1前言

　　虛擬軸數控機床的出現被認為是本世紀最具革命性的機床設計突破。如果充分發揮這種新型機床在結構上的優勢，就有可能為大幅度地提高機床的性能開辟一條新途徑。

　　通過分析發現：對于一般直接基于Stewart平臺原理的虛擬軸機床，其旋轉坐標的合理運動范圍比常規五坐標數控機床要小得多(通常只有20～30度，而五坐標機床可以達到90度以上)，并且隨著旋轉角的加大將大幅度地減少機床的有效工作空間。雖然復合結構可以擴大轉角范圍，但結構復雜，難以保證高剛度，因此，普通虛擬軸機床不太適合加工大范圍、多坐標運動的零件。但從另一個角度看，在實際生產中需要多坐標加工的復雜零件畢竟是少數，而占主導地位的還是普通常規零件的加工。因此，研究如何利用虛擬軸機床的結構特點，在常規零件的高速、高效加工上發揮其優勢，將更具有實際意義。

　　虛擬軸機床仿三軸控制方法的基本思想是，模仿現有的三坐標數控機床的控制方法，對虛擬軸機床的六自由度運動進行控制，從外特性上看，使得虛擬軸機床和常規三坐標數控機床等效。這樣，不僅現有各種成熟的三坐標自動編程系統可直接用于六自由度的虛擬軸機床，而且通過仿三軸控制可使主軸單元僅進行平移運動，大幅度擴大了虛擬軸機床的工作空間，使其發揮更大的作用。此外，通過仿三軸控制，還可有效地減少控制系統的復雜性，從而顯著降低機床的成本，有利于這種新型機床在較大范圍內推廣應用。

　　2虛擬軸機床進行常規加工的優勢

　　虛擬軸機床的一種典型結構，該結構可歸結為一種所謂的“六桿平臺結構”。其具體含義是，將六根可變長度驅動桿(簡稱驅動桿)的一端固定于靜平臺(如地基或機床框架)上，驅動桿的另一端與動平臺聯接，即與主軸單元相聯接。這樣，調節六驅動桿的長度，可使主軸和刀具相對于工件作所要求的進給運動。通過控制系統對進給運動進行精確控制，即可加工出符合要求的工件。

　　鑒于虛擬軸機床具有常規數控機床無可比擬的優點，而這些優點正是實現高速、高精度加工所必需的，因此將其作為常規零件的高效加工設備，以最大限度地發揮其優勢。

　　3仿三軸控制的基本原理

　　由于虛擬軸機床中不存在沿固定方向導向的導軌，數控加工所需的刀具運動軸X、Y、Z等并不真正存在，因此，即使僅需獲得三維刀具運動(姿態恒定僅位置變化)，也必需對動平臺進行六自由度控制。

　　仿三軸控制方法是根據虛擬軸機床的結構特點所提出的模擬常規三坐標數控機床的一種控制方法。其出發點是：用虛擬軸機床加工常規零件時，裝于主軸中的刀具僅需作三維平移運動，其姿態為固定值。這樣，雖然與動平臺固聯的主軸單元有六個運動自由度，但涉及實時計算的僅為三個平移自由度。為此本文用刀具球心或端面中心在機床坐標系中的坐標Xm、Ym、Zm表示刀具位置，并通過三坐標插補算法實時計算其位移量。同時，建立一原點位于刀具球心或端面中心的刀具坐標系，其坐標軸Xt、Yt、Zt分別與機床坐標系的Xm、Ym、Zm軸平行。用刀具坐標系框架繞Xm、Ym、Zm軸的旋轉角表示動平臺的姿態，并將其設置為定值。這樣，對動平臺沿Xm、Ym、Zm這三個坐標的運動進行實時計算和實時控制，對動平臺繞Xm、Ym、Zm軸的轉動進行定值實時控制，即可實現對動平臺的全自由度控制，進而實現對刀具運動的三坐標聯動控制。因為這一方法不需要對動平臺姿態進行實時計算，這樣，不僅可以有效減少虛實映射和聯動控制的計算量，還能將六自由度的虛擬軸機床的控制納入常規三坐標數S控機床控制的范疇，借助于成熟的三坐標控制方法來對這種新型機床進行聯動控制。

　　由虛擬軸機床的結構可知，由于該機床中直接可控的被控量為支撐主軸部件的六驅動桿的長度Li(i=1,2,…，6)，即該機床的實際運動軸(簡稱實軸)，因此要對動平