1.1研究目的及意义

随着精密加工技术的飞速发展，伴随着大量工业复杂产品的产生，大型数控机床的加工精度备受关注。然而，数控机床在运转过程中，由于系统内部和外部多种因素的影响，从而导致加工误差的产生，并最终影响了产品的加工精度，对产品的质量有很大的影响。

机床的热变形、运动误差及力误差已成为影响系统加工精度稳定性的主要因素。大量研究表明，在加工过程中热误差是数控机床的最大误差源，占机床总误差的40%-70%。因此对于热误差的监测对提高机床的加工精度至关重要。

在数控机床加工过程中，热误差的形成有多种因素，最主要的是机床重要部件的温度变化，因此，可以在机床的设置一定量的温度测量点，用来测量机床的温度变化，通过温度传感器和位移传感器实时记录数控机床的温度变化，并且通过对数据进行处理和计算，从而记录热误差的变化情况。

为探究机床温度场分布和热误差的关系，必须对机床关键点的温度和热漂移进行持续性监测，可以利用QT框架进行编程，实现对温度、位移传感器的控制，实时采集机床关键点温度、热误差的变化。同时，为了进一步的统计研究温度场和热误差的关系，需要将记录的数据上传到数据中心。

CPS（Cyber Physical Systems，信息物理系统）是综合计算、通信和控制以及物理系统的集成系统，通过“3C”（Computation, Communication and Control）即计算、通信、控制技术的有机融合与深度协作，在物理设备和程序的控制下，继承了传感器、网络、计算器和控制单元，作为计算过程和物理过程的统一体，实现对物理世界信息变化的实时感知、自治处理，最终实现信息处理反馈^[6]。

CPS的应用很广泛，新工业将建立在CPS的基础上进行更新发展，其本身的功能特性决定其具有广阔的应用范围，同时，CPS也是众多技术诸如计算机、通信、自动化控制、传感器、人机交互等众多技术发展的融合技术产物，因此，在新工业发展过程中，CPS将扮演及其重要的角色。本设计也将结合CPS，以传感器去感知物理世界的信息即以温度和位移传感器去采集监测机床关键点温度、热漂移的变化，采集到数据后通过网络协议传送回上位机，而上位机可以通过QT框架去开发，并且实现控制温度和位移传感器以一定的设定去工作。最终到达热误差监测的目的，最终，通过研究，得到减小热误差的发放，从而提高工业产品的精度。

1.2国内外研究现状

随着制造业的飞速发展，近年来，高度精密的产品加工技术已经成为制造业中影响产品精度及质量的最主要的部分。制造系统在器工作条件下经历了巨大的变化，从粗加工循环中遇到的非常重要的负载到精加工循环中非常轻的负载。大多数误差是热变形诱导的，出于制造业中对加工精度的要求以及机床稳定性和精度的维护，机床热误差监测系统的研究和热误差的减小方法对提高产品加工精度有着重要影响，所以国内外很多研究单位都在致力于对热误差进行了相关的技术研究，并取得了较大的成果。

基于CPS为基础的监测系统的开发，虽然CPS概念出现的时间较短，有较多项目已经取得了一定的研究成果，近些年，美国把CPS作为重点研究项目，并有了一定的研究方向，基本理论框架和性能指标等日趋完善。国外著名高校如麻省理工大学、宾夕法尼亚、卡内基梅隆大学、Indiana 大学分别在CPS节点之间交互和实现通信、车辆导航领域仿真平台、智能电网和实时监控等CPS领域进行了一定的研究。此外，国外许多公司在基于CPS的实时监测系统方面也有诸多研究成果。国内对于CPS的探索研究上，也有一定的成果，国家对CPS相关应用领域的宏观框架有了定位，中国电子技术标准化研究院组织专家人员围绕CPS的核心问题进行了研究并出版《信息物理系统》白皮书，国内一些知名大学对CPS进行了相关研究，如清华大学、同济大学，在分布式监控领域如浙江大学、武汉理工大学等高校已经取得了相应的研究成果。