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附錄A
現(xiàn)代組合機床技術(shù)及其發(fā)展綜述
摘要：介紹現(xiàn)代組合機床技術(shù)發(fā)展的主流，分析組合機床柔性化的幾個主要方面和通用部件、加工精度、應(yīng)用范圍等現(xiàn)狀及發(fā)展，從柔性制造技術(shù)角度介紹了組合機床綜合自動化技術(shù)的發(fā)展新動向。
關(guān)鍵詞：組合機床、機床技術(shù)、自動線、發(fā)展
1．機床及自動線概述
組合機床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件，對一種或若干種工件按預(yù)先確定的工序進行加工的機床。它能夠?qū)ぜM行多刀、多軸、多面、多工位同時加工。在組合機床上可以完成鉆孔、擴孔、鉸孔、樘孔、攻絲、車削、銑削、磨削及滾壓等工序，隨著組合機床技術(shù)的發(fā)展，它能完成的工藝范圍日益擴大。在組合機床自動線上可以完成一些非切削工序，例如：打印、清洗、熱處理、簡單的裝配、試驗和在線自動檢查等工序。
組合機床及自動線所使用的通用部件是具有特定功能，按標準化、系列化、通用化原則設(shè)計、制造的組合機床基礎(chǔ)部件。每種通用部件有合理的規(guī)格尺寸系列，有適用的技術(shù)參數(shù)和完善的配套關(guān)系。
許多大型、形狀復(fù)雜的工件，需要的加工工序很多，不可能在一臺組合機床上全部加工完成，這就需要用多臺組合機床加工，按工件加工順序依次排列，組成組合機床流水線，在組合機床流水線的基礎(chǔ)上，發(fā)展成組合機床自動線。
組合機床與通用機床、其它專用機床比較，具有以下特點：
（1）組合機床上的通用部件和標準零件約占全部機床零、部件總量的70%~80%，因此，設(shè)計和制造周期短，經(jīng)濟效益好。
（2）由于組合機床采用多刀加工，機床自動化程度高，因此比通用機床生產(chǎn)率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動強度低。
（3）組合機床的通用部件是經(jīng)過周密設(shè)計和長期生產(chǎn)實踐考驗的，又有專門廠家成批生產(chǎn)，它與一般專用機床比較，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，工作可靠，使用和維修方便。
（4）組合機床加工工件，由于采用專用夾具、組合刀具和導(dǎo)向裝置等，產(chǎn)品加工質(zhì)量靠工藝裝備保證，對操作工人的技術(shù)要求不高。
（5）當(dāng)機床被加工的產(chǎn)品更新時，專用機床的大部分部件要作廢。組合機床的通用部件是根據(jù)國家標準設(shè)計的，并等效于國家標準，因此其通用部件可以重復(fù)使用，不必另行設(shè)計和制造。
（6）組合機床易于連接組合機床自動線，以適應(yīng)大規(guī)模和自動化生產(chǎn)需要。
2．組合機床加工精度的提高
由于采用了新的結(jié)構(gòu)、新刀具、新工藝方法、刀具自動補償系統(tǒng)、專用刀具的復(fù)合工藝，直接利用軟件進行誤差補償方法，組合機床加工精度正在不斷提高。
現(xiàn)階段在組合機床上加工大平面的平面度已達到1m長上0.02~0.04mm。粗糙度達到Ra0.4~0.8um；孔徑精度達到0.0015~0.055mm。定位銷孔的中心距精度達到±0.013mm；一般孔位置精度達到±0.02~±0.025mm；單向鏜孔的同軸度達到0.005~ 0.01mm。雙向鏜孔的同軸度達到0.015~0.02mm；一些特種加工工藝的精度：如止口精度可達到0.015~0.02mm。缸蓋閥座及導(dǎo)管孔的同軸度達到0.00750~0.01mm。
3．通用部件技術(shù)的發(fā)展
除了傳統(tǒng)的通用部件以外，各主要通用部件制造廠相繼發(fā)展了直流伺服驅(qū)動滑臺、數(shù)控滑臺、數(shù)控三坐標加工模塊、多軸箱儲存和多軸箱更換裝置等新一代通用部件。采用模塊化設(shè)計原則將常規(guī)組合機床的通用部件和加工中心的組成模塊統(tǒng)籌設(shè)計，組成新的型譜，也是一種新的趨勢。為了適應(yīng)組合機床制造廠發(fā)展柔性制造系統(tǒng)等綜合自動化的需要，誕生了像可編程伺服驅(qū)動位置控制裝置、計算機數(shù)控滑臺、機器人裝卸料系統(tǒng)、帶誤差信息屏幕顯示的診斷裝置、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等配套性通用部件模塊。
4組合機床應(yīng)用范圍的擴展
現(xiàn)代組合機床已經(jīng)逐漸打破了通常認為只適用于箱體類零件加工的模式，其功能和應(yīng)用范圍正在不斷地延伸和擴展。
組合機床加工旋轉(zhuǎn)體零件的情況下，采用組合機床加工軸類和盤類零件具有明顯的優(yōu)越性。一些軸件，尤其是大型軸件，可以用旋轉(zhuǎn)夾具夾持中部，在組合機床或?qū)Ｓ脵C床上進行兩端同時加工，其優(yōu)點是工序集中，省去調(diào)頭加工，增加了刀具及其驅(qū)動部件的布置空間。
現(xiàn)代成批大量生產(chǎn)的儀表、精密機械、家用電器、鐘表等工業(yè)部門，常有小型箱體類、蓋罩類、連桿撥叉類、雜件等小型異形零件。這類零件由于廣泛采用先進高效的毛坯制造工藝，金屬切除量較小，且大部分零件的材質(zhì)是鋁合金或銅合金，加工時，切削力較小。由于生產(chǎn)節(jié)拍短，要求有極高的生產(chǎn)率。用組合機床加工這類零件時，要作專門的設(shè)計，以適應(yīng)這類零件構(gòu)造和加工上的特殊性。通常加工這類零件的組合機床稱為小型組合機床，自成體系，發(fā)展迅速。
5．組合機床自動化技術(shù)的發(fā)展
組合機床自動線主要用于大批量生產(chǎn)。雖然技術(shù)已很成熟，但一般利用率低、缺乏柔性，難以適應(yīng)現(xiàn)代中批量輪番生產(chǎn)的需要，現(xiàn)代柔性自動化技術(shù)給組合機床綜合自動化技術(shù)的發(fā)展，帶來根本性的變革。其中，自動裝配機也得到了發(fā)展。
現(xiàn)代自動裝配機廣泛采用了組合機床原理及相關(guān)技術(shù)，現(xiàn)代機電產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，裝配工作量占據(jù)愈來愈大的比重。為此，裝配作業(yè)自動化技術(shù)得到了迅速發(fā)展。目前，國外自動化裝配工藝、已從零件緊固連接、壓入、扭合、鉚接、粘接、焊接等基本作業(yè)方式，發(fā)展到去毛刺、清洗、檢測及產(chǎn)品總裝后的試車、檢驗、注油、噴漆、包裝等工序，一些綜合自動化加工系統(tǒng)內(nèi)通常設(shè)有自動裝配工序。
一個現(xiàn)代化自動裝配系統(tǒng)。由裝配元件及裝配主體件的供料及輸送系統(tǒng)，裝配裝置及控制和檢測裝置所組成。這些系統(tǒng)裝置的設(shè)計原則和組合機床及其相似：結(jié)構(gòu)典型，部件和組件通用，形式統(tǒng)一。用于不同裝配對象時只是夾具不同。自動裝配機的通用部件中也有裝配工作頭、裝配機主體、供料裝置及檢測裝置等。目前，世界各國都大力發(fā)展通用化程度較高的直線或回轉(zhuǎn)型間歇輸送式裝配機來替代連續(xù)輸送式裝配機，發(fā)展具有柔性及可進行多品種裝配的自動裝配線。該種裝配線廣泛采用：“功能模塊式結(jié)構(gòu)技術(shù)”，采用柔性連接的輸送方式。工業(yè)機器人由于可在一次動作循環(huán)中靈活完成各種動作，可代替裝配機許多復(fù)雜部件的動作，從而大大簡化裝配機自身的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。工業(yè)機器人有固定程序的，也有計算機控制的，其采用大大增加了自動裝配線的柔性。
參考文獻
[1]叢鳳延，遲建山主編，組合機床設(shè)計，上海科學(xué)技術(shù)出版社，1994年10月第2版。
[2]金振華，組合機床與自動線，北京，機械工業(yè)出版社，1990。
[3]潘鬼善，淺談實現(xiàn)組合機床柔性化的技術(shù)發(fā)展途徑。組合機床與自動化加工技術(shù)，1992（2）
附錄B
調(diào)研報告
我的畢業(yè)設(shè)計是組合機床雙面攻絲，加工的零件是耐酸陶瓷沙漿泵殼體，它是用HT200材料制造成的。我要攻的是M5孔，攻深13毫米。加工量是年加工五萬件，是大批量的生產(chǎn)。
接到任務(wù)的第二天就帶上筆記本到圖書館查資料。首先，我確定了左面法蘭基準面粗銑下端面，達到Ra。再采用一面兩銷的定位，液壓夾緊的方案。
然后，我通過《機械加工工藝設(shè)計手冊》查到刀具的一系列參數(shù)，通過計算得到刀具的耐用度，切削功率等。我還確定了主軸的一系列參數(shù)。
通過這次調(diào)研，使我知道組合機床有組合鉆床、組合鏜床、鉆擴組合機床、鉆擴鉸組合機床等，
組合機床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件，對一種或若干種工件按預(yù)先確定的工序進行加工的機床。它能夠?qū)ぜM行多刀、多軸、多面、多工位同時加工。在組合機床上可以完成鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、車削、銑削、磨削及滾壓等工序。隨著組合機床技術(shù)的發(fā)展，它能完成的工藝范圍日益擴大。在組合機床自動線上可以完成一些非切削工序，例如：打印、清洗、熱處理、簡單的裝配、試驗和在線自動檢查等工序。
組合機床及其自動線所使用的通用部件是具有特定功能，按標準化、系列化、通用化原則設(shè)計、制造的組合機床基礎(chǔ)部件。每種通用部件有合理的規(guī)格尺寸系列，有適用的技術(shù)參數(shù)和完善的配套關(guān)系。
1990年前后的幾年中,躍進汽車集團從大連組合機床研究所、大連機床廠、常州機床廠、保定機床廠、豫西機床廠等十余個生產(chǎn)組合機床的廠家訂購了200多臺組合機床及自動線, 其中使用量最大的第二發(fā)動機廠用于索菲姆缸體、缸蓋、連桿等零件生產(chǎn)的組合機床120多臺, 包括12條自動線。投產(chǎn)幾年來, 依維柯汽車的生產(chǎn)起到了重要的保證作用。這批設(shè)備普遍采用了引進德國Hubller - H ille公司的通用部件制造技術(shù), 使組合機床的產(chǎn)品技術(shù)提高到了一個新水平。在機床控制系統(tǒng)方面, 改變了傳統(tǒng)常規(guī)繼電器、接觸器控制系統(tǒng), 普遍應(yīng)用了微機控制, 大大提高了機床的先進性和使用的可靠性。從總體上看, 組合機床行業(yè)的總體水平, 經(jīng)過幾十年的發(fā)展有了很大的提高, 特別是自動線的技術(shù)水平比“六五”期間又大大前進了一步。從用戶的角度看, 這些設(shè)備與引進的組合機床的水平差距還較大
在組合機床上攻制螺紋時，根據(jù)工件加工部位的分布情況和工藝要求，通常使用的攻絲方法有三種：用攻絲動力頭攻絲；用攻絲靠模裝置攻絲；用活動攻絲模板攻絲。攻絲靠模裝置由攻絲主軸箱與攻絲靠模兩個部分組成。為減輕體力勞動強度，縮短輔助時間，提高生產(chǎn)機械化、自動化水平，在組合機床及其自動線上，都廣泛地使用各種型式的自動扳手。自動扳手主要用來旋緊或松開夾緊機構(gòu)中的螺母或螺桿，以實現(xiàn)自動夾緊、松開工件或裝配零件的目的。根據(jù)扳手的傳動方式，又可分為“機械扳手”“氣動扳手”和“液壓扳手”三種。
通過這次調(diào)研，我對組合機床有了一定的了解，對我的畢業(yè)設(shè)計會有很大的幫助。
附錄
通過即時誤差補償以增強準確度的五軸 CNC 機床
W.T. Lei , Y.Y. Hsu
aDepartment of Power Mechanical Engineering, National Tsing Hua University, Hsinchu, Taiwan, ROC
bDepartment of Mechanical Engineering, Chung Hua University, Hsinchu, Taiwan, ROC
2003年1月18日收到; 2003年3月11日接收
摘要：雖然誤差靠模切和補償已經(jīng)為三軸 CNC 機床提供重要的結(jié)果, 但是一些障礙已經(jīng)阻止有希望的技術(shù)在五軸 CNC 機床中被應(yīng)用。一個決定性的障礙是測量或識別回轉(zhuǎn)式范圍的五軸 CNC 機床的聯(lián)結(jié)誤差的困難。誤差模型不是完全如此的知道。為了克服這點,3D立體球形探針和球形的測試方法成功地被發(fā)展測量而且估計這些未知的誤差錯誤?；诒蛔R別的誤差以模型為基礎(chǔ)的誤差補償方法足夠簡單在即時中實現(xiàn)。在五軸的機床反常位置中的誤差補償有關(guān)的問題也被討論。實驗的結(jié)果表示全部位置的五軸 CNC 工作機的準確度能被戲劇地改良。
關(guān)鍵詞：高精度、五軸機床、球形探針、誤差補償
1． 介紹
在過去的十年，很多的研究已經(jīng)在幾何學(xué)和熱感應(yīng)誤差之前把重心集中在三軸的CNC機床的準確度上?；诩榷ǖ腻e誤模型,一個補償方法能夠被發(fā)展到改善提高目標機床的精度。如果機器的操作狀態(tài)是好定義和可以重復(fù)的，那么誤差補償在三軸CNC機床中遞送出一個好的結(jié)果。相反,在五軸的CNC機床的早先研究中是主要以理論和模擬為基礎(chǔ)。由于缺乏一些適當(dāng)?shù)臏y量裝置,在五軸的CNC機床誤差模型中的一些主要的誤差是不可測量的。在神經(jīng)的網(wǎng)絡(luò)模型被使用作為誤差補償時，因此省略這個問題。既然錯誤模型描述個體誤差來源的效果在總的位置誤差是正確地，那么很明顯地,基于補償?shù)腻e誤模型將遞送最有效的結(jié)果。在誤差模型中,這個研究努力集中在未知成分的確認上。
在五軸CNC機床的誤差模型中出現(xiàn)的成分被分為兩類:運動的誤差和連桿誤差。運動的誤差是那些以錯誤動作聯(lián)合伺服驅(qū)動的線性或回轉(zhuǎn)式的軸。伺服驅(qū)動的線性軸的所有運動誤差能夠用現(xiàn)代激光干涉儀有效的測量.相反,由一個電子的水平或多面的鏡子,回轉(zhuǎn)式的軸的運動誤差僅僅是部分可測量。連桿誤差就是那些由于錯誤裝備的結(jié)構(gòu)成分,例如柱，紡錘體和回轉(zhuǎn)式的臺?？蓽y量的連桿誤差包含在三個線性的軸之間的三個方形誤差。由于易接近的缺乏,回轉(zhuǎn)式的臺的連桿誤差正常地是不可測量的。
為了提高五軸CNC機床的精度,以型號為基礎(chǔ)的即時誤差補償有許多優(yōu)點。第一,幾乎全部被識別的誤差能完全被補償。另外, 像方栓槽這樣的高階層的路徑數(shù)據(jù)控制程序表的定義,能直接地被CNC的內(nèi)插器處理和避免五軸機床中不連續(xù)補給的典型問題。在早先的研究中，為了測試五軸機床的全部位置誤差，一些新的對應(yīng)的方法測量裝置出現(xiàn)了。同時,在誤差模型中，一個估測的方法被發(fā)展識別未知的連桿誤差.以型號為基礎(chǔ)的即時誤差補償?shù)玫搅烁M一步的研究.
2． 基本概念
在五軸機床的數(shù)據(jù)流量中,前進和后退運動學(xué)的變換被運行在不同的水平。通常,兩者的變換以一個理想的運動鏈為基礎(chǔ),在那里，幾何學(xué)的真正的機器誤差不被考慮。因為大多數(shù)的五軸CNC控制器只接受收NC的數(shù)據(jù)在機器坐標中的定義,在卑鄙的男人/凸輪系統(tǒng)的后處理器中后退變換被運行。在切斷機中位置數(shù)據(jù) (CLDATA) 文件被轉(zhuǎn)換，工具路徑從工作件坐標進入機器坐標之內(nèi)被定義，以適應(yīng)目標CNC控制器的輸入圖紙幅面。在這張紙中, 以變換為基礎(chǔ)的理想的運動學(xué)的模型叫做公稱的變換。標稱后退變換Fb,n計算機器坐標的軸位置向量u在工作件坐標中的工具姿勢矢量v：
u=Fb,n(v) (1)
工具姿勢矢量 v 在工作件坐標中被定義，且包括工具提示位置P = [xw yw zw]和工具方向Q = [iw jw kw]。Q是個體方向的矢量。
公稱前方變換Ff,n計算工作件坐標中的工具姿勢矢量v在機器坐標的軸位置向量u:
v = Ff,n(u) (2)
注意液體對前方變換是唯一的。對于每個給予的軸位置矢量u，只要有一個。而對應(yīng)的工具姿勢矢量v，僅僅只有一個。相反,液體對于后退變換不是唯一的。如果五軸機床不在單數(shù)方面位置, 那么大體上兩個液體為后退變換。依照預(yù)先定義的標準,選擇是很有必要的，例如：最小的駕駛能或距離。如果五軸機床在反常的位置中,一個回轉(zhuǎn)式的軸位置是不可以解決的。在X’Y’ZA’C’型的情況下，當(dāng)回轉(zhuǎn)式的C軸是在垂直的方向，五軸銑床是在反常的位置中的。在此情況下, k-成分方向向量Q等于1，且其他的成分是零。在工作塊坐標中，旋轉(zhuǎn)C-軸不改變工具方向。
用軸位置向量Us驅(qū)動真的五-軸機器時, 實際的工具姿勢向量Va從設(shè)置工具姿勢向量Vs中背離：
Va=Fe(us,e) (3)
其中：Fe是五軸機器的誤差模型，e是設(shè)置幾何學(xué)誤差。
以型號為基礎(chǔ)的誤差補償?shù)娜蝿?wù)是為每個軸的位置矢量Us找出一個必需的修正矢量du
以致于盡管存在幾何學(xué)的誤差,但工具執(zhí)行被需要的姿勢:
vs =Fe(us +du,e) (4)
發(fā)現(xiàn)修正的矢量du在誤差模型中的所有誤差一定是已知的必然情況。有一些不同的方法找矢量du。既然誤差模型是高度地非線性，用可接受的公差得到一個液體，重復(fù)是正常必需的。對于即時的誤差補償,反復(fù)接近不被選擇。因為誤差很小,在工作件坐標中的工具姿勢的不同變化和在機器軸坐標中的不同變化中被假定是線性的。以一個理想的運動鏈為基礎(chǔ), 幾何學(xué)的真正的機器誤差不被考慮。發(fā)現(xiàn)修正的矢量du在誤差模型中的所有誤差一定是已知的必然情況。有一些不同的方法找矢量du。既然誤差模型是高度地非線性，用可接受的公差得到一個液體，重復(fù)是正常必需的。對于即時的誤差補償,反復(fù)接近不被選擇。因為誤差很小,在工作件坐標中的工具姿勢的不同變化被假定是線性的。在矩陣形式中，這種線性的關(guān)系是已知的例如Jacobian矩陣。 因為液體對于前進變換總是唯一的, 使用它計算Jacobian矩陣是比較好的：
J=?Ff,n(u)／?u (5)
通過使用倒轉(zhuǎn)的Jacobian矩陣，修正矢量du的計算是非常
簡單的:
du=J￣1dv (6)
其中：J￣1就是倒轉(zhuǎn)的Jacobian矩陣。
3. 誤差建模的確認
圖1 表示五個軸的銑床。當(dāng)一個開著的運動鏈通過棱鏡分析和回轉(zhuǎn)的接合，在系列中用一些連桿連接，機器能被建模。在運動鏈的一端是工具用主心軸鎖住。旋刮板心軸臺在Z上被修理-滑動。沿著一個用棱鏡分析的接合柱，Z-滑動垂直地移動。 一方面，柱在機器底座上被閂住。 另一方面運動鏈的一端由工作件開始,工作件在C的基準表面上被修理-轉(zhuǎn)盤。C-轉(zhuǎn)盤用A-傾斜頭被整合，另一方面被裝在X臺上。C軸和A軸一起成為工作件傾斜動作的因素。由一個棱鏡分析的連接，X-臺水平地在Ytable上移動。 也用一個棱鏡分析的接合Y-臺在機器底座上移動。
圖2在同一個系統(tǒng)中，用補償參數(shù)Z0, Z1, Z2和Z3舉例說明同一結(jié)構(gòu)。叁數(shù)Lt是工具長度。為每個運動學(xué)的成分, 在同種的變換矩陣(HTM)定義之后，在工作件的同等結(jié)構(gòu)和工具同等
圖1.XˊYˊZAˊCˊ類型的五軸機床 圖2. 同等結(jié)構(gòu)的五軸機床
結(jié)構(gòu)之間空間的關(guān)系，能被表示成：
wTt = wTbbTccTaaTxxTyyTzzTssThhTt (7)
其中：分度t標識表現(xiàn)工具同等結(jié)構(gòu), h刀把, s 旋刮板心軸，x，y,z三線性的軸, a和c兩個回轉(zhuǎn)式的軸, b基準表面轉(zhuǎn)盤和w工作件。 注意連桿回轉(zhuǎn)式的臺bTc ，cTa 和 aTx 的誤差是主要的,未知和需要的是被估計的。
用軸的位置矢量u給工具矢量v定位。工具尖端的位置 P=[xw yw zw]被獲得如下:
[P 1]T =WTt,i [0 0 0 1]T (8)
在工作件同等結(jié)構(gòu)和工具同等者結(jié)構(gòu)之間，wTt,i描寫理想關(guān)系，通過設(shè)定所有的誤差對準零位被獲得。向量[0 0 0 1] 表示工具同等結(jié)構(gòu)的起點，由于旋轉(zhuǎn)的軸C和A， 注意工作件同等結(jié)構(gòu)是固定在轉(zhuǎn)盤和并旋轉(zhuǎn)的。因此, 工具方向向量通過個體方向的向量Q =[iw jw kw]表示, 是唯一被決定的兩旋轉(zhuǎn)的軸，且能獲得在工具同等結(jié)構(gòu)改變的個體向量[0 0 1]到工作件同等結(jié)構(gòu)的關(guān)系：
[Q 0]T=wTt,i[0 0 0 1]T （9）
公稱前方變換的五個軸的銑床能被使用容易地矩陣wTt,i明確地追從，表示如下：
xw = zmsin( ? c)sin( ? a)-ymsin(? c)cos(? a)-xmcos(? c)-Xw0 （10）
yw = zmcos(? c)sin ( ?a)-ymcos(? c)cos (? a) - xmsin(? c)-Yw0 (11)
zw = zmcos(? a) -ymsin(? a)-Z3-Zw0 (12)
iw =sin(? a)sin(? c) (13)
jw=sin(? a)cos(? c) (14)
kw =cos(? a) (15)
其中：xm, ym, zm, qa和qc的設(shè)置位置分別地由X軸, Y軸, Z軸, A軸和C軸,伺服-控制。
軸位置向量是u =[xm ym zm qa qc]. Xw0, Yw0和Zw0是工作件同等結(jié)構(gòu)和底部表面
同等結(jié)構(gòu)之間的補償。
通過忽略秒和比較高次序期間，在實行矩陣增加之后，全部的位置誤差的明白表達能夠被獲得。工具姿勢誤差dv包含工具提示的位置誤差dP =[dxw dyw dzw]和方向誤差dQ=[diw djw dkw],在工作件誤差坐標中，dP和dQ被表示成：
[dP 1]T =wTt,i[0 0 0 1]T-wTt[0 0 0 1]T (16)
[dQ 0]T = wTt,i[0 0 0 1]T-wTt[0 0 0 1]T (17)
錯誤模型有Eqs.表示，且不同與Eq.的表示，Eq.是描寫位置誤差工具的總的在工作件同等的結(jié)構(gòu)。相反, 誤差模型是探針傳感器描寫總的位置誤差的標準。雖然.，這兩個模型是不同的,但大多數(shù)的誤差成分是一樣。
在過去, 既然主要誤差成分不知道， 誤差模型作為模擬使用。現(xiàn)在，用3D球型探針測試球提供了一個新的方法?？偟奈恢谜`差被測量時，未知的鏈環(huán)誤差能被最小的正方形估計(LSE)方法識別。
4. 補償算法
注意工具姿勢誤差矢量dv被定義進入工作件坐標和修正矢量 du 是在機器坐標中定義。樣板的基礎(chǔ)誤差補整的一個決定性的階段是源自從誤差向量dv的修正矢量du。就以上所提,在工作件坐標和機器坐標方面的差別之間，公稱的前方變換功能被用來計算描述線性Jacobian矩陣。Eqs.看， 這種線性關(guān)系能明確地表示成：
dxm = (-dxwCcSa + dywScSa + diwCcSazm –diwCcCaym-djwScSazm -djwScCaym) /Sa (18)
dym =(-dxwScC2a-dywCcC2a+dzwCaSa+diwS2aSczm +diwCcSaC2axm-djwScSaC2a +djwCcS2azm) /Ca (19)
dzm = (dxwSaScCa +dywCcSaCa +dzwC2a-diwScym-diwCcCaxm +djwScCaxm-djwCcym) /Ca (20)
dqa =(diwSc +djwCc) /Ca (21)
dqc =(diwCc-djwSc) /Sa (22)
其中Cc, Ca, Sc和Sa分別地是cos(qc),cos(qa),sin(qc)和sin(qa)簡化的操作。在公式(18)－(22)中,cos(qa)和sin(qa)出現(xiàn)在分母上，可能導(dǎo)致一些問題。
4.1. Case 1: ? a = 0?
在這種情況下, C-轉(zhuǎn)盤是在水平線的位置。在工作件坐標工具方向向量是[0 0 1] ，五-軸機器是在它的反向的位置。公稱的后退變換是不可以解的，因為 C-軸可能在任何的位置變化。由于單數(shù)位置，一個小的定方位偏差可能引起 C軸突然地適應(yīng)。關(guān)于五-軸機床其他的運動學(xué)的類型，相似的結(jié)果也存在。在路徑計劃中,反向的位置必須經(jīng)過工作件的傾斜裝備被避免。 在練習(xí)時,反常的問題在3D立體工作件之后可能發(fā)生裝備修正。為了安全, C軸的修正必須被鎮(zhèn)壓。只有定方位YZ 的偏差平面是A軸補整的。修正是依據(jù)下列各項：
dxm = -Ccdxw+Scdyw-ymdjw (23)
dym=-Scdxw-Ccdyw+xmdjw (24)
dzm =dzw (25)
dqa =diw (26)
4.2.Case 2: ? a = 90?
在這種情況下，C-轉(zhuǎn)盤底部表面是垂直的，成分kw是零點。C-軸的位置確定工作塊同等結(jié)構(gòu)的XY-平面工具方向。修正被簡化如下：
dxm = -Ccdxw + Scdyw +zmdjw (27)
dym = dzw (28)
dzm = Scdxw +Ccdyw-xmdjw (29)
d? a =diw (30)
d? c =djw (31)
5. 實驗的結(jié)果
圖3. 即時的幾何錯誤補償?shù)墓δ芙Y(jié)構(gòu) 圖 4. 測試路徑.
為了測試被提議的補償方法的效率,補償功能在五軸CNC控制器中整合的軸也被定為目標被發(fā)展。自動控制的CNC控制器和AC操作者的是一張移動的卡片,這有五個16字節(jié)刀尖塊的D/A轉(zhuǎn)換器輸出速度的命令和五個24字節(jié)刀尖塊計數(shù)器對編碼器輸入。動作控制軟件已經(jīng)被發(fā)展在C/C++語言和在即時NT-RTX操作系統(tǒng)中。位置控制的抽樣時間是2ms。
CNC 軟件的功能結(jié)構(gòu)為即時的誤差補償在圖3中被顯示。即時的核心程序表示運行路徑和定方位竄改。數(shù)字控制路徑輸入能在機器坐標或工作件坐標中被定義。如果竄改在工作件坐標中被運行,以后退變換為基礎(chǔ)的理想的運動學(xué)的樣板的追從來計算機器制造坐標設(shè)置位置。在每個即時的位置中，誤差補償被刺激控制成環(huán)。計算在工作件坐標誤差模型工具姿勢的誤差，是為了每個軸的位置的放置。依據(jù)工具姿勢誤差,然后計算機器坐標的修正矢量。
測量全體放置誤差和未知連桿誤差的判斷已經(jīng)被描述在早先的文件中。模擬表示誤差在回轉(zhuǎn)式的軸臺是主要的,有助于達到80%全部的位置誤差。相反,線性的軸系統(tǒng)小于20%。
圖 5錯誤補償?shù)穆窂紽結(jié)果 圖 6錯誤補償?shù)穆窂絊結(jié)果
圖4表示了一些即時的誤差補整測試的路徑。圖5表示標準的全部位置誤差補償之前和即時的誤差補整之后,路徑 F 作為兩者的判斷和精度測試。精度提高是非常令人印象深刻的。全部的定位精度能由X方向的一個7.8的因數(shù),在Y方向的3.2因素和在Z方向的8.2因素而提高。這么高的進步率在模擬方面已經(jīng)被預(yù)測并且證明,現(xiàn)在以真正的機器測試。這些優(yōu)良的結(jié)果來自無可測量的連桿誤差事實在回轉(zhuǎn)式的臺中是主要的,可重復(fù)的且能正確地識別.即時的誤差補償?shù)男试诖_認和精度測試被使用的不同路徑中得到更進一步證明。這次，路徑 F 作為判斷,路徑 S 作為評估。圖6表示結(jié)果。精度提高仍然是令人印象深刻的。
6. 結(jié)論
仿制的幾何學(xué)誤差的最終目標是去補整誤差以致于CNC機床的精度能被有效地改良。在早先的研究中,一個新的測量裝置和方法被發(fā)展是為了識別在誤差模型中的未知連桿誤差。在以上的情況下，被識別的誤差模型被用于即時的誤差補整。自從新的方法發(fā)展后,所有的幾何學(xué)的誤差都很小, 在機器坐標中不同的變化和工作件方面的坐標之間的關(guān)系能被視為線性。被提議的使用線性的關(guān)系來補償?shù)姆椒?從被預(yù)測的工作件坐標誤差的工具姿勢誤差來,計算在機器坐標中的修正矢量.對于即時的落實,運算法則如此地簡單和適當(dāng).實際的測試表示全部的位置誤差能被戲劇地減少。隨著誤差補整功能在CNC控制器中實現(xiàn),在五軸機床的精度不被犧牲的情況下,制造業(yè)的成本和回轉(zhuǎn)式臺的裝配時間能被減少。 未來的工作將要
把重心集中在仿制在誤差模型的熱效果上，以便以型號為基礎(chǔ)的誤差補整能回應(yīng)不同機器的操作狀態(tài)。
認證
作者感謝中國國家科學(xué)政務(wù)會對此研究給予的支持,并被授予 NSC89-2212-E-007-078和NSC90-2212-E-007-090.
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