外文翻譯--數(shù)控機(jī)床性能測(cè)試設(shè)備的開發(fā)和利用 中文版

1、<p>　　數(shù)控機(jī)床性能測(cè)試設(shè)備的開發(fā)和利用</p><p><b>　　溫玉寶</b></p><p>　　自動(dòng)化工程的教授，國(guó)立虎尾技術(shù)學(xué)院，臺(tái)灣，云林,，虎尾632</p><p>　　地址：64文化路，國(guó)家技術(shù)虎尾，云林，臺(tái)灣，中華民國(guó)虎尾研究所</p><p><b>　　摘要</b&

2、gt;</p><p>　　數(shù)控機(jī)床測(cè)試性能裝置也被開發(fā)出來(lái)。其采用一種小半徑收縮,檢驗(yàn)裝置的動(dòng)態(tài)性能的數(shù)控機(jī)床。這種設(shè)備由激光二極管和象限傳感器組成。幾何誤差檢測(cè)的長(zhǎng)半徑數(shù)控機(jī)床,采用線性控制裝置。光學(xué)編碼器的輪廓系統(tǒng)也被展現(xiàn)出來(lái)。本文對(duì)實(shí)驗(yàn)工作進(jìn)行了概述。</p><p>　　關(guān)鍵詞:造型；數(shù)控機(jī)床；幾何誤差；傳感器；光學(xué)規(guī)模；象限；平面編碼器</p><p>

3、<b>　　1、概述</b></p><p>　　布賴恩在1982年開發(fā)的第一個(gè)球桿系統(tǒng)的線性控制測(cè)試。然而,在這個(gè)系統(tǒng)中,其不確定度高是由于兩個(gè)主球和磁性插座沒有給出精確的輪廓半徑摩擦。納普在1983年曾使用標(biāo)準(zhǔn)圓盤比較實(shí)驗(yàn)表的工具和二維探針的工作情況?？ㄎ模?985）、井原.凱瑞（1986）、中津（1987）都分別為校準(zhǔn)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和數(shù)控機(jī)床的球形系統(tǒng)提供了一些辦法。納普（1986、19

4、88）描述過(guò)借助粘滑等辦法來(lái)減少失誤的理論規(guī)則。本人在1992年提供了一種方法來(lái)診斷的線性誤差,調(diào)整控制器的參數(shù)優(yōu)化數(shù)控機(jī)床性能的測(cè)試工具。J.C簡(jiǎn)格在1994年和克里斯托弗描述激光彈桿系統(tǒng)通過(guò)引導(dǎo)一個(gè)纖維有激光干涉儀。本人在2001年通過(guò)驗(yàn)證并開發(fā)的數(shù)控車床的聯(lián)動(dòng)應(yīng)用,收緊誤差的辦法,彌補(bǔ)了這一缺憾。</p><p>　　上述造型系統(tǒng)提供了通用的線性控制測(cè)試。由于高額的測(cè)量裝置費(fèi),他們?nèi)匀徊荒芴峁┻m當(dāng)?shù)木€性控制

5、系統(tǒng)因不同的目的。因此,在本文中,一些簡(jiǎn)單和低成本的線性控制系統(tǒng)的開發(fā)目的。 </p><p>　　他們進(jìn)對(duì)此進(jìn)行總結(jié)和描繪如下: </p><p>　　1、激光二極管和輪廓的象限傳感器系統(tǒng)的輪廓半徑?。ㄐ∮?毫米的輪廓半徑）。 2、視神經(jīng)規(guī)模大輪廓半徑輪廓和體積誤差的測(cè)試系統(tǒng)（高達(dá)300毫米的輪廓半徑）。3、視神經(jīng)規(guī)模的體積輪廓誤差測(cè)試系統(tǒng)。4、自我支持的球的輪廓切割風(fēng)云變幻的考

6、驗(yàn)下桿系。</p><p>　　2、激光二極管與象限儀輪廓傳感器系統(tǒng)（QSCS）</p><p>　　圖1描述了激光二極管和象限傳感器測(cè)量系統(tǒng)，激光二極管組成了一個(gè)光學(xué)鏡頭，一個(gè)盾牌，一個(gè)象限傳感器，提出一個(gè)信號(hào)，一個(gè)A/ D接口卡和PC機(jī)。象限儀傳感器輸出電壓4通道，而激光燈投射在上面。由于該象限探測(cè)器尺寸的限制，最多只有4毫米輪廓半徑可用。然而，有很好的檢查了數(shù)控機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能不夠。&

7、lt;/p><p>　　圖1機(jī)器的性能測(cè)試工具象限傳感器</p><p>　　圖2對(duì)激光二極管的工作原理和象限傳感器</p><p>　　如圖2所示，激光二極管，提供激光燈和光的重點(diǎn)和象限儀投影。象限儀輸出的四信道在長(zhǎng)期的電壓信號(hào)。從傳感器上的象限投影點(diǎn)，在X軸和Y軸位置可以得到。讓弗吉尼亞州，VB的，VC和VD的代表傳感器的輸出電壓。圖3顯示了校準(zhǔn)圖，獲得在X軸和Y軸

8、的位置。</p><p>　　圖3在一個(gè)象限傳感器軸校準(zhǔn)圖</p><p>　　圖4依據(jù)于FANUC系列的奧姆數(shù)控器的立式銑床的測(cè)試結(jié)果</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)測(cè)試使用QSCS。如圖4所示，象限儀傳感器的工作頻率范圍為6mm×6mm校準(zhǔn)后。Fanuc系列數(shù)控立式銑床奧姆控制器進(jìn)行了測(cè)試。輪廓進(jìn)給速度的選擇10，2100和3200毫米/分鐘。2mm的圓形

9、輪廓半徑設(shè)置為三個(gè)運(yùn)行為順時(shí)針和逆時(shí)針。在實(shí)際測(cè)試中，當(dāng)上輪廓半徑降低進(jìn)給速度增加，每個(gè)3運(yùn)行的重復(fù)性非常好。在3200毫米/分鐘進(jìn)給速度時(shí)，半徑誤差為-0.7mm的。此外，在圖4輪廓誤差結(jié)果顯示45 °橢圓路徑。所有這些在圖4輪廓誤差在發(fā)那科公司1990年提供的手冊(cè)中有介紹。</p><p>　　3、尺度的光電測(cè)量系統(tǒng)</p><p>　　在本節(jié)光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的開發(fā)規(guī)模?；旧希?/p>

10、該系統(tǒng)采用的輪廓在數(shù)控機(jī)床的考驗(yàn)。然而，采用這種系統(tǒng)體積誤差測(cè)試進(jìn)行了研究。然后，運(yùn)用這種方法來(lái)測(cè)試系統(tǒng)的垂直度誤差為代表。</p><p>　　3.1視神經(jīng)規(guī)模輪廓測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)試</p><p>　　圖5顯示視神經(jīng)規(guī)模測(cè)量數(shù)控機(jī)床性能測(cè)試系統(tǒng)。一個(gè)光學(xué)規(guī)模是固定在支撐塊。閱讀頭為指導(dǎo)的指導(dǎo)欄和感動(dòng)的感動(dòng)吧。一個(gè)線性軸承支承塊之間的固定和移動(dòng)欄，而另一種是光學(xué)讀取頭之間的指導(dǎo)和酒吧固定的。

11、一個(gè)主球是連接到一個(gè)磁棒，它是在數(shù)控機(jī)床主軸固定，而另一主球和磁棒磁性元素是一個(gè)基礎(chǔ)，這是在測(cè)試數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)設(shè)置固定的。</p><p>　　圖5.光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　在檢測(cè)過(guò)程中，兩個(gè)主球之間的相對(duì)位移進(jìn)行采樣。對(duì)于一個(gè)圓形輪廓測(cè)試，輪廓中心設(shè)置在表，而在兩軸機(jī)床，同時(shí)提出主軸球中心。該議案將導(dǎo)致視神經(jīng)輪廓規(guī)模沿著視神經(jīng)讀取頭。因此，樣品可通過(guò)計(jì)數(shù)器和發(fā)送到PC接口

12、卡。此外，軟件是簡(jiǎn)單，記錄并分析數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖6在使用體積誤差測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的光學(xué)測(cè)量</p><p>　　4光電規(guī)模的體積測(cè)量系統(tǒng)誤差試驗(yàn)</p><p>　　根據(jù)數(shù)控機(jī)床定位測(cè)試ISO203- 2或ANSI B5的標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)試可以執(zhí)行的位置，在一般情況下，由一個(gè)昂貴的激光干涉儀系統(tǒng)。對(duì)于不同的測(cè)量領(lǐng)域，不同的設(shè)置起坐是必要的。</p&

13、gt;<p>　　正如溫玉寶以前的研究（2000年），一個(gè)球體體積誤差可以進(jìn)行桿系由一球。在這種制度下，只有位置的誤差，球體的表面反彈，可由于該LVDT（線性可變差動(dòng)變壓器），這是在球桿系統(tǒng)采用工作范圍的限制。總之，視覺尺度測(cè)量系統(tǒng)利用了兩個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　1、在一個(gè)設(shè)定后，一個(gè)空心球的數(shù)控機(jī)床空間誤差可以進(jìn)行。2、這種光學(xué)尺度系統(tǒng)成本低。這是很容易操作。3、對(duì)于數(shù)控機(jī)床不

14、同規(guī)模，不同范圍的光學(xué)尺度總是可用的。</p><p>　　圖6顯示了一個(gè)數(shù)控機(jī)床的空心球體的體積采樣路徑。在一成立，對(duì)視神經(jīng)規(guī)模的連鎖主球中心著手在被測(cè)試的數(shù)控機(jī)床體積中心。然后安排是可能的，即使間距采樣，以確定采取的路徑。例如，球被切成5架飛機(jī)。每架飛機(jī)是均勻地切成6線（360°/60°）。每個(gè)系列包括8（240mm/30mm= 8）個(gè)采樣點(diǎn)。因此，在一個(gè)設(shè)置，注冊(cè)240（5x6x8=24

15、0）可以采取抽樣點(diǎn)。要測(cè)試的反彈和3x2運(yùn)行需要的可重復(fù)性。因此，240x6= 1440運(yùn)行采取采樣點(diǎn)。這需要每個(gè)采樣2秒。因此，需時(shí)約1（包括設(shè)定時(shí)間）小時(shí)進(jìn)行這項(xiàng)工作</p><p>　　圖7的垂直度誤差的YZ和ZX平面測(cè)試的測(cè)試安排</p><p>　　在此試驗(yàn)安排在圖7，水平XY平面輪廓進(jìn)行。接著，用同樣的設(shè)置和規(guī)模相同的光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，讓主軸在Z向上移動(dòng)，在距離（偏移）軸。第二個(gè)輪

16、廓，然后執(zhí)行測(cè)試。有了這個(gè)光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的規(guī)模，這是沒有必要的聯(lián)系，改變或設(shè)置，在此垂直測(cè)試了。如果沒有錯(cuò)誤存在相同的方形分析的初始設(shè)置，在兩個(gè)輪廓測(cè)試錯(cuò)誤（偏心）將對(duì)準(zhǔn)。</p><p>　　根據(jù)這項(xiàng)安排，第二個(gè)采樣數(shù)據(jù)分析之前必須進(jìn)行修改。因此</p><p><b>　　然后： </b></p><p>　　采樣后用短環(huán)與長(zhǎng)鏈和修改

17、后的數(shù)據(jù)的原始樣本數(shù)據(jù)分析了最小二乘擬合。兩個(gè)單獨(dú)分析初始設(shè)置為錯(cuò)誤的垂直誤差的計(jì)算使用。</p><p>　　在ZX平面空間內(nèi)有：</p><p>　　在YZ平面空間內(nèi)有：</p><p>　　其中（X2-X1/offset）是第一個(gè)輪廓分析測(cè)試中心</p><p>　　其中（Y2-Y1/offset）是第二輪廓分析測(cè)試中心</p&g

18、t;<p>　　銷是測(cè)試后的第一個(gè)輪廓在Z軸移動(dòng)距離</p><p>　　4.1平面輪廓編碼器裝置的數(shù)控機(jī)床平面編碼器的原理</p><p>　　一個(gè)平面編碼器系統(tǒng)，如雷尼紹RGX格板，已被開發(fā)，如半導(dǎo)體和電子制造設(shè)備等應(yīng)用。該系統(tǒng)使用2的閱讀讀chegure圖案在X和Y方向同時(shí)正交網(wǎng)格傳感器頭。具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)系統(tǒng)可以提供高達(dá)0.1米的分辨率定位。 圖8顯示了如何

19、使用一個(gè)簡(jiǎn)單的平面輪廓編碼器的測(cè)試安排。此平面式編碼器提供定位在每個(gè)軸的二維輪廓信息。在測(cè)試過(guò)程中，平面上設(shè)置編碼器的數(shù)控機(jī)床。該讀數(shù)頭是固定的數(shù)控機(jī)床主軸。計(jì)算機(jī)的計(jì)數(shù)卡通過(guò)一個(gè)軟件可以讀取采樣數(shù)據(jù)。這種采樣輪廓設(shè)備提供了以下功能。</p><p>　　1、輪廓測(cè)試期間，在每個(gè)軸個(gè)別輪廓誤差可以得到。這是分析和有用的輪廓誤差補(bǔ)償。</p><p>　　2、上輪廓面積可高達(dá)為0.1微米的選

20、擇在此區(qū)域內(nèi)至1微米至300毫米x 300毫米的決議，各種輪廓的路徑可以安排。</p><p>　　3、這是很容易設(shè)置和操作。</p><p>　　圖8 平面輪廓編碼器測(cè)試</p><p><b>　　4.2試驗(yàn)結(jié)果</b></p><p>　　一個(gè)簡(jiǎn)單的輪廓上進(jìn)行測(cè)試是一個(gè)與0M的立式數(shù)控機(jī)床Fanuc的控制器XY平面

21、。結(jié)果顯示上輪廓在20毫米半徑可以達(dá)到ISO230 -1和230-2要求Fig.9.The逆時(shí)針和順時(shí)針輪廓測(cè)試。從結(jié)果，絕對(duì)半徑誤差容易找到。對(duì)于一般的輪廓系統(tǒng)上，只給出了圓度。此外，在每個(gè)軸誤差可以單獨(dú)也可以找到，如果必要的。這對(duì)于分析的目的非常有用。</p><p>　　圖9具有平面編碼器的輪廓結(jié)果</p><p><b>　　5自助聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)</b></p

22、><p>　　本部分，自動(dòng)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)是制定了輪廓切削條件下測(cè)試的應(yīng)用程序。建議的補(bǔ)充勞工計(jì)劃示意圖圖10所示。該系統(tǒng)由一個(gè)高精度的參考領(lǐng)域牢固地安裝在主軸，四棒，L型的固定部分，固定部分，磁性底座，旋轉(zhuǎn)軸和非接觸式傳感器。碳纖維傳感器連接包含一個(gè)非接觸式傳感器（渦流傳感器）位于球體之間的參考。該傳感器的輸出代表了中心的距離變化范圍為圓形輪廓，機(jī)器進(jìn)行操作。額外的支持之間的固定部分和旋轉(zhuǎn)軸的鏈接提供了整體聯(lián)動(dòng)將在水平面期

23、間舉行的考驗(yàn)。</p><p>　　圖10自助聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的輪廓結(jié)構(gòu)</p><p>　　5.1輪廓與切削條件下的測(cè)試補(bǔ)充勞工計(jì)劃</p><p>　　補(bǔ)充勞工計(jì)劃是用于測(cè)試本在切割過(guò)程中，數(shù)控機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能。補(bǔ)充勞工計(jì)劃，不僅可以用于測(cè)試下非數(shù)控機(jī)床切削狀況，而且還可以擴(kuò)展到在切割過(guò)程中測(cè)試的動(dòng)態(tài)性能。它是為在處理測(cè)量的重要性。補(bǔ)充勞工計(jì)劃是用來(lái)測(cè)試一個(gè)立式數(shù)控加工

24、中心與Fanuc的有機(jī)質(zhì)控制器（永貴- FV6000系列）的動(dòng)態(tài)性能。測(cè)試條件如下： 1）、高速切割機(jī)（Φ12毫米，SL4SE協(xié)鈷</p><p>　　2）、標(biāo)本（SS41）</p><p>　　3）、切割寬度12mm和切割深度為1mm</p><p>　　4）、轉(zhuǎn)速50（毫米/分），順時(shí)針</p><p>　　5）、主軸轉(zhuǎn)速800

25、r.p.m</p><p>　　6）、輪廓半徑一百三十五毫米</p><p><b>　　7）、討論與結(jié)論</b></p><p>　　對(duì)于測(cè)試的目的不同，正確的測(cè)量工具應(yīng)該被應(yīng)用。本文系統(tǒng)提供四個(gè)輪廓。與同類軟件和硬件成本低這些系統(tǒng)的應(yīng)用提供了良好的解決方案。這些系統(tǒng)的功能，可以列出如下。</p><p>　　1）、象

26、限傳感器系統(tǒng)提供短半徑輪廓輪廓。動(dòng)態(tài)誤差可以檢查系統(tǒng)成功。</p><p>　　2）、光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)規(guī)模提供長(zhǎng)期的工作范圍輪廓。因此，不論輪廓和體積的試驗(yàn)可安排在所提供的方法?？招那虻脑撓到y(tǒng)體積誤差測(cè)試于一體化的成立為垂直度誤差的方法進(jìn)行了研究。</p><p>　　3）、對(duì)于加工測(cè)量，自我支持的聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，制定了有/無(wú)切削條件輪廓測(cè)試。該系統(tǒng)驗(yàn)證了一個(gè)簡(jiǎn)單的模型和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。</p>

27、;<p>　　總之，在這個(gè)文件中，提供的系統(tǒng)和測(cè)量方法是在數(shù)控機(jī)床不同的測(cè)試用途。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　特別感謝國(guó)家科學(xué)委員會(huì)，臺(tái)灣和中國(guó)共和國(guó)對(duì)這項(xiàng)工作給予的支持。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]

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