立式加工中心精度特性外文文獻(xiàn)翻譯、中英文翻譯、外文翻譯
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附錄一：立式加工中心精度特性
1 線性位置錯誤
安東尼 Chukwujekwu 奧卡福*,Yalcin Ertekin 實(shí)驗(yàn)室工業(yè)自動化柔性制造,機(jī)械和航空航天工程和工程力學(xué),去了密蘇里大學(xué)羅拉,密蘇里州 65409 - 0050,美國接受 2000 年 6 月 30 日文摘介紹了立式加工中心的精度鑒定的結(jié)果(VMC)和線性形式的錯誤溫度變化使用小功率的 氦氖激光(英國 1)校準(zhǔn)系統(tǒng)以及環(huán)境控制器單元。的機(jī)調(diào)查辛辛那提 Milacron Sabre 750 三軸數(shù)控 VMC Acramatic 2100 CNC 控制器開放式體系結(jié)構(gòu)。機(jī)器的溫度分布是衡量戰(zhàn)略性地使用三個溫度傳感器連接到預(yù)定的位置每個軸指南。VMC 的準(zhǔn)確性具有幾何和熱的形式錯誤作為機(jī)床的函數(shù)名義軸位置、溫度分布和環(huán)境效應(yīng)(空氣溫度、空氣壓力和相對濕度)。結(jié)果顯示軸驅(qū)動汽車的主要熱源。線性位置精度最好當(dāng)機(jī)器在寒冷的條件和惡化隨著機(jī)器操作時間為所有三個軸。軸有壞的線性位移精度和最大逆轉(zhuǎn)的錯誤三軸測試。# 2000 愛思唯爾科學(xué)帳面價值保留所有權(quán)利。關(guān)鍵詞:數(shù)控機(jī)床精度;激光干涉儀;熱和幾何誤差;誤差建模; 錯誤的預(yù)測加工件的尺寸取決于的準(zhǔn)確性刀具的位置精度相對于部分被加工。因此機(jī)床的準(zhǔn)確性用于生產(chǎn)的部分往往是限制因素獲得最高的精度和質(zhì)量的一部分。在過去,質(zhì)量控制和 尺寸檢驗(yàn)為主集中在過程檢查,發(fā)現(xiàn)缺陷后部分的事實(shí)。之間存在大量的時間滯后發(fā)現(xiàn)一個 缺陷及其后續(xù)的糾正行動。有缺陷的零件的制造成本已經(jīng)發(fā)生。今天,的重心后處理檢驗(yàn)改 善人工的控制制作過程本身通過使用確定的生產(chǎn)的原則。確定的制造業(yè)根據(jù)推理,在自動化 環(huán)境中,機(jī)器執(zhí)行足夠的確定性的方式通過控制過程,而使質(zhì)量保證比后處理檢驗(yàn)[1]。機(jī)床精度的主要影響幾何mechanical-geometrical 而引起的錯誤不完美,元素的失調(diào)和磨損機(jī)器結(jié)構(gòu),由非均勻熱依斯攀-錫安的機(jī)器結(jié)構(gòu)和靜態(tài)/動態(tài)負(fù)載引起的錯誤。與結(jié)構(gòu)可以減少錯誤通過更好的設(shè)計(jì)和改善機(jī)床生產(chǎn)實(shí)踐。然而,在大多數(shù)情況下,由于物理限制,生產(chǎn)和設(shè)計(jì)技術(shù)僅僅提高機(jī)床精度。因此,識別、描述和補(bǔ)償誤差來源是必要的,提高機(jī)床 accu -的成本效益研究熱和幾何對機(jī)器的影響工具在精密工程已報告準(zhǔn)確性foralongtime,butithasonlybeen widelyrecognizedbythe 機(jī)床行業(yè)約二十年。Tlusty[2]Hocken[3]注明機(jī)器的重要性幾何、熱效果和機(jī)器裝載。一般兩個常見的熱解決方案和幾何誤差減少應(yīng)用:1)機(jī)器前熱身周期精密 機(jī)械加工和 2)加工的關(guān)鍵區(qū)域零件粗加工和精加工階段。解決方案可以減少內(nèi)部熱源的影響,加工時間損失是一個主要的缺點(diǎn)。第二個解決方案有助于減少熱量產(chǎn)生加工過程,但是不幫助減少熱誤差由內(nèi)部熱源如開車電機(jī)、軸承等。為了提高機(jī)床的精度,此外改善硬件,軟件補(bǔ)償方法可能合并。變化——硬件改進(jìn)在整個薩里保持熱平衡加工過程[4 - 6]。通常這需要環(huán)境-tal 控制、高性能和昂貴的冷卻系統(tǒng)低摩擦軸承和動力傳動系統(tǒng)。在大多數(shù)情況下,由于物理限制,不能完全硬件改進(jìn)和完全消除熱及幾何中的錯誤機(jī)床結(jié)構(gòu)。因此,是很重要的描述和彌補(bǔ)幾何和熱錯誤的成本有效地提高機(jī)床精度。薩頓[7]研究機(jī)器成本的水平可實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn) 確性。他的結(jié)果顯示指數(shù)增加的機(jī)器成本水平的精度要求閃光的收緊。研究人員廣泛研究執(zhí)行 1970 年代后機(jī)床精度。已經(jīng)有了報告的自動補(bǔ)償技術(shù)對齊錯誤和容積建模的準(zhǔn)確性機(jī)床定位[8 - 12]。Donmez et al .[13]預(yù)處理介紹一個通用的方法和預(yù)測的為機(jī)床errorsusinghomogenous 補(bǔ)償矩陣轉(zhuǎn)換。Kurtoglu[14]的相結(jié)合這以前的工作和展示的效率
修正加工部分。他的結(jié)果提供了一個 accu -生動的增加超過 70%。使用達(dá)菲[15]和諒解備忘錄[16]機(jī)床的運(yùn)動學(xué)建模錯誤 compensa -。Dorndorf[17]等人開發(fā)了一種準(zhǔn)靜態(tài)的模型錯誤
2 機(jī)床誤差的概述
有三個主要來源的機(jī)床中的錯誤決定機(jī)床精度。這些都是:(1)錯誤由于幾何錯誤;(2)熱誘導(dǎo)錯誤和(3)負(fù)載引起的錯誤。這是良好的,在上述機(jī)床的誤差來源,幾何和熱誘導(dǎo)的機(jī)器可能超過50%的錯誤(4、6)總加工誤差。因此,必須減少這種影響的補(bǔ)償措施。
2.1。由于幾何錯誤
幾何錯誤被認(rèn)為是機(jī)器的錯誤, 在冷啟動條件下的存在。機(jī)械機(jī)床結(jié)構(gòu)的缺陷和錯誤
alignmentofthe 馬車 andguidesystemscausegeometric 不準(zhǔn)確。他們都是逐漸變化由于穿
的組件。幾何誤差的影響在 squarenessandparallelismbetweenthe produceerrors 機(jī)器的
movingelements?，F(xiàn)在他們——幾何錯誤自我作為刀具的位置和方向錯誤對工件。21 三軸
的幾何誤差組件立式加工中心數(shù)量錯誤組件規(guī)模線性定位錯誤(錯誤)3 直線度誤差 6 角錯誤
9 正交性(方形)的錯誤機(jī)軸3 總21 垂直的食蟹猴的6 個錯誤組件的示意圖荷蘭國際集團(tuán)(ing)
中心軸運(yùn)輸系統(tǒng)是圖 1 中給出。圖 1
。示意圖的六自由度誤差運(yùn)動的機(jī)器刀架系統(tǒng)。交流可以用 Y.M. Ertekin /材料處理技術(shù)雜志》105(2000)394 - 406 394 總結(jié)如下:使用的符號 OXYZ 參考坐標(biāo)系 O Z 1 X 1 1 1 馬車坐標(biāo)系統(tǒng) X 所需的運(yùn)動方向e X(X)對 X 軸旋轉(zhuǎn)誤差(卷)Y e(X)旋轉(zhuǎn)誤差對 Y 軸(瀝青)Z e(X)旋轉(zhuǎn)誤差對Z 軸(偏航)d X(X)沿著 X 軸平移(規(guī)模)錯誤 d Y(X)轉(zhuǎn)化水平直線度誤差沿著 y 軸 d Z(X)平移(垂直直線度)錯誤 z 軸隱式,下面的符號約定使用:e representsangular 錯誤動作。下標(biāo)的信代表了軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,和一封信方括號代表預(yù)期的運(yùn)動方向,積極旋轉(zhuǎn)被定義為“右手定則”;d 代表了平移誤差運(yùn)動。隨著這些軸錯誤軸(如方形和之間的定位錯誤并行性)稱為參數(shù)錯誤。
2.2 。熱誘導(dǎo)錯誤
他們是由環(huán)境溫度變化,當(dāng)?shù)責(zé)嵩打?qū)動電機(jī)、摩擦在軸承、齒輪火車和其他設(shè)備和傳播熱產(chǎn)生的切削過程。他們導(dǎo)致擴(kuò)張,機(jī)床結(jié)構(gòu)的收縮和變形并生成刀具和位置錯誤工件。由于temperaturegradients 最糟的錯誤善良,因?yàn)樗麄兘?jīng)常導(dǎo)致扭曲的結(jié)構(gòu),介紹了角錯誤。主軸增長和滾珠絲桿擴(kuò)張也在這些溫度變化的結(jié)果和梯度。特別是機(jī)床元素影響自我產(chǎn)生的熱形是紡錘波和滾珠絲桿。
2.3 。負(fù)載感應(yīng)錯誤
有三種不同的類型在 offorces 禮物加工過程:(1)工件重量;(2)力量——結(jié)果從切削過程和荷蘭國際集團(tuán)(ing)(3)重力部隊(duì)——結(jié)果荷蘭國際集團(tuán)(ing)從機(jī)器的大規(guī)模位移組件。他們都
對機(jī)床結(jié)構(gòu)造成彈性應(yīng)變。
3 實(shí)驗(yàn)過程
估計(jì)和補(bǔ)償?shù)臄?shù)據(jù)需求需要開發(fā)——的機(jī)床參數(shù)錯誤經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的吩咐機(jī)床的位置,
絕對和機(jī)床位置機(jī)床熱和環(huán)境條件。的指揮機(jī)位置是名義軸位置,這是由部分程序被執(zhí)行。
絕對機(jī)位置和錯誤的位置從激光干涉儀直接讀入數(shù)據(jù)庫由電腦控制的。機(jī)床熱和包圍精神狀
態(tài)是基于傳感器輸出 locatedontheVMC。Sabre 的示意圖 750 VMC 布局和蛋彩畫真正的傳
感
器
位
置
,
圖
2
所
示
。三個材料溫度傳感器磁軸導(dǎo)游的軸(左),y 軸(后)和電動機(jī)住房分別為z 軸。除了三個材料tem -perature 傳感器,一個雜志——空氣溫度傳感器 netically 附加到機(jī)表以及空氣壓力和濕度傳感器用來監(jiān)測環(huán)境的效果。氣壓和濕度傳感器的位置內(nèi)部環(huán)境控制器單元(EC10)。一個英國 1 激光測量系統(tǒng)中使用線性位移誤差測量。的示意圖激光干涉儀設(shè)置為線性位移誤差圖 3 中給出了測量。系統(tǒng)包括 5 主要單位:(1)ML10 激光頭使用低功率(1 千瓦)二類 HeNe
名義波長的激光 0.633 毫米(invacuum)andlongtermwavelengthstability(
真空)比 0.1 ppm;(2)英國線性光學(xué)設(shè)備包括線性干涉儀和反光鏡;(3)EC10 環(huán)境空氣溫度補(bǔ)
償裝置,空氣濕度、氣壓和材料溫度測量閃光的;(4)與英國網(wǎng)關(guān) 2000 P166 電腦安裝激光測
量和數(shù)據(jù)記錄器軟件;(5)PCMCIA2000 年接口卡為數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)通過數(shù)據(jù)鏈路電纜 P166
PC。線性測量系統(tǒng)典型的精度 0.1 ppm 1 分鐘。該決議 0.1 分鐘。在 ML10 設(shè)置,激光是一
致的防止死路徑和余弦誤差。全梁強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)了對整個軸在測量-旅行嗎閃光的。為了獲得準(zhǔn)
確的結(jié)果,激光干涉儀讀數(shù)必須糾正空氣溫度、空氣濕度和空氣嗎壓力影響折射率的介質(zhì)(空
氣),whichinturnaffectsthewavelengthofthelaserbeam.Using 適當(dāng)?shù)膫鞲衅鬏敵?EC10,網(wǎng)關(guān)
2000 com -將自動計(jì)算環(huán)境補(bǔ)償獲得激光數(shù)據(jù)。以下 Edlen 的方程用于補(bǔ)償:CLR 嗎?異地
戀?K t ?米嗎?20 ? ?K p ?P m ?760 年?嗎?K h ?V ?10 ?(1)CLR 是糾正激光閱讀,異地戀激
光嗎顯示閱讀、K t 折射率變化的系數(shù)由于大氣溫度(0.93 ppm / 8 c),T m 的意思空氣溫度,8 c
K p 折射率系數(shù)由于大氣壓力變化(0.36 ppm /毫米汞柱),P m 空氣壓力,毫米汞柱,折射系數(shù)K
h 由于大氣濕度指數(shù)變化(0.05 ppm /毫米汞柱),V 水蒸氣的分壓,毫米汞柱。396 年交流可以
用 Y.M. Ertekin /材料處理技術(shù)雜志》105(2000)394 - 406 之前使用激光 interfe——線性誤
差的測量羅密特系統(tǒng),VMC 編三個軸編程進(jìn)給速率 200 ipm 和主軸每分鐘 3200 轉(zhuǎn)的速度來
確定最佳溫度傳感器放置的位置。這是首次使用的數(shù)據(jù) acquisi -重要信息系統(tǒng)記錄溫度
VMC 的概要文件評估的主軸轉(zhuǎn)速和軸進(jìn)給速率定位-荷蘭國際集團(tuán)(ing)“熱身”循環(huán)中使用的
測量圖
2 。 Sabre
750
VMC
布 局 示 意 圖 和 溫 度 傳 感 器 的 位 置 。 圖
3
。激光干涉儀的示意圖設(shè)置線性位移誤差測量。交流可以用 Y.M. Ertekin /材料處理技術(shù)雜
志》105(2000)394 - 406 394 線性位移錯誤相關(guān)的熱狀態(tài)機(jī)器。在最佳溫度位置的識別位置,
加工開始從冰冷的機(jī)器 Sabre 的條件來衡量線性定位錯誤 750 立式加工中心。激光干涉儀
的 測 量 原 理
sys
-tem
線 性 位 移 誤 差 ( 精度 ) 的 測 量 如 圖
4
所 示 。
回開始在相反方向(右)線性位置錯誤的溫度/濕度和空氣壓力數(shù)據(jù)記錄在激光測量周期。熱身和錯誤測量測試周期重復(fù) foran8 hperiod.Asamplewarm-upandmeasurementcycle 表 1 給出了 y 軸數(shù)控程序。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
從理論上講,都是 21 個參數(shù)錯誤組件熱的影響。在實(shí)踐中,每臺機(jī)器都有它基于它的配置和
自己的特殊熱問題建設(shè)。因此,如何的初步研究機(jī)器結(jié)構(gòu)響應(yīng)溫度上升必要的。發(fā)現(xiàn)重要的
熱誤差來源和確定最敏感的溫度傳感器位置,VMC 編程將在三個軸simulta -瞬時的進(jìn)給速率
200
ipm
和
主
軸
的
速
度
3200
rpm
。
圖 5 顯示了最高溫度,草類-dients X -定位得到的溫度傳感器軸套(左),y 軸指導(dǎo)(背面)和 z 軸
驅(qū)動電動機(jī)的住房。同樣的測試是重復(fù)的驗(yàn)證相同的結(jié)論 ( 圖 6),
溫度變化是繪制在圖 6 中顯示的最終溫度場嗎測試期間的機(jī)器結(jié)構(gòu)和空氣濕度變化。越接
近溫度傳感器軸驅(qū)動電機(jī)、溫度越高。因此,軸驅(qū)動馬達(dá)被確定為主要熱源 VMC。x 軸的線
性
位
移
誤
差
給
出
圖
7
。
傳說中的 errorgraphs、錯誤和錯誤(到)(或)表明,測量當(dāng)機(jī)錯誤是在寒冷的條件(0 操作小時) 轉(zhuǎn)發(fā)(f)分別和反向(右)方向。錯誤情節(jié)展示年初,位置錯誤通常較低軸旅行(中心位置)和線性增加趨勢隨著軸名義位置。它被發(fā)現(xiàn),雖然線性位移誤差軸滑動隨溫度(機(jī)器操作小時),他們的基本概況以及旅游沒有徹底改變。圖 4。激光干涉儀測量線性位移誤差原理(精度)的測量。398 年交流可以用 Y.M. Ertekin /材料處理技術(shù)雜志》105(2000)394 - 406 表 1 熱身和激光測量周期為y 軸數(shù)控部分計(jì)劃
N0010T11M6G90G70
N0020G1X0Y0Z0F100 N0380G4 F4 N0740G4 F4 N1100G4 F4 N1460G4 F4
N0030(DFS,‘‘WARM’’) N0390Y7.7500 N0750Y16.7500 N1110Y11.7500 N1470Y2.7500
N0040G1X28.5Y20Z18.5F300 N0400G4 F4 N0760G4 F4 N1120G4 F4 N1480G4 F4
N0050X0Y0Z0 N0410Y8.2500 N0770Y17.2500 N1130Y11.2500 N1490Y2.2500
N0060(ENS) N0420G4 F4 N0780G4 F4 N1140G4 F4 N1500G4 F4
N0070 (DFS,‘‘YLASER’’) N0430Y8.7500 N0790Y17.7500 N1150Y10.7500 N1510Y1.7500
N0080G0X0.Y0.Z0. N0440G4 F4 N0800G4 F4 N1160G4 F4 N1520G4 F4
N0090Y0.2500 N0450Y9.2500 N0810Y18.2500 N1170Y10.2500 N1530Y1.2500
N0100G4 F4 N0460G4 F4 N0820G4 F4 N1180G4 F4 N1540G4 F4
N0110Y0.7500 N0470Y9.7500 N0830Y18.5000 N1190Y9.7500 N1550Y0.7500
N0120G4 F4 N0480G4 F4 N0840G4 F4 N1200G4 F4 N1560G4 F4
N0130Y1.2500 N0490Y10.2500 N0850Y18.2500 N1210Y9.2500 N1570Y0.2500
N0140G4 F4 N0500G4 F4 N0860G4 F4 N1220G4 F4 N1580G4 F4
N0150Y1.7500 N0510Y10.7500 N0870Y17.7500 N1230Y8.7500 N1590Y0.
N0160G4 F4 N0520G4 F4 N0880G4 F4 N1240G4 F4 N1600 (ENS)
N0170Y2.2500 N0530Y11.2500 N0890Y17.2500 N1250Y8.2500 N1610 (DFS,‘‘MAIN’’)
N0180G4 F4 N0540G4 F4 N0900G4 F4 N1260G4 F4 N1620 (CLS,‘‘YLASER’’,1)
N0190Y2.7500 N0550Y11.7500 N0910Y16.7500 N1270Y7.7500 N1630(CLS,‘‘WARM’’,220)
N0200G4 F4 N0560G4 F4 N0920G4 F4 N1280G4 F4 N1640 G4 F120
N0210Y3.2500 N0570Y12.2500 N0930Y16.2500 N1290Y7.2500 N1650 (ENS)
N0220G4 F4 N0580G4 F4 N0940G4 F4 N1300G4 F4 N1660 (CLS,‘‘MAIN’’,8)
N0230Y3.7500 N0590Y12.7500 N0950Y15.7500 N1310Y6.7500 N1670M2
N0240G4 F4 N0600G4 F4 N0960G4 F4 N1320G4 F4
N0250Y4.2500 N0610Y13.2500 N0970Y15.2500 N1330Y6.2500
N0260G4 F4 N0620G4 F4 N0980G4 F4 N1340G4 F4
N0270Y4.7500 N0630Y13.7500 N0990Y14.7500 N1350Y5.7500
N0280G4 F4 N0640G4 F4 N1000G4 F4 N1360G4 F4
N0290Y5.2500 N0650Y14.2500 N1010Y14.2500 N1370Y5.2500
N0300G4 F4 N0660G4 F4 N1020G4 F4 N1380G4 F4
N0310Y5.7500 N0670Y14.7500 N1030Y13.7500 N1390Y4.7500
N0320G4 F4 N0680G4 F4 N1040G4 F4 N1400G4 F4
N0330Y6.2500 N0690Y15.2500 N1050Y13.2500 N1410Y4.2500
N0340G4 F4 N0700G4 F4 N1060G4 F4 N1420G4 F4
N0350Y6.7500 N0710Y15.7500 N1070Y12.7500 N1430Y3.7500 N0360G4 F4 N0720G4 F4 N1080G4 F4 N1440G4 F4
N0370Y7.2500 N0730Y16.2500 N1090Y12.2500 N1450Y3.2500
圖 5。X,Y 和 z 軸溫度分布。交流可以用 Y.M. Ertekin /材料處理技術(shù)雜志》105(2000)394 - 406 394 級的錯誤逐漸增加的機(jī)器溫度升高。在冷啟動條件下,只有固定錯誤配置文件(即純幾何錯誤)VMC 的存在。在熱身周期,時間變異斜坡(熱誘導(dǎo)錯誤)被添加到幾何錯誤。當(dāng)這臺機(jī)器是在寒冷的國家,最大的線性位移誤差在 0.001 的數(shù)量級。1 小時后預(yù)熱期、錯誤立即提高到 0.005。最大反彈(逆轉(zhuǎn))誤差約為 0。當(dāng)這臺機(jī)器在寒冷的國家和 1 h 熱身后,增加略高于 0.001。和保持不變測試。最大軸發(fā)生線性位移誤差 7 小時后測試時間和誤差大小 0.007 英寸。y 軸的線性位移誤差(圖 8)類似的線性趨勢隨著名義 y 軸的位置圖 6。最終溫度和空氣濕度響應(yīng)。圖 7。軸的線性位移誤差。400 年交流可以用 Y.M. Ertekin /材料處理技術(shù)雜志》105(2000)394 - 406 如軸。沿著軸誤差的基本概要文件塊旅行并沒有徹底改變。然而,的大小誤差小于軸錯誤。位移錯誤是在寒冷的國家和小機(jī)器時增加機(jī)器加熱了的。y 軸的反彈(逆轉(zhuǎn))誤差最小的三個軸測試和幅度大約是常數(shù)在整個測試。最大線性位移誤差年底得到 8 h 級的時期 0.005 英寸。略低于 z 軸誤差。繪制在 z 軸的線性位移錯誤圖 9。錯誤情節(jié)顯示與在相同的線性趨勢 X 和 y 軸。誤差線的斜率較小的時候這臺機(jī)器是在寒冷的國家,逐步增加VMC 溫度升高。最大誤差值為 0.0054 在。年底達(dá)成 8 h 試驗(yàn)周期。強(qiáng)烈反對圖 8。y 軸的線性位移誤差。圖 9。z 軸的線性位移誤差。交流可以用 Y.M. Ertekin /材料處理技術(shù)雜志》105(2000)394 - 406 394 錯 誤 的 z 軸 略 高 于 y 軸 和 較 低 非 軸 。
圖 10 總結(jié)線性位移精度(LDA)
和最大逆轉(zhuǎn)(反彈)錯誤(絕筆)為所有三個軸被測試。軸有壞的準(zhǔn)確性和反彈錯誤其次是 Z 和y 軸(無花果。11 - 16)。溫度變化的 VMC 在 X,Y 和z 軸的線性位置誤差測量顯示在無花果。11 日,13 和 15。所有溫度圖顯示類似的趨勢。一般來說,Z-motor 溫度傳感器登錄更高的溫度讀數(shù) X 和 y 軸,分別。無花果。12、14 和 16 表明空氣壓力和空氣濕度變化在錯誤 mea
-surements。所有三個情節(jié)表明空氣壓力依然存在穩(wěn)定在激光測量誤差。自幾何-熱錯誤是時間變量,我們將使用預(yù)先設(shè)定的實(shí)證模型的誤差估計(jì)。實(shí)證模型方法,precalibrates 關(guān)系geometric-thermal 錯誤和測量之間的蛋彩畫溫度與軸位置數(shù)據(jù)將被用于預(yù)測和補(bǔ)償機(jī)床幾何和熱錯誤。圖 10 。線性位移精度和最大逆轉(zhuǎn)的錯誤(ASME B5.54) 。圖 11 。
在軸 LDA 測量溫度變化。402 年交流可以用Y.M. Ertekin /材料處理技術(shù)雜志》105(2000)394
– 406
5 結(jié)論
從本研究的結(jié)果,以下 conclu -聯(lián)系可以得出:通常所有線性增加線性位置錯誤對軸的名義和最高地位軸旅游范圍的結(jié)束。機(jī)器的中心位置了最佳線性精度數(shù)據(jù) X 和 y 軸雖然 Z -軸有壞的準(zhǔn)確性在家里的地位。因此,為了應(yīng)該獲得優(yōu)越的準(zhǔn)確性,一部分股票材料接近中心位置放在機(jī)器表。線性位移誤差的 X,Y 和 z 軸幻燈片增加與溫度(機(jī)器操作小時)。坡的 errorplots 逐漸增加隨著機(jī)器溫度升高。在冷啟動條件下,只有固定的錯誤配置文件(即。純幾何 VMC 中存在錯誤)。在熱身周期,時間變異斜坡(熱誘導(dǎo)錯誤)被添加到幾何錯誤。軸,軸最長的旅行范圍,有最差的準(zhǔn)確性和反對錯誤三 beingtested.Y-axisaccuracywasbetterthanZ-axisduring 前 3 小 時 內(nèi) , 成 為 略 比 z 軸 圖 12 。
空 氣 壓 力 和 相 對 濕 度 變 化 時 軸 LDA 測 量 。 圖 13 。
在 y 軸 LDA 測量溫度變化。交流可以用 Y.M. Ertekin /材料處理技術(shù)雜志》105(2000)394 - 406 394 精度 4 h 后機(jī)器操作時間。與 y 軸不同,在X 和 z 軸較低線性定位錯誤旅行比相反方向前進(jìn)方向的軸。軸驅(qū)動馬達(dá)被確定為主要熱源。溫度傳感器放置在 z 軸驅(qū)動電動機(jī)最高
的溫度讀數(shù)緊隨其后 X 和 y 軸導(dǎo)溫度傳感器,分別。溫度讀數(shù)大約 4 小時之后變得穩(wěn)定機(jī)器操作?？諝鈮毫ψx數(shù)是 975 - 985 的范圍在所有 mbar 和保持大約不變實(shí)驗(yàn)。圖 14。
在 y 軸 LDA 測 量 空 氣 壓 力 和 相 對 濕 度 的 變 化 。 圖 15 。
在 z 軸 LDA 測量溫度變化。404 年交流可以用 Y.M. Ertekin /材料處理技術(shù)雜志》105(2000)394 - 406 確認(rèn)金融支持辛辛那提的收購Milacron 立式加工中心用于這項(xiàng)研究由美國國家科學(xué)基金會資助大學(xué)的# DUE9552065 匹配錯誤 souri-Rolla 感激地承認(rèn)。《畢業(yè)
生》智能系統(tǒng)研究助理的中心和機(jī)械工程系也感激地承認(rèn)。
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Vertical machining center accuracy characterization
using laser interferometer Part 1. Linear positional errors
Anthony Chukwujekwu Okafor * , Yalcin M. ErtekinLaboratory for Industrial Automation and Flexible Manufacturing, Department of Mechanical andAerospace Engineering and Engineering Mechanics, University of Missouri-Rolla, Rolla, MO 65409-0050, USAAccepted 30 June2000AbstractThis paper presents the results of accuracy characterization of a Vertical Machining Center (VMC) in the form of linear errors andtemperature variation using a low powered He–Ne laser (Renishaw 1 ) calibration system along with environmental controller unit. Themachine investigated is Cincinnati Milacron Sabre 750 three axes CNC VMC with Acramatic 2100 CNC open architecture controller.Temperature distribution of the machine was measured using three temperature sensors strategically attached to predetermined locations oneach axis guides. The accuracy of the VMC is characterized in the form of geometric and thermal errors as a function of machine toolnominal axis position, temperature distribution and environmental effect (air temperature, air pressure and relative humidity). Results showthat axis drive motors are the major heat sources. Linear positional accuracy is best when the machine is in cold condition and deteriorateswith increasing machine operation time for all three axes. X-axis had worst linear displacement accuracy and maximum reversal errorsamong the three axes being tested. # 2000 Elsevier Science B.V. All rights reserved.Keywords: CNC machine tool accuracy; Laser interferometer; Thermal and geometrical errors; Error modeling; Error prediction
1. Introduction
The accuracy of machined part dimensions depends uponthe positional accuracy of the cutting tool relative to the partbeing machined. Therefore the accuracy of the machine toolused to produce the part is often the limiting factor inobtaining the highest accuracy and part quality. In the past,quality control and dimensional inspection have primarilyfocused on the post process inspection, finding defectiveparts after the fact. There is a significant time lag betweenthe discovery of a defect and its subsequent correctiveaction. The manufacturing cost of the defective parts hasalready been incurred. Today, the focus is shifting from thepost-process inspection to improved control of the manu-facturing process itself through the use of deterministicmanufacturing principles. Deterministic manufacturing isbased on the reasoning that, in an automated environment,machines perform in a sufficiently deterministic manner toallow quality assurance through control of the process ratherthan post-process inspection [1].The accuracy of the machine tool is primarily effected bythe geometric errors caused by mechanical–geometricalimperfections, misalignments and wear of the elements ofthe machine structure, by the non-uniform thermal expan-sion of the machine structure and static/dynamic loadinduced errors. The errors can be reduced with the structuralimprovement of the machine tool through better design andmanufacturing practices. However, in most cases, due tophysical limitations, production and design techniques cannot solely improve the machine tool accuracy. Therefore,identification, characterization and compensation of theseerror sources are necessary to improve machine tool accu-racy cost-effectively.Studies on the thermal and geometric effects on machinetool accuracy have been reported in precision engineeringforalongtime,butithasonlybeen widelyrecognizedbythemachine tool industry for about two decades. Tlusty [2] andHocken [3] clearly indicated the importance of
machinegeometry, thermal effects and machine loading. Generallytwo common solutions for thermal and geometrical errorreduction are applied: 1) machine warm-up cycle beforeprecision machining and 2) machining of critical areas ofparts in the roughing and finishing stages. Although the first* Corresponding author: solution can minimize the effect of internal heat sources,machining time loss is a major drawback. The secondsolution is helpful in reducing the heat generated duringthe machining process, but does not help to reduce thethermal errors created by internal heat sources such as drivemotors, bearings etc.
To improve the accuracy of the machine tool, in additionto hardware improvements, software compensation methodsmight be incorporated. Hardware improvements are neces-sary to maintain thermal equilibrium throughout the wholemachining process [4–6]. Usually this requires environmen-tal control, high performance coolant systems and expensivelow friction bearings and drivelines. In most cases, due tophysical limitations, hardware improvements can not solelyand completely eliminate thermal and geometric errors inthe machine tool structure. Therefore, it is important tocharacterize and compensate for geometric and thermalerrors to cost effectively improve machine tool accuracy.Sutton [7] studied machine costs with respect to the level ofachievable accuracy. His results showed the exponentialincrease of machine costs as the level of accuracy require-ments tighten.Researchers have extensively performed studies onmachine tool accuracy after the 1970s. There have beenreports on techniques for the automatic compensation of
alignment errors and volumetric accuracy modeling ofmachine tool positioning [8–12]. Donmez et al. [13] pre-sented a general methodology for the prediction of andcompensation forthe machine tool errorsusinghomogenousmatrix transformations. Kurtoglu [14] combined much ofthis previous work and demonstrated the efficiency of thecorrection on machined parts. His results provided an accu-racy increase of over 70%. Duffie [15] and Mou [16] usedkinematics in modeling machine tool errors for compensa-tion. Dorndorf [17] et al. developed a model for quasi-staticerrors and its use as the basis for optimal error budgeting ofthe errors. Shin [18] et al. proposed seven different proce-dures for the characterization of CNC machine tools. Theyincluded volumetric accuracy tests, warm-up test, powertransmission efficiencyestimation, cutting performancetest,cutting accuracy test, spindle dynamic compliance test andspindle out of roundness measurement test. Many research-ers [13,19–21] have attempted to model the thermal effectson the machine accuracy analytically and empirically forpurposes of control and compensation. Mou et al. [22,23]
attempted adaptive error correction for thermal errors basedon process intermittent and post process part measurement.They used regression techniques for error compensation.Recently many researchers have started to use ArtificialNeuralNetworksforerrorpredictionandcompensation[24 – 27]. Most of the error compensation methods involve themapping of machine errors and correcting for the effect ofthe errors. The compensation considered in this researchfocuses attention upon the geometric and thermally inducederrors for the VMC. Hence, the task requires the experi-mental determination of geometric errors and their depen-dence upon the thermal state and environment of themachine tool.
2. Overview of machine tool errors
There are three main sources of errors in machine toolsthat determine machine tool accuracy. These are: (1) errorsdue to geometric inaccuracies; (2) thermally induced errorsand (3) load
induced errors. It is well established that amongthe above error sources of the machine tool, geometric andthermally induced errors of the machine may exceed 50% ofhe total machining error [4,6]. It is, therefore, imperative tominimize this effect by compensatory measures.2.1. Errors due to geometric inaccuraciesGeometric errors are regarded as the machine errors,which exist under cold start conditions. The mechanicalimperfections of the machine tool structure and the mis-alignmentofthe carriage andguidesystems
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