陈红海
摘 要：后现代工业时代的来临，促使机械制造行业不断向高精度、自动化、智能化发展。数控机床作为制造加工的中堅力量，其加工精度的提升是我国制造业振兴、产业结构优化的关键所在。本文将以立式加工中心VMC850B为例，通过综合误差建模，关键误差识别等，分析机床各部件误差对于机床加工精度的影响，以便为实际生产过程中的关键部件精度的监督与管理提供一定参考。
关键词：立式加工中心 综合误差模型 关键部件误差分析 贡献度分析
1 立式加工中心综合误差模型
以代表性三轴数控机床VMC850B为例，综合误差模型的构建可分为3步：第一，基于坐标系与运动链的基础上，对部件误差进行分析;第二，引入齐次坐标，创建转换矩阵;第三，分析工件与刀具的两坐标系之间的联系。
1.1 建立坐标系与运用链
1.2 齐次坐标转换矩阵
同样的，当部件误差存在的情况下，假设Y轴方向位移为y，Z轴方向位移为z，那么可以得到YCS到MCS、MCS到ZCS的运动转换矩阵。由于篇幅有限，这里将不在赘述。
从理论上来讲，主轴S与刀具T之间、工件W与X轴之间均不存在相对运动，因此，对应的运动转换矩阵可当做是单位矩阵，即SCS到TCS的运动矩阵、WCS到XCS的运动矩阵均为1。同时，主轴S和Z轴之间的旋转角在定位上无严格要求，在室温环境下，ZCS到SCS的运动矩阵也可以视为是单位矩阵。
1.3 综合误差模型求解
2 机床误差分析
2.1 误差灵敏度
立式机床的空间误差是由部件误差以及位置误差共同作用下的产物，即△δ=（G，U）。根据公式（2），可获得机床空间位置误差相对于21项部件误差的敏度，即S=?F/?G。
所谓误差灵敏度就是指各项部件误差的细微改变对加床空间位置误差的作用。部件误差的灵敏度系数可表示为：Smi（m=x，y，z;i=1，2，3，4，5···，21）。
2.2 关键部件误差分析
关键部件误差判定应以部件误差灵敏度为基础。同时，还要从全局角度出发，将机床位置与部件误差灵敏度之间的关系纳入综合考量范围，对灵敏度系数进行积分处理。
在机床运作的过程中，部件误差对加工精度的影响因素，除了误差灵敏度系数外，还与部件误差的高低息息相关。因此，在分析立式加工中心误差时，还应全面掌握各部件误差的实际数值。以关键部件误差为例，应确保角度量、长度量的平衡保持一致，并对其展开归一化以及无量纲化处理，从而分析各部件误差对于立式机床整体加工精度的影响比重，即误差贡献度。误差贡献度越大的部件误差，越能影响机床的整体加工精度。该部件误差将被视为关键部件误差，应作为实际生产的关注要点。
3 机床部件误差贡献度评估
本文将取立式加工中心VMC850B的三维坐标X、Y、Z的工作范围分别为800mm、500mm、500mm。对10台样机进行部件误差测量，并取其平均值作为误差贡献度评估的基础。具体数据详见表1。
由上可知，在X轴方向的误差贡献度较大的部件误差主要有δxx、δxz、δyz、Sxy、Sxz，这5项因素对机床空间误差的影响比重约为79.3%;在Y轴方向的误差贡献度较大的部件误差主要有Syz、δyy、δyx、δyz，这4项影响因素对机床床空间误差的影响比重约为88.3%;而在Z轴方向的误差贡献度较大的部件误差主要有δzz、δzx、δzy，这3项影响因素对机床床空间误差的影响比重约为91.8%。
4 结语
立式加工中心VMC850B在Y轴与Z轴方向的运动选用的是半闭环控制系统，即旋转编码器定位、丝杠传递。其空间位置误差的关键定位误差影响因素有δxx、δyy、δzz这3项，关键直线度误差有δxy、δxz、δyx、δyz、δzx、δzy这6项;角偏差的误差贡献度不高;部件定位精度的对空间位置误差影响较大的有Sxy、Sxz、Syz这3项。工作人员在实际生产过程中，要对这些关键部件误差因素多加关注，并采取必要补偿措施，以保证立式加工中心的加工精度，满足企业生产需求。
参考文献
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