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前言：

隨著制造業(yè)的高速發(fā)展，人們對數(shù)控加工中心精度的要求愈加苛刻，作為工業(yè)制造的母機(jī)，其精度直接影響產(chǎn)二的質(zhì)量，捉•高數(shù)控加工中心精度成為眾多^業(yè)和研宄機(jī)構(gòu)的熱門話題。從表現(xiàn)形式上看加工中心精度可分為兩大類^[1]:由幾何誤差和熱誤差引起的,與加工中心進(jìn)給率大小無關(guān)的準(zhǔn)靜態(tài)精度；由于伺服作用和加減速過程中的結(jié)構(gòu)變形、振動(dòng)，且隨進(jìn)給率大小而變化的動(dòng)態(tài)精度，包括伺服跟隨誤差、切削力下的受力變形及振動(dòng)，在五軸加工中心中動(dòng)態(tài)精度占比較人，m式件[力削足-種較好檢驗(yàn)加工中心動(dòng)態(tài)精度的方法，是對加工中心實(shí)際工作條件下精度的嚴(yán)格考驗(yàn)。

國家自然科學(xué)基金(51205048)和國家科技重大專項(xiàng)(2014ZX04014-031)資助項(xiàng)目。20160219收到初稿，20161021收到修改稿

數(shù)控加工中心精度檢驗(yàn)的方法主要分為兩類^p]:①利用儀器直接對加工中心的精度進(jìn)行檢驗(yàn)；②通過機(jī)床加工具有特定幾何特性的試件，測量加工后試件的誤差從而間接反映加工中心的精度。文獻(xiàn)[3]中介紹了利川激光干涉儀、自動(dòng)準(zhǔn)]'I:儀、水f儀、球桿儀、乎面光柵以及R-Test等儀器對加工中心的單項(xiàng)幾何精度和聯(lián)動(dòng)精度進(jìn)hM眾驗(yàn)。文獻(xiàn)丨4丨十介紹f通過切Hi丨NAS圓錐臺(tái)試件、四角錐臺(tái)試件、德國NCG2005試件以及中國“S”試件，并測量其切削精度，從而間接反映五軸數(shù)控加工中心的精度。然而應(yīng)用儀器來對加工中心的精度進(jìn)行檢驗(yàn)，多是在加工中心靜止?fàn)顟B(tài)或低速無載荷下進(jìn)行，無法真實(shí)地反映加工中心在實(shí)際工作中產(chǎn)生的伺服系統(tǒng)誤差、多軸聯(lián)動(dòng)誤差以及熱變形和振動(dòng)誤差，因此具有一定的局限性^[5]。在加工中心實(shí)際運(yùn)動(dòng)過程中，加工中心受到材料、環(huán)境溫度、刀具性能以及切削工況等的影響，極易造成加工誤差，而

對具有特定幾何特性試件的加:I:,能夠A觀真實(shí)地反映加工中心的加工性能，更好地檢驗(yàn)加工中心的精度，這種間接檢驗(yàn)加工中心精度的方法受到青睞。

對各種檢驗(yàn)試件特性的分析能夠從理論層面理解其具濟(jì)檢驗(yàn)性能的原因，迎過分析所加工試忭的輪廓誤差，有助于更好地找出輪廓誤差與加工中心動(dòng)態(tài)精度之間的對應(yīng)關(guān)系。常用的五軸數(shù)控加工中心精度檢驗(yàn)試件有美國航空航天局(NASA)于1969年提出的NAS979標(biāo)準(zhǔn)中的圓誰臺(tái)試件^|6],如圖I所兩；文獻(xiàn)[7]和[8]提出的四角錐臺(tái)試件，如圖2所示；德國工廠提出的類字母“S”試件，如圖3所示；以及中航工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限貨任公司提出的中國“S”試件[^9]，目前己納入ISO 10791-7標(biāo)準(zhǔn)草案，如閣4所示。本文將從幾何造型、兒何特性及加工特性三方面對這四種常用的檢驗(yàn)試件特性進(jìn)行對比分析，分析其具備檢驗(yàn)特性的關(guān)鍵，并最終評(píng)判出各種試件的優(yōu)劣性。

1四種檢驗(yàn)試件型面特征分析

五軸加工中心在加:兒何特征型面時(shí)，JI:刀具位姿、各軸進(jìn)給速度、加速度等需要不斷變化以適應(yīng)型面的幾何特性。這些參數(shù)的變化，對加工中心的伺

服系統(tǒng)性能提出了考驗(yàn)，極易暴露出加工中心的缺陷。試件的幾何造型決定了其不同的幾何特性，對各種檢驗(yàn)試件幾何造型的分析是分析試件幾何特性的前提。

圓錐臺(tái)試件：圓錐臺(tái)試件造型簡單，由半徑120mm，高80 mm,傾角為15°的圓錐構(gòu)成。為滿足五軸數(shù)控加工中心的加工，A要將JI:固定在上表面4水f面M 15°夾角的夾幾匕如圖1所示。

四角錐臺(tái)試件：圖2所示為四角錐臺(tái)，其構(gòu)型為在傾斜角為15°的“金字塔”上，削去塔尖而形成的一個(gè)菱形錐臺(tái)。同樣為了滿足五軸數(shù)控加工中心的加r’用一個(gè)傾角為1尸的突幾對其進(jìn)行裝夾

德國“S”試件：其由造型看似“S”形的緣條和矩形坫座構(gòu)成，其中“S”緣條側(cè)面為距離相差5() mm的h下基線構(gòu)成的直紋面，h下基線均由、條It線段和兩條半圓弧通過相切拼接而成，如圖3所示，上下兩個(gè)半圓經(jīng)過錯(cuò)位(兩圓心在水平面上的投影點(diǎn)距離約為4.4 mm)在中間平面處相切，形成了一個(gè)上下半圓不同軸的斜錐面。

屮國“S”試件：從外形上看，它與德國“S”試件大致相似，均由直紋面構(gòu)型的“ S ”緣條和矩形基座構(gòu)成，如闖4所示。不同的中國“S”試件的上下基線由距離為40 mm的兩條準(zhǔn)均勻3次B樣條曲線構(gòu)成，式(1)為準(zhǔn)均勻3次B樣條曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式^[1'每條基線由12個(gè)控制頂點(diǎn)和基函數(shù)組合而成，式(3)為基函數(shù)表達(dá)式。

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結(jié)束語：

本文針對四種常用的五軸數(shù)控加工中心檢驗(yàn)試件，分別分析了其幾何造型、幾何特性及加工特性，從結(jié)果來看，各試件之所以具備檢驗(yàn)加工中心動(dòng)態(tài)精度的功能，最關(guān)鍵的因素就在于其具備不同的幾何特性，迎過對比可以得到如F相關(guān)結(jié)論。

德國“S”試件屮不僅包含/圓錐臺(tái)試件的錐面幾何特征和四角錐臺(tái)試件的平面特征，還增加了開閉角轉(zhuǎn)換的區(qū)域，可以看作是兩者的綜合。在加工過程中，德國“S”試件的加速度跳變區(qū)域主要位于平面(1) 與圓錐面相切處及圓錐面的中間部位，其對加工中心的加減速性能提出了較苛刻的要求，較圓錐臺(tái)和四角錐臺(tái)兩種試件具有更強(qiáng)的檢驗(yàn)特性。

(2) 根據(jù)加工特性對比分析，加工中國“S”試件時(shí)加工中心各軸加速度跳變A較德國“S”試件多，主要集中在汗閉仂轉(zhuǎn)換處及曲率較大處，其+斷跳變的曲率+僅對加工中心的加減速性能提出更“的要求，而且對加工中心的動(dòng)剛度也是一種考驗(yàn)。通過在同一臺(tái)五軸加工中心上對兩種檢驗(yàn)試件的對比切削試驗(yàn)可以ft到，中國“S”試件的輪廓誤差明W較徳國“S”-'U-U'h人，這反映廣中國“s”試件難于加:1:的特點(diǎn)，更有利于檢驗(yàn)加工中心的加工性能。

(3) 中國“S”試件是一種復(fù)雜的自由曲面，具有豐富多樣的曲率變化和不同的曲面連續(xù)階次過渡區(qū)域，包含了更為廣泛的刀具空間姿態(tài)：開角、閉角及開閉角轉(zhuǎn)換區(qū)域及扭曲角，這對加工中心加減速變化性能和空間精度覆蓋考察更為全面。與單因素檢驗(yàn)試件相比，中國“S”試件的多因素檢驗(yàn)特性更貼近實(shí)際切削工況，史能完整地反映加工中心的動(dòng)態(tài)精度，有利于對加工中心進(jìn)行綜合性能評(píng)價(jià)，是一種較為理想的五軸數(shù)控加工中心檢驗(yàn)試件。

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