高速度高精度已经成为数控机床的一个主要发展方向,这对滚珠丝杠进给系统提出了更高的要求,随着进给速度的不断提升,动态误差已经成为限制滚珠丝杠进给系统精度提高的主要瓶颈,为了提高其动态精度,本文从以下几个方面开展了动力学建模、参数辨识和动态误差补偿研究:(1)通过螺母结合部力传递分析,揭示了螺母结合部切向扭矩传递特性,推导了切向扭矩与推力间数学模型;通过部件运动传递分析,建立了系统运动协调关系;根据赫兹接触理论,分析了预紧双螺母轴向变形;基于以上分析,建立了考虑切向扭矩传递的动力学模型。(2)为了开展参数辨识、动态误差特性分析和误差补偿等实验研究,设计开发了滚珠丝杠进给系统动态性能测试平台;基于预紧双螺母轴向刚度辨识需求,设计开发了双螺母预紧力调节装置,实现了预紧力连续调节与实时测量;根据刚度和摩擦力辨识需求,设计开发了轴向加载系统,实现了加载力动态调节与实时测量。(3)为了提高预紧双螺母轴向刚度辨识精度,引入滚珠、丝杠滚道和螺母滚道几何误差因素,建立了轴向刚度模型,实验与仿真结果表明,几何误差的引入提高了模型精度。针对滚珠丝杠进给系统多刚度辨识,提出部件刚度整体辨识方法及实验测试方法,从而提高了刚度辨识精度和效率。(4)基于Stribeck摩擦模型,建立了系统关键部件摩擦模型,针对模型中的参数,提出了基于系统动力学模型的摩擦力辨识方法;通过开展加载和变速实验,结合动力学模型仿真分析,实现了相关联摩擦参数的整体辨识,提高了摩擦力辨识精度和效率。通过频率特性分析,验证了动力学建模和参数辨识方法的准确性。(5)基于动力学模型和参数辨识结果,分析了结构参数和运动学参数对动态误差的影响规律;采用傅里叶变换和短时傅里叶变换,分析了动态误差波动的原因;提出了动态误差预测及实时补偿方法,并开展了典型轨迹动态误差补偿实验研究,结果表明动态精度得到显著提高,验证了所提出的动力学建模方法、参数辨识方法和动态误差补偿方法在提高动态精度方面的有效性。本文的研究工作为数控机床动力学建模、参数辨识及动态误差补偿研究提供了一定的理论基础和技术保障,对动态误差补偿的推广和实用化将起到积极的推动作用。