一個傾斜回轉(zhuǎn)工作臺的角和位置固有的五軸偏差識別的同時四軸控制運動的加工中心外文翻譯

1、本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）K1欷天工嚏離涅本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）外文翻譯原文標(biāo)題譯文標(biāo)題作者所在系別作者所在專業(yè)作者所在班級作者姓名作者學(xué)號指導(dǎo)教師姓名指導(dǎo)教師職稱完成時間密級分類號編號成績Identificationofangularandpositionaldeviationsinherentto5-axismachiningcenterswithatilting-rotarytablebysimultaneousfour-axiscontrolmovementsmachiningcenters一個傾斜回轉(zhuǎn)工作臺的角和位置固有的五軸偏差識別的同時四軸控制運動的加工中心機(jī)械工程系飛行器制造工程B

2、11131劉飛雄20114013127于杰2015北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制教授03以以畜秋天工嗦多悅譯文標(biāo)題一個傾斜回轉(zhuǎn)工作臺的角和位置固有的五軸偏差識別的同時四軸控制運動的加工中心原文標(biāo)題Identificationofangularandpositionaldeviationsinherentto5-axismachiningcenterswithatilting-rotarytablebysimultaneousfour-axcontrolmovementsis作者M(jìn)asaomiTsutsumi&譯名正臣提、TST藤昭國第日本AkinoriSaito卻日原文出處國際機(jī)床與制造雜志

3、：設(shè)計，研究與應(yīng)用本文介紹了一種，通過固有的五軸控制加工中心的四軸聯(lián)動控制運動的方法用于識別八偏差。確定的偏差已經(jīng)提出了一些方法。然而，一個模擬同時四軸控制技術(shù)使用的球桿儀尚未應(yīng)用于主軸與工作臺之間相對位移的測量。止匕外，評估偏離軌跡的方法沒有被提出。因此，在本文中，提出了一種基于同步四軸控制技術(shù)五軸控制加工中心傾斜回轉(zhuǎn)工作臺的校準(zhǔn)方法。為了驗證該方法的有效性，進(jìn)行了模擬。運動軌跡通過一個數(shù)學(xué)模型，為這八個偏差取代。在第一步，在八偏差的四個估計的觀測方程的兩個測量軌跡和使用六個參考的。在第二步驟中，根據(jù)觀測方程使用價值計算幾何計算剩余的四的偏差。作為一個結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該方法是足以準(zhǔn)確地識別偏差的。

4、#2004日sevier有限公司保留所有權(quán)利。關(guān)鍵詞：識別方法；加工中心加工；同時四軸控制；幾何誤差；誤差；傾斜旋轉(zhuǎn)表。1 .簡介五軸加工中心的三個平移和兩個旋轉(zhuǎn)軸與傳統(tǒng)的三個平移軸加工中心相比具有許多優(yōu)越的特性。例如，短的工具柄可用于無干擾加工深腔壁，并具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形狀，如葉輪的渦輪機(jī)，可以不改變夾具加工。然而，該五軸機(jī)床的加工精度因為那些在眾多的兩個旋轉(zhuǎn)軸偏差機(jī)制一般不如傳統(tǒng)。如果有改善的一種有效方法或彌補這些偏差，五軸機(jī)床的加工性能將大幅度地提高。確定多軸機(jī)床的偏差的幾何量測量方法可以看到許多不同的來源， 主要是解決這個評估偏差1-3建模。球桿儀測量方法4的有效評估幾何偏差，因為只有一

5、個測量機(jī)床評估的偏差是必要的。測量工具是在ISO230-15下的規(guī)定和評價參數(shù)也按照ISO230-46。最近，球桿方法已應(yīng)用到五軸加工中心的兩個旋轉(zhuǎn)軸固有的系統(tǒng)偏差的識別。坂本稻崎7-9應(yīng)用球桿的方法失調(diào)量的檢測，柿野10和該11也應(yīng)用球桿的方法診斷三軸同時運動的精度。求我12提出了一個找出偏差的系統(tǒng)如聯(lián)合系統(tǒng)化對齊方法，角偏移和旋轉(zhuǎn)軸的分離。雖然這種方法的知識提供了有用的數(shù)據(jù)來提高機(jī)床精度， 在五軸工具機(jī)尚未評估完全時每個偏差均存在。 作者 【出了通過識別偏差的三軸同時運動過程包括旋轉(zhuǎn)軸也有關(guān)系偏差和測量電路的離心圓弧。然而，四的測量需要評估的偏差，和未來的離心圓弧必須精確計算。本文論證了一

6、個基于四軸聯(lián)動控制運動為了檢查五軸幾何誤差數(shù)控加工中心的新的校準(zhǔn)方法。 本文還由球柵測量運動軌跡儀器提出了一個通過分析現(xiàn)有的兩軸間的形狀的角度和位置偏差估計方法。確認(rèn)開發(fā)的有效性的方法，進(jìn)行了模擬。八偏差條件代入數(shù)學(xué)模型得到的軌跡數(shù)據(jù)。在第一步中，八偏差的四個通過觀察估計方程的兩測量數(shù)據(jù)和六指使用基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。第二步，剩下的四偏差的幾何計算估計值的觀測方程。作為一個結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該方法能充分準(zhǔn)確地識別偏差。2 .五軸數(shù)控加工中心和系統(tǒng)偏差各種各樣的五軸控制加工中心已經(jīng)在日本和歐洲制造。 仍然有一些特殊配置的機(jī)器他們根據(jù)其結(jié)13】已經(jīng)提構(gòu)2一般分為三類。第一是一個有兩個旋轉(zhuǎn)軸萬向頭的類型，這是ISO10

7、791-114的規(guī)定，這種類型通常是應(yīng)用于航空零件的制造或模具。二是傾斜轉(zhuǎn)盤式的兩個旋轉(zhuǎn)軸，用于小安全組件的預(yù)加工。第三是一個旋轉(zhuǎn)頭混合型和轉(zhuǎn)盤。表1顯示了五軸聯(lián)動加工中心已調(diào)查通過目錄和網(wǎng)站15的結(jié)構(gòu)配置。研究發(fā)現(xiàn)，在日本五軸加工中心的配置制造有24個。然而，這個數(shù)字遠(yuǎn)低于人數(shù)已由陳16和波河子17指出，有報道說，有288種可行的五軸加工中心的配置16和720種可能的概念設(shè)計17。在這項研究中，傾斜轉(zhuǎn)盤式被選為研究對象是因為它是在日本最常見的模式。圖1顯示一個五軸傾斜轉(zhuǎn)盤軸加工中心為例。稻崎18指出，有十三個系統(tǒng)偏差在五軸加工中心如圖2所示。十三偏差的五個與平移軸可采用直邊，傳統(tǒng)方塊、精度等

8、級和千分表的方法進(jìn)行檢查。一些方法檢查八偏差與傾斜旋轉(zhuǎn)表關(guān)聯(lián)了。本文的目的是提出一個估計的八種方法特別是五軸加工中心的偏差。3 .四軸聯(lián)動運動控制與仿真3.1.提出了四軸聯(lián)動控制運動球桿儀如圖3所示已被廣泛用于檢查幾何誤差數(shù)控軸機(jī)工具以及數(shù)字控制器的缺陷參數(shù)進(jìn)行一種在正交平面兩平移軸的圓周運動。試驗條件及評價參數(shù)指定ISO230-46。然而，絕對的距離與兩個球球桿沒有這樣的循環(huán)運動測量的考慮。五軸加工中心在日本生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)酉t置事自觸水平主熱ir?（汨向決皿MTTTWxarynt( (1) )Bczmu力ACW(J)CAYmqu(H他好科蹣工作HZYWJLZWFMII)ZY&C(1J,W

9、YW(1)RVMSZZFg%ZXVTACrxraAC)YtfMfVRfBAQ】停力UHYIFXABBl.YZFX9C(1)網(wǎng)化誠強(qiáng)頭和國耨工作占3YG而Aimcc由azYFxc( (n4IOT(CIIJfftZFXCf”曲在本文中，球桿的方法是新應(yīng)用之間的主軸和四軸聯(lián)動控制下工件為了獲得事件達(dá)成的偏差是五軸控制加工中心的運動軌跡數(shù)據(jù)的絕對距離測量。 假定兩個球之間的絕對距離被精確地校準(zhǔn)在測量之前。它也假定平移軸相互垂直，圓運動的ISO10791-819指定沒有偏差。圖2.系統(tǒng)偏差在一五個傾斜轉(zhuǎn)盤式見圖1軸加工中心現(xiàn)有（zxfyac型）。圖4顯示的球桿相對于表面的傾斜回轉(zhuǎn)工作臺運動過程中的測量。

10、一個球的球桿固定磁性插座安裝在主軸和其他插座放在一個位置遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)臺中心（C軸LB如圖4（a）所示四軸（A,C,Y和Z軸）同時控制兩個球，保持恒定的距離。S球沿A軸四界主軸移動，這是由Y和Z軸的直線運動的描述，保持球與旋轉(zhuǎn)工作臺表面的距離。球T對C軸工作臺移動而繞軸與球的主軸運動的同步移動。如圖4所示，軸從0到90度，而C軸旋轉(zhuǎn)0至180度。然后，A軸從90到0度，而C軸旋轉(zhuǎn)180360度（參見圖4（b）和（c）。球桿軸總是在運動過程中保持平行臺面。3.2.四軸聯(lián)動的運動仿真Spindlemu、皿加Z-aKYQ*kniusnisHlA-axi*i】HncnTC*axi5mnicmcntAngul

11、arPNitiOnaldevlabon、如,心%加詼r日*比,b與jr為隈*當(dāng)四軸聯(lián)動控制移動兩球S和T球的中心坐標(biāo)時， 使用的是機(jī)床坐標(biāo)計算OM-XYZ系統(tǒng)。A軸和C軸的坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)OA-XAYAZA、Oc-XcYcZc定義如圖5所示。A軸坐標(biāo)原點OAMY只在機(jī)床坐標(biāo)系和(ZAYOM-XYZAY上轉(zhuǎn)移。A軸坐標(biāo)oAY、PAY和丫AY也分別對應(yīng)于X,Y和Z軸旋轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離。此外，C軸坐標(biāo)原點OC相對于軸坐標(biāo)系統(tǒng)和C軸旋轉(zhuǎn)伊A只轉(zhuǎn)移&CA。Y軸運動方向平行于Y軸的機(jī)床坐標(biāo)系。因為球S的主軸沿圓弧同步隨著軸的傾斜角度，在YZ平面的旋轉(zhuǎn)幾何變換矩陣Z軸運動二給定的方程表示(1)在機(jī)床坐標(biāo)系。Y軸

12、和Z軸的垂直度的影響給出了方程(2):球S(XS,ys,ZS)在機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)由式(3)利用坐標(biāo)Sxyz(xsxyz,ysxyz，z”)S球初始位置狀態(tài)給出:“SAT)ySxvzZXYZ.球T(XT,yT,ZT)向前,然后向后移動沿著軸而其季度圈球沿著一個完整的關(guān)于C軸圈360度。球在桌面上的機(jī)器坐標(biāo)系坐標(biāo)TXYZ給出了式子,在坐標(biāo)TA(XTA,ER=()cos()sin。cos。10()一sinotINcosaKZ(2)=DZEK(3)0sin/?iYI00CO*/，4y-SI明Fcosy/Y0IX）S（0+%y）sin（O+辦Y）一sinS+oUy）COS（+y）yTA,ZTA）與球的位置在

13、軸坐標(biāo)系桌面上。在那里，D階Y,DYAY和EAYZ定義如下:C。肝/Ysin力y0（6）EAXYZ=一Ot-XcYcZc*C-axisA-XAYAZABA-axifiOM-XYZ*Machine.WR:徑向差異?:A 軸旋轉(zhuǎn)角度。01(b)肉尸()見廣0項50d/?=34即1內(nèi)3+H0W?04qni9/卜年產(chǎn)業(yè)01mm901190n+1(f)&F=0.01mmg)=0.01mtn凱0d/i=2Upm0(h)及七產(chǎn)0.01mm圖5.在傾斜回轉(zhuǎn)工作臺上坐標(biāo)系和角度位置偏差的定義如圖1所示L之間的距離來衡量兩個球球棒的實驗設(shè)備。在模擬，從兩個L的距離計算坐標(biāo)SXYZ(xS,yS,z)和TXY

14、Z(xT,歐美,zT型)當(dāng)軸移動，然后從0到90度從90年到0度雖然C軸旋轉(zhuǎn)0到360度。 偏差DL的區(qū)別之間的長度和計算參考長度是繪制在極地參考圓坐標(biāo)系統(tǒng)。-rAR=34vini。為產(chǎn)0.85。圖 6。角度和位置的軌跡偏差的影響。這些數(shù)據(jù)被用來作為識別偏差的參考數(shù)據(jù)(ZTC?250 毫米)方程式：（3）和（4）含有八的偏差（研丫，伊Y,”Y,0CA,MY,&AY,泌丫和CA）與旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的。因此，這八種偏差的影響出現(xiàn)在四軸聯(lián)動控制運動。4 .偏差和球桿的設(shè)置條件的影響4.1.偏差對軌跡的影偏差的影響（好,供丫,/丫,0CA,砂Y,&AY,&AY和覆CA）五軸加工中心的

15、固有的軌跡形狀進(jìn)行模擬同時四軸運動控制下的符號表示在圖2和4。球桿的參考長度是100毫米，和安裝高度ZTC的軸中心線到球的中心是250毫米。0.005度和0.01毫米角度和位置偏差分別為仿真。軌跡，當(dāng)A軸旋轉(zhuǎn)0至90度時，繪制的軌跡沿參考圓在第一象限上的極圖和從90到0度的軌跡也被繪制在第二象限。仿真結(jié)果如圖6所示。從圖中可以看出，軌跡形狀偏離圓形路徑等于各自的偏差值和數(shù)量各有不同。它們可以分為對稱和非對稱的軌跡。對稱的軌跡從一個角偏差可以和三的位置偏差和&AY,也AY和&CA。不對稱的軌跡從三角偏差伊Y,YAY,伊A到位置偏差加丫。徑向差異是AR=34或44的微米度角偏差是為

16、0.005度AR=13或20微米位置偏差為0.01毫米。如果八偏差（陰丫,伊Y,YAY,出A,豺丫，8AY,陰丫和CA）獨特的軌跡形狀的結(jié)果,每個偏差可根據(jù)自己的形狀估計。然而，在&CA=-0.0217mm圖7所示的軌跡（a）是為如丫=0.005度在圖6中相同的（a）和軌跡在/丫=0.0217毫米，如圖7（b）也,8A=0.005度圖6所示的相同（d）。因此，當(dāng)偏差同時存在，是不可能區(qū)分它們。因此， 對軌跡形狀的球桿安裝條件的影響。 通過改變它們的數(shù)值直到軌跡可以和8A對應(yīng)于aCA和陰丫軌跡可以分別確定了BCA的值。圖7.這些位置偏差分別導(dǎo)致相同軌跡的角偏差。4.2.球桿參數(shù)的影響可以

17、在一個常規(guī)的五軸加工容易改變參數(shù)的基準(zhǔn)長度LB和安裝高度ZTCOLB距離是球在表到主軸的球中心距。中天還從桌上的a軸中心線球中心的距離。首先，研究了不同長度的LB的兩參數(shù)對軌跡形狀的影響，50,100和150毫米。然而，它被發(fā)現(xiàn)的長度LB不影響運動軌跡的形狀和徑向差A(yù)Ro對軌跡形狀的球桿高度ZTC影響進(jìn)行模擬。結(jié)果如圖8所示。當(dāng)角偏差存在的軌跡是由高度ZTC的影響如圖8所示(a)。然而，軌跡是獨立的高度ZTC只有位置偏差的存在圖8(b)。這意味著由球桿隨高度增加時，只有ZTC角存在偏差檢測的位移。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)角偏差可忽略不計徑向差A(yù)R的高度比例變化ZTC。另一方面，徑向差因為海丫的A軸坐標(biāo)系的

18、坐標(biāo)原點的位移不受高度ZTCd的影響。1div.=10um(a)九二0.005。/文二50,100,200mm00(b)5rdy=0.01mm圖8.對圓形軌跡球桿ZTC天高度的影響。有兩個組合的偏差，如圖7所示；一個是因為0AY和CA和其他0CA和AY0有可能一個角偏差和位置的一個可分離因為在彈道角偏差的影響是最大的，高度ZTC增加。因此，它應(yīng)該是八個的偏差，尤其是五軸控制加工中心可以從兩軌跡改變球桿高度ZTC如上所述測量估計。.識別偏差被分析的偏差范圍提取的偏差，尤其是五軸數(shù)控加工中心的四軸聯(lián)動控制運動的軌跡，它是不容易的。因此，利用觀測方程20的方法來識別偏差。圖6示出的軌跡，可以作為鑒定

19、的參考數(shù)據(jù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，徑向偏差A(yù)R角度和位置偏差成比例增加的變化。彼此之間的關(guān)系偏差和徑向差線性變化的偏差范圍在0-0.1毫米和角偏差范圍在0-0.05如圖9示。對加工中心的X軸和Y軸運動的垂直度允許偏差為0.02/500毫米=0.0023o和A、B萬向頭的軸是0.02毫米之間的移位的允許偏差規(guī)定的試驗條件?？梢哉f，角度和位置偏差的研究被認(rèn)為是足夠的測量幾何偏差，因為相比對加工中心的試驗條件規(guī)定的允許偏差的范圍是足夠。因此，所有的角度和位置偏差被認(rèn)為是在這些范圍內(nèi)。第一步，找出偏差（gY,丫AY,-AY和左AY）作為第一步，六的偏差（伊Y，YAY,冊Y,*AY,海丫和力CA排除兩個偏差如Y,8

20、A）使用以下程序確定。.通過改變高度ZTC分別測量兩軌跡。角度偏差度（o）（a）角度偏差位置偏差（mm）（b）位置偏差圖9.角和位置在？=30o和0=60。的徑向差偏差A(yù)R的影響。.參考數(shù)據(jù)對應(yīng)于八個偏差為球桿設(shè)定相同的條件下進(jìn)行了模擬（ZTC）。在一個參考數(shù)據(jù)點的數(shù)目必須等于測量數(shù)據(jù)點的個數(shù)。.由球桿測量偏差在公式的矩陣表示（8）,其中T表示轉(zhuǎn)置矩陣。M=ni27%（8）.矩P$V是使用參考數(shù)據(jù)對應(yīng)于每個偏差顯示在公式（9）的制備。其中，六個偏差（jY,TAY,AY,AY,泌丫和&CA排除兩個偏差研丫,於人），可以提供相同的功能和小A,CA也給出相同的特征為協(xié)Y。.被確定的偏差表示的

21、矩陣公式（10）和測量誤差也表示的矩陣e公式（11）所示。從r力.Yl?ridb-AriyCA*斯門.力月Y2Y1Ifi*d5二八Y2d6yCA2F.A1.pAYn*dxA*d5二八Yn.yCAnV11=110.05113AupsnQX-0.05-OJO00.020.040.060.08OJ這些方程，觀測方程M可以得到如式（12）:(II)(12).方程（13）是從觀察彳#到的方程M作為一個正常的方程。矩陣是從這個方程計算中得出的偏差：(13)通過觀測方程的識別確認(rèn)上述識別方法的有效性，并進(jìn)行了仿真。它是假定在表2中列出的偏差進(jìn)行有效的仿真。球T到桌面的高度被假定為ZTc=250mm和300毫

22、米的球桿測量參數(shù)。對參考軌跡點的數(shù)量被假定為n=500o軌跡,g擬圖10所示。當(dāng)八個偏差同時存在時，運動軌跡的形狀是參考數(shù)據(jù)，如圖6所示完全不同。從圖10可以看出，徑向差A(yù)R增加約25%當(dāng)ZTC增加20%時。六偏差（伊Y，YAY,MY,&AY,aAY和eCA）并利用公式（8）-（13）確定CA。表2和表3分別顯示所確定的偏差值在ZTC=250毫米和300毫米。確定的的值在ZTC=250毫米于表2所示?？梢钥闯?，所確定的值和詼心大于給定的識別伊Y,YAY,AY,左AY對應(yīng)于給定的。確定的值在ZTC=300mm如表3所示。如圖所示，該值陰丫，泌丫與對應(yīng)于在ZTC=250毫米的價值確定和其他

23、的都大于給定值。表2在ZTC=250毫米給出了仿真和確定偏差值Bit測試值確定值偏差在Z250mm必y-0.0065儲-0.00X4yAY0.0120晨，0.0039drr0.0051mm,4y0.0073mm-0.01X0mmriX6yCA0,0077mm注意：黑體值是固定的望“1一一L00840.0120PcA1一(5MYI0t0220mm(51口(k(M)729mm3m0.U1X05mm4。0,0207mm己0色Y7AYyCA(10)Z?C=300mm9圖10.表2d的八偏差所示分別代入公式.（3）和（4）。在表3中，該比率的值的偏差在ZTC=250毫米和300毫米顯示在右欄。根據(jù)上表，

24、在兩部丫，ECA比率不等于1.2雖然伊丫,YAY的比率是1.2。正如上面提到的，這就是為什么丫AY的影響列入eCA值和BCA的影響也列加丫。 然后， CA和遠(yuǎn)離以及加丫和BCA之間之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。如上所述，八個偏差的四個（伊Y,YAY,AY,胡丫）可以準(zhǔn)確地估計觀測方程。然而，其他的偏差（於丫，&CA。伊A,a丫）不能用這種方法確定。第二步確定偏差圖11顯示了淤丫和eCA光之間的關(guān)系。在圖中，圖5所示的坐標(biāo)系統(tǒng)投影到平面。&CA1偏差在高度ZTC1確定是由方程（14）表示的。然而，旋轉(zhuǎn)角度可以是負(fù)的，因為逆時針方向的旋轉(zhuǎn)角度可以是準(zhǔn)確的。yCAi=6口+Zrcilan(一

25、厘“)(14)在相同的方式，在高度偏差加A2,ZTC2確定可以由方程（15）表示。CA2=vCA+Zrc2tan(My)代入公式（14）,CA可以得到。同理，CA和田A的關(guān)系可以用公式（17）和（18）求得。(15)因此，如果光是微小的，可以推導(dǎo)出一個近似的值Rsw=+Zciian(一8以)(17)dxAY2=xAY+ZTC2(PCA)(18)最后，可以從上述兩個方程得下面的公式表3確定ZTC=300毫米和ZTC1和ZTC2比偏差值確定值比值Bit L1n【一吃y2.您R-o.oiorL19工”二0.0144,L20PCA23clY2-0.0254mmL15匹JY2000731mmLOO演看Y20.0181mmLOOyCA20.0264mmJ.28圖11.SyCA和aAY的關(guān)系。55識別程序的有效性價值都可