自上个世纪90年代中期起,随着科研人员对软件误差补偿及其实施技术研究的不断深入,以提高工件加工精度内容为主的相关文献和新技术不断涌出。研究取得的明显成果,反映出软件误差补偿技术具有广阔的应用前景和很强的实用性。目前,大部分CNC机床的误差补偿多是通过一台外部PC机,配以多种传感器来完成数据采集及补偿任务的,而补偿值则通过总线接口反馈到机床的CNC系统。此种方法虽然能够完成补偿任务,满足客户的要求,但其对现场条件要求较高、辅助实验设备需求量较大、调试较复杂、成本较高,最终导致该项技术难于市场化、产品化。对于我国大部分生产企业而言,需要的是功能上满足要求、安装、调试方便、易于操作和培训、可以适应不同环境、成本易于控制的市场化产品。基于上述原因,本课题针对三坐标数控机床,将软件误差补偿思想和硬件电路结合起来,开发了一种由单片机控制的误差补偿器。误差补偿器通过固化在单片机中的控制程序,取代PC机来实现误差补偿,并通过RS-232C接口实现误差补偿器与数控机床的通信。首先,本文以多体系统理论为基础,通过对机床抽象、总结和运动模型的分析,建立了考虑几何误差情况下的机床运动模型。针对实验对象ZK7640三坐标立式铣床给出了具体的建模过程,推导了考虑几何误差情况下实现精密加工条件的约束方程。同时,描述了机床几何误差源和运用九线法对机床误差参数的辨识方法。其次,阐述了误差补偿器的总体设计方案,包括硬件设计和软件设计的主要思路。硬件设计中具体介绍了误差补偿器的各功能模块的划分、单片机和其他关键芯片的功能及选型、各模块及辅助外围电路的原理图设计。在PCB设计中,重点对元器件的布局和布线进行了介绍,并针对不同的封装形式提出了不同的布局方案。此外,对硬件电路设计中用到的抗干扰技术进行了总结。软件部分详细阐述了与硬件功能相对应的系统软件的模块划分、各模块流程图的绘制和系统基本定义。本文采用单片机的C语言进行程序设计,并辅以汇编语言。文中给出了本系统的主程序和各功能模块的程序代码。最后,对误差补偿器进行调试,包括单片机硬件电路系统的静态调试、单片机应用程序软件的仿真调试以及单片机与PC机通信功能调试,从而验证本方法的正确性和有效性。