五轴数控机床动态精度检验试件曲面作用机理研究

摘要

随着数控机床朝着高速、高精度方向的发展，基于试件切削检测数控机床精度的方法受到国内外机床厂商和制造企业的重视。经过半个多世纪的发展，检验试件已经由最初的三轴NAS979试件，逐渐发展成NAS圆锥台试件、四角锥台试件、中国S试件、德国S试件等多个检验试件集合。这些试件的几何特征各不相同，机床加工各种检验试件后，通过检测零件的加工质量可以大致判定机床存在的问题。一般而言，检验试件是几种特征的综合，在实际切削中，多种特征融合的试件更能反映机床的综合性能。然而，由于五轴机床检验试件的复杂性，往往很难对试件加工后的误差进行溯源，即很难判断试件几何特征与机床性能的相关性。因此，有必要对试件的几何特征进行分离，找出单一特征曲面的作用机理，这不仅有助于探求各几何特征曲面下机床的运动规律，而且为基于试件的切削溯源机床误差提供理论支撑。本文从四种常用的五轴数控机床检验试件出发，主要研究内容如下：
　　1.分析常用五轴数控机床检验试件的造型方法、几何特征及加工特性。通过构建各试件的三维模型，确定试件建模的唯一性，并对各试件的几何特征进行分析。根据四种试件的NC代码，分析各轴运动时的加速度变化情况，得到机床运动状态在试件型面上对应的几何特征。
　　2.研究检验试件不同几何特征和机床加工特性之间的对应关系。通过分离检验试件的单一几何特征，研究机床在加工扭曲角特征时减小原理误差的方法，分别对曲率及曲率连续性两种特征下机床的运动状态进行分析，归纳出不同曲面特征下机床的运动特性。
　　3.在同一台机床上对比切削常用五轴检验试件（中国S件和德国S件），根据试件的加工质量对比出中国S试件的优越性。通过构造一种具备两种重要几何特征的新型检验试件，分析机床在加工新型检验试件时的运动规律，通过切削试件验证机床切削单一特征曲面时的运动特性。