新型變軸數(shù)控機(jī)床定姿態(tài)工作精度檢驗(yàn)方案提出建議

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傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床按照笛卡兒坐標(biāo)體系設(shè)計(jì)，屬串聯(lián)相接、層疊嵌套的懸臂結(jié)構(gòu)，各傳動(dòng)鏈之間誤差作用是累積的。虛擬軸數(shù)控機(jī)床(又被稱(chēng)為并聯(lián)機(jī)床，六條腿機(jī)床，虛擬軸機(jī)床或新型敏捷制造加工中心)是機(jī)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(jī)構(gòu)(Stewart 平臺(tái))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(jī)床各伸縮桿的運(yùn)動(dòng)效果耦合，具有精度高的潛在優(yōu)勢(shì)。

機(jī)床精度檢驗(yàn)通常包括幾何精度、位置精度和工作精度檢驗(yàn)。目前，尚未見(jiàn)到ISO組織或某國(guó)針對(duì)虛擬軸數(shù)控機(jī)床精度檢驗(yàn)制訂的標(biāo)準(zhǔn)。本文參照傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床精度檢驗(yàn)的內(nèi)容，并結(jié)合虛擬軸數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)，擬訂了其工作精度檢驗(yàn)方案。

1 傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床工作精度的檢驗(yàn)

圍繞傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床工作精度的檢驗(yàn)，美國(guó)NAS979(國(guó)家航宇標(biāo)準(zhǔn))制訂了“圓形—菱形—方形”試件切削實(shí)驗(yàn)(簡(jiǎn)稱(chēng)試切法)標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)也有類(lèi)似的標(biāo)準(zhǔn)。

表1 為用試切法對(duì)數(shù)控萬(wàn)能工具銑床進(jìn)行精度檢驗(yàn)的方法。

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

利用試切法檢測(cè)機(jī)床工作精度，對(duì)試件精度檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)條件要求高，實(shí)驗(yàn)周期較長(zhǎng)，且因大多數(shù)切削運(yùn)動(dòng)沿X-Y平面進(jìn)行，并未評(píng)價(jià)X-Z、Y-Z平面的精度，故無(wú)法評(píng)估傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的所有性能。最新的國(guó)際機(jī)床檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)推薦用球桿儀檢驗(yàn)法取代NAS 979試切法，對(duì)機(jī)床工作精度進(jìn)行迅速而有效的檢測(cè)。

2 虛擬軸數(shù)控機(jī)床工作精度檢驗(yàn)方案的制訂

機(jī)床機(jī)構(gòu)模型圖

虛擬軸數(shù)控機(jī)床與傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的區(qū)別在于其加工誤差是各伸縮桿長(zhǎng)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(yàn)方案。盡管在傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床工作精度檢驗(yàn)中，球桿儀檢測(cè)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(wú)法直接用于虛擬軸數(shù)控機(jī)床工作精度檢驗(yàn)，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(jī)床工作精度的檢驗(yàn)

虛擬軸數(shù)控機(jī)床的機(jī)構(gòu)模型如圖所示，其誤差表達(dá)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(zhǎng)矢量，其對(duì)應(yīng)的誤差為?L_i;l_i=L_i/L_i：?a_i為靜平臺(tái)鉸鏈點(diǎn)絕對(duì)誤差：?oo₁為動(dòng)、靜坐標(biāo)系原點(diǎn)間距離誤差：R為任意時(shí)刻動(dòng)、靜坐標(biāo)系間姿態(tài)變換矩陣，當(dāng)動(dòng)平臺(tái)姿態(tài)不變時(shí)，R=E(單位矩陣)，R'為R對(duì)應(yīng)的誤差：B_i是動(dòng)平臺(tái)鉸鏈點(diǎn)相對(duì)坐標(biāo)，?B_i為其對(duì)應(yīng)的誤差。

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

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技術(shù)

新型變軸數(shù)控機(jī)床定姿態(tài)工作精度檢驗(yàn)方案提出建議

1 傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床工作精度的檢驗(yàn)

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