孫雨鋒 劉傳

摘 要：機(jī)床本身的性能決定了數(shù)控機(jī)床加工零件的精度質(zhì)量，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展水平?jīng)Q定著零件的精度水平。隨著航空航天，汽車制造業(yè)以及現(xiàn)代工裝模具的不斷發(fā)展，五軸數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用也在不斷的發(fā)展，本文討論分析了五軸加工中心的精度與誤差分析以及五軸數(shù)控機(jī)床的圓度誤差檢測(cè)。

關(guān)鍵詞：五軸數(shù)控機(jī)床;圓度誤差;精度

1 誤差建模原理與分析

五軸加工中心適用于葉輪、葉片、機(jī)翼等具有復(fù)雜曲面的高精度要求的零件加工，能夠完成一般機(jī)床不能加工和裝夾一次不能加工完成的曲面，大大節(jié)省了裝夾時(shí)間提高了工作效率;提高了空間曲面的精度與質(zhì)量。

1.1 誤差源分析

誤差源就是產(chǎn)生誤差的根源，分為外部誤差與內(nèi)部誤差兩種，其中對(duì)機(jī)床加工精度有影響的環(huán)境溫度、設(shè)備振動(dòng)、空氣濕度、操作因素等都屬于外部誤差;例如加工原理誤差、熱變形、刀具磨損等機(jī)床加工系統(tǒng)內(nèi)部因素都屬于內(nèi)部誤差。按照誤差的性質(zhì)又可以將誤差分為準(zhǔn)靜態(tài)誤差與動(dòng)態(tài)誤差，準(zhǔn)靜態(tài)誤差是指機(jī)床本身的表面質(zhì)量、幾何形狀，表面熱變形等差生的誤差;動(dòng)態(tài)誤差是指機(jī)床加工中的振動(dòng)、主軸的運(yùn)動(dòng)、機(jī)床的伺服系統(tǒng)等產(chǎn)生的誤差。如圖1為機(jī)床中誤差的來源。

1.2 誤差建模

誤差模型建立的主要步驟為：

（1）機(jī)床各個(gè)部件坐標(biāo)系的建立，在對(duì)誤差進(jìn)行分析的時(shí)候，首先需要進(jìn)行坐標(biāo)系建立，通過機(jī)床建立兩個(gè)坐標(biāo)系，分別為床身到工件另一個(gè)是到刀具。

（2）各部件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的變換矩陣建立，在坐標(biāo)系建立完成之后，需要對(duì)機(jī)床各個(gè)部件和運(yùn)動(dòng)進(jìn)行矩陣特征建立。

（3）刀具與工件之間運(yùn)動(dòng)變換關(guān)系的建立，在機(jī)床的加工過程中，機(jī)床的刀具運(yùn)動(dòng)和切削路線是一致的，所以需要建立他們之間的關(guān)系。

（4）綜合誤差模型的建立，在機(jī)床加工中由于運(yùn)動(dòng)和指令之間會(huì)存在偏離，所以建立誤差模型。

2 空間誤差分析

在機(jī)床的誤差分析中，是通過激光干涉儀來進(jìn)行誤差分析的，所以在機(jī)床分析中，需要進(jìn)行空間誤差分析，而激光干涉儀是通過特殊的氣體進(jìn)行電管外產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)在外力的作用下會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)不同頻率的激光，這兩個(gè)不同的激光利用輸出的不同強(qiáng)度的光在控制電陶瓷圓筒的伸縮，最終達(dá)到一個(gè)頻率穩(wěn)定的檢測(cè)磁場(chǎng)，通過這個(gè)磁場(chǎng)檢測(cè)直線度，圖2為激光檢測(cè)直線度的示意圖。

通過這種方法進(jìn)行測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)有：

（1）通過這個(gè)激光方法可以對(duì)零件的直線、垂直、俯仰等幾何尺寸進(jìn)行檢測(cè);

（2）在激光干涉儀的工裝中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)精度的補(bǔ)償，避免誤差的產(chǎn)生，影響最終結(jié)果;

（3）該種檢測(cè)方法中添加雙軸定位精度的檢測(cè)方法，以及檢測(cè)的補(bǔ)償;

（4）利用激光檢測(cè)機(jī)床的時(shí)候，動(dòng)態(tài)性能非常強(qiáng)，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行變化，避免出現(xiàn)狀況不能進(jìn)行更改。

3 圓度誤差與R-TEST

在五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的控制系統(tǒng)中一般都采用閉環(huán)或者半閉環(huán)控制系統(tǒng)，在機(jī)床的圓檢測(cè)過程中，存在不同的誤差形式，影響機(jī)床的加工精度，機(jī)床的圓度誤差分析原理是通過采用機(jī)床兩個(gè)軸之間的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，產(chǎn)生圓軌跡，在這個(gè)軌跡中會(huì)疊加多個(gè)誤差源，在對(duì)這些誤差源進(jìn)行函數(shù)分析，將這些函數(shù)進(jìn)行疊加計(jì)算得出總的誤差，將這個(gè)計(jì)算出來的總誤差與實(shí)際測(cè)量進(jìn)行分析，在通過分析每個(gè)誤差在總誤差中的百分比，分析出圓度誤差中的誤差源。

機(jī)床的精度決定零件的質(zhì)量，而機(jī)床的精度控制中，難點(diǎn)在于機(jī)床靜態(tài)精度及終端多軸聯(lián)動(dòng)精度的檢測(cè)與控制，R-TEST機(jī)構(gòu)就是測(cè)量精度高、多尺度實(shí)時(shí)測(cè)量的裝置，該機(jī)構(gòu)可以通過對(duì)零件的外形位置尺寸進(jìn)行測(cè)量和測(cè)量桿的變化，計(jì)算出該零件空間內(nèi)的某個(gè)點(diǎn)的空間位置，得到零件內(nèi)部某個(gè)點(diǎn)的尺寸。

4 結(jié)論

五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床在加工中精度高，結(jié)構(gòu)性能強(qiáng)，但同時(shí)需要的誤差控制也非常高，本文研究分析五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的誤差原理，通過對(duì)機(jī)床誤差進(jìn)行建模分析，控制關(guān)鍵的誤差位置，保證機(jī)床的加工精度，通過對(duì)機(jī)床空間的誤差分析，在通過激光干涉儀器進(jìn)行機(jī)床檢測(cè)，在通過分析數(shù)據(jù)，最終知道誤差的來源，在進(jìn)行控制，最終保證機(jī)床的加工精度。

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