"虛擬軸鉆床具械布局簡略、、利于完成高速加工等長處，但也存在旋轉(zhuǎn)坐標有用轉(zhuǎn)角小、多坐標加工時作業(yè)區(qū)域窄等缺點。因而，應在慣例零件的高速、加工中發(fā)揚其優(yōu)勢。通過仿三軸操控，有用地削減了操控體系的雜亂性，然后明顯下降了鉆床的總本錢，有利于虛擬軸鉆床在較大規(guī)模內(nèi)推廣應用。"

1前言

虛擬軸數(shù)控鉆床的出現(xiàn)被認為是本世紀革命性的鉆床規(guī)劃突破。假如充分發(fā)揚這種新式鉆床在布局上的優(yōu)勢，就有可能為大幅度地進步鉆床的功能開辟一條新途徑。

通過剖析發(fā)現(xiàn)：關于一般直接依據(jù)Stewart渠道原理的虛擬軸鉆床，其旋轉(zhuǎn)坐標的合理運動規(guī)模比慣例五坐標數(shù)控鉆床要小得多（一般只要20——30度，而五坐標鉆床能夠到達90度以上），而且隨著旋轉(zhuǎn)角的加大將大幅度地削減鉆床的有用作業(yè)空間。盡管復合布局能夠擴展轉(zhuǎn)角規(guī)模，但布局雜亂，難以高剛度，因而，一般虛擬軸鉆床不太合適加工大規(guī)模、多坐標運動的零件。但從另一個視點看，在實踐生產(chǎn)中需求多坐標加工的雜亂零件畢竟是少量，而占主導地位的仍是一般慣例零件的加工。因而，研討如何使用虛擬軸鉆床的布局特色，在慣例零件的高速、加工上發(fā)揚其優(yōu)勢，將有實踐意義。

虛擬軸鉆床仿三軸操控辦法的基本思想是，仿照現(xiàn)有的三坐標數(shù)控鉆床的操控辦法，對虛擬軸鉆床的六自由度運動進行操控，從外特性上看，使得虛擬軸鉆床和慣例三坐標數(shù)控鉆床等效。這樣，不只現(xiàn)有各種老練的三坐標主動編程體系可直接用于六自由度的虛擬軸鉆床，而且通過仿三軸操控可使主軸單元僅進行平移運動，大幅度擴展了虛擬軸鉆床的作業(yè)空間，使其發(fā)揚的效果。此外，通過仿三軸操控，還可有用地削減操控體系的雜亂性，然后明顯下降鉆床的本錢，有利于這種新式鉆床在較大規(guī)模內(nèi)推廣應用。

2虛擬軸鉆床進行慣例加工的優(yōu)勢

虛擬軸鉆床的一種典型布局，該布局可歸結為一種所謂的"六桿渠道布局"。其詳細意義是，將六根可變長度驅(qū)動桿（簡稱驅(qū)動桿）的一端固定于靜渠道（如地基或鉆床布局）上，驅(qū)動桿的另一端與動渠道聯(lián)接，即與主軸單元相聯(lián)接。這樣，調(diào)理六驅(qū)動桿的長度，可使主軸和刀具相關于工件作所需求的進給運動。通過操控體系對進給運動進行準確操控，即可加工出契合需求的工件。

鑒于虛擬軸鉆床具有慣例數(shù)控鉆床的長處，而這些長處正是完成高速、加工所的，因而將其作為慣例零件的加工設備，以地發(fā)揚其優(yōu)勢。

3仿三軸操控的基本原理

由于虛擬軸鉆床中不存在沿固定方向?qū)虻膶к?，?shù)控加工所需的刀具運動軸X、Y、Z等并不存在，因而，即便僅需取得三維刀具運動（姿勢恒定僅方位改變），也對動渠道進行六自由度操控。

仿三軸操控辦法是依據(jù)虛擬軸鉆床的布局特色所提出的模仿慣例三坐標數(shù)控鉆床的一種操控辦法。其起點是：用虛擬軸鉆床加工慣例零件時，裝于主軸中的刀具僅需作三維平移運動，其姿勢為固定值。這樣，盡管與動渠道固聯(lián)的主軸單元有六個運動自由度，但觸及實時核算的僅為三個平移自由度。為此本文用刀具球心或端面中間在鉆床坐標系中的坐標Xm、Ym、Zm表明刀具方位，并通過三坐標插補算法實時核算其位移量。一起，樹立一原點坐落刀具球心或端面中間的刀具坐標系，其坐標軸Xt、Yt、Zt別離與鉆床坐標系的Xm、Ym、Zm軸平行。用刀具坐標系布局繞Xm、Ym、Zm軸的旋轉(zhuǎn)角表明動渠道的姿勢，并將其設置為定值。這樣，對動渠道沿Xm、Ym、Zm這三個坐標的運動進行實時核算和實時操控，對動渠道繞Xm、Ym、Zm軸的滾動進行定值實時操控，即可完成對動渠道的全自由度操控，進而完成對刀具運動的三坐標聯(lián)動操控。由于這一辦法不需求對動渠道姿勢進行實時核算，這樣，不只能夠有用削減真假映射和聯(lián)動操控的核算量，還能將六自由度的虛擬軸鉆床的操控歸入慣例三坐標數(shù)S控鉆床操控的，借助于老練的三坐標操控辦法來對這種新式鉆床進行聯(lián)動操控。由虛擬軸鉆床的布局可知，由于該鉆床中直接可控的被控量為支撐主軸部件的六驅(qū)動桿的長度Li（i=1,2,…，6），即該鉆床的實踐運動軸（簡稱實軸），因而要對動渠道的運動進行全自由度操控，進而完成對刀具運動軌道的準確操控，需將動渠道運動指令（虛軸指令）轉(zhuǎn)換到實軸空間中去履行，并通過實軸空間到虛軸空間的主動逆映射來完成。

該體系的運轉(zhuǎn)進程是：，依據(jù)零件數(shù)控程序給出的輸入信息實時生成刀具運動軌道，即求解出虛軸空間中刀具沿Xm、Ym、Zm坐標的期望運動量；然后，通過真假映射核算，將虛擬軸的期望運動量轉(zhuǎn)換為六驅(qū)動桿的運動指令值；最終，對各驅(qū)動桿的長度進行解耦隨動操控，使其實踐長度與期望長度共同，并通過鉆床布局隱含完成實到虛的逆映射，即可契合指令需求的刀具運動軌道，并刀具姿勢為給定的常值。

4虛軸空間刀具運動軌道生成

刀具運動軌道生成的使命是：將零件數(shù)控程序給出的刀具路徑（虛軸空間中與時刻和鉆床特性無關的幾許曲線）轉(zhuǎn)換為與時刻和鉆床特性（如加減速特性等）相聯(lián)系的離散化的刀具運動軌道。其求解進程如下：

數(shù)學模型的樹立

為軌道生成的精度，在仿三軸操控中選用參數(shù)化直接插補算法。其關鍵是：為被插補曲線樹立便于核算的參數(shù)化數(shù)學模型：x=f1（u）y=f2（u）z=f3（u） （1）式中u——參變量，u∈[0,1]

需求用其進行實時軌道核算時不觸及函數(shù)核算，只需通過次數(shù)很少的加減乘除運算即可完成。例如，關于圓弧插補，式（1）的詳細形式為：（2）式中M——常數(shù)矩陣，當插補點坐落一——四象限時，其取值別離為：

r——圓弧半徑

這樣，軌道核算能夠肯定方法進行，即每一軌道點坐標的核算都以模型坐標原點為基準進行，然后可堆集差錯，有用地插補核算的速度和精度。

加減速操控

為使所生成的刀具運動軌道滿意鉆床加減速特性需求，可依據(jù)鉆床的動態(tài)特性等斷定的加減速曲線，并將其存儲于操控體系中。體系運轉(zhuǎn)進程中，掃描前后若干程序段，剖析進給速度的改變趨勢，斷定期望的進給速度F；然后讀取操作面板上的進給速度倍率K，并用其對F進行批改，得方針進給速度Fnew，F(xiàn)new=K.

F；進一步，將Fnew與現(xiàn)時進給速度Fold進行對比，并依據(jù)鉆床的加減速特性曲線核算出當時采樣周期的瞬時進給速度Fk（mm/min）。

速度與差錯操控

由于插補核算不是一種靜態(tài)的幾許核算，它有使當時插補點與前一插補點間的間隔滿意進給速度及加減速等需求，一起還要這兩點間的插補直線段與被插補曲線間的差錯在給定的允差規(guī)模內(nèi)。為此，需以瞬時進給速度為操控方針，以答應差錯為約束條件對插補直線段長度Dtk進行操控。