本发明涉及一种检测数控机床精度的试件，尤其是一种综合检测数控机床精度航空薄壁标准试件。
背景技术：
：检测数控机床加工精度方法有许多种可以分为直接测量法与间接测量法，直接测量也是是利用各种测量精度工具对机床的加工精度进行直接测量机床的误差；间接测量法基本就是让机床对标准的机械试件进行加工，通过标准试件的加工精度是否达到标准试件的加工精度标准来推断待加工机床是否达到精度要求，并且根据具体的加工精度对比具体的加工精度标准要求来判断机床的具体精度是否达到标准要求。现在国内外对于标准试件的定义各不相同，援引美国加联数据库的定义，标准试件就是实物标准，它是标准的另一种存在形式，它与文字标准合在一起构成完整的标准形态。在众多检测试件中应用最广的是ISO国际标准试件。该标准测试件多用于三轴机床精度检测，能较好地检验机床平动轴的动态精度，但是无法评价多轴机床转动轴的动态精度。因此，各国的技术人员纷纷提出了新的检测试件，在一定程度上弥补了该标准试件的不足，在多轴机床动态精度检测方面各有特点。目前的这种类型的用于检测数控机床的标准试件已经有很多种，国际上经常使用的标准试件是：试件1.ISO国际标准试件：ISO/TC39机床技术委员会于1988年制定了针对加工中心的国际标准草案ISO10791，其中第7部分为精加工试件精度检验标准，用于评定机床的切削精度。ISO10791-7提供端铣试件和轮廓加工试件两种试件，其中端铣试件是用于检验精铣端面时所铣表面的平面度，没有定义具体的试件外形。试件2.NASA979系列标准试件：美国国家航空航天局(NASA)于1969年制定了“通用切削测试——NAS系列金属切削装备规范”，该规范共包含了两个试件。其中，NASA979试件主要用于检测三轴机床平动轴的几何精度和位置精度；NAS979圆锥台试件，主要用于多轴联动机床转动轴精度检测。试件3.“S”形试件：成都飞机工业集团公司发明了“S”形检测试件，“S”形试件及其测试方法是成都飞机工业(集团)有限责任公司针对五轴联动机床精度测试而发明的,已获得中美两国发明专利。开展“S”形试件的研究有助于理解和掌握飞机大型复杂整体结构件的多轴联动高速切削加工工艺及其关键技术,发现机床的技术问题,从而提升国产五轴联动机床的制造水平。“S”形试件的主体是一个呈S形走向的扭曲曲面形成的等厚度缘条,缘条与坐标平面的夹角连续变化,曲面形状复杂。“S”形试件具有薄壁特征,它来源于典型航空结构,其加工状况还能反映机床的刚性、振动等特性。综上可知现有技术的主要缺点为：1.现有几种标准试件的几何特征与型面特征太过单一，每种试件都是独自拥有自己的几何特点，不能综合表现大部分的几何特征。2.目前的几种标准试件并不完全具备现在航空薄壁零件的全部特征，缺少对航空薄壁零件薄壁、规律性可变化薄壁、悬臂特征与多个开闭角转换等几何特征的理论研究；3.在零件几何构造、数控机床联动性能、动态刚度与加工复杂度方面缺少充分地相关的理论研究。针对以上缺陷，因此，本文从现在通用的各种标准试件中总结对检测机床特性产生巨大作用的几何特征与型面特征，综合考虑大量航空薄壁零件的特征与特征能够体现的机床精度特性，待加工机床加工标准试件所能够判断出的机床特性，对检测机床的精度将起到更加明确的理论研究。技术实现要素：本发明是要提供一种综合检测数控机床精度的“X”形航空薄壁标准试件，用于检测数控机床的精度，可以直接检测“X”件薄壁厚度,根据缘条上下部、不同区域的厚度情况,分析判断五坐标联动精度;还可以通过检测“X”件基座平面与缘条结合部位的刀具轨迹以及“X”型面的光顺情况,分析判断机床RTCP功能是否符合要求、后置处理程序的正确性以及机床的空间运动精度。为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种综合检测数控机床精度的“X”形航空薄壁标准试件，包括“X”形航空薄壁标准试件、支撑件，其特征在于：所述“X”形航空薄壁标准试件由非均匀薄壁厚度的“X”型曲面件和矩形基座组合而成，所述非均匀薄壁厚度的“X”型曲面件由上下两部分组成，下部分由在两个平面的花瓣状的曲线在矩形基座平面的投影互相交叉,并具有在交汇处转换变化弯曲形成四个开闭角转换形态；上部分由花瓣状曲线和圆扫掠形成的具有对称凸起和凹陷的曲面，通过检测“X”形航空薄壁标准试件的加工精度，判断机床的多轴联动精度、动态刚度特性，以及反映出待加工数控机床对于航空薄壁零件的加工特性。所述支撑件置于“X”形航空薄壁标准试件下面，用于“X”形航空薄壁标准试件的加工过程中对试件到支撑作用，防止试件过大的变形。所述非均匀薄壁厚度的“X”型曲面件下部的四个开闭角形态，通过开闭角转换，考验待加工机床的多轴联动能力。所述非均匀薄壁厚度的“X”型曲面件的顶部加工出同轴的圆台和圆孔，通过检测圆台与圆孔的同轴度，考察数控机床的平动轴的几何精度和位置精度。所述非均匀薄壁厚度的“X”型曲面件的上下部端面交换加工来考验数控机床的定位精度。本发明的有益效果是：本发明的主要
技术领域：
为航天航空、汽车、船舶及核电等关键件在多品种、小批量等加工应用。该发明是由非均匀薄壁厚度的“X”型曲面件和矩形基座组合而成，非均匀薄壁厚度的“X”型曲面件由上下两部分组成，下部分由在两个平面的花瓣状的曲线在基座平面的投影互相交叉,并具有在交汇处转换变化弯曲形成的开、闭角形态四个开闭角转换；上部分则是由花瓣状曲线和圆扫掠形成的具有对称凸起和凹深的曲面，可以用来检测数控机床的精度。可以直接检测“X”件薄壁厚度,根据缘条上下部、不同区域的厚度情况,分析判断五坐标联动精度;还可以通过检测“X”件基座平面与缘条结合部位的刀具轨迹以及“X”型面的光顺情况,分析判断机床RTCP功能是否符合要求、后置处理程序的正确性以及机床的空间运动精度。本发明是在深入总结以上几种常用标准试件的集合特征与型面特征，从大量常用的航空薄壁零件的几何特征与型面特征进行归纳，进行了重新的设计与构造，才有“X”形新型航空薄壁标准试件，从“X”形新型航空薄壁标准试件的加工精度可以更好的判断机床的多轴联动精度、动态刚度特性，能够反映出待加工数控机床对于航空薄壁零件的加工特性。附图说明图1为本发明的“X”形航空薄壁标准系列试件的试件A三维轴测图；图2为本发明的“X”形航空薄壁标准系列试件的试件B的三维轴测图；图3为本发明的“X”形航空薄壁标准系列试件的试件A俯视图；图4为本发明的“X”形航空薄壁标准系列试件的试件A仰视图；图5为本发明的“X”形航空薄壁标准系列试件的试件A三个方向剖视图；其中：（a）为84°开角；（b）为96°闭角，（c）为84°开角；图6为本发明的“X”形航空薄壁标准系列试件的试件A左视图；图7为本发明的“X”形航空薄壁标准系列试件的试件A右视图；图8为本发明的“X”形航空薄壁标准系列试件的试件B的仰视图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。如图1至图8所示，本发明的综合检测数控机床精度的“X”形航空薄壁标准试件，包括“X”形航空薄壁标准试件A、支撑件B。“X”形航空薄壁标准试件A由非均匀薄壁厚度的“X”型曲面件和矩形基座组合而成，非均匀薄壁厚度的“X”型曲面件由上下两部分组成，下部分由在两个平面的花瓣状的曲线在矩形基座平面的投影互相交叉,并具有在交汇处转换变化弯曲形成四个开闭角形态；上部分由花瓣状曲线和圆扫掠形成的具有对称凸起和凹陷的曲面。支撑件B置于“X”形航空薄壁标准试件下面，用于“X”形航空薄壁标准试件的加工过程中对试件到支撑作用，防止试件过大的变形。非均匀薄壁厚度的“X”型曲面件下部的四个开闭角形态，通过开闭角转换，考验待加工机床的多轴联动能力。非均匀薄壁厚度的“X”型曲面件的顶部加工出同轴的圆台和圆孔，通过检测圆台与圆孔的同轴度，考察数控机床的平动轴的几何精度和位置精度。非均匀薄壁厚度的“X”型曲面件的上下部端面交换加工来考验数控机床的定位精度。首先，本发明的“X”形航空薄壁标准试件A是主要试件，试件A本身所具有的几何特征与型面特征才是通过待加工机床加工进行精度与动态刚度检测。其次，支撑件B是标准的辅助试件，只是在试件A的加工过程中对试件A起到支撑作用，防止试件A出现过大的变形。试件A在加工的时候分为a面和b面，a面为凸起面，b面为凹陷面，先加工毛坯的b面，待b面加工完毕，将试件A进行翻转，将支撑件B放到试件A里面，对试件A进行重新定位、夹紧，对试件A的a面进行加工。将试件A加工完成后，进行精度检测，通过对试件A的精度检测对待加工机床的精度、多轴联动能力与动态刚度等特性进行科学分析。试件A的a面又分为上下两层，上层为复杂加工区域，在上平面上构造圆，在下层的上下两个平面上构建一条“X”形二阶样条曲线，通过上下两条样条曲线构造直纹面，然后在上中两个平面上的曲线进行三维抽样就可以构造出三维模型的a面的下层，a面下层的几何特征就会出现开闭角、开闭角转换、扭曲角和曲面法向曲率的变化。试件A的a面与b面在上层形成部分均匀的薄壁特征，在下层、下层与上层之间形成非均匀变化的薄壁特征。标准试件的薄壁特征与非均匀变化的薄壁特征经过待加工机床加工可以检测机床的多轴联动能力与动态刚度。如图1所示，在建模过程中试件A是建在四个个平面之间，四个平面之间形成上、中、下三层，上层特征主要为圆台、平面、圆孔与复杂加工曲面，中层特征主要为开闭角转换特征、扭曲角与法面曲率特征，下层为基座。在试件A的上层出现圆台与圆孔的同轴度，考察平动轴的几何精度和位置精度。如图2所示，从这里可以看出本发明突破以往的标准试件单个试件的现状，“X”形新型航空薄壁标准系列试件包括了试件A与支撑件B的综合使用。如图3所示，“X”形试件A的a面。如图4所示，“X”形试件A的b面，“X”形航空薄壁标准系列试件经待加工机床的加工中出现a与b面换面加工，着重考验待加工机床的定位精度。如图5所示，在“X”形试件A的环绕中形成四个开闭角的转换特征,开闭角转换考验待加工机床的平动轴与转动轴的联动精度、伺服系统的跟随误差与机床摆角能力。并且从图5（a）、5（b）、5（c）中看出试件A的薄壁特征、薄壁非均匀变化与薄壁的均匀性变化，这种特征着重考验机床的动态刚度与刚度振动误差。表1为本发明专利“X”形新型航空薄壁标准系列试件A的方案几何特征与待加工机床的精度映射关系。表1方案几何特征与待加工机床的精度映射关系序号方案特征检测机床精度1基准面定位精度2平面度平动轴的几何精度和位置精度3孔平动轴的几何精度和位置精度4圆台机床圆弧插补能力5开闭角多轴联动、机床转动轴精度6开闭角转换平动轴与转动轴的联动精度&伺服系统的跟随误差&机床摆角能力7扭曲角多轴的联动精度&刀具摆动能力8可变曲线曲率机床动态刚度9突变区域曲面加工能力&机床摆角能力10反向间隙摆动轴的间隙误差11薄壁特征刚度振动12悬臂特征机床动态刚度&曲面加工能力13AB换面加工定位精度14加工复杂度系数(数学模型)体现零件的加工复杂度&难度当前第1页1 2 3