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| 編輯推薦： |
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本书的内容为研究人员提供了参考，大家能够从一种经济的方法为我国的制造行业献策，从这个角度来讲可以为工程人员提供方向，具有一定的使用价值。
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| 內容簡介： |
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专著从数控机床的误差补偿的角度出发，提出了误差补偿的必要性，分析了误差补偿可以解决的重大问题。文章中给出了误差补偿的基本理论，介绍了数控机床误差产生的原因和当前技术存在的不足。数控机床的误差主要为几何误差和热误差两部分。对于这两种主要的误差的测量方法给出了介绍，然后介绍了误差的建模技术。在具体的结构设计上和接口的连接上是依据华中数控的系统HNC-8型作为介绍对象，而测量仪器选用的是美国的API公司的激光干涉仪。分别从数控系统的软件和硬件两方面入手进行讲解，后给出了补偿的应用实例。
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| 目錄：
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目
录
数控机床误差补偿技术研究 1
序
言 2
目
录 6
第一章
绪论 8
1.1 数控机床误差补偿的必要性 8
1.2 数控机床误差补偿能解决的重大问题 10
1.3 数控机床误差补偿的概念 10
1.4 数控机床误差补偿的几种形式 11
1.4.1 仪器设计中的误差补偿 11
1.4.2 机械加工中误差补偿的类型 12
1.4.3 机械加工中误差补偿系统的组成 12
1.5 数控机床误差补偿技术的研究现状 15
1.5.1 国外数控机床误差补偿技术的研究现状 15
1.5.2 国内数控机床误差补偿技术的研究现状 16
1.6 数控机床误差补偿技术存在的不足和发展趋势
17
1.6.1 数控机床误差补偿技术存在的不足 17
1.6.2 数控机床误差补偿技术发展趋势 18
第二章
误差补偿的基本理论 19
2.1 数控机床的几何误差 20
2.1.1 移动副的误差 21
2.1.2 工艺系统的受力变形引起的误差 23
2.2 数控机床的热误差 24
2.2.1 机床温升变形的原因及解决方法 24
2.2.2 机床主要部件的热误差 27
第三章
数控机床的误差测量 29
3.1 激光干涉仪测量 30
3.1.1 激光干涉仪的组成 30
3.1.2 激光干涉仪的工作原理 30
3.1.3 激光干涉仪的连接及安装 32
3.2 机床误差的体对角线测量 34
3.3 机床热误差的测量 36
3.3.1 机床热误差补偿原理 37
3.3.2 机床热误差测量点的选取 39
3.4 机床切削力的测量 41
3.5 机床其他误差的测量 43
3.5.1 主轴的回转误差 43
3.5.2 刀具磨损造成的误差 44
第四章
数控机床误差的建模 47
4.1 误差分析 47
4.1.1 平动误差变换矩阵 48
4.1.2 旋转误差变换矩阵 49
4.2 综合误差模型 51
4.3 热误差模型 52
4.3.1 多元线性回归模型 52
4.3.2 最小二乘线性回归 53
第五章
机床误差补偿模块的技术研究 54
5.1 误差补偿模块的原理 54
5.2 几何误差补偿 55
5.2.1 线性位移误差补偿 55
5.2.2 误差补偿表的逻辑结构 56
5.2.3 误差补偿模块处理流程 59
5.2.4 模块结构 59
5.2.5 接口的设计 60
5.3 热误差补偿 67
5.3.1 热误差补偿模块的组成 67
5.3.2 接口设计 68
第六章
机床误差的补偿控制 73
6.1 误差补偿的控制形式 73
6.1.1 开环前馈补偿控制方式 73
6.1.2 闭环反馈控制方式 73
6.1.3 半闭环前馈补偿控制方式 74
6.2 误差补偿控制的硬件设计 74
6.2.1 华中8型数控系统误差补偿说明
75
6.2.2 数控系统误差补偿硬件结构图 76
6.3 误差补偿控制的软件设计 76
6.3.1 软件操作功能模块 76
6.3.2 补偿说明 83
第七章
机床误差补偿应用实例 127
7.1 机床存在现象 127
7.2 机床误差实验方案 127
7.3 机床几何误差补偿 129
7.4 机床热误差补偿 133
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| 內容試閱：
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序
言
数控机床是工业的工作母机，其技术水平代表着一个国家的综合竞争力。数控系统是机床装备的大脑，是决定数控机床功能、性能、可靠性、成本价格的关键因素，也是制约我国数控机床行业发展的瓶颈。特别是对于国防工业急需的高速、高精、多轴联动的高档数控机床和高档数控系统，一直是重要的国际战略物资。基础薄弱、缺心少脑一直是中国制造的短板。数控系统、伺服电机、伺服驱动等是制造装备重要的关键基础部件，广泛应用于高档数控机床、机器人、电动汽车等，但是这些关键部件的高端技术基本上由国外垄断。要实现中国制造2025的目标，形成中国智造的核心竞争力，离不开数控系统包括伺服驱动、伺服电机等关键技术的自主创新和自主可控。
我国数控系统产业经历了六五期间技术引进、七五期间技术消化吸收，八五期间技术自主开发，九五到十二五期间，中、低档数控技术产业化和高档数控系统缩小差距的艰难发展过程。
国内企业曾经试图引进国外数控企业的技术，走引进-消化-再创新的道路。但深入交流后，凡是我们没有的技术，凡是我们需要的技术，对方都不卖，而且在合作过程中，不断地提高要价。
六五期间，中国数控系统的技术基础一穷二白，发展国产数控系统只能寄希望于引进国外先进技术。但国外公司只愿意将其落后淘汰的技术转让给我国，还将核心硬件芯片控制在自己手中。七五期间，中国开始在引进技术的基础上，消化吸收，并开始推动产业化。可是，国外公司马上将其性能质量更好、集成度更高的数控系统产品推向中国市场，阻滞我国数控系统产业的发展进程。然后，又以进口全套散件国内组装，合资办厂的方式，导致我国在引进技术过程中培养出来的骨干人员几乎全部流失，导致我们实现产业化的梦想彻底破灭。
又如，国内某数控系统企业采取日本产品贴牌，国内组装生产的方式，一度在市场上取得较大进展。但随着日本公司的数控系统业务被德国公司收购和国内数控系统逐步提升，该公司发展受到严重影响。国内某著名机床企业，曾引进意大利数控系统技术，国外只允许我国引进二轴、三轴联动的数控技术，而对于五轴联动高档数控系统关键技术的引进事宜，国外完全免谈。后，该企业不得不回过头来，投入巨资，走自主研发的道路。
但是国内数控系统企业由于受到自身规模、技术水平、人才队伍和财力投入的局限，国产数控系统产品的90%以上主要还是定位中、低档市场。高档型、标准型数控系统，无论是技术上还是产业化水平上，与国外存在较大差距。
目前，提高机床加工精度的方法主要有两种：误差防止法和误差补偿法。误差防止法主要针对系统内误差和系统外误差进行改善，通过控制机床所在工作环境温度和气流扰动，隔离机床运动与加工过程的振动等措施减小系统内误差，采用提高机床零部件的制造精度和机床安装精度的办法来减小系统外误差。误差防止法只能提高数控机床使用之前的精度，无法改善机床在使用过程中的精度，而且该方法成本较高，一定条件下难以实现。误差补偿法又分为硬件法和软件法，硬件法是通过使用螺距校正装置或丝杠机床校正尺等装置来测量出机床螺距误差，然后再进行补偿。软件法提高机床精度的方式为修正加工代码，不改变机床本身结构。与硬件补偿法相比，软件补偿法法更加灵活，成本较低，而且适用范围更广，是目前改善机床加工精度的主要方法。误差补偿法是建立在成熟、完善、准确的误差检测技术基础上的。
十二五以来，国产数控系统技术取得较大的进步，与国外的差距逐步缩小。但技术差距的缩小，不等于市场的突破。国产数控系统的市场美誉度与国外仍存在巨大差距，产业化之路仍然任重道远。
以日本发那科、德国西门子等为代表的国外企业在数控系统领域发展了近六十年，积累了大量的先进技术，已在全球范围内建立起了技术壁垒和市场优势。国外企业在中国市场上也已经耕耘了四十多年，由于其产品在技术上、性能上的优势，形成了很好的市场品牌与客户美誉度，大量的客户已经习惯使用他们的产品，形成了一个市场生态圈。某些单位的政府采购招标通常指定国外数控系统产品，导致国内数控系统产品根本就没有同台公平竞争的机会。这些实际情况让国产数控系统难以打破国外产品的市场生态圈。
此外，中国数控产业还面临国外企业降价抢占市场的巨大竞争压力。当我国的数控企业研制不出水平相当的数控产品时，他们的高端产品要么封锁，要么天价；当我们的企业生产出性能接近的数控产品时，他们就把他们成熟的产品作适当的裁剪后，以低价在国内倾销，压榨国内数控产品的利润空间和市场空间。因此，国产数控系统存在的价值，还在于为中国机床行业和中国制造业堵枪眼。
当前我国中、高档数控系统企业发展的大的瓶颈，还是在市场的认同度不够。政府支持自主创新核心产业发展，给钱不如给市场。我们的国产数控系统行业当然需要奋发拼搏，缩小与国外的差距，做好自己的产品和市场。政府也应该理直气壮地营造以选用国产产品、支持国产品牌为荣的体制和市场环境。要给国产数控系统参与竞争的平等机会，在同等的性能价格比下，应该优先选用国产数控系统。
政府、专家和媒体对国产数控系统的支持还应体现在从舆论导向和政策上引导用户选用国产数控系统。部分媒体拿着国产数控系统十多年前的差距和不足片面点评，导致终用户选用国产数控系统时更加心有余悸。在国产数控系统成长和发展历程中，我们既需要专家、用户和媒体对我们的批评和鞭策，促使我们加快进步；更需要各方对我们所取得的新成绩和进步，给予充分的肯定和正面宣传，这是对国产数控系统的大支持。
在5月30日全国科技创新大会期间，多位院士联名向中央高层递交了关于支持中国高档数控机床和系统的建议。希望国家从多个层面，全力支持产业化关键期的中国中高档数控机床。院士们在报告中希望国家出台系列扶持政策，包括在航空航天军工领域启动换脑升级工程；推动政府采购优先选用国产产品；取消部分国产化已经突破的进口产品的免税政策等。
习近平总书记指出：只有把核心技术掌握在自己手中，才能真正掌握竞争和发展的主动权，才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全。
中国数控系统产业发展历程证明，高档数控系统的关键核心是买不回来的，必须立足自主创新。国产高档数控系统产业已经曙光在前头。我们坚信：再经过5-10年的努力，中国家电、手机、高铁等行业的今天，就是中国数控系统产业的美好明天。
本书的撰写过程中，华中科技大学向华教授作为主审做了大量的审核工作，对本书的各个章节作了修正，襄阳职业技术学院杨锐女士对本书进行校对，在此表示感谢！
本书的出版受到了高档数控机床与基础制造装备国家科技重大专项课题（2017ZX04011010）、湖北省重大科技创新计划（2014AAA007）、高档数控系统关键技术创新能力平台（二期）（2015ZX04005007）、机电汽车湖北省重点学科群专项、湖北省教育厅自然科学重点基金（D20162601）等项目的大力支持。
感谢恩师陈吉红教授，感谢华中科技大学杨建中副教授，感谢湖北文理学院李波副教授、陈国华副教授、襄阳华中科技大学先进制造工程研究院童光庆工程师、周浩工程师、武汉华中数控股份有限公司杨祥工程师在误差补偿研究中给予的指导、帮助和支持。
感谢湖北文理学院、襄阳华中科技大学先进制造工程研究院、华中科技大学、武汉华中数控股份有限公司，苏州胜利精密制造科技股份有限公司、湖北万盟数控机床有限公司、宝鸡机床厂、四川宁江机床厂对相关研究工作的支持和帮助。
书中难免有各种错误和不足之处，在此著者表示歉意，敬请读者批评指正。
刘宏伟
2018.3.20
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