加工中心热误差补偿研究

热误差是机床最大的误差源之一。随着机械加工自动化和高精度化的发展，加工中心
的热变形问题日益成为关注的焦点。
 
目前，减小机床热误差的研究可分为三类：(1)

 

改进结构 设计和提高制造精度；(2)实

现温度控制；(3)

 

进行误 差建模和软件补偿。其中误差补偿技术，与前二者相比，具 

 

有显著的有效性和经济性。尤其在我国，经济型数控机床众 多，通过误差补偿提高其

 

热态下的加工精度具有重要的工程 应用前景。
 
本研究基于多体理论提出了热误差建模的理论和方法，对 M AKINO 加工中心的热误

 

 

差进行了分析和辨识，并以实时 补偿方式进行了加工验证。1 三轴加工中心热误差建
模

 

多体系统是对工程实际中复杂系统的高度概括。对于任何多 体系统都可用低序体阵列
对系统拓扑结构进行数字化描述。这种描述方法为分析复杂多体系统提供了便利，并
有助于建模的计算机化。图 1 为三轴 MAKINO

 

 

加工中心的结构示 意图。

0.地基，惯性参考坐标系
1.

 

床身 2.

 

溜板 3.工作台

4.

 

工件 5.

 

刀具 6.主轴箱

图 1 三轴加工中心结构示意

图

图 2 五点测量法示意

 

热误差的测定
MAKINO

 

加工中心具有良好的刚度和热结构。各驱动电 动机与床体分离，并具有高

 

效的散热结构。在精加工条件下 ，主轴轴承摩擦是影响机床精度的主要热源，尤其高

 

速旋转 时，主轴热伸长和漂移表现得更为突出。
本文采用 5 点法(如图 2)测量主轴相对于工作台的热伸长、热倾斜和热漂移。测量仪器
为电感测微仪，测量精度 1µm。拾取机床温度装置为智能巡检仪，该仪器采用进口 Pt-
100 热电阻元件，精确度达±0.15℃，并具有 15 个通道，可通过 RS232 标准通信接口
由微机拾取温度信息。
根据 MAKINO 加工中心的结构特点(通过温升曲线分析和比较(去除相关性较大的温
度测量点(并采用逐步回归分析法(最终确定了 5 个测量点的温度作为热误差参数辨识
模型的输入，这 5 个测量点分别位于主轴轴端、立柱前侧上方、立柱后侧、床身，另一
个用来监测环境温度。

 

热误差参数辨识
刀具相对于工作台的位置误差参数(用下标 p 表示)表现在 e6px，e6py，e6pz，d6px，d 
6py，d6pz 六项热误差参数中，它们分别表示刀具(编号为 6)相对于工作台在 X、Y、Z
三个方向上的角位置误差和线位置误差参数。由于 e6pz 对加工无影响，在此取值为零。

 

所 以 通 过 五 点 法 完 全 可 以 确 立 其 它 五 项 参 数 ， d6pz=dz ， e6py=   (dy2-