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21世紀的機床 提高精度是關(guān)鍵
閱讀:1577 發(fā)布時間:2010-1-20并聯(lián)機床(ParallelMachineTools),又稱并聯(lián)結(jié)構(gòu)機床(ParallelStructuredMachineTools)、虛擬軸機床(VirtualAxisMachineTools),也曾被稱為六條腿機床、六足蟲(Hexapods)。并聯(lián)機床是基于空間并聯(lián)機構(gòu)Stewart平臺原理開發(fā)的,是近年才出現(xiàn)的一種新概念機床,它是并聯(lián)機器人機構(gòu)與機床結(jié)合的產(chǎn)物,是空間機構(gòu)學、機械制造、數(shù)控技術(shù)、計算機軟硬技術(shù)和CAD/CAM技術(shù)高度結(jié)合的高科技產(chǎn)品。
它克服了傳統(tǒng)機床串聯(lián)機構(gòu)刀具只能沿固定導軌進給、刀具作業(yè)自由度偏低、設(shè)備加工靈活性和機動性不夠等固有缺陷,可實現(xiàn)多坐標聯(lián)動數(shù)控加工、裝配和測量多種功能,更能滿足復雜特種零件的加工。自其1994年在美國芝加哥機床展上面世即被譽為是“21世紀的機床”,成為機床家族中zui有生命力的新成員。
自其問世以來,并聯(lián)機床的研發(fā),總體上仍處于研究、試制、試用階段,對并聯(lián)機床的動力學特性及其加工精度影響規(guī)律等研究內(nèi)容還處在起步階段。以犧牲工作空間和靈活度為代價,試圖獲得高剛度、高承載能力、良好的運動特性,但到目前為止,國內(nèi)外所開發(fā)出的并聯(lián)機床并未達到所期望的精度能力。
影響精度的因素
加工精度是評價機床特性的重要指標之一,也可用誤差來間接描述。影響并聯(lián)機床精度的因素很多,可從歸為兩個方面:
1、根據(jù)誤差隨時間的變化特性,將其分為靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差。靜態(tài)誤差,是指在不考慮刀具變形的情況下,并聯(lián)機床在恒定栽荷下處于靜力平衡狀態(tài)時末端刀具的位恣,與機床不受載荷情形下末端刀具位姿的差異。它主要受機床結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差、零部件載變形量的影響。加工過程中的熱變形,同樣會引起末端刀具位姿的偏差,它是一種變化緩慢的、準靜態(tài)的誤差源。
動態(tài)誤差,是指機床處于動態(tài)切削力作用下時,切削力的波動性、驅(qū)動力的波動性零部件及機床系統(tǒng)的柔性等引起的振動、沖擊等,導致末端刀具位姿與理想位姿的偏差。
2、根據(jù)引起誤差的要素,將其分為幾何誤差和物理誤差。
幾何誤差,是指組成機床的各個五一節(jié)存在幾何尺寸上的誤差,一般只從剛體運動學上考慮。零部件制造公差、安裝誤差、驅(qū)動關(guān)節(jié)位移誤差等屬于幾何誤差。物理誤差,是指環(huán)境因素引起的誤差,如溫度變化、受力等導致機床末端執(zhí)行器的誤差。
目前,針對幾何誤差源對精度的影響規(guī)律的研究比較深入,而對物理誤差源對精度影響規(guī)律的研究則比較籠統(tǒng)。要獲得符合實際切削加工過程的精度變化規(guī)律,一個重要的途徑就是分析動態(tài)載荷對加工精度的影響,包括載荷的影響(系統(tǒng)的靜剛度問題)和載荷動態(tài)變化的影響(系統(tǒng)動剛度問題)和載荷的動態(tài)變化引起的振動對精度的影響。
提高精度的對策
由于各誤差源之間的耦合作用,因此機床的精度是由綜合誤差決定的,有時消除或減小單項誤差往往不能獲得預期的效果。不僅要對單項誤差對精度的影響規(guī)律作進一步研究,還要對各單項誤差的耦合、綜合效應進行研究。可以從以下幾個方面入手:
1、在幾何誤差的研究上,矢量環(huán)路分析法比較成熟,蛤需進一步提高結(jié)構(gòu)參數(shù)的有效測量及標定精度。
2、在靜剛度特性方面,目前在實際試驗中多采用預載以消除間隙的影響,但在動剛度特性方面,由于切削載荷動態(tài)變化,間隙成為一個隨機量,因此可用概率方法。
3、在動態(tài)特性,尤其是振動的影響方面,對過大量試驗獲得振動特性參數(shù)。
4、建立綜合誤差模型。在幾何誤差的基礎(chǔ)上,考慮剛度特性引起的變形量及zui終的偏差量,從理論上講,只需要將其折算為位置誤差或桿長誤差即可。但要將振動引起的偏差量綜合考慮進行,需要考察其有關(guān)機理,因為它是高頻變化量。
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