虚拟轴数控机床工作精度检验方法探讨

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传统数控机床按照笛卡儿坐标体系设计，属串联相接、层叠嵌套的悬臂结构，各传动链之间误差作用是累积的。虚拟轴数控机床(又被称为并联机床，六条腿机床，虚拟轴机床或新型敏捷制造加工中心)是机床家族的新成员，它抛弃了传统的固定导轨刀具导向方式，采用了六自由度并联机构(Stewart 平台)为其结构主体，因而理论上可以加工任意复杂曲面零件(如叶轮、模具等)。另外，这种新型机床各伸缩杆的运动效果耦合，具有精度高的潜在优势。
5 Z4 w. F' Q& F6 z. @0 s机床精度检验通常包括几何精度、位置精度和工作精度检验。目前，尚未见到ISO组织或某国针对虚拟轴数控机床精度检验制订的标准。本文参照传统数控机床精度检验的内容，并结合虚拟轴数控机床的特点，拟订了其工作精度检验方案。
* u/ S; s, w$ O3 W4 q; j! W% S& h1 传统数控机床工作精度的检验
4 Y# N6 o4 ~) R# o7 S围绕传统数控机床工作精度的检验，美国NAS979(国家航宇标准)制订了“圆形—菱形—方形”试件切削实验(简称试切法)标准，我国也有类似的标准。
表1 为用试切法对数控万能工具铣床进行精度检验的方法。
1 A+ ]/ J, N+ E0 A: x: q- k
从表1可知，试切法通过四种方式分别检验机床沿X坐标的直线度:X、Y、Z坐标相互之间的垂直度：数控插补的直线度、圆度以及X-Y平面上孔的位置精度等项目。另外，此法根据数控机床各坐标的行程范围，确定切削试件的相应尺寸。这样规定是因为传统机床各坐标的误差与行程之间为线性映射，因而利用小尺寸试件检验大行程的工作精度具有合理性。
利用试切法检测机床工作精度，对试件精度检验实验条件要求高，实验周期较长，且因大多数切削运动沿X-Y平面进行，并未评价X-Z、Y-Z平面的精度，故无法评估传统数控机床的所有性能。最新的国际机床检验标准推荐用球杆仪检验法取代NAS 979试切法，对机床工作精度进行迅速而有效的检测。
. R/ h" a: h. v4 B2 虚拟轴数控机床工作精度检验方案的制订

4 {+ f1 b$ C8 l5 \- h- t6 U' ]机床机构模型图