1　前语

虚拟轴数控机床的呈现被以为是本世纪最具革命性的机床计划打破。假定充沛体现这种新式机床在构造上的优势，就有或许为大崎岖地跋涉机床的功用拓荒一条新途径。

通过剖析发现：关于通常直接根据Stewart途径原理的虚拟轴机床，其旋转坐标的合理运动计划比惯例五坐标数控机床要小得多(通常只需20～30度，而五坐标机床能够抵达90度以上)，并且跟着旋转角的加大将大崎岖地削减机床的有用作业空间。尽管复合构造能够拓宽转角计划，但构造凌乱，难以确保高刚度，因而，通常虚拟轴机床不太合适加工大计划、多坐标运动的零件。但从另一个视点看，在实习出产中需求多坐标加工的凌乱零件究竟是少量，而占主导方位的仍是通常惯例零件的加工。因而，研讨怎样运用虚拟轴机床的构造特征，在惯例零件的高速、高效加工上体现其优势，将更具有实习意义。

虚拟轴机床仿三轴操控办法的根柢思维是，仿照现有的三坐标数控机床的操控办法，对虚拟轴机床的六安闲度运动进行操控，从外特性上看，使得虚拟轴机床和惯例三坐标数控机床等效。这么，不只现有各种老到的三坐标主动编程体系可直接用于六安闲度的虚拟轴机床，并且通过仿三轴操控可使主轴单元仅进行平移运动，大崎岖拓宽了虚拟轴机床的作业空间，使其体现更大的效果。此外，通过仿三轴操控，还可有用地削减操控体系的凌乱性，然后显着下降机床的本钱，有利于这种新式机床在较大计划内推广运用。

2　虚拟轴机床进行惯例加工的优势

虚拟轴机床的一种典型构造，该构造可归结为一种所谓的“六杆途径构造”。其详细意义是，将六根可变长度驱动杆(简称驱动杆)的一端固定于静途径(如地基或机床构造)上，驱动杆的另一端与动途径联接，即与主轴单元相联接。这么，调度六驱动杆的长度，可使主轴和刀具有关于工件作所恳求的进给运动。通过操控体系对进给运动进行准确操控，即可加工出契合恳求的工件。

鉴于虚拟轴机床具有惯例数控机床无与伦比的利益，而这些利益恰是结束高速、高精度加工所必需的，因而将其作为惯例零件的高效加工设备，以最大极限地体现其优势。

3　仿三轴操控的根柢原理

因为虚拟轴机床中不存在沿固定方导游向的导轨，数控加工所需的刀具运动轴X、Y、Z等并不实在存在，因而，即便仅需取得三维刀具运动(姿势安稳仅方位改动)，也必需对动途径进行六安闲度操控。

仿三轴操控办法是根据虚拟轴机床的构造特征所提出的仿照惯例三坐标数控机床的一种操控办法。其动身点是：用虚拟轴机床加工惯例零件时，装于主轴中的刀具仅需作三维平移运动，其姿势为固定值。这么，尽管与动途径固联的主轴单元有六个运动安闲度，但触及实时核算的仅为三个平移安闲度。为此这篇文章用刀具球心或端面基地在机床坐标系中的坐标Xm、Ym、Zm标明刀具方位，并通过三坐标插补算法实时核算其位移量。一起，树立一原点坐落刀具球心或端面基地的刀具坐标系，其坐标轴Xt、Yt、Zt别离与机床坐标系的Xm、Ym、Zm轴平行。用刀具坐标系构造绕Xm、Ym、Zm轴的旋转角标明动途径的姿势，并将其设置为定值。这么，对动途径沿Xm、Ym、Zm这三个坐标的运动进行实时核算和实时操控，对动途径绕Xm、Ym、Zm轴的翻滚进行定值实时操控，即可结束对动途径的全安闲度操控，进而结束对刀具运动的三坐标联动操控。因为这一办法不需求对动途径姿势进行实时核算，这么，不只能够有用削减真假映射和联动操控的核算量，还能将六安闲度的虚拟轴机床的操控归入惯例三坐标数S控机床操控的领域，仰仗于老到的三坐标操控办法来对这种新式机床进行联动操控。

由虚拟轴机床的构造可知，因为该机床中直接可控的被控量为支持主轴部件的六驱动杆的长度Li(i=1,2,…，6)，即该机床的实习运动轴(简称实轴)，因而要对动途径的运动进行全安闲度操控，进而结束对刀具运动轨道的准确操控，需将动途径运动指令(虚轴指令)改换到实轴空间中去施行，并通过实轴空间到虚轴空间的主动逆映射来结束。

该体系的作业进程是：首要，根据零件数控程序给出的输入信息实时生成刀具运动轨道，即求解出虚轴空间中刀具沿Xm、Ym、Zm坐标的期望运动量；然后，通过真假映射核算，将虚拟轴的期望运动量改换为六驱动杆的运动指令值；究竟，对各驱动杆的长度进行解耦随动操控，使正本践长度与期望长度一起，并通过机床构造隐含实实习到虚的逆映射，即可得到契合指令恳求的刀具运动轨道，并确保刀具姿势为给定的常值。

4　虚轴空间刀具运动轨道生成

刀具运动轨道生成的使命是：将零件数控程序给出的刀具途径(虚轴空间中与时刻和机床特性无关的几许曲线)改换为与时刻和机床特性(如加减速特性等)相联络的离散化的刀具运动轨道。其求解进程如下：

数学模型的树立

为确保轨道生成的精度，在仿三轴操控中选用参数化直接插补算法。其要害是：为被插补曲线树立便于核算的参数化数学模型：

x=f1(u)
　　y=f2(u)
　　z=f3(u)(1)

式中　u——参变量，u∈[0,1]恳求用其进行实时轨道核算时不触及函数核算，只需通过次数很少的加减乘除运算即可结束。

例如，关于圆弧插补，式(1)的详细办法为：(2)式中　M——常数矩阵，当插补点坐落一～四象限时，其取值别离为：r——圆弧半径这么，轨道核算能够必定办法进行，即每一轨道点坐标的核算都以模型坐标原点为基准进行，然后可消除堆集过失，有用地确保插补核算的速度和精度。

加减速操控

为使所生成的刀具运动轨道满意机床加减速特性恳求，可根据机床的动态特性等断定最好的加减速曲线，并将其存储于操控体系中。体系作业进程中，首要扫描前后若干程序段，剖析进给速度的改动趋势，断守时望的进给速度F；然后读取操作面板上的进给速度倍率K，并用其对F进行批改，得政策进给速度 Fnew，Fnew=K.F；进一步，将Fnew与现时进给速度Fold进行比照，并根据机床的加减速特性曲线核算出其时采样周期的瞬时进给速度 Fk(mm/min)。

速度与过失操控

因为插补核算不是一种静态的几许核算，它有必要使其时插补点与前一插补点间的间隔满意进给速度及加减速等恳求，一起还要确保这两点间的插补直线段与被插补曲线间的过失在给定的允差计划内。为此，需以瞬时进给速度为操控政策，以容许过失为绑缚条件对插补直线段长度Dtk进行操控。

其办法如下：

首要，按加减速核算给出的瞬时进给速度Fk，用下式核算其时采样周期中的期望弦长(无绑缚时的插补直线段长度)：(3)式中　Dt1——期望弦长，mmT——采样周期，ms然后，根据采样插补的过失联络核算绑缚弦长：(4)式中

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