基于S形试件的五轴联动数控机床动态精度检测方法研究

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S形试件是中国机床行业提出的首个国际加工检测标准,目的是用于检测五轴联动数控机床的综合加工性能,尤其是弥补了传统检测试件在五轴联动数控机床动态精度检测上的不足。然而,目前关于S形试件在五轴联动数控机床动态精度检测机理、方法及评价指标方面的理论研究仍比较少。为了推广S形试件在五轴联动数控机床动态精度检测上的应用,论文从以下几个方面系统性地开展了基于S形试件的五轴联动数控机床动态精度检测方法的研究:(1)基于由构建的五轴联动数控机床机电耦合模型得到的动态误差传递函数简化形式,提出了延时连续法(DCM,delay continuous method),使得伺服进给系统动态误差可以用数学公式定量地进行表达,并基于DCM法制定了用于直观评价动态精度检测试件有效性的线性组合值(LCV,Linear Combinatorial Value)指标和组合线性组合值(CLCV,Combinatorial LCV)指标,上述两项指标的提出,不仅可以用于评价动态精度检测试件对五轴联动数控机床轴间联动性能的要求高低,还可以用于衡量加工前任意零件对五轴联动数控机床动态性能的要求高低,并且可以用于指导优化现有的标准检测试件或提出更好的新的动态精度检测试件。(2)提出了一种计算动态精度检测试件动态误差的新方法,使得五轴联动数控机床伺服进给系统动态误差对动态精度检测试件表面质量的影响分布情况得以量化表达,从理论上证明了S形试件相较于其它标准检测试件在五轴联动数控机床伺服进给系统动态误差检测中的优越性。(3)分析了五轴联动数控机床的多轴联动误差对刀具位姿误差的作用规律,建立了刀具位姿误差与试件动态误差的映射关系模型,基于此模型和对S形试件数控加工指令特性的分析结果,设计了11套轴间联动性能不匹配情况下,被加工S形试件动态误差分布情况的仿真实验,用来量化研究不同轴间联动性能对S形试件动态误差分布的作用规律,为基于S形试件的五轴联动数控机床的轴间联动误差溯源奠定了理论基础。(4)建立了一套具有统计学意义的用于分析轴间联动误差项相对重要性的S形试件动态误差灵敏度指标,量化定义了轴间联动误差源所引起的刀具位姿误差对被加工S形试件动态误差的贡献,准确地评价了关键轴间联动误差项,并提出了基于此灵敏度指标的五轴数控机床联动误差溯源方法,为五轴数控机床精度设计、动态误差辨识提供了重要的理论指导。
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