1．目的及意义
数控机床在我国现代化制造业中发挥着越来越重要的作用，它为汽车制造业、交通行业、船舶业、航天航空以及军工行业等国民经济机构提供了实用的方法手段，带来了巨大的经济以及社会收益。为了在激烈的市场竞争中立于不败之地，各个工业大国都在现代制造业中大量投入[1]。我国机床行业虽然起步较晚,但发展速度很快，出现了如沈阳机床厂、大连机床厂、北京第一机床等一批具有实力的机床制造厂，他们通过自主研发生产的数控机床和数控系统，逐渐缩小了与美国、德国、日本等拥有先进的数控机床研发和制造技术国家的差距，在中高端数控机床市场中的占有率逐渐提高。但高精度数控机床和大型数控机床的研发能力和制造能力仍然落后，高档数控系统和高精度零部件仍需要进口[2]。

进给系统是各种数控机械设备的核心部件，进给系统性能直接影响到数控系统的精度、生产效率和加工质量[3]。单丝杠进给系统结构紧凑，设计制造较为容易，并且结构的安装维护方便，因此传统的数控机床常采用单丝杠驱动系统，但单丝杠驱动系统结构不稳定，工作状态下会产生较大振动和扭转，影响进给系统精度，为了保证高速运行状态下的精度，结构对称、稳定性高的双丝杠进给系统开始得到应用，双丝杠进给系统能够减少甚至消除不同力矩对进给系统运行精度的影响，但减小双丝杠进给系统的误差影响又成为了一个新的研究课题。

目前国内对双驱进给系统的误差分析研究相对不足，限制了进给精度的提高。因此，从误差来源出发，建立双驱进给系统定位误差模型，分析影响定位误差的主要因素及其影响规律，并提出有效的定位误差补偿方案具有重大意义。

国内外众多学者从理论和实际应用角度出发，对双丝杠驱动系统进行了深入研究。在国外，日本森精机率先采用了双丝杠驱动的理念，结合重心驱动的概念，进而有效地抑制了进给系统高速时产生的振动，提高了系统刚度，延长了丝杠、轴承等零部件的使用寿命[4-5]。Park H[6]等从结构动态特性和系统控制的角度出发研究了双丝杠驱动，而后分别建立了单丝杠驱动、双丝杠驱动理想情况以及双丝杠驱动实际状况三种状况下的等效模型，得出了双丝杠驱动理想状态的性能高于单丝杠驱动，但是还需要考虑双丝杠运动不匹配等实际情况。在国内，双丝杠驱动的研究应用仍然处在起步阶段。江云和字立敏等[7]从理论分析和设计计算的角度，分析发现双丝杠相对于单丝杠存在使用寿命长、单根丝杠驱动力需求低等优势，还从结构原理角度，研究发现双丝杠驱动具有较强的抗振能力和较高的精度保持性。何王勇等[8]充分考虑了丝杠螺母副的扭转偏移、水平移动以及双丝杠之间的机械耦合关系，基于拉格朗日方程建立了双丝杠驱动的理论模型，并使用有限元分析验证了双丝杠同步驱动的理论模型分析，最终设计试验验证了有限元仿真的正确性。国内外学者主要研究了双丝杠驱动的动力学模型，通过仿真分析和试验测试验证双丝杠驱动系统的合理性和可行性。

国内外学者在定位误差数学模型的建立、研究定位误差对机械结构和运动精度的影响等方面也做了大量研究。Sata等[9]基于刚体运动学和小角度近似假设，给出了多轴机床几何误差的多项式分析模型,在单一变换矩阵中，把直线度误差看成依赖于角度误差的变量，而且把角度误差简化为线性函数，最终将误差表示成参数形式。王淑坤等[10]针对车铣复合加工中心的Z向进给系统，建立了滚珠丝杠实体模型并进行了受力和热特性分析，计算出不出现反向间隙的轴向临界载荷与加速度，得到了加速度变化下滚珠丝杠的变形，为滚珠丝杠进给系统的误差补偿提供了依据。章青等[11]则提出了基于多体运动理论建立多轴数控机床误差建模的方法。这种方法全面考虑了影响机床精度的各项因素以及相互耦合情况，以特有的低序体阵列来描述复杂系统，具有建模过程程式化、规范化、约束条件少、易于解决复杂系统运动问题的特点。

上述研究对进给系统的多种误差建模方法进行了研究，得到了很多有价值的成果，但是在理论建模方面，大多忽略了许多因素。针对数控双驱进给系统的定位误差建模，需要考虑两根丝杠的实际运动状况对误差建模的影响。

定位误差补偿方法和策略直接影响数控机床的控制效果，对此国内外学者进行了大量研究。Lee等[12]对三坐标Bridge port铣床的21项误差进行了测量，运用误差合成法得出了误差模型，补偿后的结果分别用激光干涉仪和Renishaw的DBB系统进行了检验，证明机床精度得以提升。Shen等[13]以五轴数控机床的误差预测数学模型为基础，针对位置相关的几何误差，提出了一种修改粗插补数据的误差补偿方法，针对位置无关的热误差提出了CNC-PLC结合的坐标偏置误差补偿方法。Cui等[14]以840D手轮偏置功能为数据接口，设计导轨位置和温度采集卡，利用西门子内嵌的差分求解函数设计误差补偿软件，可通过PLC与CNC系统并行控制机床位置实现误差补偿。肖慧孝[15]介绍了FANUC和SIEMENS 840D数控系统的基本误差补偿功能，利用所提供的补偿接口实现了机床的直线度等多种误差的补偿，同时进行误差补偿实验验证了补偿效果。

综上所述，国内外学者对进给系统定位误差的理论分析、建模以及补偿方法做了很多研究，但大多集中于研究装配误差和外界干扰对误差的影响，忽略了系统自身对定位误差的影响。因此，本文将通过理论分析、误差建模、实验验证等研究位移、速度等因素对双驱进给系统定位误差的影响，并提出相应的误差补偿方案和策略。

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2. 研究的基本内容与方案

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本毕业设计最主要的目的就是数控双驱进给系统定位误差的分析与建模，提出合适的误差补偿方案，最后通过实验验证补偿效果。因此，本毕业设计主要包含以下基本内容：