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畢業(yè)設計 (論文 )外文資料翻譯 系 部： 機械工程系 專 業(yè)： 機械工程及自動化 姓 名： 學 號： 外文出處： 4222 (2000) ? 0277 附 件： 指導教師評語： 簽名： 年 月 日 附件 1：外文資料翻譯譯文 數控機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控機床上所有動力學方面幾何誤差的系統，并且給出了一些實驗結果。這些實驗結果表明了一些靜態(tài)與動態(tài)誤差特性間的重要差異。通過關于在動態(tài)信號 運動或暫停時的 分析，會發(fā)現數控機床上一些錯誤的方法。另外，用 這個系統任何一種形態(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用的估計 數控機床輪廓誤差的方法。 關鍵詞 ： 機床用具度量衡 幾何誤差 動態(tài)測量 1．序言 在過去的幾年中，機床的校準對于機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的標準去評估數控機床的性能 [1~3]。然而，在這些標準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，機器的軸被移動到特定的位置，停止轉動的時候被測量記錄的。這個過程明顯很耗費時間，也可能很耗 費勞力?，F今很多如惠普 5529A 激光測量系統 和 雷尼紹 激光干涉系統的 現代化測量系統提高了校準效率。這些校準包括自動收集信息，自動調調整校準部分程序和機械補償參數。這些工具可以簡化校準過程，費較小的勞力。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使得整個校準過程異常昂貴。如果機械很大而且可能出現誤差的地方又多的話將會花費更多。眾所周知，一臺三軸機床有 21 處可能出現幾何誤差的地方需要測量。另外，當數控機床在工作狀態(tài)加工零件時，機床的靜態(tài)幾何誤差并不是表現出來的那么正確。機床是 由機械部分、電部分和數字化部分等組成，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。所有因素都影響機床的正常工作狀態(tài)，并且機床的動力傳輸都假定在靜態(tài)狀態(tài)下。 因此，有必要評估 機床的 動態(tài)性能并且去研究精確地測量機床動態(tài)幾何誤差 2．動態(tài)測量系統 為了評估機床的動態(tài)性能，一個比較研究被正式納入從兩個基本調查中得出的結果。首先，機床的靜態(tài) 幾何誤差由惠普激光干 涉儀測量。其次，同一臺機床的動態(tài)幾何誤差由 據采集系統同時 圖 1 機床的動態(tài)幾何測量工作示意圖 采集，高轉速，基于時間的測量，來比較編碼器讀數與激光干涉儀讀數。圖 1 顯示了機床的動態(tài)幾何測量誤差的相關機構 [4]。在這一動態(tài)測量系統中，使用 ，因為它可以允許數控機床的工作臺或軸的移動速度達到 1 它是惠普激光系統的 5 倍速度。同時， 據收集和處理系統被使用。它主要由一個 接口卡與全局總線 +數字接口和 隨機存儲器，制電子，和一個使用 C 和 件的 口組成。在機床動態(tài)測量的實驗中，模型 5 數控銑床加工中心被用作對象的測試。在開始測量前，當 控銑床加工中心通電并處于一個靜態(tài)的情況下，整個數據采集系統開始收集數據。測量出的背景噪聲代表了測量系統本身的誤差和主軸的振動。許多實驗表明，當機床已適當調整過后，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的數據作為靜態(tài)測量的結果并為參照來和動態(tài)測量的結果作比較。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系。在下面的動態(tài)實驗中，在工作臺以一個穩(wěn)定的速度移動后收集數據，以便消除工作臺加速度的影響。事實上， 圖 2 動態(tài)與靜態(tài)線性位移測量值的比較 加速度會產生巨大的動態(tài)誤差，尤其是當有一個更大的 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)測量有更大的隨機變化，尤其是在圖 2 所示測量直線位移誤差。這些隨機變化可稱為測量噪聲。噪音是由數控機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，編碼器讀數誤差，工作臺傾斜引起的 差，激光測量系統誤差，主軸振動等。它可被視為一個反映了機床動態(tài)特性的參數。在我們的實驗中，在這臺機床上以不同運動速度，從 100mm/ 4000mm/同樣的實驗， 這超過了獲得一個高定位精度的正常速度。通過所有這些實驗，我們發(fā)現測量噪聲與機床的進給速度幾乎沒有任何關系。通過 析，如圖 3 所示，我們發(fā)現測量噪聲的空間頻率約 米，這個現象可以進一步驗證圖 3a 是圖 2 的一部分。它可以得出結論， 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。以不同的速度重復幾次這個過程，我們反復觀察到約 2 微米的跳動誤差。從這些實驗中，也觀測到跳動誤差與工作臺的移動速度幾乎沒有任何關系。這個誤差是工作臺初始角度重新調整的動力引起的。當工作臺前后移動時，角度和直線測量的結果也顯示一個在水平方向上的跳動誤差。正因為導軌之間存在間隙，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，產生動誤差。 廓誤差 圖 4. 用這個系統得到的輪廓誤差 眾所周知，循環(huán)試驗提供了一個快速和高效的方式來測量機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，當機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，在所有的評估數控機床的標準中，圓形輪廓測試是一個關鍵組成部分。球型金屬塊被廣泛使用于這項測試。還有圓形擋板，十字網格編碼器等其他設備和工具。在這里，我們使用我們的發(fā)展動態(tài)測量系統，用 x 和 y 編碼器讀數作為時間函數，來獲得任何形狀的輪廓誤差 。 控機床的不完整運動 當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，實際上工作臺并沒有達到 100。實驗還表明，工作臺的移動速度越來越高，實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和 據收集和處理系統，成功地檢測出了機床的靜態(tài)和動態(tài)幾何誤差。實驗結果顯示了一些靜態(tài)和動態(tài)誤差特性的重大差異。隨著對機床誤差而導致的測量噪聲改進，，其他一些誤差被觀測出來，比如因為數控機床軸來回移動而產生的跳動誤差，因此有必要對數 控機床的動態(tài)特性進行測量和評估。 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