一个倾斜回转工作台的角和位置固有的五轴偏差识别的同时四轴控制运动的加工中心外文翻译

1、本科生毕业设计（论文）K1欷天工嚏离涅本科生毕业设计（论文）外文翻译原文标题译文标题作者所在系别作者所在专业作者所在班级作者姓名作者学号指导教师姓名指导教师职称完成时间密级分类号编号成绩Identificationofangularandpositionaldeviationsinherentto5-axismachiningcenterswithatilting-rotarytablebysimultaneousfour-axiscontrolmovementsmachiningcenters一个倾斜回转工作台的角和位置固有的五轴偏差识别的同时四轴控制运动的加工中心机械工程系飞行器制造工程B

2、11131刘飞雄20114013127于杰2015北华航天工业学院教务处制教授03以以畜秋天工嗦多悦译文标题一个倾斜回转工作台的角和位置固有的五轴偏差识别的同时四轴控制运动的加工中心原文标题Identificationofangularandpositionaldeviationsinherentto5-axismachiningcenterswithatilting-rotarytablebysimultaneousfour-axcontrolmovementsis作者MasaomiTsutsumi&译名正臣提、TST藤昭国第日本AkinoriSaito却日原文出处国际机床与制造杂志

3、：设计，研究与应用本文介绍了一种，通过固有的五轴控制加工中心的四轴联动控制运动的方法用于识别八偏差。确定的偏差已经提出了一些方法。然而，一个模拟同时四轴控制技术使用的球杆仪尚未应用于主轴与工作台之间相对位移的测量。止匕外，评估偏离轨迹的方法没有被提出。因此，在本文中，提出了一种基于同步四轴控制技术五轴控制加工中心倾斜回转工作台的校准方法。为了验证该方法的有效性，进行了模拟。运动轨迹通过一个数学模型，为这八个偏差取代。在第一步，在八偏差的四个估计的观测方程的两个测量轨迹和使用六个参考的。在第二步骤中，根据观测方程使用价值计算几何计算剩余的四的偏差。作为一个结果，发现该方法是足以准确地识别偏差的。

4、#2004日sevier有限公司保留所有权利。关键词：识别方法；加工中心加工；同时四轴控制；几何误差；误差；倾斜旋转表。1 .简介五轴加工中心的三个平移和两个旋转轴与传统的三个平移轴加工中心相比具有许多优越的特性。例如，短的工具柄可用于无干扰加工深腔壁，并具有复杂的结构形状，如叶轮的涡轮机，可以不改变夹具加工。然而，该五轴机床的加工精度因为那些在众多的两个旋转轴偏差机制一般不如传统。如果有改善的一种有效方法或弥补这些偏差，五轴机床的加工性能将大幅度地提高。确定多轴机床的偏差的几何量测量方法可以看到许多不同的来源， 主要是解决这个评估偏差1-3建模。球杆仪测量方法4的有效评估几何偏差，因为只有一

5、个测量机床评估的偏差是必要的。测量工具是在ISO230-15下的规定和评价参数也按照ISO230-46。最近，球杆方法已应用到五轴加工中心的两个旋转轴固有的系统偏差的识别。坂本稻崎7-9应用球杆的方法失调量的检测，柿野10和该11也应用球杆的方法诊断三轴同时运动的精度。求我12提出了一个找出偏差的系统如联合系统化对齐方法，角偏移和旋转轴的分离。虽然这种方法的知识提供了有用的数据来提高机床精度， 在五轴工具机尚未评估完全时每个偏差均存在。 作者 【出了通过识别偏差的三轴同时运动过程包括旋转轴也有关系偏差和测量电路的离心圆弧。然而，四的测量需要评估的偏差，和未来的离心圆弧必须精确计算。本文论证了一

6、个基于四轴联动控制运动为了检查五轴几何误差数控加工中心的新的校准方法。 本文还由球栅测量运动轨迹仪器提出了一个通过分析现有的两轴间的形状的角度和位置偏差估计方法。确认开发的有效性的方法，进行了模拟。八偏差条件代入数学模型得到的轨迹数据。在第一步中，八偏差的四个通过观察估计方程的两测量数据和六指使用基准数据。第二步，剩下的四偏差的几何计算估计值的观测方程。作为一个结果，发现该方法能充分准确地识别偏差。2 .五轴数控加工中心和系统偏差各种各样的五轴控制加工中心已经在日本和欧洲制造。 仍然有一些特殊配置的机器他们根据其结13】已经提构2一般分为三类。第一是一个有两个旋转轴万向头的类型，这是ISO10

7、791-114的规定，这种类型通常是应用于航空零件的制造或模具。二是倾斜转盘式的两个旋转轴，用于小安全组件的预加工。第三是一个旋转头混合型和转盘。表1显示了五轴联动加工中心已调查通过目录和网站15的结构配置。研究发现，在日本五轴加工中心的配置制造有24个。然而，这个数字远低于人数已由陈16和波河子17指出，有报道说，有288种可行的五轴加工中心的配置16和720种可能的概念设计17。在这项研究中，倾斜转盘式被选为研究对象是因为它是在日本最常见的模式。图1显示一个五轴倾斜转盘轴加工中心为例。稻崎18指出，有十三个系统偏差在五轴加工中心如图2所示。十三偏差的五个与平移轴可采用直边，传统方块、精度等

8、级和千分表的方法进行检查。一些方法检查八偏差与倾斜旋转表关联了。本文的目的是提出一个估计的八种方法特别是五轴加工中心的偏差。3 .四轴联动运动控制与仿真3.1.提出了四轴联动控制运动球杆仪如图3所示已被广泛用于检查几何误差数控轴机工具以及数字控制器的缺陷参数进行一种在正交平面两平移轴的圆周运动。试验条件及评价参数指定ISO230-46。然而，绝对的距离与两个球球杆没有这样的循环运动测量的考虑。五轴加工中心在日本生产的结构酉t置事自触水平主热ir?（汨向决皿MTTTWxarynt( (1) )Bczmu力ACW(J)CAYmqu(H他好科蹒工作HZYWJLZWFMII)ZY&C(1J,W

9、YW(1)RVMSZZFg%ZXVTACrxraAC)YtfMfVRfBAQ】停力UHYIFXABBl.YZFX9C(1)网化诚强头和国耨工作占3YG而Aimcc由azYFxc( (n4IOT(CIIJfftZFXCf”曲在本文中，球杆的方法是新应用之间的主轴和四轴联动控制下工件为了获得事件达成的偏差是五轴控制加工中心的运动轨迹数据的绝对距离测量。 假定两个球之间的绝对距离被精确地校准在测量之前。它也假定平移轴相互垂直，圆运动的ISO10791-819指定没有偏差。图2.系统偏差在一五个倾斜转盘式见图1轴加工中心现有（zxfyac型）。图4显示的球杆相对于表面的倾斜回转工作台运动过程中的测量。

10、一个球的球杆固定磁性插座安装在主轴和其他插座放在一个位置远离旋转台中心（C轴LB如图4（a）所示四轴（A,C,Y和Z轴）同时控制两个球，保持恒定的距离。S球沿A轴四界主轴移动，这是由Y和Z轴的直线运动的描述，保持球与旋转工作台表面的距离。球T对C轴工作台移动而绕轴与球的主轴运动的同步移动。如图4所示，轴从0到90度，而C轴旋转0至180度。然后，A轴从90到0度，而C轴旋转180360度（参见图4（b）和（c）。球杆轴总是在运动过程中保持平行台面。3.2.四轴联动的运动仿真Spindlemu、皿加Z-aKYQ*kniusnisHlA-axi*i】HncnTC*axi5mnicmcntAngul

11、arPNitiOnaldevlabon、如,心%加诙r日*比,b与jr为隈*当四轴联动控制移动两球S和T球的中心坐标时， 使用的是机床坐标计算OM-XYZ系统。A轴和C轴的坐标系统的坐标OA-XAYAZA、Oc-XcYcZc定义如图5所示。A轴坐标原点OAMY只在机床坐标系和(ZAYOM-XYZAY上转移。A轴坐标oAY、PAY和丫AY也分别对应于X,Y和Z轴旋转远离。此外，C轴坐标原点OC相对于轴坐标系统和C轴旋转伊A只转移&CA。Y轴运动方向平行于Y轴的机床坐标系。因为球S的主轴沿圆弧同步随着轴的倾斜角度，在YZ平面的旋转几何变换矩阵Z轴运动二给定的方程表示(1)在机床坐标系。Y轴

12、和Z轴的垂直度的影响给出了方程(2):球S(XS,ys,ZS)在机床坐标系统由式(3)利用坐标Sxyz(xsxyz,ysxyz，z”)S球初始位置状态给出:“SAT)ySxvzZXYZ.球T(XT,yT,ZT)向前,然后向后移动沿着轴而其季度圈球沿着一个完整的关于C轴圈360度。球在桌面上的机器坐标系坐标TXYZ给出了式子,在坐标TA(XTA,ER=()cos()sin。cos。10()一sinotINcosaKZ(2)=DZEK(3)0sin/?iYI00CO*/，4y-SI明Fcosy/Y0IX）S（0+%y）sin（O+办Y）一sinS+oUy）COS（+y）yTA,ZTA）与球的位置在

13、轴坐标系桌面上。在那里，D阶Y,DYAY和EAYZ定义如下:C。肝/Ysin力y0（6）EAXYZ=一Ot-XcYcZc*C-axisA-XAYAZABA-axifiOM-XYZ*Machine.WR:径向差异?:A 轴旋转角度。01(b)肉尸()见广0项50d/?=34即1内3+H0W?04qni9/卜年产业01mm901190n+1(f)&F=0.01mmg)=0.01mtn凯0d/i=2Upm0(h)及七产0.01mm图5.在倾斜回转工作台上坐标系和角度位置偏差的定义如图1所示L之间的距离来衡量两个球球棒的实验设备。在模拟，从两个L的距离计算坐标SXYZ(xS,yS,z)和TXY

14、Z(xT,欧美,zT型)当轴移动，然后从0到90度从90年到0度虽然C轴旋转0到360度。 偏差DL的区别之间的长度和计算参考长度是绘制在极地参考圆坐标系统。-rAR=34vini。为产0.85。图 6。角度和位置的轨迹偏差的影响。这些数据被用来作为识别偏差的参考数据(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）与旋转轴相关的。因此，这八种偏差的影响出现在四轴联动控制运动。4 .偏差和球杆的设置条件的影响4.1.偏差对轨迹的影偏差的影响（好,供丫,/丫,0CA,砂Y,&AY,&AY和覆CA）五轴加工中心的

15、固有的轨迹形状进行模拟同时四轴运动控制下的符号表示在图2和4。球杆的参考长度是100毫米，和安装高度ZTC的轴中心线到球的中心是250毫米。0.005度和0.01毫米角度和位置偏差分别为仿真。轨迹，当A轴旋转0至90度时，绘制的轨迹沿参考圆在第一象限上的极图和从90到0度的轨迹也被绘制在第二象限。仿真结果如图6所示。从图中可以看出，轨迹形状偏离圆形路径等于各自的偏差值和数量各有不同。它们可以分为对称和非对称的轨迹。对称的轨迹从一个角偏差可以和三的位置偏差和&AY,也AY和&CA。不对称的轨迹从三角偏差伊Y,YAY,伊A到位置偏差加丫。径向差异是AR=34或44的微米度角偏差是为

16、0.005度AR=13或20微米位置偏差为0.01毫米。如果八偏差（阴丫,伊Y,YAY,出A,豺丫，8AY,阴丫和CA）独特的轨迹形状的结果,每个偏差可根据自己的形状估计。然而，在&CA=-0.0217mm图7所示的轨迹（a）是为如丫=0.005度在图6中相同的（a）和轨迹在/丫=0.0217毫米，如图7（b）也,8A=0.005度图6所示的相同（d）。因此，当偏差同时存在，是不可能区分它们。因此， 对轨迹形状的球杆安装条件的影响。 通过改变它们的数值直到轨迹可以和8A对应于aCA和阴丫轨迹可以分别确定了BCA的值。图7.这些位置偏差分别导致相同轨迹的角偏差。4.2.球杆参数的影响可以

17、在一个常规的五轴加工容易改变参数的基准长度LB和安装高度ZTCOLB距离是球在表到主轴的球中心距。中天还从桌上的a轴中心线球中心的距离。首先，研究了不同长度的LB的两参数对轨迹形状的影响，50,100和150毫米。然而，它被发现的长度LB不影响运动轨迹的形状和径向差ARo对轨迹形状的球杆高度ZTC影响进行模拟。结果如图8所示。当角偏差存在的轨迹是由高度ZTC的影响如图8所示(a)。然而，轨迹是独立的高度ZTC只有位置偏差的存在图8(b)。这意味着由球杆随高度增加时，只有ZTC角存在偏差检测的位移。结果发现，当角偏差可忽略不计径向差AR的高度比例变化ZTC。另一方面，径向差因为海丫的A轴坐标系的

18、坐标原点的位移不受高度ZTCd的影响。1div.=10um(a)九二0.005。/文二50,100,200mm00(b)5rdy=0.01mm图8.对圆形轨迹球杆ZTC天高度的影响。有两个组合的偏差，如图7所示；一个是因为0AY和CA和其他0CA和AY0有可能一个角偏差和位置的一个可分离因为在弹道角偏差的影响是最大的，高度ZTC增加。因此，它应该是八个的偏差，尤其是五轴控制加工中心可以从两轨迹改变球杆高度ZTC如上所述测量估计。.识别偏差被分析的偏差范围提取的偏差，尤其是五轴数控加工中心的四轴联动控制运动的轨迹，它是不容易的。因此，利用观测方程20的方法来识别偏差。图6示出的轨迹，可以作为鉴定

19、的参考数据。结果发现，径向偏差AR角度和位置偏差成比例增加的变化。彼此之间的关系偏差和径向差线性变化的偏差范围在0-0.1毫米和角偏差范围在0-0.05如图9示。对加工中心的X轴和Y轴运动的垂直度允许偏差为0.02/500毫米=0.0023o和A、B万向头的轴是0.02毫米之间的移位的允许偏差规定的试验条件。可以说，角度和位置偏差的研究被认为是足够的测量几何偏差，因为相比对加工中心的试验条件规定的允许偏差的范围是足够。因此，所有的角度和位置偏差被认为是在这些范围内。第一步，找出偏差（gY,丫AY,-AY和左AY）作为第一步，六的偏差（伊Y，YAY,册Y,*AY,海丫和力CA排除两个偏差如Y,8

20、A）使用以下程序确定。.通过改变高度ZTC分别测量两轨迹。角度偏差度（o）（a）角度偏差位置偏差（mm）（b）位置偏差图9.角和位置在？=30o和0=60。的径向差偏差AR的影响。.参考数据对应于八个偏差为球杆设定相同的条件下进行了模拟（ZTC）。在一个参考数据点的数目必须等于测量数据点的个数。.由球杆测量偏差在公式的矩阵表示（8）,其中T表示转置矩阵。M=ni27%（8）.矩P$V是使用参考数据对应于每个偏差显示在公式（9）的制备。其中，六个偏差（jY,TAY,AY,AY,泌丫和&CA排除两个偏差研丫,於人），可以提供相同的功能和小A,CA也给出相同的特征为协Y。.被确定的偏差表示的

21、矩阵公式（10）和测量误差也表示的矩阵e公式（11）所示。从r力.Yl?ridb-AriyCA*斯门.力月Y2Y1Ifi*d5二八Y2d6yCA2F.A1.pAYn*dxA*d5二八Yn.yCAnV11=110.05113AupsnQX-0.05-OJO00.020.040.060.08OJ这些方程，观测方程M可以得到如式（12）:(II)(12).方程（13）是从观察彳#到的方程M作为一个正常的方程。矩阵是从这个方程计算中得出的偏差：(13)通过观测方程的识别确认上述识别方法的有效性，并进行了仿真。它是假定在表2中列出的偏差进行有效的仿真。球T到桌面的高度被假定为ZTc=250mm和300毫

22、米的球杆测量参数。对参考轨迹点的数量被假定为n=500o轨迹,g拟图10所示。当八个偏差同时存在时，运动轨迹的形状是参考数据，如图6所示完全不同。从图10可以看出，径向差AR增加约25%当ZTC增加20%时。六偏差（伊Y，YAY,MY,&AY,aAY和eCA）并利用公式（8）-（13）确定CA。表2和表3分别显示所确定的偏差值在ZTC=250毫米和300毫米。确定的的值在ZTC=250毫米于表2所示。可以看出，所确定的值和诙心大于给定的识别伊Y,YAY,AY,左AY对应于给定的。确定的值在ZTC=300mm如表3所示。如图所示，该值阴丫，泌丫与对应于在ZTC=250毫米的价值确定和其他

23、的都大于给定值。表2在ZTC=250毫米给出了仿真和确定偏差值Bit测试值确定值偏差在Z250mm必y-0.0065储-0.00X4yAY0.0120晨，0.0039drr0.0051mm,4y0.0073mm-0.01X0mmriX6yCA0,0077mm注意：黑体值是固定的望“1一一L00840.0120PcA1一(5MYI0t0220mm(51口(k(M)729mm3m0.U1X05mm4。0,0207mm己0色Y7AYyCA(10)Z?C=300mm9图10.表2d的八偏差所示分别代入公式.（3）和（4）。在表3中，该比率的值的偏差在ZTC=250毫米和300毫米显示在右栏。根据上表，

24、在两部丫，ECA比率不等于1.2虽然伊丫,YAY的比率是1.2。正如上面提到的，这就是为什么丫AY的影响列入eCA值和BCA的影响也列加丫。 然后， CA和远离以及加丫和BCA之间之间的关系进行了研究。如上所述，八个偏差的四个（伊Y,YAY,AY,胡丫）可以准确地估计观测方程。然而，其他的偏差（於丫，&CA。伊A,a丫）不能用这种方法确定。第二步确定偏差图11显示了淤丫和eCA光之间的关系。在图中，图5所示的坐标系统投影到平面。&CA1偏差在高度ZTC1确定是由方程（14）表示的。然而，旋转角度可以是负的，因为逆时针方向的旋转角度可以是准确的。yCAi=6口+Zrcilan(一

25、厘“)(14)在相同的方式，在高度偏差加A2,ZTC2确定可以由方程（15）表示。CA2=vCA+Zrc2tan(My)代入公式（14）,CA可以得到。同理，CA和田A的关系可以用公式（17）和（18）求得。(15)因此，如果光是微小的，可以推导出一个近似的值Rsw=+Zciian(一8以)(17)dxAY2=xAY+ZTC2(PCA)(18)最后，可以从上述两个方程得下面的公式表3确定ZTC=300毫米和ZTC1和ZTC2比偏差值确定值比值Bit L1n【一吃y2.您R-o.oiorL19工”二0.0144,L20PCA23clY2-0.0254mmL15匹JY2000731mmLOO演看Y20.0181mmLOOyCA20.0264mmJ.28图11.SyCA和aAY的关系。55识别程序的有效性价值都可