新型變軸數(shù)控機床定姿態(tài)工作精度檢驗方案提出建議

時間：2008-09-21瀏覽：826次收藏

傳統(tǒng)數(shù)控機床按照笛卡兒坐標體系設(shè)計，屬串聯(lián)相接、層疊嵌套的懸臂結(jié)構(gòu)，各傳動鏈之間誤差作用是累積的。虛擬軸數(shù)控機床(又被稱為并聯(lián)機床，六條腿機床，虛擬軸機床或新型敏捷制造加工中心)是機床家族的新成員，它拋棄了傳統(tǒng)的固定導(dǎo)軌刀具導(dǎo)向方式，采用了六自由度并聯(lián)機構(gòu)(Stewart 平臺)為其結(jié)構(gòu)主體，因而理論上可以加工任意復(fù)雜曲面零件(如葉輪、模具等)。另外，這種新型機床各伸縮桿的運動效果耦合，具有精度高的潛在優(yōu)勢。

機床精度檢驗通常包括幾何精度、位置精度和工作精度檢驗。目前，尚未見到ISO組織或某國針對虛擬軸數(shù)控機床精度檢驗制訂的標準。本文參照傳統(tǒng)數(shù)控機床精度檢驗的內(nèi)容，并結(jié)合虛擬軸數(shù)控機床的特點，擬訂了其工作精度檢驗方案。

1 傳統(tǒng)數(shù)控機床工作精度的檢驗

圍繞傳統(tǒng)數(shù)控機床工作精度的檢驗，美國NAS979(國家航宇標準)制訂了“圓形—菱形—方形”試件切削實驗(簡稱試切法)標準，我國也有類似的標準。

表1 為用試切法對數(shù)控萬能工具銑床進行精度檢驗的方法。

從表1可知，試切法通過四種方式分別檢驗機床沿X坐標的直線度:X、Y、Z坐標相互之間的垂直度：數(shù)控插補的直線度、圓度以及X-Y平面上孔的位置精度等項目。另外，此法根據(jù)數(shù)控機床各坐標的行程范圍，確定切削試件的相應(yīng)尺寸。這樣規(guī)定是因為傳統(tǒng)機床各坐標的誤差與行程之間為線性映射，因而利用小尺寸試件檢驗大行程的工作精度具有合理性。

利用試切法檢測機床工作精度，對試件精度檢驗實驗條件要求高，實驗周期較長，且因大多數(shù)切削運動沿X-Y平面進行，并未評價X-Z、Y-Z平面的精度，故無法評估傳統(tǒng)數(shù)控機床的所有性能。最新的國際機床檢驗標準推薦用球桿儀檢驗法取代NAS 979試切法，對機床工作精度進行迅速而有效的檢測。

2 虛擬軸數(shù)控機床工作精度檢驗方案的制訂

機床機構(gòu)模型圖

虛擬軸數(shù)控機床與傳統(tǒng)數(shù)控機床的區(qū)別在于其加工誤差是各伸縮桿長度誤差以及鉸鏈中心位置誤差的復(fù)雜非線性映射，因此，需要擬訂適當(dāng)?shù)墓ぷ骶葯z驗方案。盡管在傳統(tǒng)數(shù)控機床工作精度檢驗中，球桿儀檢測法更多地取代試切法，但由于隨球桿儀提供的誤差診斷軟件目前無法直接用于虛擬軸數(shù)控機床工作精度檢驗，因而試切法成為這里的首選方法。

制定方案的理論依據(jù)

虛擬軸數(shù)控機床工作精度的檢驗

虛擬軸數(shù)控機床的機構(gòu)模型如圖所示，其誤差表達式為 ?L_i=l_i·?a_i-li·?oo₁-l_i·(R'B_i)-l_i·(R?B_i)式中L_i為各伸縮桿的桿長矢量，其對應(yīng)的誤差為?L_i;l_i=L_i/L_i：?a_i為靜平臺鉸鏈點絕對誤差：?oo₁為動、靜坐標系原點間距離誤差：R為任意時刻動、靜坐標系間姿態(tài)變換矩陣，當(dāng)動平臺姿態(tài)不變時，R=E(單位矩陣)，R'為R對應(yīng)的誤差：B_i是動平臺鉸鏈點相對坐標，?B_i為其對應(yīng)的誤差。

從上式可知，由于虛擬軸數(shù)控機床刀具位姿誤差與伸縮桿長度誤差存在非線性映射關(guān)系，小尺寸試件的精度不能準確反映大尺寸工作空間的工作精度，因而需選擇與機床工作空間范圍尺寸相當(dāng)?shù)脑嚰M行切削，以評價其工作精度。

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1 傳統(tǒng)數(shù)控機床工作精度的檢驗

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