一种新式虚轴机床生产案例的分析及探讨

在复杂形面的加工方面应用前景广阔,但目前的虚轴机床多为六杆，它存在运动耦合强、制造精度要求高、工作空间小等缺点,东北大学在所研制的三杆三自由度虚轴机床试验样机基础上研制了一种新型三杆五自由度虚轴机床,它将三杆并联机构刚度高、速度快、工作空间大及串联机构灵活性高的优点结合在一起,本文建立了该机床五坐标数控加工数学模型，该算法简捷、易于实现机床实时控制，另外给出了与机床灵巧性分析、速度分析、误差补偿等密切相关的运动学正解及雅可比矩阵,这种虚轴机床可实现复杂形面的五坐标加工，应用前景广阔,由于球刀底端靠近回转中心部位切削速度非常小且该部位容屑槽很浅、前角为负值，这部分刀刃切削条件非常差，实际生产中球刀底端为一平面,对于五坐标加工，应使刀具轴线与切削点处曲面法向量之间夹角H3大于一定值，如球刀底面范围角C/2，用切削速度大的部分加工,故这里确定刀具轴线在n与F确定平面内且与n夹角为H3,建立辅助坐标系o5-x5nz5，其中z5=F@n，x5=n@z5,刀具轴线在坐标系o5-x5nz5中方向向量为，其中，mx、my、mz、ox、oy、oz、ax、ay、az分别为x5、n、z5对坐标系o4-x4y4z4的三个方向余弦，在此不再赘述,球刀刀心o3在坐标系o4-x4y4z4中坐标为xo3=x+nxRyo3=y+nyRzo3=z+nzR其中，R为球刀半径,则运动平台中心o1在坐标系o4-x4y4z4中坐标为xo1=xo3+sxd2yo1=yo3+syd2zo1=zo3+szd2+d1。它在坐标系O-XYZ中坐标为x1y1z11=010xo100yo00-1zo0001xo1yo1zo11式中，T为坐标系o4-x4y4z4的坐标原点在机床坐标系O-XYZ中的坐标,本文提出的新型三杆五自由度虚轴机床将三杆并联机构刚度高、速度快、工作空间大及串联机构灵活性高的优点结合在一起，其五坐标数控加工数学模型算法简捷、易于实现机床实时控制，其运动学正解为显式，很容易得到雅可比矩阵，便于进行灵巧性分析、速度分析,这种虚轴机床可实现复杂形面的五坐标加工，应用前景广阔。