外文文献翻译.doc

机床加工制造国际期刊43(2003)771-780
5轴加工中心系统偏差的识别和补偿
M. Tsutsumi, A. Saito
毕业于生物应用及系统工程学院,东京工农业大学,东京,184-8588,日本接收于2002,10,14;审核通过于2003,02,14
摘要
这篇论文给出了一个确定特殊偏差的算法,比如5轴加工中心直线轴与回转轴的角度偏差。
这里给每个回转轴都设计了3种同步3轴控制运动模型来确定其偏差。测量过程中,两个传动轴和转动轴同时运动来保证机床和回转台的距离一定。伸缩球杆可作为一个有效的测量器具,由于它的姿态可以随意变化,所以可以用来测量在工作期间参考长度的相对位移。在3轴控制运动过程中,球杆的感应方向保持不变。通过从测量的循环轨迹离心率和基于模拟的数学模型近似度的相互关系得出8个方程,最终确定偏差。模拟过程中,设计出特定偏差的数学模型,并且给每个偏差及三轴运动绘出特性图表。从获得的数据看,我们可以设计出一个计算5轴加工中心特定偏差的程序,其实这样的程序已经被用来计算偏差了。从模拟和实验的结果看,这种偏差的计算方法能够得出准确的结果并且能够应用于倾斜回转台的5轴加工中心的计算中。
2003
关键词:系统偏差;识别算法;五轴加工中心;倾斜回转台;角度偏差;位置偏差
1简介
5轴控制加工中心通常用于加工复杂形状的模具、冲压模、机器零件、飞机零件以及涡轮叶。根据参考文献[1,2],5轴加工可分为以下三种类型;第一种是有两个控制轴的主轴头,第二种是有一个控制轴及回转台的回转头,第三种是有两个控制轴的的可倾斜回转台。相对于3轴加工中心,5轴加工中心具有更好的适用性、灵活性、更高的生产效率,因为它的切削刀具可以加工任何位置的零件而不会摆动或不稳。但是,在5轴加工中心还是存在形状和位置偏差。例如,回转轴和平移轴之间的平行度和垂直度,以及转盘轴中心线和相互垂直的旋转轴中心线的距离。提高5轴加工中心精度的研究已经有在做了。像Kiridena and Ferreira [3]讨论了位置误差对空间精度的影响,Soons et al. [4]设计了一个能够测量多轴加工的误差模型,Suh et al. [5]研究了误差模型和五轴加工机床回转台的测量数据。收录在ISO 230-
1 [6] 的可伸缩球杆系统主要用于一般的3轴加工中心的循环运动测试,并且这个工具可用于加工中心的性能测试和定期维护[7,8]。Sakam-oto and Inasaki [10,11] 用球杆系统[9]测量5轴加工中心的角度和位置偏差。通过回归分析法,他们提出了5轴加工中心数列算法偏差的识别。Kakino et研究了5轴加工中心误差运动的起因,Mayer et ,即通过伸缩球杆[13]。
Lei and Hsu[14,15] 研究出了探头装置用于确定直线误差的计算。为了提高加工的精度,研究5轴加工中心校
正方法显得很有必要,同时在 ISO
TC39/SC2会议上制定个新的ISO标准也很重要。直到现在,只有用直尺和刻度盘作为ISO标准的测量方法[16]。然而,这种方法只能平移轴的平行度和垂直度,很难通过这种方法获得所需的数据。因此,研究出用于确定包括转动轴在内的加工坐标系统的位置偏差的方法是很有必要的。这篇论文中,我们提出了用于测量机床和加工零件的相对位移的方法,通过伸缩球杆系统可以实现测量,并且当两个平移轴和一个回转轴同时控制时,这个方法可以准确的从测量数据中计算出偏差值。这个方法已经被实验证实有效。


在这里所讲的5轴控制加工中心是可倾斜回转台类型,如图1所示。基本配置是一个带有直立主轴的3轴加工中心,并且配有一个可倾斜回转台,工作台上A轴中心线和C轴中心线相交于一点。很多种5轴加工中心的制造写于文献[17,18]。加工坐标系中的角度和位置偏差识别如图3[1]所示。图示有4个位置偏差和9个角度偏差。这里提出了一种确定其中8个偏差的方法,即三个角度偏差(aAY, bAY, gAY),Y、A轴之间的三个位置偏差(dxAY, dyAY, dzAY) ,A、C轴之间(bCAand dyCA)的角度和位置偏差。这些都是5轴加工中心的特定偏差,但是在一般的3轴加工中心里没有这些特定的偏差。其他的偏差可以分别通过ISO 230-1 [6] 和ISO230-2 [19]确定。

、位置偏差的识别
种偏差
带有回转轴的三轴同步运动
这次研究的目的是为了提出计算5轴加工中心特定偏差的算法。刚好,带有回转轴的3轴交加工中心可