数控机床XY工作台单向运动二维阿贝误差分析与建模

吴天凤; 李莉; 杨洪涛

doi:10.37188/OPE.20212902.0329

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数控机床XY工作台单向运动二维阿贝误差分析与建模

微纳技术与精密机械 | 更新时间：2021-03-05

- 数控机床XY工作台单向运动二维阿贝误差分析与建模
- Two-dimensional abbe error analysis and modeling of CNC machine tool XY table unidirectional movement
- 光学精密工程 2021年29卷第2期页码：329-337
- 作者机构：
  
  1.安徽理工大学机械工程学院，安徽淮南 232001
  2.安徽理工大学矿山智能装备与技术安徽省重点实验室，安徽淮南 232001
- 作者简介：
  
  [ "吴天凤（1971-），女，安徽滁州人，副教授，1993年、2001年于安徽理工大学分别获得学士、硕士学位，现为安徽理工大学机械工程学院工程制图教研室副主任，主要从事工程制图、精密测试技术研究。 E-mail：tfwu@aust.edu.cn" ]
  [ "杨洪涛（1972-），男，福建莆田人，教授、博士生导师，1993年、2001年于安徽理工大学分别获得学士、硕士学位，2007年于合肥工业大学获得博士学位，现为安徽理工大学机械工程学院副院长，主要从事精密测试技术、现代精度理论及应用研究。E-mail：lloid@163.com" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(51675004)
- DOI：10.37188/OPE.20212902.0329
  中图分类号： TG659
- 收稿日期：2020-10-08，
  
  修回日期：2020-11-16，
  
  纸质出版日期：2021-02-15
- 稿件说明：
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吴天凤,李莉,杨洪涛.数控机床XY工作台单向运动二维阿贝误差分析与建模[J].光学精密工程,2021,29(02):329-337.

WU Tian-feng,LI Li,YANG Hong-tao.Two-dimensional abbe error analysis and modeling of CNC machine tool XY table unidirectional movement[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(02):329-337.
吴天凤,李莉,杨洪涛.数控机床XY工作台单向运动二维阿贝误差分析与建模[J].光学精密工程,2021,29(02):329-337. DOI： 10.37188/OPE.20212902.0329.

WU Tian-feng,LI Li,YANG Hong-tao.Two-dimensional abbe error analysis and modeling of CNC machine tool XY table unidirectional movement[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(02):329-337. DOI： 10.37188/OPE.20212902.0329.

摘要

为了提高数控机床的加工精度，建立误差补偿模型。对温度影响下的数控机床XY工作台导轨系统各误差分量之间的误差相关性进行研究。首先，分析了XY工作台单向运动时各平动误差和角度误差的相关性和

向导轨系统二维阿贝误差的变化规律。然后，建立了

轴导轨系统和X轴导轨系统误差相关性的阿贝误差计算模型。最后，分别进行了

轴导轨和

轴导轨角度误差的相关性验证和导轨系统定位误差补偿效果对比实验。实验结果表明：利用工作台二维阿贝误差补偿后的定位误差2整体误差呈减小趋势，且比用传统方法补偿后的定位误差1最大相差3 µm左右，占补偿后的工作台总误差的三分之一。本文所建立的导轨系统二维阿贝误差模型更符合数控机床XY工作台误差的实际变化规律，利用该模型导轨进行的工作台联动定位误差补偿效果比传统补偿方法的修正效果更好，为实时补偿数控机床误差，提高机床加工精度和在机测量系统的测量精度打下理论基础。

Abstract

In this study， an error compensation model is established for improving the machining accuracy of computer numerical control （CNC） machine tools. The error correlations between the various error components of the XY table rail system of the CNC machine tools are studied under the influence of temperature. First， the correlation between the translation error and angle error and the variation law of the two-dimensional Abbe error of the

-direction guide rail system are analyzed. Then， an Abbe error calculation model is established for the

-axis and

-axis guide system error correlation. Finally， the correlation between the

-axis and

-axis guideway angle errors is verified， and the positioning error compensation effect of the guide rail system is investigated. The experimental results show that the overall error of "positioning error 2" after compensation by using the two-dimensional Abbe error of the workbench shows a decreasing trend； the maximum difference is approximately 3 μm from that of "positioning error 1" after compensation by the traditional method， which accounts for one-third of the total error in the compensated workbench. The established two-dimensional Abbe error model of the guideway system is more suitable for identifying the actual variation principle of the XY worktable error for CNC machine tools. The compensation effect for the worktable linkage positioning error based on the model guideway is better than that based on the traditional compensation method. Thus， this study lays a theoretical foundation for the real-time compensation of CNC machine tool errors and can be used to improve the machining precision and measurement accuracy of on-machine measurement systems.

关键词

Keywords

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