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畢業(yè)設(shè)計 (論文 )外文資料翻譯 系 部： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動化 姓 名： 學(xué) 號： 外文出處： 4222 (2000) ? 0277 附 件： 指導(dǎo)教師評語： 簽名： 年 月 日 附件 1：外文資料翻譯譯文 數(shù)控機(jī)床的核心及動力測量值的幾何誤差 摘 要 在這篇論文中，介紹了一個用于測量數(shù)控機(jī)床上所有動力學(xué)方面幾何誤差的系統(tǒng)，并且給出了一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了一些靜態(tài)與動態(tài)誤差特性間的重要差異。通過關(guān)于在動態(tài)信號 運(yùn)動或暫停時的 分析，會發(fā)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床上一些錯誤的方法。另外，用 這個系統(tǒng)任何一種形態(tài)的輪廓誤差可以被直接地測量而不需要用到一個 球型金屬塊或者別的什么裝置，它可以提供一個簡單而又實(shí)用的估計 數(shù)控機(jī)床輪廓誤差的方法。 關(guān)鍵詞 ： 機(jī)床用具度量衡 幾何誤差 動態(tài)測量 1．序言 在過去的幾年中，機(jī)床的校準(zhǔn)對于機(jī)床的制造方和使用方來說變得愈加重要，每個國家都有它承認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)去評估數(shù)控機(jī)床的性能 [1~3]。然而，在這些標(biāo)準(zhǔn)中幾乎所有的幾何誤差都是在靜態(tài)或類似靜態(tài)的情形下被測量出的。換句話說，機(jī)器的軸被移動到特定的位置，停止轉(zhuǎn)動的時候被測量記錄的。這個過程明顯很耗費(fèi)時間，也可能很耗 費(fèi)勞力?，F(xiàn)今很多如惠普 5529A 激光測量系統(tǒng) 和 雷尼紹 激光干涉系統(tǒng)的 現(xiàn)代化測量系統(tǒng)提高了校準(zhǔn)效率。這些校準(zhǔn)包括自動收集信息，自動調(diào)調(diào)整校準(zhǔn)部分程序和機(jī)械補(bǔ)償參數(shù)。這些工具可以簡化校準(zhǔn)過程，費(fèi)較小的勞力。但是他們也不能克服只能在靜態(tài)情況下測量的限制。很長的測量周期加購買測量器械的花費(fèi)使得整個校準(zhǔn)過程異常昂貴。如果機(jī)械很大而且可能出現(xiàn)誤差的地方又多的話將會花費(fèi)更多。眾所周知，一臺三軸機(jī)床有 21 處可能出現(xiàn)幾何誤差的地方需要測量。另外，當(dāng)數(shù)控機(jī)床在工作狀態(tài)加工零件時，機(jī)床的靜態(tài)幾何誤差并不是表現(xiàn)出來的那么正確。機(jī)床是 由機(jī)械部分、電部分和數(shù)字化部分等組成，每個組成部分都在一定的條件下起作用，比如速度，加速度，摩擦力，牽引力，能量變化等。所有因素都影響機(jī)床的正常工作狀態(tài)，并且機(jī)床的動力傳輸都假定在靜態(tài)狀態(tài)下。 因此，有必要評估 機(jī)床的 動態(tài)性能并且去研究精確地測量機(jī)床動態(tài)幾何誤差 2．動態(tài)測量系統(tǒng) 為了評估機(jī)床的動態(tài)性能，一個比較研究被正式納入從兩個基本調(diào)查中得出的結(jié)果。首先，機(jī)床的靜態(tài) 幾何誤差由惠普激光干 涉儀測量。其次，同一臺機(jī)床的動態(tài)幾何誤差由 據(jù)采集系統(tǒng)同時 圖 1 機(jī)床的動態(tài)幾何測量工作示意圖 采集，高轉(zhuǎn)速，基于時間的測量，來比較編碼器讀數(shù)與激光干涉儀讀數(shù)。圖 1 顯示了機(jī)床的動態(tài)幾何測量誤差的相關(guān)機(jī)構(gòu) [4]。在這一動態(tài)測量系統(tǒng)中，使用 ，因?yàn)樗梢栽试S數(shù)控機(jī)床的工作臺或軸的移動速度達(dá)到 1 它是惠普激光系統(tǒng)的 5 倍速度。同時， 據(jù)收集和處理系統(tǒng)被使用。它主要由一個 接口卡與全局總線 +數(shù)字接口和 隨機(jī)存儲器，制電子，和一個使用 C 和 件的 口組成。在機(jī)床動態(tài)測量的實(shí)驗(yàn)中，模型 5 數(shù)控銑床加工中心被用作對象的測試。在開始測量前，當(dāng) 控銑床加工中心通電并處于一個靜態(tài)的情況下，整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開始收集數(shù)據(jù)。測量出的背景噪聲代表了測量系統(tǒng)本身的誤差和主軸的振動。許多實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)機(jī)床已適當(dāng)調(diào)整過后，最大誤差小于 米。 3 態(tài)和動態(tài)測量值的對比 靜態(tài)測量，使用惠普5528 激光干涉儀，三套的雙向測量是采取為每個線性軸間隔50 毫米。這些通過所有測量均在同一點(diǎn)的數(shù)據(jù)作為靜態(tài)測量的結(jié)果并為參照來和動態(tài)測量的結(jié)果作比較。對于動態(tài)測量，選擇不同的原料來找出是否一些動態(tài)幾何誤差與工作臺的移動速度有關(guān)系。在下面的動態(tài)實(shí)驗(yàn)中，在工作臺以一個穩(wěn)定的速度移動后收集數(shù)據(jù)，以便消除工作臺加速度的影響。事實(shí)上， 圖 2 動態(tài)與靜態(tài)線性位移測量值的比較 加速度會產(chǎn)生巨大的動態(tài)誤差，尤其是當(dāng)有一個更大的 移和一個更大的加速度。圖通常表明一些顯著性差異靜態(tài)和動態(tài)測量 誤差的線性位移。圖 2 表明了一些靜態(tài)和動態(tài)測量誤差直線位移的差異。 聲測量 一個動態(tài)和靜態(tài)測量最明顯的區(qū)別是動態(tài)測量比靜態(tài)測量有更大的隨機(jī)變化，尤其是在圖 2 所示測量直線位移誤差。這些隨機(jī)變化可稱為測量噪聲。噪音是由數(shù)控機(jī)床上許多不同種類的誤差引起的，如滾珠絲杠和螺母節(jié)距誤差，編碼器讀數(shù)誤差，工作臺傾斜引起的 差，激光測量系統(tǒng)誤差，主軸振動等。它可被視為一個反映了機(jī)床動態(tài)特性的參數(shù)。在我們的實(shí)驗(yàn)中，在這臺機(jī)床上以不同運(yùn)動速度，從 100mm/ 4000mm/同樣的實(shí)驗(yàn)， 這超過了獲得一個高定位精度的正常速度。通過所有這些實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)測量噪聲與機(jī)床的進(jìn)給速度幾乎沒有任何關(guān)系。通過 析，如圖 3 所示，我們發(fā)現(xiàn)測量噪聲的空間頻率約 米，這個現(xiàn)象可以進(jìn)一步驗(yàn)證圖 3a 是圖 2 的一部分。它可以得出結(jié)論， 滾珠絲杠或螺母可能是測量噪聲主要來源。 a 析 圖 3 動態(tài)測量噪聲和 析 動誤差 當(dāng)工作臺 以一定的速度沿著 x 軸從 0 毫米位置至 100 毫米的位置， 停止移動一到兩秒鐘，然后回到 0 毫米的位置。以不同的速度重復(fù)幾次這個過程，我們反復(fù)觀察到約 2 微米的跳動誤差。從這些實(shí)驗(yàn)中，也觀測到跳動誤差與工作臺的移動速度幾乎沒有任何關(guān)系。這個誤差是工作臺初始角度重新調(diào)整的動力引起的。當(dāng)工作臺前后移動時，角度和直線測量的結(jié)果也顯示一個在水平方向上的跳動誤差。正因?yàn)閷?dǎo)軌之間存在間隙，特別是在水平方向，動力方向引起工作臺傾向相反的方向傾斜，產(chǎn)生動誤差。 廓誤差 圖 4. 用這個系統(tǒng)得到的輪廓誤差 眾所周知，循環(huán)試驗(yàn)提供了一個快速和高效的方式來測量機(jī)床沿圓形輪廓的輪廓精度。圓形輪廓提供一個最好的檢查輪廓的表現(xiàn)，當(dāng)機(jī)床沿圓形軌跡加工時每根軸上都有一個正弦加速度，速度和位置的變化。因此，在所有的評估數(shù)控機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)中，圓形輪廓測試是一個關(guān)鍵組成部分。球型金屬塊被廣泛使用于這項(xiàng)測試。還有圓形擋板，十字網(wǎng)格編碼器等其他設(shè)備和工具。在這里，我們使用我們的發(fā)展動態(tài)測量系統(tǒng)，用 x 和 y 編碼器讀數(shù)作為時間函數(shù)，來獲得任何形狀的輪廓誤差 。 控機(jī)床的不完整運(yùn)動 當(dāng)工作臺是移動到一個理想的位置，例如，不作任何停 頓地移動到 x 軸100置然后返回，實(shí)際上工作臺并沒有達(dá)到 100。實(shí)驗(yàn)還表明，工作臺的移動速度越來越高，實(shí)際位置和理想的位置之間的偏移量也隨之變得越來越大。停頓幾毫秒時間的控制模式可使工作臺移動到理想的位置。 使用商用激光干涉儀系統(tǒng)和 據(jù)收集和處理系統(tǒng)，成功地檢測出了機(jī)床的靜態(tài)和動態(tài)幾何誤差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示了一些靜態(tài)和動態(tài)誤差特性的重大差異。隨著對機(jī)床誤差而導(dǎo)致的測量噪聲改進(jìn)，，其他一些誤差被觀測出來，比如因?yàn)閿?shù)控機(jī)床軸來回移動而產(chǎn)生的跳動誤差，因此有必要對數(shù) 控機(jī)床的動態(tài)特性進(jìn)行測量和評估。 附件 2：外文原文： of NC n a is to of NC is of in of NC be In of be by a or a to NC . of to NC 13]? in NC in a or a is to a is be P 5529A to of of it do of of is if is to be It is a 1 be In NC in a of of As a of of in a of of is to be 4222 (2000) ? 0277O/$1 So it is to of to of of 2. n to of a is of a of by a of in to of In a , a HP At a is It of SP a a C In of 5 is as of to NC in a of of is a 3. or of at an 0mm by P 5528 A at is as as a to to or a of In at a to of of In NC is a a of is in of be is by of NC of by of It be as of of In of is 00mm/000 mm/of a in it is to do of a it is a of be is It be or is of is at a mm 00mm it or is mm is an of is it is to do of is by by of an in at As is a in of a in t is a of a s a of in as a is a So in NC is a A is we to of by x y as a of is an of he NC is to a to 00mm x a 00of is A of a be in 4. a a in of NC it to of