基于LabVIEW数控机床几何误差补偿的研究方法

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Research on Geometric Error Compensation of NumericallyControlled M achine Tools Based on LabVIEW DAI Xia0-ming ，YANG Shi-long ，ZHANG Cun( .PLA MilitaryRepresentative Office Stationed at 124th Factory，Zhengzhou 450062，China，2.Zhengzhou Aircrafi Equipment CO，LTD，Zhengzhou 450005，China)Abstract：This paper introduces a kind of software.hardware control of CNC machine tool geometricerror compensation.Error compensation principle is mainly based on the multi body system kinematicstheory to establish the model of geometrical eror of machine tool，hardware control curing in programmemory implementing compensation by the compensation program，and through RS-232C NC machine toolwith the W indows platform for communication and data exchange。

Key words：CNC machine tool，muhibody system theory，geometric error compensation航空薄壁类零件种类很多，性能各不相同，不同加工条件零件发生变形也不相同。在影响数控机床加工精度的众多因素中，几何误差相对稳定，易于补偿 it1。

对于目前的薄壁零件的加工，我们技术人员的处理流程如图 1所示。从图上可以看出，针对薄壁零件的加工变形控制问题主要有 4种方法，即定位和装夹的选择、刀具设置(顺铣或逆铣、起刀点的设置、刀具路径等)、加工工艺参数设置、切削参数设置(切削三要素的设置，尤其是进给量局部调整)4种建模方案。

1 机床几何误差模型的建立多体系统的拓扑结构描述是多体系统理论的基本问题。机械系统结构形式多种多样，如床身有立式、卧式、龙门式等，通过拓扑的方法描述，可以将复杂的收稿 日期：2012-11-24。修回日期：2013-02-03作者简介：代晓明，男，1969年生，本科，研究方向：工业测控。

图 1 零件数控加T编制流程图结构抽象成简单的典型体形式。三坐标数控机床的几何误差描述如下：机床沿 轴运动时 、y、z方向的线位移误差第 26卷 第 3期 电 脑 开 发 与 应 用 (总0229) ·67·( )、 ( )、 ( )，X、Y、Z方向的角位移误差 ( )、( )、 ( )，加上机床沿Y、z轴运动时产生的误差，和 、，、z轴之间的垂直度误差 、 、 、，三坐标数控机床共有 21项几何误差[21。图 2为三坐标数控机床运动结构图。

图 2 三坐标数控机床运动结构图以 BV 100三坐标数控机床精密加工求解方程为如下形式：[ 。 [ ][ l I[ 。 ][ ]f I代人具体参数 ，即得机床的约束方程13〃立系统的 坐标轴，方向与 运动轴的方向尽量取得-致，其间的角度误差反映了机床 ，Y；运动轴之间的不垂直度误差 ，用 XY来表示 ，这样系统坐标系的方位便确定下来。

2 误差补偿器的设计 2.1硬件设计误差补偿器的工作原理：通过 RS-232C串行 口接收来自上位机(数控系统的工控机)发来的指令，利用 Lab VIEW编写程序控制进行误差补偿后，将生成的精密加工指令通过串行口返回给上位机，数控机床根据精密加工程序进行加工问，并通过高速数据采集卡把加工数据传输出来。误差补偿器还具有状态指示功能，以显示其处于通信状态或报警状态，以及软件和硬件复位功能。图 3为误差补偿控制器系统结构图。

l电源转 ll系坑状态I换拈f l指示拈I图3 误差补偿控制器系统结构图2.2软件设计合理的软件结构是设计单片机应用系统的基础，在单片机应用系统中，最常用的程序设计方法是拈程序设计5。拈程序设计具有结构清晰、设计简便、功能明确、程序拈可共享、便于功能扩展及便于维护等特点，于是，误差补偿器的软件就采用拈程序设计。误差补偿器的软件包括：主程序、通信拈、误差补偿拈 、系统状态指示拈、复位拈(容错模块)。图4、图 5分别给出主程序流程图和误差补偿控制后面板程序图。

图4 误差补偿控制主程序流程图图5 误差补偿控制后面板此误差补偿方法比较适合变形比较大的批量零部件加工，尤其适合复杂薄壁零件和大型骨架零件的加工。通过试加工进行数据采集，然后通过修改程序参数完善编程程序，从而达到减序消除主要变形误差，最终加工出合格零部件来。

3 结 论(1)以多体系统理论为基础，建立数学模型，给出考虑几何误差情况下实现精密加工的约束方程，完成误差参数的测量和辨识 ；(2)提供谢 十了误差补偿控制器的硬件和软件方法。