加工误差与在补偿点的补偿量之间的关系，建立相应的数学模型。

3)选择或设计合适的误差补偿控制系统和执行机构，以便在补偿点实现补偿运动。

4)验证误差补偿的效果，进行必要的调试，保证达到预期要求。

9.试述误差补偿系统的组成及各组成部分的作用。 答：误差补偿系统的一般组成如下：

1)误差信号的检测 它是误差补偿控制的前提和基础，由误差检测系统来完成。误差信号检测的可行性和正确性直接影响误差补偿的成功与否。 2)误差信号的处理 由误差检测系统所测得的识差信号，其中必然包含着某些频率的噪声干扰信号。也会有几种误差信号混合在一起，这就需要进行一些处理，分离不需要的信号，提取所需要的误差信号，并能够满足误差补偿的要求。误差信号处职的关键是要有足够的处

3)误差信号的建模 建模就是要找出工件加工误差与在补偿作用点上补偿控制量之间的关系。

4）补偿控制 根据所建立的误差模型，并根据实际加工过程，用计算机计算欲补偿的误差值，输出补偿控制量。对于数控系统，补偿控制量就是正负脉冲数。

5)补偿执行机构 它是具体执行补偿动作的，设置在补偿点上。由于补偿是一个高速动态过程．要求位移精度和分辨率高，频响范围宽，结构刚度好，因此补偿执行机构多用微进机构来完成。

10.试分析三点法误差分离方法的特点和应用。 答：三点法误差分离主要用于测量工件圆度误差，而且工件加工圆度误差与机床主轴回转误差为同一数量级的情况，可基于上述的测量方程式建立圆度误差分离数学模型来求解。现在，三点法又扩展到用于圆柱度、直线度等测量中、在进行圆柱度测量时，可将运动分解为工件绕其轴线的转动和测量架沿工件细线方向的直线运动，这样从传感器所测得圆柱体各截面的轮廓误差便可得到整个圆性体的形貌。

11.试分析三种转位法误差分离原理及其在误差测量中的应用。

答：1)反转法 测量时只作一次转位，即工件与测头传感器均相对于轴系回转

180。反转法简单方便．但不能用于实时控制，也不能用于轴向运动误差的测量。

2)闭合等角转位法 闭合等角转位法可用于测量径向和轴向运动误差，这种方法不动测头，容易保证转位准确，操作方便。但由于m很大，测量工作量很大，且不能测得高次谐波，也不能用于实时控制。

3)对称转位法 对称转位法用于测量径向和轴向运动误差，操作方便，但检测工作量较大，也不能用于实时控制。

12.平面类形状位置误差的测量中，利用哪些方法来分离误差，它们在原理上有哪些共同点。

答：方法有：反转法、平移法、两点法和三点法等。

反转法简单方便，由于测量需进行两次，不能用于实时控制。对于垂直方向

的形状位置测量可视具体情况而定；平移法测量也分两次进行，在第二次测量时，工件平移一个步距，平移法简单方使，但不能用于实时控制，且测量误差会产生累积；两点法，当所选步距越小，则机床直线运动部件的角运动误差的影响越小，但随着步距数的增大，测量误差的累积也增大。由于测量是在一次测量中两测头同时读数，故可用于实时控制；三点法，可避免机床直线运动部件角运动误差的影响，它可用于实时控制。

13.分析图6－12中车削工件圆度和圆柱度误差补偿的原理和特点。 答：该系统主要由机床主轴回转误差实时测量系统、建模与预报、主从控制系统、驱动电源及电致伸缩微进给机构组成。测量系统中，由带有微调机构的扇形测量架和底座组成测量装置，扇形测量架的圆周方向装有3个电容测头A、B、C，沿其轴线装有另一电容测头D。4台电容测微仪的输出信号经4路采样保持(S/II)，模数转换(A/D)后读入到计算机系统，装在车床主轴后端的光电码盘产生同步脉冲及采样脉冲。由PC/XT计算机、TM32010高速信号处理器构成的数据采集主系统完成误差信号的采集、数据预处理、三点法误差分离计算、数据建模和预报，以及存贮、绘图和打印等工作。

14.通过在线检测与误差补偿系统应用实例（图6－11、6－12，6—13、6—14、6－15）总结在线检测与误差补偿的特点。 答：在线检测： 1） 能连续检测加工过程中的变化，了解误差分布和发展，为实时误差补偿、预报误差补偿和控制创造条件。

2）能反映实际加工情况，如加工中的热变形等；离线检测只能测量冷态下的精度。

3）其可行性和测量准确性受到加工条件的限制，如传感器安置、切削液和切屑状况、传感器尺寸及性能等。因此在线检测难度一般较大。 4）多采用非接触式传感器，对传感器要求较高。

5） 一般自动运行，形成在线检测系统，包括误差信号采集、处理和输出、与误差补偿系统连接。因此往往不是一种单纯的检测方法。

实时误差补偿：

1）误差补偿精度高；

2）不仅可以补偿系统误差，而且可以补偿随机误差， 3）但有些滞后不能全部补偿； 4）补偿技术复杂，实施环境有限； 5）实施费用高。

非实时误差补偿：只能补偿系统误差。

软件补偿的特点：

1）有较高的动态特性，补偿值随工作状态及时变化，具 有柔性；

2）要有计算机控制系统支持，一般都是数控系统； 3）补偿系统机械结构简单、经济、工作方便。

15.试述微位移系统的作用及其组成。

答：微位移系统一般由微位移机构、检测装置和控制系统所组成，其目的是要实

现小行程（一般小于毫米级）、高灵敏度和高精度(—般为亚微米、纳米级)的位移。微位移机构是实现微位移的执行机构、其核心部分是微位移器件。

16.分析各种微位移机构和器件的性能、特点及其应用场合。 答：1）机械类微位移机构

这类微位移机构主要是利用一些巧妙的机械结构来实现微位移，典型的结构有凸轮、斜面、精密丝杠螺母副等。其共同的特点是精度不能太高、结构复杂、制造技术难度大，但性能比较稳定、价格便宜、使用方便。应用十分广泛。

2）液压类微位移机构

这类微位移机构多采用液压为动力、弹性膜片为弹性变形元件实现微位移，因此是—种机械液压复合式的微位移机构。由于它需要一套液压装置，因此多用于一些已具有液压系统的设备中，如液压机床、静压主轴等。在薄膜反馈的静压轴承中，薄膜的微位移就是这类微位移机构的典型实例。

3）电动类策位移机构

这类微位移机构实际上是机电结合来实现微位移的，它又可分为电热、电磁、机电耦合效应（电致伸缩、压电效应）等多种。

17.分析平行弹性导轨微位移工作台的特点及其应用。

答：平行弹性导轨微位移工作台有高精度、高稳定性、无摩擦、无间隙和无爬行等特点。它可作为位移元件、传感元件、量测元件、柔性铰链和弹性导轨等，应用十分广泛。

18.分析电磁控制微位移工作台的特点及其应用。

答：电磁控制微位移工作台结构简单，控制系统易于实现，行程大，驱动力也较大。位移分辨率可达0.1?m，因此应用比较广泛，有单坐标、双坐标甚至多坐标的电磁控制微位移工作台实例。

19.分析电致伸缩微位移工作台的特点及其应用。

答：电致伸缩器件具有结构紧凑、体积小、分辨率高、无发热现象、控制简单等特点。已广泛应用于各种微位移工作台中。

20.分析压电效应微位移工作台的特点及其应用。 21.试比较电致伸缩材料和压电材料的特点。

答：电致伸缩材料具有大电致伸缩效应和良好温度稳定性；压电材料灵敏度高、机电耦合系数大、材料性能稳定性好、相变温度高(300C)。

22.如何应用柔性铰链形成的连杆机构来获得微位移。

23.如何应用变形量小的压电陶瓷元件来制作长行程的微位移机构。

24.如何利用3个管状压电器件来实现x、y方向移动和绕z轴转动的微位移。请参考图6—25布局自行设计。 c