虛擬軸數控機床工作精度檢驗方案

傳統數控機床按照笛卡兒坐標體系設計，屬串聯相接、層疊嵌套的懸臂結構，各傳動鏈之間誤差作用是累積的。虛擬軸數控機床（又被稱為并聯機床，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，它拋棄了傳統的固定導軌刀具導向方式，采用了六自由度并聯機構（Stewart 平臺）為其結構主體，因而理論上可以加工任意復雜曲面零件（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控機床精度檢驗制訂的標準。本文參照傳統數控機床精度檢驗的內容，并結合虛擬軸數控機床的特點，擬訂了其工作精度檢驗方案。 1 傳統數控機床工作精度的檢驗圍繞傳統數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，此法根據數控機床各坐標的行程范圍，確定切削試件的相應尺寸。這樣規定是因為傳統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，故無法評估傳統數控機床的所有性能。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 虛擬軸數控機床工作精度檢驗方案的制訂

機床機構模型圖

虛擬軸數控機床與傳統數控機床的區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雜非線性映射，因此，需要擬訂適當的工作精度檢驗方案。盡管在傳統數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虛擬軸數控機床的機構模型如圖所示，其誤差表達式為 ?Li=li·?ai-li·?oo1-li·（R＇Bi）-li·（R?Bi）式中Li為各伸縮桿的桿長矢量，其對應的誤差為?Li;li=Li/Li：?ai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、靜坐標系間姿態變換矩陣，當動平臺姿態不變時，R=E（單位矩陣），R＇為R對應的誤差：