虛擬軸數(shù)控機(jī)床工作精度檢驗(yàn)方案

時間:2011-03-12 16:22:16 來源:未知

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)，各傳動鏈之間誤差作用是累積的。虛擬軸數(shù)控機(jī)床（又被稱為并聯(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）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)動效果耦合，具有精度高的潛在優(yōu)勢。

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，尚未見到ISO組織或某國針對虛擬軸數(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NAS979（國家航宇標(biāo)準(zhǔn)）制訂了“圓形—菱形—方形”試件切削實(shí)驗(yàn)（簡稱試切法）標(biāo)準(zhǔn)，我國也有類似的標(biāo)準(zhǔn)。

表1 為用試切法對數(shù)控萬能工具銑床進(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。

利用試切法檢測機(jī)床工作精度，對試件精度檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)條件要求高，實(shí)驗(yàn)周期較長，且因大多數(shù)切削運(yùn)動沿X-Y平面進(jìn)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(jī)床的所有性能。最新的國際機(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，對機(jī)床工作精度進(jìn)行迅速而有效的檢測。

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(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(diǎn)絕對誤差：?oo₁為動、靜坐標(biāo)系原點(diǎn)間距離誤差：R為任意時刻動、靜坐標(biāo)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：#p#分頁標(biāo)題#e#B_i是動平臺鉸鏈點(diǎn)相對坐標(biāo)，?B_i為其對應(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，以評價其工作精度。虛擬軸數(shù)控機(jī)床工作精度的檢驗(yàn)

3 結(jié)束語

工作精度是衡量機(jī)床性能的重要指標(biāo)。雖然通過試件切削實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)數(shù)控機(jī)床工作精度已有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，但是適用于虛擬軸數(shù)控機(jī)床工作精度檢驗(yàn)的試切法尚處于探索階段。本文分析了傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床工作精度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)虛擬軸數(shù)控機(jī)床與其的本質(zhì)區(qū)別，擬訂了新型虛擬軸數(shù)控機(jī)床定姿態(tài)工作精度檢驗(yàn)方案，并對變姿態(tài)工作精度檢驗(yàn)提出了建議，供相關(guān)研究人員參考。

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虛擬軸數(shù)控機(jī)床工作精度檢驗(yàn)方案

1 傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床工作精度的檢驗(yàn)

2 虛擬軸數(shù)控機(jī)床工作精度檢驗(yàn)方案的制訂

3 結(jié)束語

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