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1、密 级分类号编 号成 绩本科生毕业设计 (论文)外 文 翻 译原 文 标 题Identification of angular and positional deviations inherent to 5-axis machining centers with a tilting-rotary table by simultaneous four-axis control movements machining centers with a tilting-rotary table by simultaneous four- axis control movem ents 译 文 标 题一个
2、倾斜回转工作台的角和位置固有的五轴偏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差识别的同时四轴控制运动的加工中心作者所在系别机械工程系机械工程系作者所在专业飞行器制造工程飞行器制造工程作者所在班级B11131作 者 姓 名刘飞雄刘飞雄作 者 学 号20114013127指导教师姓名于杰于杰指导教师职称教授教授完 成 时 间2015年03月北华航天工业学院教务处制共 5 页 第 0 页译文标题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 运动的加工中心运动的加工中心原文标题原文标
3、题Identification of angular and positional deviations inherent to 5-axis machining centers with a tilting-rotary table by simultaneous four- axis control movements作作 者者Masaomi Tsutsumi & Akinori Saito 译译 名名正臣提、斎藤正臣提、斎藤 昭則昭則国国 籍籍日本日本原文出处原文出处国际机床与制造杂志：设计，研究与应用国际机床与制造杂志：设计，研究与应用摘要摘要本文介绍了一种，通过固有的五轴控制加工中心
4、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。此外，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。# 2004 Elsevier 有限公司保留所
5、有权利。关键词：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 一个测量机床
6、评估的偏差是必要的。测量工具是在 ISO 230-1 5 下的规定和评价 参数也按照 ISO230-4 6 。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【13】已经提 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
7、的离心圆弧必须精确计算。本文论证了一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共 5 页 第 1 页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
8、们根据其结构 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 ISO10791-1 14 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
9、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四轴联动运动控制与仿真3.1提出了四轴联动控制运动共 5 页 第 2 页球杆仪如图 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 ISO 230-4 6 。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
10、考虑。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 ISO 10791-8 19 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。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
11、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。共 5 页 第 3 页3.2四轴联动的运动仿真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 O
12、A xAY只在机床坐标系和 zAY OM-XYZ yAY上转移。A 轴坐标 AY、AY和 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 CA只转移 yCA。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 ，zsxyz）S 球初始位置状态给出：球 T(xT,yT,zT)向前,
13、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 共 5 页 第 4 页轴圈 360 度。球在桌面上的机器坐标系坐标 TXYZ给出了式子(4),在坐标TA（xTA，yTA，zTA)与球的位置在轴坐标系桌面上。 在那里，DAY,DAY和 EAYZ定义如下： 共 5 页 第 5 页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 TXYZ(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。R：径向差
14、异 ：A 轴旋转角度图 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（ZTC250 毫米）。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 所示共 5 页 第 6 页方程式：（3）和（4）含有八的偏差（AY, AY,AY, CA, xAY, yAY, zAY和 yCA) 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（AY, AY,AY, CA, xAY, yAY, zAY和 yCA）五轴加工中心的固有 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
15、 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 yAY, zAY和 yCA。不对称的轨迹从三角偏差 AY,AY, CA到位置偏差 xAY。 径向差异是 R=34 或 44 的微米度角偏差是为
16、 0.005 度 R=13 或 20 微米位置偏 差为 0.01 毫米。如果八偏差（AY, AY,AY, CA, xAY, yAY, zAY和 yCA）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 yCA=-0.0217 mm 图 7 所示的轨迹 （a）是为 AY=0.005 度在图 6 中相同的（a）和轨迹在 xAY=0.0217 毫米，如图 7（b）也， CA=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 CA对应于 yCA和 xAY轨迹可以分别确定了 BCA 的值。共 5 页 第 7 页4.2球杆参数的影响可以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 ZTC。LB
