与机床温度有关的热误差因素、与机床温度和位置坐标都有关的复合误差因素三类。机床误差元素建模技术
1、仅与机床温度有关的热误差元素建模
由于机床热误差在很大程度上取决于诸如加工条件、加工周期、冷却液的使用以及周围环境等等多种因素，而且机床热误差呈现非线性及交互作用，所以仅用理论分析来精确建立热误差数学模型是相当困难的。最为常用的热误差建模方法为实验建模法，即根据统计理论对热误差数据和机床温度值作相关分析用最小二乘原理进行拟合建模。(1)最小二乘建模(2)神经网络建模(3)模糊理论建模(4)正交实验设计建模(5)综合最小二乘建模(6)递推最小二乘建模
数控机床误差实时补偿技术
2、仅与机床坐标有关的几何误差元素建模
依据刚体假设，可使用机床运动轴位置坐标的多项式模型对某些几何误差院元素进行拟合，即：
Eg(p)= a0 + a1p + a2p+.… 其中：
p 为 p 轴的位置坐标，p 是 x、y 或 z。
应用多项式拟合法的原理建模。
3、与机床温度和坐标有关的误差元素建模
第6章 补偿控制系统一、补偿控制方式
误差补偿实施是移动刀具或工件使刀具和工件之间在机床空间误差的逆方向上产生一个大小与误差接近的相对运动而实现的。机床误差补偿控制方式一般可分为以下三种：闭环反馈补偿控制方式、开环前馈补偿控制方式和半闭环前馈补偿控制方式。
1、闭环（反馈）补偿控制方式
闭环反馈补偿控制在机械加工过程中直接补偿实际测量值和理论值之间的误差。
2、开环（前馈）补偿控制方式
开环前馈补偿控制利用预先求得的加工误差数学模型，预测误差而进行补偿。
3、半闭环（前馈）补偿控制方式
半闭环前馈补偿控制选择几个比较容易检测，又能表征系统状态、环境条件的参量作为误差数学模型的变量，建立加工误差和这些参量的并反映规律的关系式。
比较以上三种补偿系统，闭环反馈补偿控制系统的优点是补偿精度最高，而缺点是系统制造成本也最高；开环前馈补偿控制系统的优点是系统制造成本最低，而补偿精度也最低；半闭环前馈补偿控制系统的功能与价格比最佳，故根据我国的具体情况，以经济、技术、实用和精度等综合考虑，选用半闭环前馈补偿控制系统是相对最优的控制方式。
二、误差补偿控制系统的补偿实施策略
在早期的误差补偿研究中，误差是通过离线修改数控代码而实现的。该方法相当耗时，且假定离线辨识的误差在实际加工中保持相同。近年来，开发了两种不同的策略来实施误差补偿：反馈中断策略、原点平移策略。
1、反馈中断策略
反馈中断策略是将相位信号插入伺服系统的反馈环中而实现的。补偿用计算机获取编码器的反馈信号，同时，该计算机还根据误差运动综合数学模型计算机床的空间误差，且将等同于空间误差的脉冲信号与编码器信号相加减。伺服系统据此实时调节机床拖板的位置。
该技术的优点是无需改变CNC控制软件，可用于任何CNC机床，包括一些具有机床运动副位置反馈装置的老型号CNC机床。然而，该技术需要特殊的电子装置将相位信号插入伺服环中。这种插入有时是非常复杂的，需要特别小心，以免插入信号与机床本身的反馈信号相干涉。
2、原点平移策略
补偿用计算机计算机床的空间误差，这些误差量作为补偿信号送至CNC控制器，通过I/O口平移控制系统的参考原点，并加到伺服环的控制信号中以实现误差量的补偿。这种补偿既不影响坐标值，也不影响CNC控制器上执行的工件程序，因而，对操作者而言，该方法是不可见的。原点平移法不用改变任何CNC机床的硬件，但它需要改变CNC控制器中的可编程控制器（PLC）单元，以便在CNC端可以接收补偿值。这种改变在老型号的CNC控制器中也许是不可能的。数控机床误差实时补偿技术
第7章 车削中心热误差实时补偿应用实例
一、车削中心热误差实时补偿应用实例
1、问题的提出
随着加工进行，机床温度升高，机床各部件产生热变形，由此使得刀具与工件的相对位置变化而造成工件尺寸的变化。
2、温度场、热误差的检测和分析
(1)温度传感器布置及试验系统的建立(2)热误差测量试验
(3)一系列影响热误差的单因素试验
3、热误差模态分析
4、热误差建模
5、补偿控制系统及补偿效果检验
二、数控双主轴车床几何误差和热误差综合实时补偿应用
1、几何和热误差综合数学模型的简化
2、误差元素检测和建模
(1)温度传感器的布置
(2)与机床拖板位置有关误差元素的检测和建模(3)与机床拖板位置无关误差元素的检测和建模
3、误差补偿系统
4、误差补偿效果检验
(1)主轴热漂误差检验(2)对角斜线检验
(3)实际补偿切削效果检验
学习心得体会
在提高机床加工精度有两种基本方法中，误差防止法是靠提高机床设计、制造和安装精度，即通过提高机床本书的精度来满足机械加工精度的要求。由于加工精度的提高受制于机床精度，因此该方法存在很大的局限性，并且经济上的代价也很昂贵。误差补偿法是认为地造出一种新的误差去抵消当前成为问题的原始误差，以达到减小加工误差，提高零件加工精度目的的方法。误差补偿法需要投入的费用很小，误差补偿技术是提高机床加工精度的经济和有效的手段，其工程意义非常显著。所以，误差补偿技术必然成为提高机床加工精度的最重要办法，成为研究的前沿和主流。我们通过本课程对误差补偿技术进行学习非常有必要，为进一步的学习研究打好基础。
通过对本课程的学习及对该课本的研读，我了解到了误差补偿技术的基本原理及其研究的历史、现状和发展状况；掌握了数控机床的误差及其形成机理；学习了机床误差综合数学模型的建立；掌握了机床误差检测技术和误差元素的建模技术；学习了数控机床误差实时补偿技术，同时了解了它的一些应用实例。除此之外，老师在实验室也给我们演示了机床误差的产生、测量和补偿等等。可以说，通过对本课程的学习，我在数控机床误差补偿技术方面具备一定的基础和实践能力，对以后的深入学习研究有很大的帮助。同时，我衷心感谢老师详细的讲解和指导！
第二篇：数控机床总结
1;1952年，美国麻省理工学院研制出一套实验实验性数字控制系统，并把它装在一台立式铣床上，成功实现了三轴联动控制。这台数控机床被称为世界上第一台数控机床，是第一代数控机床，其控制采用笛子管。
2：数控机床的加工特点：1适应性强，适合于单件加工，特别是中小批量复杂零件的加工。2加工精度高，产品质量稳定。3生产效率高。4能实现复杂的运动。5良好的经济效益6自动化程度高7有利于生产管理的现代化。
3：按加工工艺分类：1金属切削类数控机床2特种加工类数控机床3金属成型类数控机床4测绘类数控机床。
4：按控制运动轨迹分类;1点位控制数控机床2直线控制数控机床3轮廓控制数控机床 5：按驱动装置的特点分类：开环控制数控机床2闭环控制数控机床3半闭环控制数控机床 6:主轴支撑轴承大多采用滚动轴承，包括深沟球轴承，角接触球轴承，圆锥滚子轴承，推力轴承和圆柱滚子轴承等。
7:电气方式主轴定向控制特点是：1高精确性和刚性，完全可以满足加工中心机床上所要求的换刀动作。2主轴定向的可靠性很高3无需机械零部件。没有磨损等情况，只需简单地连接位置编码器或磁性传感器。4减少停机定向时间，只需简单的强电程序顺序控制即可。5工件定位方便而准确。6镗孔结束时，可按主轴旋转方向进行主轴定向，因此工件不会被刀具打坏。同时，可按相对工件某一固定方向装卸刀具，易于编程。
8滚动螺旋机构按其循环方式不同，可分为外循环和内循环两种形式。1外循环滚珠丝杠2内循环滚珠丝杠
9一套完整的滚动支承的设计内容包括两个内容：一个是轴承本身的设计，由于常用的的滚动轴承绝大多数以标准化，并由于专门的工程大量制造，因而对使用者来说，这一部分内容，只是根据具体工作条件，正确选择轴承的类型和尺寸；另一个则是轴承组合的设计，它包括安装。调整，润滑，密封等一系列内容设计。
其基本原理是使丝杠上的两个螺母间产生轴向相对位移，已达到消除间隙和产生预紧力的目的。其结构形式有以下三种：1双螺母垫片调隙式2双螺母螺纹调隙式3双螺母齿差调隙式 10换刀动作顺序过程如下：
第三篇：数控机床技术的最新发展
数控机床技术的最新发展
机制13班钟宏声 20*** 摘要：本文简述了当今时代对数控机床技术的需求以及我国与世界先进国家的差距，重点阐述了数控机床技术的最新发展情况并对我国发展数控技术提出了相应的建议。关键词：数控技术最新发展 Abstract：This article describes the needs of the technology of Nunerical Control in the model and the gap between China and the advanced counties in the world, it describes the current developing situation of the technology of Nunerical Control amply and puts propose at the development of the technology of Nunerical Control in China.Key words：the technology of Nunerical Control, the current developing situation.一、引言
随着科学技术的发展，机械产品的形状和结构不断改进，对零件加工质量也提出了越来越高的要求。随着社会对产品的多样化需求的增强，产品种类不断增多，更新换代的速度也越来越快，这使得数控机床在生产中的应用越来越广泛，同时对数控机床的数控系统、伺服驱动系统及主机结构提出了更高的要求。特别是柔性制造系统的迅猛发展和计算机集成技术的不断成熟，对数控机床的可靠性、通信功能、人工智能和自适应控制技术的应用提出了更高的要求，高速、精密、复合、智能和绿色是数控机床技术发展的总趋势。
二、我国数控机床技术发展现状
当今世界工业国家数控机床的拥有量反映了这个国家的经济能力和国防实力。目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近３００万台），但我们的机床数控化率仅达到１．９％左右，这与西方工业国家一般能达到２０％的差距太大。日本不到８０万台的机床却有近１０倍于我国的制造能力。数控化率低，已有数控机床利用率、开动率低，这是发展我国２１世纪制造业必须首先解决的最主要问题。每年我们国产全功能数控机床３０００～４０００台，日本１年产５万多台数控机床，每年我们花十几亿美元进口７０００～９０００台数控机床，即使这样我国制造业也很难把行业中数控化率大幅度提上去。我国数控机床制造业在８０年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳。从１９９５年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在１９９９年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。但也反映了下列问题：
（１）低技术水平的产品竞争激烈；
（２）高技术水平、全功能产品主要靠进口；
（３）配套的高质量功能部件、数控系统附件主要靠进口；（４）应用技术水平较低，联网技术没有完全推广使用；
（５）自行开发能力较差，相对有较高技术水平的产品主要靠引进图纸、合资生产或进口件组装。
三、数控机床技术的最新发展成果近几年来，数控机床技术在实用化和产业化等方面取得可喜的成绩，主要表现在以下几个方面。
（1）复合化。复合化加工通过增加机床的功能，减少工件加工过程中的定位装夹次数及对刀等辅助工艺时间，从而提高机床生产率。复合化加工还可以减少辅助程序，减少夹具和加工机床数量，对降低整体加工和机床维护费用也有利。复合化包含工序复合化和功能复合化。数控机床复合化发展的趋势是尽可能将零件所有的工序集中在一台机床上加工。复合加工的另一领域是与非刀具切削的复合，例如切削加工与激光加工技术的复合。
随着数控机床技术进步，复合加工技术日趋成熟，包括铣——车复合加工、车——镗——钻——齿轮加工等复合加工、车磨复合加工、成形复合加工、特种复合加工等，复合加工的精度和效率大大提高。“一台机床就是一个加工厂”、“一次装卡，完全加工”等理念正在被更多人接受，复合加工机床发展正呈现多样化的态势。
（2）智能化。智能化加工是一种基于知识处理理论和技术的加工方式，发展智能加工的目的是要解决加工过程中众多不确定性的、要求人工干预才能解决的问题。计算机软硬件技术的发展，人工智能技术的发展促进了机床数控系统智能化的进程。
数控加工智能化趋势有两个方面：一方面是采用自适应控制技术，以提高加工质量和效率。把精细的程序控制和连续的适应调节结合起来，使系统的运行达到最优。其主要的追求目标是：保护刀具和工件，适应材料的变化，改善尺寸控制，提高加工精度，保持稳定的质量，寻求最高的生产率和最低的成本消耗，简化零件程序的编制，降低对操作人员经验和熟练程度的要求等；另一方面是在现代数控机床上装备有多种监控和检测装置，对工件、刀具等进行监测，实时监视加工的全部过程，发现工件尺寸超差、刀具磨损或崩刃破损，便立即报警，并给予补偿或调换刀具。在故障诊断中，除了采用专家系统外，还将模糊数学、神经网络应用其中，取得了良好的效果。
（3）高柔性化。柔性是指机床适应加工对象变化的能力。提高数控机床柔性化正朝着两个方向努力：一是提高数控机床的单机柔性化，二是向单元柔性化和系统柔性化发展。机器人使柔性化组合效率更高，机器人与主机的柔性化组合使得柔性更加灵活、功能进一步扩展、加工效率更高。机器人与加工中心、车铣复合机床、磨床、齿轮加工机床、工具磨床、电加工机床、锯床、冲压机床、激光加工机床等组成多种形式的柔性生产线，并以开始应用。（4）高精度化。精密化是为了适应高新技术发展的需要，也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可靠性，减少其装配时的工作量从而提高装配效率的需要。目前数控机床的加工精度已从原来的丝级（0.01mm）提升到目前的微米级（0.001mm），有些品种已达到0.01um左右。超精密数控机床的微细切削和磨削加工，精度可稳定达到0.05um左右，形状精度可达到0.01um左右。采用光、电、化学等能源的特种加工精度可达到纳米级（0.001um），主轴回转精度要求达到0.01-0.05um，加工圆度为0.1um，加工表面粗糙度Ra=0.003um等。通过机床结构设计优化、机床零部件的超精加工和精密装配、采用高精度的全闭环控制、温度和振动等动态误差补偿技术，提高机床加工的几何精度，降低形位误差、表面粗糙度等，从而进入亚微米、纳米级超精加工时代。
（5）高速化。电主轴的发展实现了主轴的高转速，直线电动机的发展实现了坐标轴的高速移动，如加工主轴转速超过了每分钟1万转，工作台快速移动速度超过了100m/min。功能部件不断向高速度、高精度、大功率和智能化方向发展，并取得成熟的应用。目前我国立式加工中心主轴最高转速由6000-8000r/min提高到10000-15000r/min，最高可达24000r/min；快速进给从16m/min提高到24-40m/min，最高可达60m/min。采用直线电机驱动时可达到最高300m/min。加速度达到3G至10G的水平。数控车床主轴最高转速从3000r/min提高到4500r/min，车削中心最高达7000r/min；快速进给从8m/min提高到15m/min，最高可达40m/min；国际上工业发达国家生产的高速加工中心主轴最高转速高达20000-100000r/min。全数字交流伺服电动机和驱动装置，高技术含量的电主轴、力矩电机、直线电动机，高性能的直线滚动组件，高精度主轴单元等功能部件推广应用，极大地提高了数控机床的技术水平。（6）多功能化。现代数控系统由于采用了多CPU结构和分级中断控制方式，因此在一台数控机床上可以同时进行零件加工和程序编制。同时为了适应自动化技术的不断发展，适应工厂自动化越来越大的要求，为了使数控机床更易于进入柔性制造系统和计算机集成制造系统的控制网络中，机床数控系统的接口数据交换能力和通信能力在不断加强。一般的数控系统都具有RS-232C和RS-422高速远距离串行接口，通过网卡连成局域网，可以实现几台数控机床之间的数据通信，也可以直接对几台数控机床进行控制。如SIMMENS公司的Sinumeric850/880系统设置有SINEC H1网络接口和MAP网络接口，通过网络接口可将数据系统连接到SINMENS的SINEC H1网络和MAP工业局域网络中。FANUC公司的FANUC15系统也配置了类似的网络接口，为了便于接入工业局域网，还可配置MAP 3.0接口板。
（7）性能可靠化。由于现代机床CNC系统的模块化、标准化、通用化和系列化，便于组织批量生产，有利于保证产品质量。现代CNC系统大量采用大规模或超大规模集成电路，采用专用芯片及混合式集成电路，提高了集成度，减少了元器件的数量，降低了功耗，从而提高了可靠性。通过完善的故障诊断功能，实现对系统内软硬件及外部设备的故障诊断和报警。利用报警提示及时排除故障；利用容错技术，对重要部件采用“冗余”设计来实现故障自恢复；利用监控检测技术，对发生超程、刀具损坏、过热、干扰、断电等各种意外自动进行相应保护，从而保证数控机床可靠的工作。当前国外数控装置的平均无故障运行时间（MTBF）以达到6000小时以上，驱动装置达30000小时以上，可靠性大为增强。（8）插补和补偿方式多样化。目前数控机床已可实现多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补、样条插补等。同时还可实习多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。
（9）微型化。随着微型技术在科研、军事领域的应用需求日益增大，微型机械与微机电系统的研究已成为必然趋势。目前工业发达国家在数控系统微型化上已经取得了许多成果。日本Fanuc公司生产的加工加工微型零件的ROBOnanoui五轴联动加工中心以及在这台加工中心上用微型单晶金刚石立铣刀可加工出直径为1mm的人脸浮雕；精微塑性成型加工技术成功地制造出多种微型器件，例如螺纹直径为20-50um的微小螺丝；日本还研发出重量约34kg，体积为625mm×490mm×380mm的微型机械制造厂。
（10）满足用户需求多元化。用户界面是数控系统和用户之间对话的接口，由于用户需求不同，故开发用户界面工作量极大，成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。柔性的用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。同时实现了科学计算可视化，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要的意义。在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，在自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示方面给用户带来了极大的方便。多媒体技术的广泛应用，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息能力，可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产参数监测等方面有着重大应用价值。
（11）加工过程绿色化。随着日趋严格的环境与资源约束，制造加工的绿色化越来越重要，而中国的资源、环境问题尤为突出。因此，近年来不用或少用冷却液、实现干切削、半干切削节能环保的机床不断出现，并在不断发展当中。在21世纪，绿色制造的大趋势将使各种节能环保机床加速发展，占领更多的世界市场。
（12）造型宜人化。造型宜人化是一种新的设计思想和理念。它将功能设计、人机工程学与工业美学有机地结合起来，是技术与经济、文化、艺术的协调统一，其核心是使产品变为更具魅力的商品，引导人们进入一种新的工作环境。（13）系统开放化。随着技术、市场、生产组织结构的快速变化，对数控机床，特别是数控系统提出许多更新、更高的要求，特别是数控系统的重构能力、设计模式、开放性设计有了很多新的需要。为了适应新需要，数控系统的开放化模式的形成和发展已成必然趋势。欧美和日本针对此趋势在自动化领域的开放式体系结构上做了不少开发研究工作。
美国政府为了增强其制造业的持久发展能力和国际市场的竞争力，在1989到1994年期间由国防部委托马丁-马瑞塔航天研究所开展NGC计划研究。NGC计划的主要技术课题是开放系统结构和中性语言。这标志着数控系统进入了开放化时代。美国的GM、Ford、Cnysler公司与数控系统生产厂商合作，开展了OMAC项目研究，目的是开展以PC为基础的开放式模块化数控系统，实现开放性、模块化、可塑性和可维护性。1991年10月，欧洲开始了ESPRIT中的一项自动化系统中的开放式控制系统结构规范的研究计划，即OSACA计划。
日本于1994年12月成立了通产省外围组织IROFA下属的NC开放化政策委员会，有11家企业参加，以开放型NC装置的定义及参考模型的制作为主要研究课题。同年，由东芝机械、丰田工机、山崎、日本IBM、三菱电机和SML发起成立了OSE研究会。其主要工作是制定开放式数控系统体系结构和安装规约，进行实验验证和标准化活动。目前已经取得了丰硕的成果。
四、结束语
高技术数控系统是实现制造技术和装备现代化的基石，是保证国防工业和高技术产业发展的战略物资，工业发达的国家至今仍限制向中国出口。当前，我国自主研发高档数控系统的发展和产业化速度已经严重制约了自主高端数字化装备的研制，在航空航天、船舶、发电设备等所需的大型专用数控机床及工艺装备基本依赖进口，已在很大程度上制约了国民经济的发展，威胁到了国防安全，我们应看清形势，充分认识国产数控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩短与发达国家之间的差距。参考文献：
[1]周延佑机床技术发展的新动向[J] 世界制造技术与装备市场，2013 [2]何文立数控机床技术发展战略研究[M] 北京：国家机械工业局，2000 [3]黄伟数控技术及应用[M] 北京：清华大学出版社，2011 [4]任玉田新编机床数控技术[M] 北京：北京理工大学出版社，2008
第四篇：数控机床联网技术应用
数控机床联网技术应用
CAD/CAM一体化技术和局域网技术普及和应用，目前多数企业新产品设计开发、工艺过程编制和数控机床程序编制效率和质量上都到了明显提高，企业技术管理与生产管理已经进入了网络化时代。而与CAD/CAM密切相关数控机床管理仍然处于原始状态，成为制约企业现代化管理水平提高瓶颈。我公司与北京雷梯斯特控制技术公司合作，成功解决了这个问题，实现了全公司数控机床网络化管理，使企业管理水平到了新提高。
一、数控机床联网前主要问题
1.程序传输方面
一些程序量要求相对较少数控机床，一直是采用最原始手工键盘输入方式，这种方法弊病是：（1）效率低；（2）占用机时长；（3）易出错。
而一些程序输入量比较大数控机床，则使用一个台式计算机放机床边专门用于程序传输。这种方法缺点是：（1）环境恶劣，计算机维护困难。（2）通讯软件为DOS版本，升级换代困难；（3）一台计算机针对一台数控机床，设备资源浪费；（4）操作方法复杂，对操作者素质要求高；（5）多人操作一台计算机，程序文件管理混乱。
另外我们曾经用笔记本电脑进行程序传输，频繁对传输电缆进行插拔操作，笔记本电脑串行接口极易被烧毁。
2.程序管理方面
（1）FAUNC系统，其程序号只能使用Oxxxx；西门子系统，其程序号只能使用%MPFxxxx，因程序号码资源有限，同一个程序号有可能对应多个零件图号，应用中易产生混乱。
（2）使程序号与零件图号相互对应，必须有专人负责对程序进行记录管理，此项工作繁杂、易出错。
以上弊端严重影响着我公司数控加工生产效率，迫切需要寻找一种改善数控机床现状有效方法，对其进行系统化管理。
二、针对问题制定解决方案
进行多方面调研，认为目前我公司内部局域网已经发展到了一定规模，尤其是CAD/CAM一体化应用已经非常普遍，数控机床走网络化管理道路是解决问题最佳选择。
我们选择了北京雷梯斯特控制技术公司开发CNC LINK4.0数控机床联网系统，双方合作对我公司所有数控设备逐一进行调试联接，最终接入局域网进行统一管理。
1． 系统组成机床联网系统包括：（1）网络服务器、（2）局域网线、（3）CAD/CAM计算机、（4）CNCLINK-4.0管理系统、（5）联网系统主控机、（6）远程通讯接口、（7）通讯电缆、（8）数控机床
其中网络服务器、局域网线、CAD/CAM系统和数控机床是企业已存资源；CNCLINK-4.0系统管理机是一台安装了联网专用软件工业级PC计算机，可以将客户管理端软件安装局域网任何一台计算机上作为管理工作站；联网系统管理机是一台专用计算机，运行UNIX操作系统，其作用是接受各工作战调度，向网络上所有数控机床发送指令，实现机床信息统一管理；远程通讯接口设备是专用于主控机与机床间通讯多串口分配器，其特点是可实现远距离传输而无信号损失；通讯电缆是普通4芯屏蔽电缆，两端加光电隔离器以避免干扰信号。
2．机床联网系统主要功能
（1）彻底摆脱手工输入程序和单机输入程序局面，实现长距离自动程序传输。
（2）用于管理PC机可以放置局域网任何位置，不受距离影响，而主控机距离数控机床最远距离允许达到1500M。
（3）并行传输程序，即一台主控机可以同时面向我单位目前16台数控机床进行数据通讯。
（4）操作简单，无需借助其他设备或编程员帮助，操作工人机床操作面板上输入相应指令，就可以上传或下载零件加工程序。
（5）主控机24小时工作，随时对网络上数控机床实施管理及数据通讯，不会影响机床三班倒或节假日加班运行。
（6）传输可靠性高，专用软件本身有数据校验功能，传输过程中一般不会出现错误，特殊情况下如有错误计算机立即报警。软件同时具有上传和下载文件检查功能，每个文件上传后均可返回一个检查文件，确保数据安全。
（7）程序可WINDOWS平台上实现长文件名管理，可以实现文件名与零件号统一管理方式，彻底改变了程序号对NC程序管理束缚。
（8）借助软件传输日志功能可查看数据传输日期、时间、文件名、上传下载等内容，记录操作者操作过程及出错信息。
（9）每台数控机床均可访问或下载本机床目录和公共目录下NC程序。
（10）对具有DNC功能数控系统，可以网络上实现DNC加工。
（11）数控机床联网数量不受限制。从系统示意图中可以看出，联网系统主控机是安装企业局域网上，从原理讲上网上可以安装任意多个主控机，而每个主控机又可以联接32台数控机床。
三、方案实施后效果
实现数控机床联网后，我公司数控程序管理和程序传输方面有了明显改善。联网前数控程序基本处于初级管理状态，编程员工艺员提出任务书编制程序。较短程序，程序完成后编程员将程序单打印，放专用程序袋中保存，每台机床对应一个程序袋，操作者需要程序时由编程员负责复印或打印并发给操作者使用。较长程序，则由编程员自己保存计算机硬盘中，需要时由编程员负责拷贝成软盘并交给操作者使用。
数控机床联网后，依赖于专用网络管理软件功能，所有编制好程序均放对应于每台机床目录下，每个程序零件图号编制名字，不会发生重名现象，操作者随时指令了解网络上程序并下载使用。
联网前后对比有下面几点明显改变：
1． 缩短传输程序时间，也就是节约了昂贵数控机床机时费用。
2． 准确性高，零件程序重复使用时重新传输也可以保证绝对正确。
3． 操作者劳动强度减低，只需机床面板输入简单指令就完成了程序传输。
4． 修改容易，首次使用程序现场进行了修改，上传后可供下次调用。
5． 程序管理实现了统一化。
6． 责任清楚，一旦出现问题，很容易分析出编程原因或操作原因。
四、应用实例
1． 数控十米元车
主要加工对象是汽轮机低压转子，目前已编制了三个产品低压转子成熟程序，程序总数量809个，总长度214K，已经超出了机床存储器容量，实现机床网络化管理后，编程员将这些程序存储联网系统主控机中，当机床更换加工零件时，工人加工对象，程序清单下载程序，无需编程员再做任何辅助工作。
2． 数控落铣床
主要加工对象是汽轮机汽缸、低压转子铣棕树型叶根槽、转子联轴器孔等，其特点是零件繁杂，程序种类多，不易管理，机床联网使程序管理有序化，方便了操作者随时调用。
润扬大桥项目是我公司承接国家重点建设项目，工期非常紧，其中散索鞍座是曲面零件，其曲面加工安排这台机床采用四轴联动方式铣成，零件尺寸大，程序量也很大，程序总数量62个，总长度1944K，远远超出机床存储器容量。工期紧，要求机床24小时不停机加工。采用了数控机床联网技术后，实现了程序随时传输。铸造毛坯余量不均匀，需要经常实际修改程序，编程员只需CAD/CAM计算机上将余量稍做修改，生成新程序并放网络主控机上，操作者就可以立即下载运行，联网系统为保证该国家重点项目制造周期起了关键作用。
3． 数控两米立车
主要加工对象是汽轮机联轴器、隔叶件等曲面回转体零件，程序种类多，程序数量大。有一次操作失误，机床存储器中零件程序被全部删，有机床联网系统，工人从网上很快将程序全部重新下载，没有而耽误生产。
4． CK7530元车
这是一台新安装带6把刀库数控车床，最初运行阶段，编程员和操作者都需要有一个适应过程，有大量数控程序需要调整。借助于机床网络系统，很方便实现了这项很烦琐工作，待全部程序调整好后，将其放网络上，以后就可以重复调用。
五、结束语
目前我厂安装运行CNCLINK4.0数控机床联网系统是基于RS232串口通讯技术而建立网络系统，数控技术发展，具备以太网上运行数控系统逐渐到了广泛应用，今后数控机床联网系统将与企业内部局域网成为一个统一系统，其维护与管理将变更为快捷方便。
第五篇：数控机床主轴轴承相关技术调研（范文）
数控机床主轴轴承相关技术调研数控机床主轴轴承及轴承知识相关技术研究背景及意义
大量的研究表明，热误差是影响数控机床加工精度的主要因素之一，约占机床总误差的 40%~70%，作为精密机床和仪器的重要组成部分，主轴是提供精确回转基准的核心部件。由于轴承和主轴电机在运转过程中会发热，因此主轴在径向和轴向都会产生一定的热应变，且转速越高，发热越严重，热变形也越大。高速高精度数控车床，由于转速高、精度高、切削速度快等特点。一般都要求其主轴头部的径跳和端跳均不超过 2μm。当发热量过大或温升超过一定值时，主轴将无法正常工作，由主轴热变形引起的误差严重影响机床的加工精度或仪器的测量精度，造价员考试。因此，对主轴轴承的热特性分析展开研究，降低由此造成的热误差，具有重要的轴承知识及相关性理论及实践意义的。2 数控机床主轴轴承建模方法国内外研究现状
对主轴系统热特性的研究，近年来主要集中在主轴轴承的热特性研究上，如日本的 Ohishi 等人用试验方法研究空气静压轴承主轴单元的温度分布，测量出主轴和轴承座孔的变形量，韩国的 Kim 等人分析了轴承发热对主轴系统刚度的影响，对主轴系统的冷却区和控制方法进行优化设计，国内广东工业大学的张伯霖等人也对高速电主轴的热特性进行试验与分析，并对影响高速主轴单元热态特性的主要因素及其变化规律进行了有益的探索，清华大学的高赛、曾理江等人分析总结了前人几种测量主轴热误差方法的优缺点，提出了使用单光束干涉仪对立式加工中心主轴热误差进行非接触式的实时测量，测得延 Z 轴最大热误差达到 50μm；浙江大学的曹永杰和傅建中通过采用高精度 CCD 激光位移位移传感器和涡电流位移传感器对主轴热误差实时测量，测得立式铣床主轴延 Y 轴的轴向热变形为 41μm，东北大学的张耀满对沈阳机床厂生产的 CHH6125 高速数控车削中心主轴轴承附近的热变形区进行了有限元分析，并分析得到第一主轴最大热变形达到 33μ m，第二主轴最大热变形为 21μm。清华大学相伟宏、郑力、刘大成等人通过实验的方法测得 TH6350 卧式镗铣加工中心主轴系统前轴承附近主轴温度最高，东南大学的郭策，孙庆鸿等人建立了高速高精度数控车床主轴部件温度场的有限元模型，通过模型模拟及实际测量试验，发现主轴系统最高温度出现在前支撑轴承处，合肥工业大学的朱珍等人建立了主轴工作状态下的稳态温度场和热变形的三维热分析有限元模型，通过模拟分析可知前轴承支撑处的热应力最大，以上研究结果表明，数控机床中，影响主轴系统的主要热源为主轴轴承摩擦产生的热量。
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