新型变轴数控机床定姿态工作精度检验方案提出建议

金利如

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。
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。
1 传统数控机床工作精度的检验
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。

% m0 L* s7 j, o5 s; p                               
登录/注册后可看大图

8 g# E5 S. O" w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。
0 V) T2 ?2 H* {2 {- R/ t2 虚拟轴数控机床工作精度检验方案的制订
) J4 L( b  i) _" D

: v6 `# c; b1 o$ g) |, C                               
登录/注册后可看大图

$ w7 p% i- y) F: w+ c& M. r4 C3 Q机床机构模型图