【正文】 中文 萬(wàn)字 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯 （ 2020屆） 外文題目 Fiveaxis milling machine tool__ kinematic chain design and analysis 譯文題目 五軸銑削機(jī)床運(yùn)動(dòng)鏈設(shè)計(jì)與分析 外文出處 International Journal of Machine Tools amp。 Manufacture 42 (2020) 505– 520 學(xué) 生 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級(jí) 機(jī)制 061 校內(nèi)指導(dǎo)教師 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 講 師 校外指導(dǎo)老師 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 二 ○ 一 ○ 年 三 月 第 1 頁(yè) 共 21 頁(yè) 五軸銑削機(jī)床運(yùn)動(dòng)鏈設(shè)計(jì)與分析 . Bohez Department of Design and Manufacturing Engineering, Asian Institute of Technology, . Box 4, Klong Luang, 12120 Pathumthani, Thailand 摘要 ：五軸數(shù)控加工中心目前已成為相當(dāng)普遍的機(jī)床。大多數(shù)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是建立在直角笛卡兒坐標(biāo)系基礎(chǔ)上的。本文根據(jù)理論上可能的自由度組合對(duì)機(jī)床的可行性概念設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用狀況進(jìn)行了分類，定義了一些有用的定量參數(shù)，如工作空間的影響因素，機(jī)床空間的使用效率，空間定位指數(shù)和角度定位指數(shù)。分析比較了每種類型的優(yōu)缺點(diǎn)，給出了選擇和設(shè)計(jì) 機(jī)床的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。簡(jiǎn)要討論了基于 Steward 平臺(tái)的新型機(jī)床，這種機(jī)床最近工程中已得到廣泛應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：五軸聯(lián)動(dòng)，機(jī)床，運(yùn)動(dòng)鏈，工作空間，數(shù)控系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)軸 機(jī)床的主要設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)遵循下列原則 ： * 運(yùn)動(dòng)學(xué)應(yīng)提供一部分方向和工具的位置足夠的靈活性。 * 定位準(zhǔn)確和定位速度盡可能高。 * 定位準(zhǔn)確性盡可能高的。 * 工具和工件變化快速。 * 保護(hù)環(huán)境。 * 節(jié)省材料。 機(jī)床軸的數(shù)目通常是指自由度的數(shù)目，機(jī)器上的幻燈片獨(dú)立控制的議案。標(biāo)準(zhǔn)軸建議用右手坐標(biāo)系統(tǒng)，機(jī)床軸線與 Z軸一致。甲三軸銑削機(jī)有三個(gè)線性 長(zhǎng)度 X， Y和 Z，可定位各個(gè)軸的空間位置限制。在加工過(guò)程中該機(jī)床軸線的方向仍然不變。相對(duì)于工件，這限制了該機(jī)床定位的靈活性，并且產(chǎn)生了不同的設(shè)置窗口的數(shù)量。為了增加機(jī)床工件方向的靈活性，而不需要重新設(shè)置，就必須加入更大程度的自由度。對(duì)于一個(gè)傳統(tǒng)的三線性軸機(jī)器，這可以通過(guò)提供實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸。 圖 1給出了一個(gè)例子 5軸銑削機(jī)。 第 2 頁(yè) 共 21 頁(yè) 圖 1 五軸機(jī)床 為了分析這個(gè)機(jī)床對(duì)于制作該機(jī)床運(yùn)動(dòng)圖是非常有用的。從這個(gè)運(yùn)動(dòng)（鏈）圖，兩組軸可以立即區(qū)分為：工件軸載和機(jī)床攜帶軸。圖 2給出了運(yùn)動(dòng)圖五軸機(jī)，圖 1。可以看出工件是由 4軸組成，并且該機(jī)床只有一個(gè)軸。 5 軸機(jī)床類似于兩個(gè)合作機(jī)器人，一個(gè)機(jī)器人攜帶一個(gè)工件和一個(gè)機(jī)器人攜帶的是機(jī)床。 機(jī)床工件定位所需的最大靈活性的最小自由度是五，這意味著該工具和工件在任何角度相互面向?qū)Ψ?。軸的最低所需數(shù)目從剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度問(wèn)題也可以理解。在空間中進(jìn)行定位的兩個(gè)剛體需要為每個(gè)機(jī)構(gòu)（機(jī)床和工件）相對(duì) 于對(duì)方 6 個(gè)自由度或 12 個(gè)。但是任何共同的平移和旋轉(zhuǎn)不改變方向，允許相對(duì)減少 6自由度數(shù)目。機(jī)構(gòu)之間的距離規(guī)定刀具路徑，并允許消除更多的自由度，并且最低要求在 5度范圍內(nèi)。 3。文件綜述 其中最早的一種（ 1970 年） 5 軸銑削是由鮑曼 [1]明確提出申請(qǐng)的，現(xiàn)在仍然非常有用。在當(dāng)時(shí)， APT 語(yǔ)言是唯一的編輯 5 軸輪廓應(yīng)用程序的工具。在數(shù)控早期，西姆 [2]明確的提出了后加工的問(wèn)題，并且大多數(shù)問(wèn)題仍然是有效的。博伊德的圖 [3]也是早期引進(jìn)的。貝濟(jì)耶 39。的書(shū) [4]，也仍然是一個(gè)非常有用的介紹。在他的書(shū)里關(guān)于小區(qū)域銑削，赫爾 德 [5]給出了一個(gè)非常簡(jiǎn)要但能啟發(fā)人的多軸機(jī)床的定義。最近的一篇文章適用于五軸機(jī)床工作空間計(jì)算的問(wèn)題，這個(gè)文章是廣泛使用 DenawitHartenberg 理論方法，由阿卜杜勒馬立克和奧斯曼 [6] 開(kāi)發(fā)。 第 3 頁(yè) 共 21 頁(yè) 圖 2 運(yùn)動(dòng)鏈圖 在圖 7中討論的機(jī)床的許多類型和設(shè)計(jì)觀念，可應(yīng)用于五軸機(jī)床，但不是專為 5軸機(jī)床。 在圖 [8]中討論設(shè)置窗口的數(shù)量和機(jī)械表中零件的最佳定位。 . Cho[9]等人作了一個(gè)關(guān)于刀具軌跡生成技術(shù)發(fā)展水平和新的必要條件的報(bào)告。機(jī)床和工件相互作用的模擬圖形也是一個(gè)非常活躍的研究領(lǐng)域，并且在圖 [10]中有良好的介紹。 4。五軸機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的分類 從旋轉(zhuǎn)（ R）和平移（ T）的啟動(dòng)軸四個(gè)主要類別可分為：（一） 3 個(gè) T 軸和 2 個(gè) R軸 。（二）兩個(gè) T 軸和三個(gè) R軸 。（三）一個(gè) T 軸和 4個(gè) R軸（四）五軸研發(fā)軸。只有在有限的情況下， 5 軸組（二）機(jī)床存在的船舶螺旋槳加工。組合（三）及（四）用在機(jī)器人的設(shè)計(jì)中通常需要 增加更多的自由度。 在幾個(gè)組合里，在工件或者機(jī)床之間分布五個(gè)軸。第一種，可根據(jù)工件和刀具軸載和運(yùn)動(dòng)鏈中的每個(gè)軸的序列號(hào)得出的。另一種分類可以基于旋轉(zhuǎn)軸的位置是在工件一邊還是在工具的一面。自由度為 5 的直角坐標(biāo)的機(jī)床有：三個(gè)平移運(yùn)動(dòng)的 X， Y， Z（一般表示為 TTT）和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) AB,AC 或者 BC（一般表示為 RR）。三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸 (RRR)和兩個(gè)線性軸 (TT)的組合是罕見(jiàn)的。在 5 軸機(jī)床圖 1，可以用軸 X’Y’A’B’Z來(lái)描述。工件沿著軸 XYAB，機(jī)床沿著 Z軸運(yùn)動(dòng)。圖 3顯示了該類型 XYZA’B’軸，機(jī)床沿著 這三個(gè)線性軸運(yùn)動(dòng)和工件沿著兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。 第 4 頁(yè) 共 21 頁(yè) 圖 3 XYZA’ B’ 機(jī)器 從理論上來(lái)說(shuō)，如果在機(jī)床和工件運(yùn)動(dòng)軸上的兩條運(yùn)動(dòng)鏈的軸順序是不同的配置，那么有可能的配置數(shù)量是相當(dāng)大的。此外這個(gè)組合也只包括兩個(gè)線性軸和三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。 在一臺(tái)五軸機(jī)床中可以將一個(gè)機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸 和四個(gè)工件運(yùn)動(dòng)軸如下組合起來(lái)：每個(gè)可能的機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸 X， Y， Z， A， B， C 其他四個(gè)工件運(yùn)動(dòng)軸可從余下的五個(gè)軸里選擇。因此，對(duì)于每一種可能的機(jī)床軸的選擇，考慮四軸不考慮五軸不同的序列作為另一種配置的數(shù)量是 5 179。 4 = 120（ 1 出 6 或 6 的可能性）。因此，理論上一個(gè)五軸機(jī)床帶有一個(gè)機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸，有 6 179。 120 = 720 可能性。同樣的分析可以用于其他所有組合。機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸 t的個(gè)數(shù)加上工件運(yùn)動(dòng)軸 w 的個(gè)數(shù) (w+t=5)就得到組合物的運(yùn)動(dòng)軸總個(gè)數(shù)，如下。 ? ? ? ?66!!tco m b twN t w?? 3t? t+w=5 (1) ? ? ? ?66!!wco m b wtN w t?? t＞ 3 t+w=5 (2) 這個(gè)公式的值總是等于 6！或當(dāng) w + t = 5 時(shí)，等于 720。其中 720 組合，部分將只包含兩個(gè)線性軸。如果只考慮到五軸機(jī)床有三個(gè)線性軸，則只有 3 179。 5 = 15 種組合仍然是可能的。 組合 Gt 的的特點(diǎn)是由一個(gè)固定值 t 描述的，這個(gè)特點(diǎn)與由固定值 w描述的 G’W是相同的， w= 5t。根據(jù)以上定義，得到五軸機(jī)床的下列子式： （一） G0/G’5；（二） G1/G’4；（三） G2/G’3； （四） G3/G’2；（五） G4/G’1；（六） G5/G’0。 G5/G’0機(jī)床 所有軸沿著機(jī)床和工件固定在操作臺(tái)上。圖 4 顯示所有 5個(gè)攜帶工具軸的機(jī)器。該 第 5 頁(yè) 共 21 頁(yè) 運(yùn)動(dòng)鏈?zhǔn)?XBYAZ（ TRTRT）。本機(jī)是五軸機(jī)床最早的模型之一，用來(lái)處理非常沉重的工件。由于是在機(jī)床運(yùn)動(dòng)鏈上有很多鏈接，可能會(huì)有相當(dāng)大的誤差致使彈性變形和滑片反彈。 圖 4 XBYAZ機(jī)床 ’5機(jī)床 所有工件和機(jī)床上的軸都是在固定在空地上。這種結(jié)構(gòu)最好用于非常小的工件（見(jiàn) 節(jié)）。 G4/G’1機(jī)床 四軸攜帶的機(jī)床和一軸工件進(jìn)行?；旧嫌袃煞N可能，工件進(jìn)行軸可以是 R或 T軸。 ’4機(jī)床 一軸攜帶的機(jī)床和其他四個(gè)軸攜帶工件?；旧嫌袃煞N可能，單一的軸運(yùn)動(dòng)鏈可以是 R或 T。圖 1是這種機(jī)床的例子， T軸沿著單一的機(jī)床運(yùn)動(dòng)。 G3/G’2機(jī)床 三軸攜帶的機(jī)床和兩軸工件進(jìn)行?；旧嫌腥N可能性，進(jìn)行工件軸可以是線性式（ TT’ ）的，旋轉(zhuǎn)式（ RR’ ）或混合式的（ T’R’）。圖 5 給出了一個(gè)機(jī)床的例子，由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸和一個(gè)線性軸組合而成的機(jī)床。本機(jī)可以加工機(jī)床面復(fù)雜的大型工件。最常見(jiàn)的配置是由兩個(gè)工件旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行的，如圖 3， 6和 8。 ’3機(jī)床 三軸攜帶工具以及二軸攜帶工件?；旧嫌腥N可能：攜帶的工具軸可以是線性（