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前言：

隨著制造業的高速發展，人們對數控加工中心精度的要求愈加苛刻，作為工業制造的母機，其精度直接影響產二的質量，捉•高數控加工中心精度成為眾多^業和研宄機構的熱門話題。從表現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,與加工中心進給率大小無關的準靜態精度；由于伺服作用和加減速過程中的結構變形、振動，且隨進給率大小而變化的動態精度，包括伺服跟隨誤差、切削力下的受力變形及振動，在五軸加工中心中動態精度占比較人，m式件[力削足-種較好檢驗加工中心動態精度的方法，是對加工中心實際工作條件下精度的嚴格考驗。

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

數控加工中心精度檢驗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行檢驗；②通過機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[3]中介紹了利川激光干涉儀、自動準]'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幾何精度和聯動精度進hM眾驗。文獻丨4丨十介紹f通過切Hi丨NAS圓錐臺試件、四角錐臺試件、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控加工中心的精度。然而應用儀器來對加工中心的精度進行檢驗，多是在加工中心靜止狀態或低速無載荷下進行，無法真實地反映加工中心在實際工作中產生的伺服系統誤差、多軸聯動誤差以及熱變形和振動誤差，因此具有一定的局限性^[5]。在加工中心實際運動過程中，加工中心受到材料、環境溫度、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觀真實地反映加工中心的加工性能，更好地檢驗加工中心的精度，這種間接檢驗加工中心精度的方法受到青睞。

對各種檢驗試件特性的分析能夠從理論層面理解其具濟檢驗性能的原因，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態精度之間的對應關系。常用的五軸數控加工中心精度檢驗試件有美國航空航天局(NASA)于1969年提出的NAS979標準中的圓誰臺試件^|6],如圖I所兩；文獻[7]和[8]提出的四角錐臺試件，如圖2所示；德國工廠提出的類字母“S”試件，如圖3所示；以及中航工業成都飛機工業(集團)有限貨任公司提出的中國“S”試件[^9]，目前己納入ISO 10791-7標準草案，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試件特性進行對比分析，分析其具備檢驗特性的關鍵，并最終評判出各種試件的優劣性。

1四種檢驗試件型面特征分析

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

服系統性能提出了考驗，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，對各種檢驗試件幾何造型的分析是分析試件幾何特性的前提。

圓錐臺試件：圓錐臺試件造型簡單，由半徑120mm，高80 mm,傾角為15°的圓錐構成。為滿足五軸數控加工中心的加工，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。

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

德國“S”試件：其由造型看似“S”形的緣條和矩形坫座構成，其中“S”緣條側面為距離相差5() mm的h下基線構成的直紋面，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，上下兩個半圓經過錯位(兩圓心在水平面上的投影點距離約為4.4 mm)在中間平面處相切，形成了一個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，均由直紋面構型的“ S ”緣條和矩形基座構成，如闖4所示。不同的中國“S”試件的上下基線由距離為40 mm的兩條準均勻3次B樣條曲線構成，式(1)為準均勻3次B樣條曲線的數學表達式^[1'每條基線由12個控制頂點和基函數組合而成，式(3)為基函數表達式。

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結束語：

本文針對四種常用的五軸數控加工中心檢驗試件，分別分析了其幾何造型、幾何特性及加工特性，從結果來看，各試件之所以具備檢驗加工中心動態精度的功能，最關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相關結論。

德國“S”試件屮不僅包含/圓錐臺試件的錐面幾何特征和四角錐臺試件的平面特征，還增加了開閉角轉換的區域，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，較圓錐臺和四角錐臺兩種試件具有更強的檢驗特性。

(2) 根據加工特性對比分析，加工中國“S”試件時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剛度也是一種考驗。通過在同一臺五軸加工中心上對兩種檢驗試件的對比切削試驗可以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，更有利于檢驗加工中心的加工性能。

(3) 中國“S”試件是一種復雜的自由曲面，具有豐富多樣的曲率變化和不同的曲面連續階次過渡區域，包含了更為廣泛的刀具空間姿態：開角、閉角及開閉角轉換區域及扭曲角，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。與單因素檢驗試件相比，中國“S”試件的多因素檢驗特性更貼近實際切削工況，史能完整地反映加工中心的動態精度，有利于對加工中心進行綜合性能評價，是一種較為理想的五軸數控加工中心檢驗試件。

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五軸數控加工中心動態精度檢驗試件特性研究

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