分功率壳体卧式双面钻孔专用机床设计说明书
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CNC 机床的性能测验的系统发展和平面的编码器测量的应用W. Jywe自动化工程学部, 国立Huwei科技研究所, Huwei, 林云,台湾在这个文章中,平面的编码器的测定的装置是为了发展测试 CNC 机床的表现。在计算机的协助下,这一个系统能被使用进行2 D 的 CNC画 轮廓测试和 3D立体定位测试。根据系统的结构和原则,可以进行一般的 2 D 的应用画轮廓测试,漂流物测试, 和指定的几何学的部份路径测试。 一个真实的个案是研究改良一个凸轮的机制准确性的描述。 最后, 示范了一个新的使用光学的编码器的 3D立体放置方法。关键字: 球状校核系统; 机床; 几何学的部份路径; 平面的编码器; 热的漂流物测试; 三维空间的定位; 二维空间的画轮廓1. 介绍机床的表现和一致性-对机器制造的质量的起主要作用。 系统地检查机床的表现对于直接的质量校核或为这不确定补偿是重要的。1932年 , 低空飞机远程警戒雷达网 首先为机器提供一个系统的方法。这个方法成为国际标准组织标准发展的基础。在 1959年,Tlusty使用了电和感应来测试纱锭准确性。 Tlusty,Koenigsberger和 Burdekin为机床指出了新的测试方法。 Burdekin检查了机床的运动准确性和机器加工部份的关系。 Tlusty计划了一个不切割的测试方法。然后机床表现的测试分为一个直接的切断之内分类测试和一个间接的切断测试。Ericson首先描述了机床的工作地域。布赖恩和皮尔森解释了斜度,旋转,偏离的测量程度的定义和方法。 在商业的激光干涉计的使用之后,测定体积误差的分析可以被描述了。Voutsudopoulos 和 Burdekin指出坐标测量机需要校正的模型。 Fan使用一个激光干涉计和个人计算机校正不同类型的机床的装置。 Zhang和 Hockey 通过测量位置错误 获得了 的 21个错误成份。为了找出 21个错误成份, Zhang 和 Zang设计1-D球状队列,然后 Zhang描述了一个迅速获得笔直错误的方法。 在2000年, Jywe 描述了一个使用球状校核系统的方法证明了CNC机床 的测定体积错误。圆形的测试被发展用来检查几何学和画轮廓错误。 为了准确性评估,Burdekin20 描述了使用圆形的路径的方法作切断测试。 布赖恩为画轮廓测试发展了第一个球状校核系统。然而,在这一个系统中,不确定是很高的,其主要原因是在球和磁性插口之间的摩擦和没有准确测量和制造它的的半径.Knapps 的系统是 在机床上用一个圆形的比较标准圆盘展开和 2 D 测量。这一个系统 的问题是在 2 D 之间摩擦的存在和系统对高速的画轮廓测试是无法使用圆盘, 小带宽和2 D 测试的高费用。 Kakinov 提供了使用一个球状校核系统校准一个同等的CNC机床。 Knapp描述了一条减少预定黏住滑等的错误的规则.Burdekin 和Park通过使用四坐标联动的方式修改了原始的球状校核系统。 Burdekin 和 Jywe31提供通过一个诊断画轮廓错误和调整 CNC 机床的参数来优化机床的方法。 Ziegert 和 Mize描述了一个激光球校核系统。 所有的这些球校核系统, 包括Renishaw侧面的系统 提供只有在画轮廓测试期间的半径错误, 都限制了外形制造错误的分析即使每个轴存在共有的不是各自的错误。为了获得每个轴的外形制造错误, Jywe34使 用了二个位置硅探测器来测试.。 一个激光源发出激光光线,激光光线进入二条垂直的线之内被分离并且射在二台垂直放置机床的硅探测器上。 Heidenhein格子编码器也提供画轮廓2 D测试, 但是非常费用很高。在半导体和电子制造仪器应用平面的编码器系统。这个有很好的电动反应系统能测量 0.1 m 的数量级.但最重要的是低费用。 然而,那最初的平面编码器为人工的操作而设计,用来进行CNC 机床的外形测试是不适当的,由于下列的考虑:1. 最初的系统只包括了一个编码器和探测器。 没有相关的接口和驱动。2. 如此没有相关的画轮廓软件和测试-方法。因此,即使有了相关的软件,使用和整合一个新的计算机辅助平面编码器中系统来测试两者的动态表现和CNC机床的几何错误也仅仅在纸上,。最重要的是与Heidenhein 格子编码器系统相比较,画轮廓测试的装置 能减少90% 费用。从早先的研究,已经发现了那个测试装置总是不适合的对3D几何错误测试。 此外,这些装置不适合的对一个自由形态的 2 D画轮廓测试的。书中设计和发展了一个装置的简单测量装置来检查每个输出轴的制造外形。 同时一个3D位置的测试也发展了。2. CNC机床的2 D 平面编码器画轮廓测量系统2.1 平面的编码器的原则一个平面的编码器系统例如 Renishaw RGX系统已经在半导体和电子制造仪器产业发展了, 系统使用一个有二个直角可以 测试X 和 Y 方向感应器的探测器.系统有一个好动态的反映而且在方向上达到了0.1 m的数量级。 V -B被用来编辑测定的软件程序。图 1 使用简单的平面编码器测试的外形轮廓。 这平面的编码器提供每个轴的2 D 画轮廓的定位数据。 在测试中, 平面的编码器与 CNC 机床不兼容而且探测器经常需要修理。 计算机软件经由一张柜台卡片能读抽取样品数据。Fig.13. 测定的系统不确定3.1 由于抽取样品程序的不确定完善的软件出现了下列的因素:1.采样必须都是在外形附近和合理地独立计算机速度2. 充份的抽取样品数据对显示和分析高辨识率的错误是必要的。3. 抽取样品数据应该与画轮廓速度,计算机速度和画轮廓半径无关。3.2 由于热的效果不确定为测试考虑系统的热效果,如果平面的编码器的温度不同于那机床平台,半径误差将会被影响。 如果那平面的编码器本身的温度不是统一的, 那在外圆误差将会被影响。 虽然平面的编码器的扩充系数相当小,到了极小的影响,编码器也应该不时的放到测试机床平台来减少温度差异和让编码器的温度稳定。4. 圆形的画轮廓路径测试结果在一个 有0 M Fanuc 校核器并且垂直 CNC机床上进行XY方向 上进行了一个简单的画轮廓测试.画轮廓结果显示在图 2中。 那逆时针方向的和顺时针方向的在 20 毫米半径画轮廓测试能满足ISO 230-1 和 230-2的需求。 从结果来看,绝对的半径错误能被容易地发现。 对于一般的画轮廓系统,仅仅没有给了圆度。 此外, 如果有需要的话,每个轴的错误也能被个别地发现。对于分析的目的这是有用的。Fig.25. 热的漂流物画轮廓系统提供例如非连络画轮廓测试。 对于像球校核系统的画轮廓系统, 由于问题信号电缆的卷绕只有一个的有限制数字运行。 在这个试验里, 测试运行是无限的。 因此, 一个热的漂流物测试能在没有另外的固定物时容易地运行。 经过八小时的连续顺时针方向画轮廓运行, 画轮廓结果在图 3 中以每个二小时的周期被显示。 画轮廓中心在图 4 中每个30分钟被显示。在 8 小时中 画轮廓中心漂流物是重要的。不仅给的画轮廓中心漂流物还有也获得每次运行画轮廓错误的形式都是很重要的。 从这一个测试中, 这一个系统很容易显示连续运行的表现。Fig.3Fig.4Fig.56.平面编码的方形错误测试使用平面编码器方形错误可能容易地被检测到。编码器被设置在被测试的平面上。探测器沿着编码器的正方形边缘。CNC 机床被测试了并且结果被显示在图5. 制造外形的测试。7. 激光 二极管和象限传感器塑造外形的系统 * 使用激光 二极管和象限传感器塑造外形的系统可能核实平面编码器塑造外形的系统。使用一条2 毫米顺时针制造外形的半径, 图6 显示塑造外形收效使用象限传感器, 当图7 给近似结果。 Fig. 6. Fig. 7.Fig. 8. Fig. 9. Fig. 10.没有传感器, 被连接到被测试的CNC 机床的平台和二到个各自的球和磁性插口探测器。球校核在平台的球的中心的是3D 测量和目标分析。当目标后, 在平面编码器第一样品被放在在它的第一个位置。没有移动目标, 平面编码器被移动向邻居点并且第二个样品被采取。终于, 其他邻居点被抽样如同第三个样品。每个三个样品包括第2 个座标,个可能被分析目标的3D 座标。因而各3D 运动将由这个1 点和3 步(1P3S) 方法获得。这个方法可能被描述如下。 为了获得3D 安置的座标x, Y 和Z, 一个简单的模型被开发在下图,已知:图13. 模型为分析x, y, z 座标。 x, y, z 是被分析座标 x1, y1, z1, x2, y2, z2, x3, y3, z3 是被提供第一, 第二个和第三个步样品的2D光学标度座标 L1, L2, L3 是球禁止系统提供的长度.然后,解等式:这里, 发现了二种可能的解答。你是在平面编码器的上面, 而另一个是在它之下。因而,在这种应用唯一座标在球板材的上面被使用。在同等的z 被发现之后, x 和y 可能并且被发现。在这种应用,长度是固定, 因而L1 L2 L3 。扩大运作的范围一个标准或激光 球校核系统与一个长的运转的范围位移传感器可能被使用。在那个案件, L1, L2, L3 可能由那个传感器获得。为了使费用减到最小,使用了 在这种应用只一套平面编码器和一个简单的球校核系统。因而, 一个平面编码器测量的系统为CNC 机床27 座标x1, y1, z1, x2, y2, z2, x3, y3, z3 必须由平面编码器获得在三个各自的样品。取样步骤(1P3S) 是: 1. 让机床行动向被测试的位置(一点) 。 2. 采取样品由平面编码器(步骤1) 。 3. 移动阅读器向一个邻居位置与平面编码器有关; 被测试的机器不被移动。采取样品由平面编码器(步骤2) 。 11. 讨论和结论在本文里, 一个平面编码器系统被使用了为CNC 机床的一个塑造外形的测试。它证明, 这个系统能成功地被使用为制造外形的测试。这种应用好处可能被总结如下: 1. 在塑造外形的测试期间, 塑造外形的错误为各个单独轴可能被获得。这不是可能的使用一个一般球校核系统。这个作用为分析提供更加有用的信息塑造外形的错误。2 。系统可能被使用为长期间热量漂泊测试, 但传统球校核系统不能实现, 因为在这中没有可能受伤的缆绳。 2. 为塑造外形复杂的曲线的组合譬如凸轮, 系统可能被使用当一个一般球校核系统不实现。表1 。平面编码器的证明结果为3D 安置以这个第2 个光学测量的系统, 3D 位置误差测试可能成功地并且执行。因而这台光学编码器可能被使用为动态表现和对CNC 机床的几何学错误测试。审查工作由国际科 委员会进行,格兰特数字支持了NSC-88-2212-E-150-0的工作.叁考1. G. Schlesinger,机床的检验测试,Machiner出版公司,伦敦,1932.2. J. Tlusty,测试机床的系统和方法 Microtechnic ,1959.3. J. Tlusty 和 F. Koenigsberger ,机床规格和测试,曼彻斯特,1970.4. G. Schlesinger , F. Koenigsberger 和 M. Burdekin,Testin,机床, 机器出版公司,伦敦,1978.5. M. Burdekin, 切断准确性评估测试 , 1980.6. J. Tlusty, 校核机器的准确性的测试工作 ,1980.7. C. Ericson,机器制造对准第一个迈向的步伐, ASTME,1966.8. J. B. 布赖恩和 J. W. 皮尔森, 机床度量衡学 ,Lawr国立实验室,加州,1968.9. Hewlett- Packard, 机床的口径测定 .10. W. J. 爱和 A. J. Scarr, 机器制造多轴的准确性, ,1973.11. R. Schaltshik,测定体积的准确性的成份,1977.12. R. Schaltshik,机器的准确性。,1979.
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