1.目的及意义

1.1目的及意义

金属毛坯、金属型材等在运输、挤压、锻造等加工过程中都会因为外力、环境及内力等因素而产生扭曲变形，金属条材因长径比不同其变形的方向也不同，若长径比过大，则纵向纤维变形严重；若长径比过小，则横向纤维变形严重。为了获得平直的成品条材，必须使横向和纵向纤维由曲变直，这一工艺过程称为矫直^[1]。矫直机的原理是使钢材的弯曲部位承受相当大的反向弯曲或拉伸，使该部位产生一定的弹塑性变形，当外力去除后，钢材经过弹性回复达到平直。当今在矫直行业中，由于加工零件的材料，形状，性能等的不同，矫直方法也有所不同，现行矫直方式可分为辊式矫直和三点弯曲式矫直两类。辊式矫直主要用在冶金工业中;轴类零件校直流行采用三点弯曲式^[2]。通常的加工方法有：压力矫直法、平行辊矫直法、斜辊矫直法、转毂矫直法、拉伸矫直法和拉弯矫直法等。其中压力矫直法是现有阶段研究得最为广泛的方法之一，它又称为三点反弯矫直法，在其连杆与滑块之间用螺纹连接，改变螺纹长度可以得到不同的开距，但行程固定不变^[3]。它将加工工件的两端支撑住，在工件弯曲的部位反向加压，使工件发生反向弯曲变形，卸去压力之后，工件发生一部分的弹性回弹，一部分的塑形变形。如果回弹量等于工件的反向弯曲变形量，则工件刚好被矫直。

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。数控矫直进给系统的几何误差、振动误差、热误差等因素对矫直机的精度有极大的影响。因此，对于数控矫直进给系统的误差检测和分析具有十分重要的意义。本文主要完成对数控矫直进给系统的误差建模和仿真，并设计开发实用的进给系统误差检测软件，最后开展实验检测数控矫直机进给系统误差并做出分析。

1.2国内外研究现状

1.2.1矫直机研究

在20世纪三四十年代，国外技术发达国家的型材矫直机和板材矫直机迅速发展起来，相应的理论研究逐步取得成果。到七八十年代，许多国家的技术力量已经相当雄厚，矫直技术得到了不断的改进，发展和扩充，英国的布朗克斯、德国的凯瑟琳、德玛克以及日本的三菱重工成为了矫直机领域的代表。此时的矫直概念由原来狭义的弯曲矫直扩展为包括解决弯曲、控制断面形状和尺寸精度的矫直，提出了平动矫直技术、全长矫直技术、程序控制矫直技术、变辊距矫直技术等。近几年国外关于矫直技术和矫直机的研究主要集中在提高矫直精度、提高控制水平等方面。同时为提高矫直精度和控制水平而开展了对变形机理、改进工艺和参数优化等方面的理论研究，取得了一些具有实用价值的成果。而且国外学者对矫直过程的计算机实时控制研究较多，如扭转变形矫直过程的实时控制的研究以及对圆盘锯片矫直过程实现自动控制的研究等等。

我国的矫直技术研究起步较晚，建国以后，随着经济建设的需要才有了对矫直技术的研究。那时的矫直机主要依靠进口。从70年代开始，许多学者对辊形设计做了理论和试验研究。在80年代末，东北大学的崔甫教授^[4]首先提出了双交错辊系的新方法。从90年代开始，我国在赶超世界先进水平方面迈出了一大步，各种矫直机的矫直质量都有突破。近年来，我国在矫直机械的研制和矫直理论的研究上都取得了很多成绩。很多学者开始利用有限元分析和解析的方法来研究矫直理论本身^[5]，从不同角度建立了矫直状态下的数学模型。在过程控制方面，正在由人工控制逐渐转向计算机控制。由单机控制向全线计算机控制发展。既要求有高质量，又要有高矫直速度，在产品上能满足大规模生产的需求，而且降低工作噪声，操作上完全实现自动化。现在国内西安重型机械研究所和太原重型集团在矫直机的研究和生产上代表了国内领先水平，在棒材、型材和板材矫直机的研制上都取得了一定的成绩。但是，在取得成绩的同时，国内矫直技术的研究和使用还有很多工作要做，如提高矫直精度、矫直速度和控制水平等。

1.2.2误差建模

国外对于机床误差建模的研究较早。1977年Schultschick运用矢量法构建出镗床的空间定位误差模型^[6];1985年Zhang.G等人运用多维误差矩阵的方法对三坐标测量机进行了误差建模与补偿^[7];1986年Ferreira等人提出了三轴机床几何误差的二次型模型^[8];1992年Chen等人提出了齐次坐标变换矩阵的建模方法^[9]; 2000年Rahman等人研究并提出了有关误差建模、误差检测以及误差补偿的相对比较完整的理论体系^[10]; 2014年Ford.D.G等人将误差建模运用到虚拟加工中^[11]。