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第一篇：機(jī)械論文外文翻譯

外文文獻(xiàn)翻譯

（2013屆）

譯文一：特殊工藝拋光機(jī)床的研究

學(xué)生姓名

祝彬彬

學(xué)

號

09143333

院

系

工學(xué)院機(jī)電系

專

業(yè)

機(jī)械設(shè)計制造及其自動化

指導(dǎo)教師

婁建國

完成日期

2013-03-01

特殊工藝拋光機(jī)床的研究

RESEARCH ON POLISHING PROCESS OF A SPECIAL

POLISHING MACHINE TOOL Guilian Wang1,2 and Yiqiang Wang1 1College of Mechanical Engineering, Jilin University, Changchun, China 2College of Mechanical Engineering, Jiamusi University, Jiamusi, China

介紹

拋光是一個重要的模具加工過程。其目的是為了去除輕微劃痕，降低工件表面粗糙度。據(jù)報道，技術(shù)工人完成制作模型和模型上的工作所花總時間的37%到50%中使用的都是傳統(tǒng)的技術(shù)。由于現(xiàn)代工業(yè)加工過程需要更高的精度和生產(chǎn)效率，自動化和優(yōu)化生產(chǎn)過程成為了日益增加的重要任務(wù)。因此，高效率拋光加工和精加工技術(shù)在很長一段時間里都是很理想的，這也提高了勞動生產(chǎn)率，降低了勞動強(qiáng)度。

許多用于模具拋光的自動拋光機(jī)使用的組合磨料被調(diào)查了。Ahn等人開發(fā)了擁有智能拋光系統(tǒng)的五軸拋光機(jī)床，并對氣動拋光頭和拋光條件，比如壓力、進(jìn)給量和刀具庫進(jìn)行了調(diào)整，使用此智能監(jiān)控，可以可以實現(xiàn)更快更好的表面加工。Wu等人研究了一個新的使用彈性球形輪的拋光磨削中心在自由曲面上加工的技術(shù)。這項技術(shù)僅刪除尖的高度，適用于切割過程中切割位點的保證，有效地保持了切割生產(chǎn)過程中的形狀精度。Furukawa等人研究了一種通過使用安裝在機(jī)器人手腕上合適的被動末端執(zhí)行器的自動拋光系統(tǒng)。該系統(tǒng)用于拋光一個未知的三維表面。

Tsai和Huang提出了一種由五軸機(jī)器人和力量控制機(jī)制組成的自動模具拋光系統(tǒng)，并制定了有效地自動拋光工藝和新標(biāo)準(zhǔn)磨具。Liao等人通過使用擴(kuò)展檢測工具整合的壓力傳感器制定了一個兼容拋光和去毛刺雙重用途的工具頭，并且在打磨面積上所有的的拋光動作都可以沿著工件的幾何形狀改變曲率。目前，許多拋光設(shè)備大多數(shù)基于傳統(tǒng)機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人。對于精處理系統(tǒng)組成的工業(yè)機(jī)器人，可以穩(wěn)定的完成對力量和位置的控制。

然而，它對的自由面精加工是相對困難的，比如由計算機(jī)數(shù)字控制機(jī)器加工 的自由面，因為其軌跡誤差較大。由于多樣化和模具表面的不規(guī)則性，拋光工具在加工過程中必須根據(jù)工件表面形狀改變運動軌跡。此外，對自由曲面的拋光要求對拋光力精確控制和高的加工穩(wěn)定性，可有效完成工件表面材料的均勻去除。所以開發(fā)一種特殊的拋光設(shè)備是有意義且必須的。

20世紀(jì)80年代以來，許多研究者制定了并聯(lián)機(jī)制。近幾年，并聯(lián)機(jī)構(gòu)在工業(yè)上去的了廣泛的應(yīng)用。并聯(lián)機(jī)床是基于并行機(jī)制并結(jié)合了機(jī)床、機(jī)器人和數(shù)控技術(shù)的新一代機(jī)械加工設(shè)備，比如并行銑床，鉆床。并聯(lián)機(jī)床擁有高剛度重量比、高響應(yīng)率、高環(huán)境適應(yīng)技術(shù)和高附加價值等特殊性能。

由于電動機(jī)可以安裝在底座上，從而減輕了重量，并聯(lián)機(jī)器人的速度通常比普通的關(guān)節(jié)機(jī)器人快。它們比串行機(jī)器人也更強(qiáng)，因為終端控制器可以有更多的鏈接。另一個好處是，相比串行機(jī)器人將誤差平均，終端控制器的錯誤更少。但是大多數(shù)時候并聯(lián)機(jī)器人的的工作空間有限，例如它們通常不能繞過障礙到達(dá)目的地。在執(zhí)行中涉及的計算所需的操作通常也很難，并且有不止一個的唯一解決方案。

串聯(lián)機(jī)器人擁有更大的工作空間和良好的靈活性等優(yōu)勢。這些都是并聯(lián)機(jī)床的缺點，所以將兩者的配置進(jìn)行組合已經(jīng)被開發(fā)，它可以擁有雙方的綜合效益。自由曲面拋光可以通過使用這個五自由度串并聯(lián)拋光工具實現(xiàn)。

在這項研究中，一種基于彈性拋光原理的新型串并聯(lián)混合動力專用拋光機(jī)被開發(fā)出來，使用限制的磨料，它可以用于拋光模具表面。此彈性拋光工具系統(tǒng)可以通過氣壓伺服系統(tǒng)進(jìn)行主動控制，由彈簧實現(xiàn)被動整合，并且統(tǒng)一的材料去除可以通過對切削力和依據(jù)姿態(tài)角檢測的旋轉(zhuǎn)速度的實時控制來達(dá)到。對表面粗糙度和拋光效率有影響的主要工藝參數(shù)被調(diào)查收集并通過拋光實驗進(jìn)行分析。Taguchi通過自己和相關(guān)的分析報告得到優(yōu)化過程的參數(shù)

串并聯(lián)混合拋光機(jī)床

圖一是串并聯(lián)混合拋光機(jī)床照片（JDYP51型），圖二是本機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖。本機(jī)床主要由并聯(lián)機(jī)構(gòu)三維運動平臺和一系列兩自由度旋轉(zhuǎn)機(jī)制組成。并聯(lián)機(jī)構(gòu)由一個等邊三角形的移動平臺、三個立柱、三個鞍座，以及三個等長的通過組合的Hooke接頭連接移動平臺和鞍座的支架組成。鞍座被伺服電機(jī)和滾珠絲杠推動。并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制拋光工具的空間位置。轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)由一個可以提供一個自由度的轉(zhuǎn)動副組成。該串聯(lián)機(jī)械設(shè)備有兩個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，使它們分別繞過水平軸和垂直軸成為可能。串聯(lián)機(jī)械結(jié)構(gòu)控制拋光工具的姿態(tài)

圖一：串并聯(lián)混合拋光JDYP51型機(jī)床

據(jù)指出，許多彈性拋光工具和靈活的磨具被進(jìn)行了調(diào)查，其目的是為了實拋光加工過程中的主動控制和被動協(xié)調(diào)。彈性拋光的定義是這工具系統(tǒng)使用彈性磨具，比如橡膠粘合劑或者樹脂結(jié)合劑，根據(jù)工件表面形狀它們都是可被控制的，并且工藝參數(shù)也被調(diào)整以實現(xiàn)統(tǒng)一性的材料去除和良好的表面質(zhì)量。這項研究中的最終執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖框如圖三所示。從圖三可以看出，該拋光工具由主軸電機(jī)驅(qū)動，而拋光力則通過調(diào)整氣動伺服系統(tǒng)的汽缸壓力來控制；同時被動協(xié)調(diào)工件表面形狀的機(jī)構(gòu)是一個彈簧。統(tǒng)一性的材料去除可以通過對拋光力合旋轉(zhuǎn)速度的實時控制來實現(xiàn)。拋光工具和工件的位置關(guān)系在圖四，如下：

Fn=Fs cosα（1）Vs=nrsinα（2）

其中Fs是汽缸軸的軸向力，F(xiàn)n是由拋光工具作用在工件表面正方向的力，Vs是拋光工具在其與工件表面接觸區(qū)域的線速度，n是工具的旋轉(zhuǎn)速度，r是工具半徑，α是定義為外曲面法線和工具桿軸方向的的夾角。

通過虛擬軸混合機(jī)床與拋光工具系統(tǒng)的結(jié)合，本機(jī)床擁有兩個平衡部件和串聯(lián)部件，所以它有快速反應(yīng)、短傳播鏈和高環(huán)境適應(yīng)力的優(yōu)勢，它可以提供任何方向的運動非常適合拋光自由曲面。Yu等人研究了這個由靈活的多體系統(tǒng)動力學(xué)原理研制的混聯(lián)機(jī)床的動態(tài)特性。除了運動的開始時間，在拋光運動的各個時 期機(jī)器可以保持穩(wěn)定的狀態(tài)。此外，本機(jī)床使用的CNC系統(tǒng)是自主開發(fā)的基于PMAC（可編程多軸控制器）的并行雙CPU系統(tǒng)。后臺管理和人機(jī)界面都是由工業(yè)PC實時控制，如六軸運動控制和邏輯I/O信號控制都是基于PMAC的。

圖二：串并聯(lián)混合拋光機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖 1.柱2.鞍座3.支架4.運動平臺5.系列機(jī)械結(jié)構(gòu) 6.拋光工具7.工件8.靜平臺

圖三：拋光機(jī)末端執(zhí)行器 1.伺服電機(jī)2.汽缸連接接頭3.汽缸4.調(diào)心軸承5.馬達(dá)缸6.彈簧7.導(dǎo)柱8.耦合器9.鉗10.主軸

圖四：拋光工具和工件的位置關(guān)系圖

結(jié)論：

在這項研究中，基于彈性拋光原理的串并聯(lián)混合混合拋光機(jī)床已經(jīng)發(fā)展成熟，并且進(jìn)行了一些以分析拋光過程為目的的平面加工實驗。本文的重點是其應(yīng)用。通過研究工藝參數(shù)對表面特性和拋光效率的影響，可以得到加工參數(shù)的最佳組合。主要結(jié)論歸納如下：

1.包含并行機(jī)制的三維移動平臺和串聯(lián)的兩自由度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的串并聯(lián)混合機(jī)床，可以為拋光工具提供五自由度的運動。并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制拋光工具的空間位置，串聯(lián)機(jī)構(gòu)控制拋光工具的姿態(tài)。彈性拋光工具系統(tǒng)可以借由氣動伺服控制系統(tǒng)實現(xiàn)主動控制，由彈簧實現(xiàn)被動協(xié)調(diào)。統(tǒng)一性的材料去除可以由對切削力和根據(jù)姿態(tài)角來計算的旋轉(zhuǎn)速度的實時控制來實現(xiàn)。

2.經(jīng)過拋光實驗證明刀具轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、切削力和姿態(tài)角這些是對拋光效率和表面粗糙度影響很打的主要工藝參數(shù)。增加刀具轉(zhuǎn)速和拋光次數(shù)，進(jìn)給速度和姿態(tài)角可以降低表面粗糙度。切削力增加，表面粗糙度降低，但是切削力過大會適得其反。拋光效率隨刀具轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度的增加而增加，隨姿態(tài)角和拋光次數(shù)的增加而減小。切削力增加可以提高拋光效率，但是過大的切削力會減小效率。3.在本文所給出的條件下，最低表面粗糙度的最佳工藝參數(shù)組合為：工具轉(zhuǎn)速1200r/min，進(jìn)給速度0.2m/min，切削力30N，姿態(tài)角30o，拋光次數(shù)6次；在保證良好的表面粗糙度的前提下提高拋光效率的最佳工藝參數(shù)組合為：工具轉(zhuǎn)速1200r/min，進(jìn)給速度0.6m/min，切削力30N，姿態(tài)角30o，拋光次數(shù)2次。這些結(jié)果為在自由表面拋光加工實踐中選擇最佳工藝參數(shù)提供了依據(jù)。

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