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机械制造中积累误差的存在与解决研究


科学之友 

Fi d f c ne m tus rn    i c  ae r e oS e A  

21 年 1 月 00     1

机械 制造 中积累误差 的存在 与解 决研 究 
金 祖 东 
( 广西 电力 职业 技术学院 ,广西 南 宁 5 0 0   3 0 7)
摘 要

:随着机械制造对h -精度 的标 准不断提 升 ,对 于机械制造 中存在 积 累误 差的 问 X -   题 必须进行深入 的研 究解决 ,误差补偿技术是提高精度 最为有效的手段和方法 ,文章研究  了数控机床的误 差测量和误差补偿 的技术 ,为机械制造 中的积累误差提 出了解决方 法。   关 键词 :机械制造 ;积 累误差 ;存在 ;解 决研 究  中图分类号 :T 5 6 文献标识码 :A 文章编号 :10 G 0    0 0—8 3 2 1 16( 00)3 0 3 —0  3— 0 7 2

机械加 工的过程 中 ,最终精度 的是 由机床 的刀具 以及工件  间相对 的位移 所决定的。对于刀具和工件 间的位移误差能够使  用运 动学模 型计 算。误差补偿既通过人 为的方法制造 出新 的 ,   足 以抵 消当前 问题 的误差 ,利用分析 、统计 和归纳三个步骤 ,   对原始误差 的规律 和特点进行系统地掌握 ,然 后 以所掌握 的信  息 为根据 建立 数学模 型 ,使制 造 出来 的误 差和 原始 的误差 相  等, 作用力 相反 ,达到减 少误差 的 目的 。误差补 偿和购买 机床  或 者提 高机床 的密 度相 比 , 拥有 显著 的特 点 : 一是解决 时效快 ,   并且灵 活性强 ;二是 经济实惠 , 格要 明显低 于其 它方 式 。所  价 以对误差 补偿 的研究 非常 重要 ,并且 具有 显著 的经 济性 的手  段 。由于国外在误 差补偿方 面开展 的研 究起步早 ,已经取得 了  非 常不 错的成效 , 内对于误 差补偿 的研究大 多还没有进入 实  国 用性 阶段 ,随着我 国经 济发展 的脚 步 ,对于机 床加工 , 误差 补  偿 的需求 会越来越大 , 因此对 于误差补 偿技术 的研究应 当更 加  的广 泛 。  

具磨损误差 、机床重力误差 、几何误 差等。  

2 误 差 补偿 的关键 技 术 
21 建 模   .

对于误差建模 ,是 误差补偿 的前提 ,误差 补偿 的建模分为  误差元素 和误差综 合建模 。机械制造 的过程 中,最终 的精度是  由机床上工件 和刀 具间的位移所决定 的 ,综 合误差就是将工件  和刀具的相对误差 以运动学模型 的方式表现 出来 ,误差元素建  模是为 了针对某一 项误差进行建模 ,例 如几何误差里 的轴直线  定 位或机床 的主轴 漂移误差 。建模技术 的关键部 分是怎样才可  以寻找到更加有效 的方 法 ,把在机床 中存在 的各 种误 差进行综  合 的分析 , 最终使用模型 的形式对机床 的误差进行准确 的分析 。  
2 2 测 量  .

运 动学模型是 以机 床各 个的误差成分为基础 ,计算 出方向 

1 对 于数 控机床 的误差 分析   
误差补偿 , 了要深入 了解并且分析机床产生误差 的原 因、 除   认识各种误差产生 的环节 、充 分掌握误差性质之外 ,还需要掌  握误差间的联系。   从 误差源头观察得知 ,通 常机床的组成部分为直线 导轨 、   旋转轴 、主轴 、立柱 、床身 ,每一个环节都可能会 出现误 差 。   具体的误 差源有 l 点 :运动误差 ;机 床部 件误 差 ;切削力 ;热  1 变形 ;机床的装配误差 ;刀具磨损 ;夹具 误差 ;测试设备误差 ;   机床控 制误差 ;机床 的重 量和负载导致的误差 ;插补算法 。   根据误 差的来源分类 ,包括 了几何 误差 、热误差 、运动误  差 、切削力误差等 四部分 。在各种 机床的误差原 因中 ,最 主要  误差是几何误差 和热误差 ,这 两项 共 占据了总误差的 6 %,所  5 以 怎样 减 少 这 两 项 误 差 ,是 提 高 机 床精 度 最 关 键 的 问题 ,机 床  越 精密 ,所 受热误差 的影 响就越大 ,不仅会导致尺寸 的精度误  差 ,更会 由尺寸产生误差从而影 响到生产率 。   根据误差 的性质分类 ,包括 了动态 误差和静态误差 。动态  误差指 的是 由于主轴的运动误差 、机床伺候 服务 、机床 的震动  导致 的误差 。由于动态误差对于机床运行 的工况依赖性强 ,会  导致刀具 和弓箭 之间的位置发生变化 。静态误差指 的是在实践  的变化 中 ,或者 由于机床 的结构所产生 的误 差。主要有部件在  低速运动 中产生 的误 差以及几何误差 、热变形误 差 、机床偏载  造成 的误差 。在机床 的误差 中 ,静态误差所 占的 比例为 7 %。 0   根据误差补偿对机床 分类 ,包括非位置误差 和位置误差 。   非位置误差指 的是 和刀具 或者工作 台无关 的误差 ,如力误差 、   热误差 。位置误差指 的是和刀具或者工作 台有关 的误差 ,如刀 

误差 以及最终位置 ,所 以必须对误差 的成分进行 有效 、精准的  观察 、测量 。测量 的方法有 间接辨识和直接测量 两部 分。间接  辨识 是通过如球棒仪或 者高精度的光栅等仪器测量误 差 ,然后  使用建立 好的模型 和其 它方法对测量所得 的结果进行 分析 ,分  离每一个 误差 的成分 ,通 常在测量综合误差时使用 间接测 量。   直接 测量是机床在不 同的温度 、位置之下 ,使用激光 仪或者是  其它 的机 械 、光学来进行误 差测量 ,通常在进行单项测量 的过  程 中使用 直接测量 。通 常而 言 ,使用直接测量测量 的原理 简单  明了 ,还 能够得到更加准确 的数据 ,唯一 的不足是耗 时较 长。   间接测量是 高效 、迅速 的测量方 法。使用不 同的测量技术 ,关  键在 于平衡效 率和精度 的关 系 ,应 当以保持精度为原则 ,尽可  能使用高效率 的方 法。  
23 实 施  .

开展建模 和测 量最终的 目的是 为了进 行误差补偿 ,误差补  偿在实施 中分实时补偿 和离 线补偿 两部分 。   实时补偿 。通 过使用硬件辅助装置 ,把获得的位置或者温  度的信号输入进行 补偿 的装置 ,补偿 装置会 根据误差的模型计  算出进行误差补偿 应当具有 的数值 ,从 接 口输入机床 的系统 ,   从 而达到误差补偿 的 目的 。使用实时补偿 对于机床而言有着很  强的适用性 ,并且 对定位误差等 多种类 型误 差进行补偿 ,在进  行补偿的过程 中使用 的模型也非 常灵 活 ,无论 是线性模型还是  神 经网络模型都能够 以软件的方式编制 ,误差 补偿 的精度和所  选 用的误差模 型有着非 常紧密的关联 。实施 实时补偿的关键在  于简便性 、有效性 、准确性和实时性 。  
离线 补偿 。根据测量所得 的误差 ,把数控 的加工程序修 改  成新 的程 序 ,输入机床 ,也可 以将测量所得 的误差 以误差文件 



37 - 一 

科 学之友 

Fi d f c ne ma us rn   i c  t r e oS e A e  

2 1 年 1 月  00 1

水 质监测 中气 相色谱 法 的研 究 
罗扶 课  
( 怀集 县环境保 护监测站 ,广东 怀集 56 0   2 4 0)
摘 要 :气相 色谱 法是一种对 复杂混合物 中各种组分 的分 离和 分析技术 。气相 色谱 法具  有 高效 能、高选择性 、高灵敏度 、分析速度 快、样 品用量 小、设备 简单、投 资小、应用   范围广等优点 ,并结合水 资源特点讨论 了气相 色谱在水环境监测 中的重要性 。   关键词 :气相 色谱 ;水质分析 ;有机 污染物  中图分类号 :X8 3 文献标识码 :A  文章编号 :10 5  0 0—8 3 2 1 16( 0 0)3 —0 3 —0  3 08 2 在近代分析工作 中 ,气相 色谱 仪的地位如 同经典分析化学  中的天平 、 生物研究 中的显微镜一样重要 。它是近 5 多 年以来  O 迅速发展起来 的新型 分离 、分析技术 ,主要用于低分子量 、易  挥发有机化合物 ( 占有机物的 1% ~2 %)的分析 , 目前从  约 5 0 基础理论 、试验方法 到仪器研 制已发展成为一 门趋于完善 的分 

2 气 相色 谱法 的特 点 
2 1 分 离 效 率 高  .

析技术 。在 《 表水 环境质量标 准 》 G 33 — 02 地 ( B 8 8 20 )中,8  O 个集中式生活饮用水地表水水源地特定项 目的分析方法 ,有 5   7 项采用气相色谱法 。  

根 长 1 2m 的色谱 柱 , —  一般可有几千个理论塔板 的分离  效率 , 于长柱 ( 对 毛细管柱 ) 甚至有一百多万个理论塔板分离  , 效率 ,可 以使一些分配 系数很接 近的以及极为复杂 、难 以分离  的物质 ,经过 多次分配平衡 ,最后 可以得 到满 意的分离 。  


22 灵 敏 度 高  .

1 气 相 色谱发 展 
2 0世纪 5 年代初期 ,随着新兴石油工业 的出现以及医药 、 0  

在气相 色谱分析 中,由于使用 了高灵 敏度 的检测器 ,可以  检测 1  一1  g的物质 。在水质分析 中可测 出质量分数为  0 0 1 ~一1  数量级 的卤素 、硫 、磷化物 。 0 0   集 中式生活饮用水地表水水源地 特定 项 目中,采用气相色  谱分析方法 的最低检 出限为 00 . 5~000 2 mgL,相应的标 准  . 0  / 0 限值 05 . 0 2 / ,满足分析评价要求 。 .~00 1  L 0 mg  
23 选 择 性 高  .

生物化学 的发展 ,促进 了气相 色谱 的产生和发展 ,借助于先进  的 电子技术又使气相色谱 日益 完善。所以气相色谱 问世 以后很 
快成为分析领域 中极为重要的分析手段 。   10 9 6年俄 国植物学家 ’Fwe s R利用液 固色谱法研究 了植物  的绿叶成分 。14 年 Mat 91 rn和 S n e i y g 提出了液液色谱法 , 预见  了气液色谱 。1 5 9 2年 Jme 和 Mat a s rn提 出了气相色谱法 。15   i 94 年瑞依把热导检测器用于气液色谱法。1 5 9 7年 G l oa 出了毛  y提 细管气相色谱法 , 叫作 开管柱气相 色谱 法。 9 8年 Mc la 也 15 Wii l m  报导了氢火焰离子化检测器 ( I    99年 Dad na FD o17 n eeu等拉制  出石英弹性毛细管柱 ,从 而促进 了毛细管色谱法的大发展 。进  人2 0世纪 8 0年代 以后 ,微处理计算机在气相色谱仪之应用 、  

对性 质极 为相似 的烃类异构体 、同位 素、旋光异构体具有 
很 强 的分 析 能 力 。   24 分 析 速 度 快  .

气相色谱一 质谱联用 、气相 色谱 ——傅利叶变换红外光谱联  用 、超临界流体色谱 的迅速发 展 ,都大大地扩展了气相色谱科  学的内容和应用 范围。  
输入数控系统 , 系统 在运 行的过程 中根据误 差文件进行调用 , 让   从而达到误差补偿 的 目的。使 用离线补偿 ,要求补偿误差必须 

通常一个试样 的分析可在几分钟到几 十分钟 内完成 。某些  快速 的分析 ,1 可分析好几个组分 。地表水 中的有机氯农药六    S 六六 、滴滴涕 ( D 及其 7 D T) 种异构体 ,性质很相似 ,在气相  色谱仪上进行一次进样 ,用 2  n可 以完成分离测定 。目前 , 0mi   些先进 的色谱 仪器通常都带有微处理机 和 自动进样 系统 ,使  色谱操作 和数据处理 的高速度得 以实 现。  


2 尹明富. 机械制造技术基础实验 [ ] 武汉 :华 中科技大学 出 M .   版 社,2 0 . :6 ~6  0 80 5 4 5

是 固定的 ,至少是 已知数值 , 以 ,只能针对几何误差之类 的 所   稳定误差进行补偿 ,如果机床 的温度发生变化 ,这时必须使用  实时补偿 的方法进行 补偿 。  
参考文献  1李 凯岭、宋 强. 制造技术基础 [ ]. 机械 M 济南 :山东科 学技  术  社 ,2 0 . : 13 4  出版 0 80 2 4 ~1 5

3倪 小丹、杨继荣 、熊运 昌. 机械制造技术基础 [ ]北 京:清 M .   华大学 出 社 , 07 1 3 — 3  版 20 . :24 25 0 4 安美玲 . 机械基 础 [ ] 西安 :西安 电子科技 大学 出版社 , M .  
2 0 .2 7 ~19 0 7 :1 8 7  0 5 苏 珉. 机械制造技术 [ ]北 京:人 民邮电出版社 ,2 0 . : M . 0 60   4
27 28 6  6  

Re e r h O   c m u a e   r rS it n   s l t n i   a h n r   a u a t rn   s a c  nAc u l t d Er 0 ’ Ex s  dRe o u i   M c i e y M n f cu i g   a o n
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