數(shù)控機(jī)床性能測試設(shè)備的開發(fā)和利用 溫玉寶 自動(dòng)化工程的教授，國立虎尾技術(shù)學(xué)院，臺灣，云林 ,，虎尾 632 地址： 64文化路，國家技術(shù)虎尾，云林，臺灣，中華民國虎尾研究所 摘要 數(shù)控機(jī)床測試性能裝置也被開發(fā)出來。其采用一種小半徑收縮 ,檢驗(yàn)裝置的動(dòng)態(tài)性能的數(shù)控機(jī)床。這種設(shè)備由激光二極管和象限傳感器組成。幾何誤差檢測的長半徑數(shù)控機(jī)床 ,采用線性控制裝置。光學(xué)編碼器的輪廓系統(tǒng)也被展現(xiàn)出來。本文對實(shí)驗(yàn)工作進(jìn)行了概述。 關(guān)鍵詞 :造型；數(shù)控機(jī)床；幾何誤差；傳感器；光學(xué)規(guī)模；象限；平面編碼器 1、概述 布賴恩在 1982 年開發(fā) 的第一個(gè)球桿系統(tǒng)的線性控制測試。然而 ,在這個(gè)系統(tǒng)中 ,其不確定度高 是 由于 兩 個(gè) 主球 和 磁性插座沒有 給出 精確的 輪廓 半徑 摩擦 。納普在 1983年曾使用標(biāo)準(zhǔn)圓盤比較實(shí)驗(yàn)表的工具和二維探針的工作情況?？ㄎ模?1985） 、井原 1986） 、中津 （ 1987） 都分別為校準(zhǔn)三坐標(biāo)測量機(jī)和數(shù)控機(jī)床的球形系統(tǒng)提供了一些辦法。納普 （ 1986、 1988） 描述過借助粘滑等辦法來減少失誤的理論規(guī)則。本人在 1992年提供了一種方法來診斷的線性誤差 ,調(diào)整控制器的參數(shù)優(yōu)化數(shù)控機(jī)床性能的測試工具。 994年和克里斯托弗描述激光彈桿系統(tǒng) 通過引導(dǎo)一個(gè)纖維有激光干涉儀。本人在 2001年通過驗(yàn)證并開發(fā)的數(shù)控車床的聯(lián)動(dòng)應(yīng)用 ,收緊誤差的辦法 ,彌補(bǔ)了這一缺憾。 上述造型系統(tǒng)提供了通用的線性控制測試。由于高額的測量裝置費(fèi) ,他們?nèi)匀徊荒芴峁┻m當(dāng)?shù)木€性控制系統(tǒng)因不同的目的。因此 ,在本文中 ,一些簡單和低成本的線性控制系統(tǒng)的開發(fā)目的。 他們進(jìn)對此進(jìn)行總結(jié)和描繪如下 : 1、激光二極管和輪廓的象限傳感器系統(tǒng)的輪廓半徑?。ㄐ∮?4 毫米的輪廓半徑）。 2、 視神經(jīng)規(guī)模大輪廓半徑輪廓和體積誤差的測試系統(tǒng)（高達(dá) 300 毫米的輪廓半徑）。 3、視神經(jīng)規(guī)模的體積輪廓誤差測試 系統(tǒng)。 4、自我支持的球的輪廓切割風(fēng)云變幻的考驗(yàn)下桿系。 2、激光二極管與象限儀輪廓傳感器系統(tǒng)（ 圖 1描述了激光二極管和象限傳感器測量系統(tǒng)，激光二極管組成了一個(gè)光學(xué)鏡頭，一個(gè)盾牌，一個(gè)象限傳感器，提出一個(gè)信號，一個(gè) A/ 限儀傳感器輸出電壓 4通道，而激光燈投射在上面。由于該象限探測器尺寸的限制，最多只有 4毫米輪廓半徑可用。然而，有很好的檢查了數(shù)控機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能不夠。 圖 1機(jī)器的性能測試工具象限傳感器 圖 2對激光二極管的工作原理和象限傳感器 如圖 2所示，激光二極管，提供激光 燈和光的重點(diǎn)和象限儀投影。象限儀輸出的四信道在長期的電壓信號。從傳感器上的象限投影點(diǎn)，在 軸位置可以得到。讓弗吉尼亞州， 3顯示了校準(zhǔn)圖，獲得在 X 軸和 圖 3 在一個(gè)象限傳感器軸校準(zhǔn)圖圖 4依據(jù)于 立式銑床的測試結(jié)果 本實(shí)驗(yàn)測試使用 圖 4所示，象限儀傳感器的工作頻率范圍為 66列數(shù)控立式銑床奧姆控制器進(jìn)行了測試。輪廓進(jìn)給速度的選擇 10， 2100和 3200毫米 /分鐘。 2設(shè)置為三個(gè)運(yùn)行為順時(shí)針和逆時(shí)針。 在實(shí)際測試中，當(dāng)上輪廓半徑降低進(jìn)給速度增加， 每個(gè) 3運(yùn)行的重復(fù)性非常好。在 3200毫米 /分鐘進(jìn)給速度 時(shí) ，半徑誤差為 。此外，在圖 4輪廓誤差結(jié)果顯示 45 °橢圓路徑。所有這些在圖 4輪廓誤差在發(fā)那科公司 1990年提供的手冊中有介紹。 3、尺度的光電測量系統(tǒng) 在本節(jié)光學(xué)測量系統(tǒng)的開發(fā)規(guī)模?；旧?，該系統(tǒng)采用的輪廓在數(shù)控機(jī)床的考驗(yàn)。然而，采用這種系統(tǒng)體積誤差測試進(jìn)行了研究。然后，運(yùn)用這種方法來測試系統(tǒng)的垂直度誤差為代表。 神經(jīng)規(guī)模輪廓測量系統(tǒng)的測試 圖 5顯示視神經(jīng) 規(guī)模測量數(shù)控機(jī)床性能測試系統(tǒng)。一個(gè)光學(xué)規(guī)模是固定在支撐塊。閱讀頭為指導(dǎo)的指導(dǎo)欄和感動(dòng)的感動(dòng)吧。一個(gè)線性軸承支承塊之間的固定和移動(dòng)欄，而另一種是光學(xué)讀取頭之間的指導(dǎo)和酒吧固定的。一個(gè)主球是連接到一個(gè)磁棒，它是在數(shù)控機(jī)床主軸固定，而另一主球和磁棒磁性元素是一個(gè)基礎(chǔ)，這是在測試數(shù)控機(jī)床工作臺設(shè)置固定的。 圖 在檢測過程中，兩個(gè)主球之間的相對位移進(jìn)行采樣。對于一個(gè)圓形輪廓測試，輪廓中心設(shè)置在表，而在兩軸機(jī)床，同時(shí)提出主軸球中心。該議案將導(dǎo)致視神經(jīng)輪廓規(guī)模沿著視神經(jīng)讀取頭。因此，樣品可通過計(jì) 數(shù)器和發(fā)送到 口卡。此外，軟件是簡單，記錄并分析數(shù)據(jù)。 圖 6在使用體積誤差測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的光學(xué)測量 4 光電規(guī)模的體積測量系統(tǒng)誤差試驗(yàn) 根據(jù)數(shù)控機(jī)床定位測試 或 5 的標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)簡單的測試可以執(zhí)行的位置，在一般情況下，由一個(gè)昂貴的激光干涉儀系統(tǒng)。對于不同的測量領(lǐng)域，不同的設(shè)置起坐是必要的。 正如溫玉寶以前的研究（ 2000年），一個(gè)球體體積誤差可以進(jìn)行桿系由一球。在這種制度下，只有位置的誤差，球體的表面反彈，可由于該 性可變差動(dòng)變壓器），這是在球桿系統(tǒng)采用工作范圍的限制。 總之，視覺尺度測量系統(tǒng)利用了兩個(gè)測量系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。 1、在一個(gè)設(shè)定后，一個(gè)空心球的數(shù)控機(jī)床空間誤差可以進(jìn)行。 2、這種光學(xué)尺度系統(tǒng)成本低。這是很容易操作。 3、對于數(shù)控機(jī)床不同規(guī)模，不同范圍的光學(xué)尺度總是可用的。 圖 6顯示了一個(gè)數(shù)控機(jī)床的空心球體的體積采樣路徑。在一成立，對視神經(jīng)規(guī)模的連鎖主球中心著手在被測試的數(shù)控機(jī)床體積中心。然后安排是可能的，即使間距采樣，以確定采取的路徑。例如，球被切成 5架飛機(jī)。每架飛機(jī)是均勻地切成 6線（ 360° /60°）。每個(gè)系列包括 8（ 24008）個(gè)采樣點(diǎn)。因此， 在一 個(gè)設(shè)置，注冊 240（ 540）可以采取抽樣點(diǎn)。要測試的反彈和 3行需要的可重復(fù)性。因此， 2401440運(yùn)行采取采樣點(diǎn)。這需要每個(gè)采樣 2秒。因此，需時(shí)約 1（包括設(shè)定時(shí)間）小時(shí)進(jìn)行這項(xiàng)工作 圖 7的垂直度誤差的 在此試驗(yàn)安排在圖 7，水平 著，用同樣的設(shè)置和規(guī)模相同的光學(xué)測量系統(tǒng)，讓主軸在 距離（偏移）軸。第二個(gè)輪廓，然后執(zhí)行測試。有了這個(gè)光學(xué)測量系統(tǒng)的規(guī)模，這是沒有必要的聯(lián)系，改變或設(shè)置，在此垂直測試了。如果沒有錯(cuò)誤存在相同的方形分析的初始設(shè)置，在兩個(gè)輪廓測試錯(cuò)誤（偏心）將對準(zhǔn)。 根據(jù)這項(xiàng)安排，第二個(gè)采樣數(shù)據(jù)分析之前必須進(jìn)行修改。因此 然后 ： 采樣后用短環(huán)與長鏈和修改后的數(shù)據(jù)的原始樣本數(shù)據(jù)分析了最小二乘擬合。兩個(gè)單獨(dú)分析初始設(shè)置為錯(cuò)誤的垂直誤差的計(jì)算使用。 在 在 其中（ 第一個(gè)輪廓分析測試中心 其中（ 第二輪廓分析測試中心 銷是測試后的第一個(gè)輪廓在 一個(gè)平面編碼器系統(tǒng)，如雷尼紹 被開發(fā)，如半導(dǎo)體和電子制造設(shè)備等應(yīng)用。該系統(tǒng)使用 2的閱讀讀 案在 方向同時(shí)正交網(wǎng)格傳感器頭。具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)系統(tǒng)可以提供高達(dá) 圖 8顯示了如何使用一個(gè)簡單的平面輪廓編碼器的測試安排。此平面式編碼器提供定位在每個(gè)軸的二維輪廓信息。在測試過程中，平面上設(shè)置編碼器的數(shù)控機(jī)床。該讀數(shù) 頭是固定的數(shù)控機(jī)床主軸。計(jì)算機(jī)的計(jì)數(shù)卡通過一個(gè)軟件可以讀取采樣數(shù)據(jù)。這種采樣輪廓設(shè)備提供了以下功能。 1、輪廓測試期間，在每個(gè)軸個(gè)別輪廓誤差可以得到。這是分析和有用的輪廓誤差補(bǔ)償。 2、上輪廓面積可高達(dá)為 微米至 300毫米 x 300毫米的決議，各種輪廓的路徑可以安排。 3、這是很容易設(shè)置和操作。 圖 8 平面輪廓編碼器測試 驗(yàn)結(jié)果 一個(gè)簡單的輪廓上進(jìn)行測試是一個(gè)與 0果顯示上輪廓在 20毫米半徑可以達(dá)到 1和 230求 結(jié)果，絕對半徑誤差容易找到。對于一般的輪廓系統(tǒng)上，只給出了圓度。此外，在每個(gè)軸誤差可以單獨(dú)也可以找到，如果必要的。這對于分析的目的非常有用。 圖 9 具有平面編碼器的輪廓結(jié)果 5 自助聯(lián)動(dòng)系統(tǒng) 本部分，自動(dòng)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)是制定了輪廓切削條件下測試的應(yīng)用程序。建議的補(bǔ)充勞工計(jì)劃示意圖圖 10所示。該系統(tǒng)由一個(gè)高精度的參考領(lǐng)域牢固地安裝在主軸，四棒， 定部分，磁性底座，旋轉(zhuǎn)軸和非接觸式傳感器。碳纖維傳感器連接包含一個(gè)非接觸式傳感器（渦流傳感器）位于球體之 間的參考。該傳感器的輸出代表了中心的距離變化范圍為圓形輪廓，機(jī)器進(jìn)行操作。額外的支持之間的固定部分和旋轉(zhuǎn)軸的鏈接提供了整體聯(lián)動(dòng)將在水平面期間舉行的考驗(yàn)。 圖 10自助聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的輪廓結(jié)構(gòu) 廓與切削條件下的測試補(bǔ)充勞工計(jì)劃 補(bǔ)充勞工計(jì)劃是用于測試本在切割過程中，數(shù)控機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能。補(bǔ)充勞工計(jì)劃，不僅可以用于測試下非數(shù)控機(jī)床切削狀況，而且還可以擴(kuò)展到在切割過程中測試的動(dòng)態(tài)性能。它是為在處理測量的重要性。 補(bǔ)充勞工計(jì)劃是用來測試一個(gè)立式數(shù)控加工中心與 貴- 動(dòng) 態(tài)性能。測試條件如下： 1）、高速切割機(jī)（ 12毫米， 鈷 2）、標(biāo)本（ 3）、切割寬度 12）、轉(zhuǎn)速 50（毫米 /分），順時(shí)針 5）、主軸轉(zhuǎn)速 ）、輪廓半徑一百三十五毫米 7）、討論與結(jié)論 對于測試的目的不同，正確的測量工具應(yīng)該被應(yīng)用。本文系統(tǒng)提供四個(gè)輪廓。與同類軟件和硬件成本低這些系統(tǒng)的應(yīng)用提供了良好的解決方案。這些系統(tǒng)的功能，可以列出如下。 1）、象限傳感器系統(tǒng)提供短半徑輪廓輪廓。動(dòng)態(tài)誤差可以檢查系統(tǒng)成功。 2）、光學(xué)測量系統(tǒng)規(guī)模提 供長期的工作范圍輪廓。因此，不論輪廓和體積的試驗(yàn)可安排在所提供的方法?？招那虻脑撓到y(tǒng)體積誤差測試于一體化的成立為垂直度誤差的方法進(jìn)行了研究。 3）、對于加工測量，自我支持的聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，制定了有 /無切削條件輪廓測試。該系統(tǒng)驗(yàn)證了一個(gè)簡單的模型和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 總之，在這個(gè)文件中，提供的系統(tǒng)和測量方法是在數(shù)控機(jī)床不同的測試用途 。 致謝 特別感謝國家科學(xué)委員會(huì)，臺灣和中國共和國對這項(xiàng)工作給予的支持。 參考文獻(xiàn) 1 巴頓布萊恩 . 測量的機(jī)器和 機(jī)床的簡單方法 第四卷 ， 2 瓦特納普 . 測試的機(jī)床和測量機(jī)及其關(guān)系到機(jī)器的錯(cuò)誤立體的不確定性 . 機(jī)械工程研究所紀(jì)事 ,983年 3 瓦特納普 . 循環(huán)的三坐標(biāo)測量機(jī)工具測試 第三期， 4 華柿野 .補(bǔ)償?shù)娜S坐標(biāo)測量機(jī)和雙球桿測試評價(jià)誤差向量分析 985 5 年 華柿野 津 . 數(shù)控機(jī)床和運(yùn)動(dòng)誤差及其來源診斷磁球用伸縮桿法 . 機(jī)械工程研究所通志 6 卷第 1期 987年 6 華柿野 關(guān)于數(shù)控機(jī)床（第一報(bào)告）運(yùn)動(dòng)精度研究 的 7 華柿野 津 . 關(guān)于數(shù)控機(jī)床（第二報(bào)告）診斷運(yùn)動(dòng)誤差源用雙球桿測試運(yùn)動(dòng)精度研究 986年 8 瓦特納普 . 循環(huán)試驗(yàn)數(shù)控機(jī)床的工業(yè)應(yīng)用 . 雜志工業(yè)的生產(chǎn)工程 0卷 9 瓦特納普 . 長度測量定位精度 . 機(jī)械工程研究所 10米 巴爾德肯 . 計(jì)算機(jī)輔助評價(jià)的數(shù)控機(jī)床輪廓加工精度系統(tǒng) 988年 11米巴爾德肯 .動(dòng)態(tài)循環(huán) 系統(tǒng) 的優(yōu)化使用 ，數(shù)控機(jī)床輪廓精度 9屆國際 機(jī)械改進(jìn)討論 會(huì)議 1992 年 12約翰 克里斯托弗 . 激光球欄：新的機(jī)床計(jì)量儀器 精密工程儀器 13溫玉寶 和 劉長虹 . 球桿的應(yīng)用系統(tǒng)和遺傳算法的數(shù)控成形板條 補(bǔ)償 的國際先進(jìn)制造技術(shù)雜志 第 17卷， 14溫玉寶 和 劉長虹 核查和數(shù)控機(jī)床的體積和位置誤差的評價(jià) . 國際機(jī)床與制造