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数控机床几何误差研究
作者：李海清来源：《中国集体经济上》2011年第01期
摘要：文章主要分析了数控机床的误差来源、数控机床的几何误差类型以及常见的几何误差建模方法。
关键词：数控机床；几何误差；方法
一、引言
随着数控机床的普及应用，现代机械制造技术正朝着高效率、高质量、高精度、高集成和高智能方向发展。精密和超精密加工技术的迅速发展和零件加工精度的不断提高，对数控机床的精度也提出了更高的要求。一般地说影响数控机床加工精度的误差源主要表现为：机床热变形误差；机床零部件和结构的几何误差及装配误差；机床轴系的伺服控制误差；机床本身重量及负载所造成的变形误差；刀具磨损及切削力引起的误差；其他误差源，如数控插补算法误差振动引起的误差等。在机床的各种误差源中几何误差占了总误差的20，所以减少几何误差是提高机床加工精度的关键。
二、数控机床几何误差
数控机床的几何误差是指由组成机床各部件工件表面的几何形状、表面质量、相互之间的位置误差所产生的机床定位误差。运动学原理表明，一个物体在空间有6个自由度来确定其位置和取向，包括3个平移自由度和3个转角自由度。对具有3个互相垂直的直线运动轴的数控机床，总的自由度数就有18（3×6）项，再加上3个轴相互之间的3项垂直度误差，共有21项。机床运动时，每一项都会产生相应的误差，各误差的名称，以X轴为例说明（见图1）。
其中，δx（x）为X轴的标尺误差；δy（x）为X轴在Y轴方向的直线度误差；δz（x）为X轴在Z轴方向的直线度误差；εx（x）为X轴的滚转角误差（Roll）；εy（x）为X轴绕Y轴的偏摆角误差（Yaw）；εz（x）为X轴绕Z轴的俯仰角误差（Pitch）。Y、Z轴的各项误差可类似定义：δy（y）为Y轴的标尺误差；δx（y）为Y轴在x轴方向的直线度误差；δz（y）为Y轴在Z轴方向的直线度误差；εy（y）为Y轴的滚转角误差（Roll）；εz（y）为Y轴绕Z轴的偏摆角误差（Yaw）；εx（y）为Y轴绕x轴的俯仰角误差（Pitch）；δz（z）为Z轴的标尺误差；δx（z）为Z轴在X轴方向的直线度误差；δy（z）为Z轴在y轴方向的直线度误差；εz（z）为Z轴的滚转角误差（Roll）；εy（z）为Z轴绕Y轴的角运动误差；εx（z）为Z轴绕X轴的角运动误差（Pitch）。3项垂直度误差：εxy为X、Y轴间的垂直度误差；εzy为Y、Z
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轴间的垂直度误差；εxz为Z、X轴间的垂直度误差。所有这21项误差无论其大小、方向如何都将r