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数控机床性能测试设备的开发和利用 温玉宝 自动化工程的教授，国立虎尾技术学院，台湾，云林 ,，虎尾 632 地址： 64文化路，国家技术虎尾，云林，台湾，中华民国虎尾研究所 摘要 数控机床测试性能装置也被开发出来。其采用一种小半径收缩 ,检验装置的动态性能的数控机床。这种设备由激光二极管和象限传感器组成。几何误差检测的长半径数控机床 ,采用线性控制装置。光学编码器的轮廓系统也被展现出来。本文对实验工作进行了概述。 关键词 :造型；数控机床；几何误差；传感器；光学规模；象限；平面编码器 1、概述 布赖恩在 1982 年开发 的第一个球杆系统的线性控制测试。然而 ,在这个系统中 ,其不确定度高 是 由于 两 个 主球 和 磁性插座没有 给出 精确的 轮廓 半径 摩擦 。纳普在 1983年曾使用标准圆盘比较实验表的工具和二维探针的工作情况。卡文（ 1985） 、井原 1986） 、中津 （ 1987） 都分别为校准三坐标测量机和数控机床的球形系统提供了一些办法。纳普 （ 1986、 1988） 描述过借助粘滑等办法来减少失误的理论规则。本人在 1992年提供了一种方法来诊断的线性误差 ,调整控制器的参数优化数控机床性能的测试工具。 994年和克里斯托弗描述激光弹杆系统 通过引导一个纤维有激光干涉仪。本人在 2001年通过验证并开发的数控车床的联动应用 ,收紧误差的办法 ,弥补了这一缺憾。 上述造型系统提供了通用的线性控制测试。由于高额的测量装置费 ,他们仍然不能提供适当的线性控制系统因不同的目的。因此 ,在本文中 ,一些简单和低成本的线性控制系统的开发目的。 他们进对此进行总结和描绘如下 : 1、激光二极管和轮廓的象限传感器系统的轮廓半径小（小于 4 毫米的轮廓半径）。 2、 视神经规模大轮廓半径轮廓和体积误差的测试系统（高达 300 毫米的轮廓半径）。 3、视神经规模的体积轮廓误差测试 系统。 4、自我支持的球的轮廓切割风云变幻的考验下杆系。 2、激光二极管与象限仪轮廓传感器系统（ 图 1描述了激光二极管和象限传感器测量系统，激光二极管组成了一个光学镜头，一个盾牌，一个象限传感器，提出一个信号，一个 A/ 限仪传感器输出电压 4通道，而激光灯投射在上面。由于该象限探测器尺寸的限制，最多只有 4毫米轮廓半径可用。然而，有很好的检查了数控机床的动态性能不够。 图 1机器的性能测试工具象限传感器 图 2对激光二极管的工作原理和象限传感器 如图 2所示，激光二极管，提供激光 灯和光的重点和象限仪投影。象限仪输出的四信道在长期的电压信号。从传感器上的象限投影点，在 轴位置可以得到。让弗吉尼亚州， 3显示了校准图，获得在 X 轴和 图 3 在一个象限传感器轴校准图图 4依据于 立式铣床的测试结果 本实验测试使用 图 4所示，象限仪传感器的工作频率范围为 66列数控立式铣床奥姆控制器进行了测试。轮廓进给速度的选择 10， 2100和 3200毫米 /分钟。 2设置为三个运行为顺时针和逆时针。 在实际测试中，当上轮廓半径降低进给速度增加， 每个 3运行的重复性非常好。在 3200毫米 /分钟进给速度 时 ，半径误差为 。此外，在图 4轮廓误差结果显示 45 椭圆路径。所有这些在图 4轮廓误差在发那科公司 1990年提供的手册中有介绍。 3、尺度的光电测量系统 在本节光学测量系统的开发规模。基本上，该系统采用的轮廓在数控机床的考验。然而，采用这种系统体积误差测试进行了研究。然后，运用这种方法来测试系统的垂直度误差为代表。 神经规模轮廓测量系统的测试 图 5显示视神经 规模测量数控机床性能测试系统。一个光学规模是固定在支撑块。阅读头为指导的指导栏和感动的感动吧。一个线性轴承支承块之间的固定和移动栏，而另一种是光学读取头之间的指导和酒吧固定的。一个主球是连接到一个磁棒，它是在数控机床主轴固定，而另一主球和磁棒磁性元素是一个基础，这是在测试数控机床工作台设置固定的。 图 在检测过程中，两个主球之间的相对位移进行采样。对于一个圆形轮廓测试，轮廓中心设置在表，而在两轴机床，同时提出主轴球中心。该议案将导致视神经轮廓规模沿着视神经读取头。因此，样品可通过计 数器和发送到 口卡。此外，软件是简单，记录并分析数据。 图 6在使用体积误差测试系统结构的光学测量 4 光电规模的体积测量系统误差试验 根据数控机床定位测试 或 5 的标准，一个简单的测试可以执行的位置，在一般情况下，由一个昂贵的激光干涉仪系统。对于不同的测量领域，不同的设置起坐是必要的。 正如温玉宝以前的研究（ 2000年），一个球体体积误差可以进行杆系由一球。在这种制度下，只有位置的误差，球体的表面反弹，可由于该 性可变差动变压器），这是在球杆系统采用工作范围的限制。 总之，视觉尺度测量系统利用了两个测量系统的优点。 1、在一个设定后，一个空心球的数控机床空间误差可以进行。 2、这种光学尺度系统成本低。这是很容易操作。 3、对于数控机床不同规模，不同范围的光学尺度总是可用的。 图 6显示了一个数控机床的空心球体的体积采样路径。在一成立，对视神经规模的连锁主球中心着手在被测试的数控机床体积中心。然后安排是可能的，即使间距采样，以确定采取的路径。例如，球被切成 5架飞机。每架飞机是均匀地切成 6线（ 360 /60）。每个系列包括 8（ 24008）个采样点。因此， 在一 个设置，注册 240（ 540）可以采取抽样点。要测试的反弹和 3行需要的可重复性。因此， 2401440运行采取采样点。这需要每个采样 2秒。因此，需时约 1（包括设定时间）小时进行这项工作 图 7的垂直度误差的 在此试验安排在图 7，水平 着，用同样的设置和规模相同的光学测量系统，让主轴在 距离（偏移）轴。第二个轮廓，然后执行测试。有了这个光学测量系统的规模，这是没有必要的联系，改变或设置，在此垂直测试了。如果没有错误存在相同的方形分析的初始设置，在两个轮廓测试错误（偏心）将对准。 根据这项安排，第二个采样数据分析之前必须进行修改。因此 然后 ： 采样后用短环与长链和修改后的数据的原始样本数据分析了最小二乘拟合。两个单独分析初始设置为错误的垂直误差的计算使用。 在 在 其中（ 第一个轮廓分析测试中心 其中（ 第二轮廓分析测试中心 销是测试后的第一个轮廓在 一个平面编码器系统，如雷尼绍 被开发，如半导体和电子制造设备等应用。该系统使用 2的阅读读 案在 方向同时正交网格传感器头。具有良好的动态响应系统可以提供高达 图 8显示了如何使用一个简单的平面轮廓编码器的测试安排。此平面式编码器提供定位在每个轴的二维轮廓信息。在测试过程中，平面上设置编码器的数控机床。该读数 头是固定的数控机床主轴。计算机的计数卡通过一个软件可以读取采样数据。这种采样轮廓设备提供了以下功能。 1、轮廓测试期间，在每个轴个别轮廓误差可以得到。这是分析和有用的轮廓误差补偿。 2、上轮廓面积可高达为 微米至 300毫米 x 300毫米的决议，各种轮廓的路径可以安排。 3、这是很容易设置和操作。 图 8 平面轮廓编码器测试 验结果 一个简单的轮廓上进行测试是一个与 0果显示上轮廓在 20毫米半径可以达到 1和 230求 结果，绝对半径误差容易找到。对于一般的轮廓系统上，只给出了圆度。此外，在每个轴误差可以单独也可以找到，如果必要的。这对于分析的目的非常有用。 图 9 具有平面编码器的轮廓结果 5 自助联动系统 本部分，自动联动系统是制定了轮廓切削条件下测试的应用程序。建议的补充劳工计划示意图图 10所示。该系统由一个高精度的参考领域牢固地安装在主轴，四棒， 定部分，磁性底座，旋转轴和非接触式传感器。碳纤维传感器连接包含一个非接触式传感器（涡流传感器）位于球体之 间的参考。该传感器的输出代表了中心的距离变化范围为圆形轮廓，机器进行操作。额外的支持之间的固定部分和旋转轴的链接提供了整体联动将在水平面期间举行的考验。 图 10自助联动系统的轮廓结构 廓与切削条件下的测试补充劳工计划 补充劳工计划是用于测试本在切割过程中，数控机床的动态性能。补充劳工计划，不仅可以用于测试下非数控机床切削状况，而且还可以扩展到在切割过程中测试的动态性能。它是为在处理测量的重要性。 补充劳工计划是用来测试一个立式数控加工中心与 贵- 动 态性能。测试条件如下： 1）、高速切割机（ 12毫米， 钴 2）、标本（ 3）、切割宽度 12）、转速 50（毫米 /分），顺时针 5）、主轴转速 ）、轮廓半径一百三十五毫米 7）、讨论与结论 对于测试的目的不同，正确的测量工具应该被应用。本文系统提供四个轮廓。与同类软件和硬件成本低这些系统的应用提供了良好的解决方案。这些系统的功能，可以列出如下。 1）、象限传感器系统提供短半径轮廓轮廓。动态误差可以检查系统成功。 2）、光学测量系统规模提 供长期的工作范围轮廓。因此，不论轮廓和体积的试验可安排在所提供的方法。空心球的该系统体积误差测试于一体化的成立为垂直度误差的方法进行了研究。 3）、对于加工测量，自我支持的联动系统，制定了有 /无切削条件轮廓测试。该系统验证了一个简单的模型和实验结果。 总之，在这个文件中，提供的系统和测量方法是在数控机床不同的测试用途 。 致谢 特别感谢国家科学委员会，台湾和中国共和国对这项工作给予的支持。 参考文献 1 巴顿布莱恩 . 测量的机器和 机床的简单方法 第四卷 ， 2 瓦特纳普 . 测试的机床和测量机及其关系到机器的错误立体的不确定性 . 机械工程研究所纪事 ,983年 3 瓦特纳普 . 循环的三坐标测量机工具测试 第三期， 4 华柿野 .补偿的三维坐标测量机和双球杆测试评价误差向量分析 985 5 年 华柿野 津 . 数控机床和运动误差及其来源诊断磁球用伸缩杆法 . 机械工程研究所通志 6 卷第 1期 987年 6 华柿野 关于数控机床（第一报告）运动精度研究 的 7 华柿野 津 . 关于数控机床（第二报告）诊断运动误差源用双球杆测试运动精度研究 986年 8 瓦特纳普 . 循环试验数控机床的工业应用 . 杂志工业的生产工程 0卷 9 瓦特纳普 . 长度测量定位精度 . 机械工程研究所 10米 巴尔德肯 . 计算机辅助评价的数控机床轮廓加工精度系统 988年 11米巴尔德肯 .动态循环 系统 的优化使用 ，数控机床轮廓精度 9届国际 机械改进讨论 会议 1992 年 12约翰 克里斯托弗 . 激光球栏：新的机床计量仪器 精密工程仪器 13温玉宝 和 刘长虹 . 球杆的应用系统和遗传算法的数控成形板条 补偿 的国际先进制造技术杂志 第 17卷， 14温玉宝 和 刘长虹 核查和数控机床的体积和位置误差的评价 . 国际机床与制造
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