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CNC加工中心動態(tài)特性與s形試件輪廓差映射關(guān)系
閱讀：168 發(fā)布時間：2020-8-11伯特利數(shù)控 加工中心 鉆攻中心
前言：
現(xiàn)代CNC加工中心正在向高精度，高速化方向不斷發(fā)展，對其性能、精度及效率等方面的要求也隨之不斷提高。CNC加工中心的精度表現(xiàn)與加工中心設(shè)計、制造裝配、伺服驅(qū)動、CNC系統(tǒng)、材料等都密切相關(guān)。而在CNC加工中心的加工過程中，相比幾何精度、熱變形等造成的誤差，加工中心動態(tài)性能對加工中心加工精度的影響較為突出，占據(jù)加工中心全部加工誤差的主要部分[1]。
檢測加工中心動態(tài)性能的方法通常有兩種：①通過儀器檢測，主要包括球桿儀、激光干涉儀、圓光柵等[2]，可以有效測量單軸的定位誤差、反向間隙及加工中心各運(yùn)動軸運(yùn)動平面圓度誤差等。張云[3]設(shè)計了一種五坐標(biāo)動態(tài)精度檢測工具，該工具能夠結(jié)合RTCP功能準(zhǔn)確地對加工中心進(jìn)行動態(tài)精度檢驗，并能有效避免由于各種原因引起的檢測誤差。②通過加工典型標(biāo)準(zhǔn)試件來檢測，目前有美國航天工業(yè)協(xié)會提出的NAS979圓錐臺試件、標(biāo)準(zhǔn)化組織提出的ISO檢測試件等。范世平等[4]提出了通過NAS979圓錐臺試件對AC雙擺頭型五軸CNC加工中心加工精度的檢測方法。Ohta等[5]分析了五軸CNC加工中心動態(tài)特性變化對四角錐臺輪廓誤差的影響。中航工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司針對加工中心性能檢測，制造了一種S形檢測試件W。S形試件是通過在上下兩個等距離平面經(jīng)過給定的5()個標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)分別構(gòu)建一條s形三階樣條曲線，通過上下兩條樣條曲線構(gòu)造直紋面，將直紋面拉厚，再加上矩形基座構(gòu)成的。
杜麗等[7]研究了 s形試件在幾何造型方面的特性,證明了 s形試件的加工能夠體現(xiàn)加工中心多軸聯(lián)動精度及加工中心的動態(tài)剛度性能。王偉等[8]通過仿真和實驗討論了加工中心一些重要參數(shù)對于s形試件加工誤差的影響，并給出了加工精度的預(yù)測和分析方法。彭志軍等1X1提出了一種基于3形試件檢測量結(jié)果及RTCP精度檢驗的用于加工中心動態(tài)精度快速檢測與優(yōu)化的方法，并在多臺加工中心上展開應(yīng)用。
S形試件具有薄壁，剛性差，幾何特征上又擁有連續(xù)變化的開閉角、扭曲角及平面曲率等特點(diǎn)，其加工精度能夠反映加工中心的加工性能，考驗加工中心的加工能力。但目前關(guān)于S形試件加工精度與加工中心動態(tài)性能之間的映射關(guān)系的研究未見，不能通過S形試件的加工誤差對加工中心的動態(tài)性能作出定性和定量的分析，對加工中心誤差的溯源和辨識缺乏映射關(guān)系的指導(dǎo)。由于S形試件具有對稱性，故本文主要針對選取S形試件的A面進(jìn)行輪廓誤差與機(jī)床動態(tài)特性之間映射關(guān)系的分析和研究。
1仿真模型的建立
1.1運(yùn)動軸進(jìn)給系統(tǒng)建模
CNC加工中心進(jìn)給系統(tǒng)的仿真建模已經(jīng)十分成熟，文獻(xiàn)[10-11]分別通過對平動軸與旋轉(zhuǎn)軸伺服結(jié)構(gòu)與機(jī)械結(jié)構(gòu)的簡化，基于PID控制原理將進(jìn)給系統(tǒng)通過傳遞函數(shù)的方式進(jìn)行建模分析。CNC加工中心的進(jìn)給控制系統(tǒng)一般采用三環(huán)控制，即電流控制環(huán)、速度控制環(huán)與位置控制環(huán)。由于電流環(huán)的響應(yīng)非常快，并且在加工中心中經(jīng)過初始設(shè)定后一般不再改變，所以本文將一般的三環(huán)結(jié)構(gòu)伺服系統(tǒng)簡化為位置環(huán)、速度環(huán)兩環(huán)控制的進(jìn)給伺服系統(tǒng)，并參照文獻(xiàn)[10-11 ]建立了進(jìn)給系統(tǒng)的模型。如圖1所示。
平動軸與旋轉(zhuǎn)軸的進(jìn)給系統(tǒng)輸人分別是位移與旋轉(zhuǎn)角度，其進(jìn)給系統(tǒng)性能決定了加工中心的工作性能和加工精度，所以為保證進(jìn)給系統(tǒng)的輸出能滿足要求，進(jìn)給系統(tǒng)應(yīng)具有定位精度高以及速度調(diào)節(jié)快的性能。本文分別給出了平動軸與旋轉(zhuǎn)軸的進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型（圖2、圖3)，并給出了主要的仿真參數(shù)(表1)。