分功率殼體臥式雙面鉆孔專用機(jī)床設(shè)計(jì)說明書

分功率殼體臥式雙面鉆孔專用機(jī)床設(shè)計(jì)說明書,功率,殼體,臥式,雙面,鉆孔,專用,機(jī)床,設(shè)計(jì),說明書,仿單 CNC 機(jī)床的性能測驗(yàn)的系統(tǒng)發(fā)展和平面的編碼器測量的應(yīng)用 W. Jywe 自動化工程學(xué)部， 國立Huwei科技研究所, Huwei, 林云,臺灣 在這個(gè)文章中，平面的編碼器的測定的裝置是為了發(fā)展測試 CNC 機(jī)床的表現(xiàn)。在計(jì)算機(jī)的協(xié)助下，這一個(gè)系統(tǒng)能被使用進(jìn)行2 D 的 CNC畫 輪廓測試和 3D立體定位測試。根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原則,可以進(jìn)行一般的 2 D 的應(yīng)用畫輪廓測試，漂流物測試, 和指定的幾何學(xué)的部份路徑測試。 一個(gè)真實(shí)的個(gè)案是研究改良一個(gè)凸輪的機(jī)制準(zhǔn)確性的描述。 最后, 示范了一個(gè)新的使用光學(xué)的編碼器的 3D立體放置方法。 關(guān)鍵字: 球狀校核系統(tǒng); 機(jī)床; 幾何學(xué)的部份路徑; 平面的編碼器; 熱的漂流物測試; 三維空間的定位; 二維空間的畫輪廓 1. 介紹 機(jī)床的表現(xiàn)和一致性-對機(jī)器制造的質(zhì)量的起主要作用。 系統(tǒng)地檢查機(jī)床的表現(xiàn)對于直接的質(zhì)量校核或?yàn)檫@不確定補(bǔ)償是重要的。1932年 , 低空飛機(jī)遠(yuǎn)程警戒雷達(dá)網(wǎng) 首先為機(jī)器提供一個(gè)系統(tǒng)的方法。這個(gè)方法成為國際標(biāo)準(zhǔn)組織標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的基礎(chǔ)。在 1959年，Tlusty使用了電和感應(yīng)來測試紗錠準(zhǔn)確性。 Tlusty，Koenigsberger和 Burdekin為機(jī)床指出了新的測試方法。 Burdekin檢查了機(jī)床的運(yùn)動準(zhǔn)確性和機(jī)器加工部份的關(guān)系。 Tlusty計(jì)劃了一個(gè)不切割的測試方法。然后機(jī)床表現(xiàn)的測試分為一個(gè)直接的切斷之內(nèi)分類測試和一個(gè)間接的切斷測試。Ericson首先描述了機(jī)床的工作地域。布賴恩和皮爾森解釋了斜度，旋轉(zhuǎn)，偏離的測量程度的定義和方法。 在商業(yè)的激光干涉計(jì)的使用之后,測定體積誤差的分析可以被描述了。Voutsudopoulos 和 Burdekin指出坐標(biāo)測量機(jī)需要校正的模型。 Fan使用一個(gè)激光干涉計(jì)和個(gè)人計(jì)算機(jī)校正不同類型的機(jī)床的裝置。 Zhang和 Hockey 通過測量位置錯(cuò)誤 獲得了 的 21個(gè)錯(cuò)誤成份。為了找出 21個(gè)錯(cuò)誤成份, Zhang 和 Zang設(shè)計(jì)1-D球狀隊(duì)列，然后 Zhang描述了一個(gè)迅速獲得筆直錯(cuò)誤的方法。 在2000年, Jywe 描述了一個(gè)使用球狀校核系統(tǒng)的方法證明了CNC機(jī)床 的測定體積錯(cuò)誤。圓形的測試被發(fā)展用來檢查幾何學(xué)和畫輪廓錯(cuò)誤。 為了準(zhǔn)確性評估，Burdekin[20] 描述了使用圓形的路徑的方法作切斷測試。 布賴恩為畫輪廓測試發(fā)展了第一個(gè)球狀校核系統(tǒng)。然而，在這一個(gè)系統(tǒng)中，不確定是很高的,其主要原因是在球和磁性插口之間的摩擦和沒有準(zhǔn)確測量和制造它的的半徑.Knapp's 的系統(tǒng)是 在機(jī)床上用一個(gè)圓形的比較標(biāo)準(zhǔn)圓盤展開和 2 D 測量。這一個(gè)系統(tǒng) 的問題是在 2 D 之間摩擦的存在和系統(tǒng)對高速的畫輪廓測試是無法使用圓盤, 小帶寬和2 D 測試的高費(fèi)用。 Kakinov 提供了使用一個(gè)球狀校核系統(tǒng)校準(zhǔn)一個(gè)同等的CNC機(jī)床。 Knapp描述了一條減少預(yù)定黏住–滑等的錯(cuò)誤的規(guī)則.Burdekin 和Park通過使用四坐標(biāo)聯(lián)動的方式修改了原始的球狀校核系統(tǒng)。 Burdekin 和 Jywe[31]提供通過一個(gè)診斷畫輪廓錯(cuò)誤和調(diào)整 CNC 機(jī)床的參數(shù)來優(yōu)化機(jī)床的方法。 Ziegert 和 Mize描述了一個(gè)激光球校核系統(tǒng)。 所有的這些球校核系統(tǒng), 包括Renishaw側(cè)面的系統(tǒng) 提供只有在畫輪廓測試期間的半徑錯(cuò)誤, 都限制了外形制造錯(cuò)誤的分析即使每個(gè)軸存在共有的不是各自的錯(cuò)誤。為了獲得每個(gè)軸的外形制造錯(cuò)誤, Jywe[34]使 用了二個(gè)位置硅探測器來測試.。 一個(gè)激光源發(fā)出激光光線,激光光線進(jìn)入二條垂直的線之內(nèi)被分離并且射在二臺垂直放置機(jī)床的硅探測器上。 Heidenhein格子編碼器也提供畫輪廓2 D測試, 但是非常費(fèi)用很高。在半導(dǎo)體和電子制造儀器應(yīng)用平面的編碼器系統(tǒng)。這個(gè)有很好的電動反應(yīng)系統(tǒng)能測量 0.1 m 的數(shù)量級.但最重要的是低費(fèi)用。 然而,那最初的平面編碼器為人工的操作而設(shè)計(jì),用來進(jìn)行CNC 機(jī)床的外形測試是不適當(dāng)?shù)?由于下列的考慮: 1. 最初的系統(tǒng)只包括了一個(gè)編碼器和探測器。 沒有相關(guān)的接口和驅(qū)動。 2. 如此沒有相關(guān)的畫輪廓軟件和測試-方法。因此,即使有了相關(guān)的軟件,使用和整合一個(gè)新的計(jì)算機(jī)輔助平面編碼器中系統(tǒng)來測試兩者的動態(tài)表現(xiàn)和CNC機(jī)床的幾何錯(cuò)誤也僅僅在紙上,。最重要的是與Heidenhein 格子編碼器系統(tǒng)相比較,畫輪廓測試的裝置 能減少90% 費(fèi)用。從早先的研究，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了那個(gè)測試裝置總是不適合的對3D幾何錯(cuò)誤測試。 此外，這些裝置不適合的對一個(gè)自由形態(tài)的 2 D畫輪廓測試的。書中設(shè)計(jì)和發(fā)展了一個(gè)裝置的簡單測量裝置來檢查每個(gè)輸出軸的制造外形。 同時(shí)一個(gè)3D位置的測試也發(fā)展了。 2. CNC機(jī)床的2 D 平面編碼器畫輪廓測量系統(tǒng) 2.1 平面的編碼器的原則 一個(gè)平面的編碼器系統(tǒng)例如 Renishaw RGX系統(tǒng)已經(jīng)在半導(dǎo)體和電子制造儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展了, 系統(tǒng)使用一個(gè)有二個(gè)直角可以 測試X 和 Y 方向感應(yīng)器的探測器 .系統(tǒng)有一個(gè)好動態(tài)的反映而且在方向上達(dá)到了0.1 m的數(shù)量級。 V -B被用來編輯測定的軟件程序。圖 1 使用簡單的平面編碼器測試的外形輪廓。 這平面的編碼器提供每個(gè)軸的2 D 畫輪廓的定位數(shù)據(jù)。 在測試中, 平面的編碼器與 CNC 機(jī)床不兼容而且探測器經(jīng)常需要修理。 計(jì)算機(jī)軟件經(jīng)由一張柜臺卡片能讀抽取樣品數(shù)據(jù)。 Fig.1 3. 測定的系統(tǒng)不確定 3.1 由于抽取樣品程序的不確定 完善的軟件出現(xiàn)了下列的因素: 1.采樣必須都是在外形附近和合理地獨(dú)立計(jì)算機(jī)速度 2. 充份的抽取樣品數(shù)據(jù)對顯示和分析高辨識率的錯(cuò)誤是必要的。 3. 抽取樣品數(shù)據(jù)應(yīng)該與畫輪廓速度,計(jì)算機(jī)速度和畫輪廓半徑無關(guān)。 3.2 由于熱的效果不確定 為測試考慮系統(tǒng)的熱效果,如果平面的編碼器的溫度不同于那機(jī)床平臺,半徑誤差將會被影響。 如果那平面的編碼器本身的溫度不是統(tǒng)一的, 那在外圓誤差將會被影響。 雖然平面的編碼器的擴(kuò)充系數(shù)相當(dāng)小,到了極小的影響,編碼器也應(yīng)該不時(shí)的放到測試機(jī)床平臺來減少溫度差異和讓編碼器的溫度穩(wěn)定。 4. 圓形的畫輪廓路徑測試結(jié)果 在一個(gè) 有0 M Fanuc 校核器并且垂直 CNC機(jī)床上進(jìn)行XY方向 上進(jìn)行了一個(gè)簡單的畫輪廓測試.畫輪廓結(jié)果顯示在圖 2中。 那逆時(shí)針方向的和順時(shí)針方向的在 20 毫米半徑畫輪廓測試能滿足ISO 230-1 和 230-2的需求。 從結(jié)果來看,絕對的半徑錯(cuò)誤能被容易地發(fā)現(xiàn)。 對于一般的畫輪廓系統(tǒng),僅僅沒有給了圓度。 此外, 如果有需要的話,每個(gè)軸的錯(cuò)誤也能被個(gè)別地發(fā)現(xiàn)。對于分析的目的這是有用的。 Fig.2 5. 熱的漂流物 畫輪廓系統(tǒng)提供例如非連絡(luò)畫輪廓測試。 對于像球校核系統(tǒng)的畫輪廓系統(tǒng), 由于問題信號電纜的卷繞只有一個(gè)的有限制數(shù)字運(yùn)行。 在這個(gè)試驗(yàn)里, 測試運(yùn)行是無限的。 因此, 一個(gè)熱的漂流物測試能在沒有另外的固定物時(shí)容易地運(yùn)行。 經(jīng)過八小時(shí)的連續(xù)順時(shí)針方向畫輪廓運(yùn)行, 畫輪廓結(jié)果在圖 3 中以每個(gè)二小時(shí)的周期被顯示。 畫輪廓中心在圖 4 中每個(gè)30分鐘被顯示。在 8 小時(shí)中 畫輪廓中心漂流物是重要的。不僅給的畫輪廓中心漂流物還有也獲得每次運(yùn)行畫輪廓錯(cuò)誤的形式都是很重要的。 從這一個(gè)測試中, 這一個(gè)系統(tǒng)很容易顯示連續(xù)運(yùn)行的表現(xiàn)。 Fig.3 Fig.4 Fig.5 6.平面編碼的方形錯(cuò)誤測試 使用平面編碼器方形錯(cuò)誤可能容易地被檢測到。編碼器被設(shè)置在被測試的平面上。探測器沿著編碼器的正方形邊緣。CNC 機(jī)床被測試了并且結(jié)果被顯示在圖5. 制造外形的測試。 7. 激光 二極管和象限傳感器塑造外形的系統(tǒng)[ * 使用激光 二極管和象限傳感器塑造外形的系統(tǒng)可能核實(shí)平面編碼器塑造外形的系統(tǒng)。使用一條2 毫米順時(shí)針制造外形的半徑, 圖6 顯示塑造外形收效使用象限傳感器, 當(dāng)圖7 給近似結(jié)果。 Fig. 6. Fig. 7. Fig. 8. Fig. 9. Fig. 10. 沒有傳感器, 被連接到被測試的CNC 機(jī)床的平臺和二到個(gè)各自的球和磁性插口探測器。球校核在平臺的球的中心的是3D 測量和目標(biāo)分析。當(dāng)目標(biāo)后, 在平面編碼器第一樣品被放在在它的第一個(gè)位置。沒有移動目標(biāo), 平面編碼器被移動向鄰居點(diǎn)并且第二個(gè)樣品被采取。終于, 其他鄰居點(diǎn)被抽樣如同第三個(gè)樣品。每個(gè)三個(gè)樣品包括第2 個(gè)座標(biāo),個(gè)可能被分析目標(biāo)的3D 座標(biāo)。因而各3D 運(yùn)動將由這個(gè)1 點(diǎn)和3 步(1P3S) 方法獲得。這個(gè)方法可能被描述如下。 為了獲得3D 安置的座標(biāo)x, Y 和Z, 一個(gè)簡單的模型被開發(fā)在下圖, 已知: 圖13. 模型為分析x, y, z 座標(biāo)。 x, y, z 是被分析座標(biāo) x1, y1, z1, x2, y2, z2, x3, y3, z3 是被提供第一, 第二個(gè)和第三個(gè)步樣品的2D光學(xué)標(biāo)度座標(biāo) L1, L2, L3 是球禁止系統(tǒng)提供的長度.然后, 解等式: 這里, 發(fā)現(xiàn)了二種可能的解答。你是在平面編碼器的上面, 而另一個(gè)是在它之下。因而,在這種應(yīng)用唯一座標(biāo)在球板材的上面被使用。在同等的z 被發(fā)現(xiàn)之后, x 和y 可能并且被發(fā)現(xiàn)。在這種應(yīng)用,長度是固定, 因而L1 L2 L3 。擴(kuò)大運(yùn)作的范圍一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)或激光 球校核系統(tǒng)與一個(gè)長的運(yùn)轉(zhuǎn)的范圍位移傳感器可能被使用。在那個(gè)案件, L1, L2, L3 可能由那個(gè)傳感器獲得。為了使費(fèi)用減到最小,使用了 在這種應(yīng)用只一套平面編碼器和一個(gè)簡單的球校核系統(tǒng)。因而, 一個(gè)平面編碼器測量的系統(tǒng)為CNC 機(jī)床27 座標(biāo)x1, y1, z1, x2, y2, z2, x3, y3, z3 必須由平面編碼器獲得在三個(gè)各自的樣品。 取樣步驟(1P3S) 是: 1. 讓機(jī)床行動向被測試的位置(一點(diǎn)) 。 2. 采取樣品由平面編碼器(步驟1) 。 3. 移動閱讀器向一個(gè)鄰居位置與平面編碼器有關(guān); 被測試的機(jī)器不被移動。采取樣品由平面編碼器(步驟2) 。 11. 討論和結(jié)論 在本文里, 一個(gè)平面編碼器系統(tǒng)被使用了為CNC 機(jī)床的一個(gè)塑造外形的測試。它證明, 這個(gè)系統(tǒng)能成功地被使用為制造外形的測試。這種應(yīng)用好處可能被總結(jié) 如下: 1. 在塑造外形的測試期間, 塑造外形的錯(cuò)誤為各個(gè)單獨(dú)軸可能被獲得。這不是可能的使用一個(gè)一般球校核系統(tǒng)。這個(gè)作用為分析提供更加有用的信息塑造外形的錯(cuò)誤。2 。系統(tǒng)可能被使用為長期間熱量漂泊測試, 但傳統(tǒng)球校核系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn), 因?yàn)樵谶@中沒有可能受傷的纜繩。 2. 為塑造外形復(fù)雜的曲線的組合譬如凸輪, 系統(tǒng)可能被使用當(dāng)一個(gè)一般球校核系統(tǒng)不實(shí)現(xiàn)。表1 。平面編碼器的證明結(jié)果為3D 安置 以這個(gè)第2 個(gè)光學(xué)測量的系統(tǒng), 3D 位置誤差測試可能成功地并且執(zhí)行。因而這臺光學(xué)編碼器可能被使用為動態(tài)表現(xiàn)和對CNC 機(jī)床的幾何學(xué)錯(cuò)誤測試。審查工作由國際科 委員會進(jìn)行,格蘭特?cái)?shù)字支持了NSC-88-2212-E-150-0的工作. 叁考 1. 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