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前言：

現代CNC加工中心正在向高精度，高速化方向不斷發展，對其性能、精度及效率等方面的要求也隨之不斷提高。CNC加工中心的精度表現與加工中心設計、制造裝配、伺服驅動、CNC系統、材料等都密切相關。而在CNC加工中心的加工過程中，相比幾何精度、熱變形等造成的誤差，加工中心動態性能對加工中心加工精度的影響較為突出，占據加工中心全部加工誤差的主要部分[1]。

檢測加工中心動態性能的方法通常有兩種：①通過儀器檢測，主要包括球桿儀、激光干涉儀、圓光柵等[2]，可以有效測量單軸的定位誤差、反向間隙及加工中心各運動軸運動平面圓度誤差等。張云[3]設計了一種五坐標動態精度檢測工具，該工具能夠結合RTCP功能準確地對加工中心進行動態精度檢驗，并能有效避免由于各種原因引起的檢測誤差。②通過加工典型標準試件來檢測，目前有美國航天工業協會提出的NAS979圓錐臺試件、國際標準化組織提出的ISO檢測試件等。范世平等[4]提出了通過NAS979圓錐臺試件對AC雙擺頭型五軸CNC加工中心加工精度的檢測方法。Ohta等[5]分析了五軸CNC加工中心動態特性變化對四角錐臺輪廓誤差的影響。中航工業成都飛機工業（集團）有限公司針對加工中心性能檢測，制造了一種S形檢測試件W。S形試件是通過在上下兩個等距離平面經過給定的5()個標準點分別構建一條s形三階樣條曲線，通過上下兩條樣條曲線構造直紋面，將直紋面拉厚，再加上矩形基座構成的。

杜麗等[7]研究了 s形試件在幾何造型方面的特性,證明了 s形試件的加工能夠體現加工中心多軸聯動精度及加工中心的動態剛度性能。王偉等[8]通過仿真和實驗討論了加工中心一些重要參數對于s形試件加工誤差的影響，并給出了加工精度的預測和分析方法。彭志軍等1X1提出了一種基于3形試件檢測量結果及RTCP精度檢驗的用于加工中心動態精度快速檢測與優化的方法，并在多臺加工中心上展開應用。

S形試件具有薄壁，剛性差，幾何特征上又擁有連續變化的開閉角、扭曲角及平面曲率等特點，其加工精度能夠反映加工中心的加工性能，考驗加工中心的加工能力。但目前關于S形試件加工精度與加工中心動態性能之間的映射關系的研究未見報道，不能通過S形試件的加工誤差對加工中心的動態性能作出定性和定量的分析，對加工中心誤差的溯源和辨識缺乏映射關系的指導。由于S形試件具有對稱性，故本文主要針對選取S形試件的A面進行輪廓誤差與機床動態特性之間映射關系的分析和研究。

1仿真模型的建立

1.1運動軸進給系統建模

CNC加工中心進給系統的仿真建模已經十分成熟，文獻[10-11]分別通過對平動軸與旋轉軸伺服結構與機械結構的簡化，基于PID控制原理將進給系統通過傳遞函數的方式進行建模分析。CNC加工中心的進給控制系統一般采用三環控制，即電流控制環、速度控制環與位置控制環。由于電流環的響應非常快，并且在加工中心中經過初始設定后一般不再改變，所以本文將一般的三環結構伺服系統簡化為位置環、速度環兩環控制的進給伺服系統，并參照文獻[10-11 ]建立了進給系統的模型。如圖1所示。

平動軸與旋轉軸的進給系統輸人分別是位移與旋轉角度，其進給系統性能決定了加工中心的工作性能和加工精度，所以為保證進給系統的輸出能滿足要求，進給系統應具有定位精度高以及速度調節快的性能。本文分別給出了平動軸與旋轉軸的進給系統數學模型（圖2、圖3)，并給出了主要的仿真參數(表1)。

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結束語：

(1 >位置環增益的大小改變、速度環的響應變慢以及加速度限制值的降低，對于S形試件的輪廓誤差無論從大小的影響程度還是表現區域來看都是有區別的。S形試件作為一種檢測試件，其加工精度就是作為檢驗加工中心性能的一種判斷依據，而通過仿真分析的結果，我們獲取了加工中心動態性能與S形試件輪廓誤差之間的映射關系，證明了 S形試件能夠很好地反映加工中心的動態性能，考察加工中心的性能參數。

(2)S形試件輪廓誤差與加工中心動態特性的映射關系的分析，為加工中心性能的評判建立了依據。

可以通過對S形試件各區域的誤差大小、表現區域及對應的動態性能參數賦予權重，對五軸CNC加工中心各運動軸進行綜合評價來衡量加工中心的加工性能。

(3)由于S形試件輪廓誤差在各性能參數和各形面區域所表現出的差異，可以通過大量的仿真和實驗數據，借助于線形回歸、神經網絡等算
法，溯源和辨識出一種加工狀態下S形試件輪廓誤差所對應的五軸CNC加工中心的動態性能，為加工中心各運動軸性能參數的調整提供指導依據。

(4) 本文分析了加工中心動態性能與S形試件輪廓誤差間的映射關系，為改善加工中心動態性能、加工中心性能評價及誤差的溯源與辨識提供了依據。

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CNC加工中心動態特性與s形試件輪廓差映射關系

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