在多轴数控加工系统中,零件表面的加工质量是众多学者和研究人员关注的重中之重,由于伺服机构响应延迟以及各轴之间动态结构不匹配等因素,不可避免会产生跟踪误差和轮廓误差,其中,轮廓误差是影响工件加工质量的主要因素,如何计算并减小轮廓误差是保证工件表面加工质量的主要手段,因此,本课题将研究轮廓误差的补偿算法,本文将轮廓误差的建模与计算、跟踪误差的计算与补偿算法设计、系统耦合性分析、设计协同误差补偿算法作为研究内容。考虑到多轴加工系统结构的耦合性,分析了耦合系统的稳定性,在设计了轮廓误差与跟踪误差补偿算法之后,分析系统不确定性因素,以设计协同补偿算法,达到同时补偿跟踪误差与轮廓误差的目的。本文的主要内容及成果如下:一、分析跟踪误差和轮廓误差产生的原因,综合分析国内外研究现状,深入研究跟踪误差与轮廓误差计算与控制策略的理论方法与应用,研究数控伺服控制系统的特点以及误差特点,分析PID控制理论在数控加工中的应用,通过MATLAB实现比例、积分、微分控制在PID控制中的作用分析,综合PID控制器参数整定方法。二、提出一种基于三点弧线理论的方法,首先要根据插值参考位点和加工过程中的实际位置,计算得到距离实际位置最近的参考位点,然后根据最近参考位置及其相邻的左右两点形成的近似外接圆弧,计算实际位置到该圆弧的距离,即求得刀尖位点轮廓误差,计算刀具方向轮廓误差时,引入等比例系数以保证刀尖位点与刀具方向坐标一致。基于三点弧线理论的算法,只需要考虑实际位置和距离实际位置最近的参考位点的坐标即可,计算法在较大曲率处也能精确计算。三、设计协同误差补偿算法,先分别设计跟踪误差补偿算法和轮廓误差补偿算法。首先,针对单轴的跟踪误差,采用闭环传递函数结合比例,微分控制环对单轴跟踪误差进行建模分析求得跟踪误差补偿值,并设计补偿算法,提高单轴的加工精度;然后,对轮廓误差进行建模分析,提出一种基于空间近似圆的算法计算轮廓误差大小,并设计轮廓误差补偿算法。通过实验验证所提跟踪误差计算算法和轮廓误差计算算法能在高速高曲率加工中达到理想的计算效果。四、得到跟踪误差和轮廓误差的补偿值之后,考虑各轴间的相互耦合作用,在传统交叉耦合控制的基础上,对耦合系统的稳定性进行分析,将跟踪误差误差补偿值与轮廓误差补偿值结合,计算综合轮廓误差补偿值,设计协同误差补偿算法,对轮廓误差和跟踪误差进行协同实时补偿。通过实验验证所提补偿算法在误差补偿前后有明显改善效果。