外文文献翻译
（2013届）
译文一：特殊工艺抛光机床的研究
学生姓名
祝彬彬
学
号
09143333
院
系
工学院机电系
专
业
机械设计制造及其自动化
指导教师
娄建国
完成日期
2013-03-01
特殊工艺抛光机床的研究
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
介绍
抛光是一个重要的模具加工过程。其目的是为了去除轻微划痕，降低工件表面粗糙度。据报道，技术工人完成制作模型和模型上的工作所花总时间的37%到50%中使用的都是传统的技术。由于现代工业加工过程需要更高的精度和生产效率，自动化和优化生产过程成为了日益增加的重要任务。因此，高效率抛光加工和精加工技术在很长一段时间里都是很理想的，这也提高了劳动生产率，降低了劳动强度。
许多用于模具抛光的自动抛光机使用的组合磨料被调查了。Ahn等人开发了拥有智能抛光系统的五轴抛光机床，并对气动抛光头和抛光条件，比如压力、进给量和刀具库进行了调整，使用此智能监控，可以可以实现更快更好的表面加工。Wu等人研究了一个新的使用弹性球形轮的抛光磨削中心在自由曲面上加工的技术。这项技术仅删除尖的高度，适用于切割过程中切割位点的保证，有效地保持了切割生产过程中的形状精度。Furukawa等人研究了一种通过使用安装在机器人手腕上合适的被动末端执行器的自动抛光系统。该系统用于抛光一个未知的三维表面。
Tsai和Huang提出了一种由五轴机器人和力量控制机制组成的自动模具抛光系统，并制定了有效地自动抛光工艺和新标准磨具。Liao等人通过使用扩展检测工具整合的压力传感器制定了一个兼容抛光和去毛刺双重用途的工具头，并且在打磨面积上所有的的抛光动作都可以沿着工件的几何形状改变曲率。目前，许多抛光设备大多数基于传统机床和工业机器人。对于精处理系统组成的工业机器人，可以稳定的完成对力量和位置的控制。
然而，它对的自由面精加工是相对困难的，比如由计算机数字控制机器加工
1 的自由面，因为其轨迹误差较大。由于多样化和模具表面的不规则性，抛光工具在加工过程中必须根据工件表面形状改变运动轨迹。此外，对自由曲面的抛光要求对抛光力精确控制和高的加工稳定性，可有效完成工件表面材料的均匀去除。所以开发一种特殊的抛光设备是有意义且必须的。
20世纪80年代以来，许多研究者制定了并联机制。近几年，并联机构在工业上去的了广泛的应用。并联机床是基于并行机制并结合了机床、机器人和数控技术的新一代机械加工设备，比如并行铣床，钻床。并联机床拥有高刚度重量比、高响应率、高环境适应技术和高附加价值等特殊性能。
由于电动机可以安装在底座上，从而减轻了重量，并联机器人的速度通常比普通的关节机器人快。它们比串行机器人也更强，因为终端控制器可以有更多的链接。另一个好处是，相比串行机器人将误差平均，终端控制器的错误更少。但是大多数时候并联机器人的的工作空间有限，例如它们通常不能绕过障碍到达目的地。在执行中涉及的计算所需的操作通常也很难，并且有不止一个的唯一解决方案。
串联机器人拥有更大的工作空间和良好的灵活性等优势。这些都是并联机床的缺点，所以将两者的配置进行组合已经被开发，它可以拥有双方的综合效益。自由曲面抛光可以通过使用这个五自由度串并联抛光工具实现。
在这项研究中，一种基于弹性抛光原理的新型串并联混合动力专用抛光机被开发出来，使用限制的磨料，它可以用于抛光模具表面。此弹性抛光工具系统可以通过气压伺服系统进行主动控制，由弹簧实现被动整合，并且统一的材料去除可以通过对切削力和依据姿态角检测的旋转速度的实时控制来达到。对表面粗糙度和抛光效率有影响的主要工艺参数被调查收集并通过抛光实验进行分析。Taguchi通过自己和相关的分析报告得到优化过程的参数
串并联混合抛光机床
图一是串并联混合抛光机床照片（JDYP51型），图二是本机床结构示意图。本机床主要由并联机构三维运动平台和一系列两自由度旋转机制组成。并联机构由一个等边三角形的移动平台、三个立柱、三个鞍座，以及三个等长的通过组合的Hooke接头连接移动平台和鞍座的支架组成。鞍座被伺服电机和滚珠丝杠推动。并联机构控制抛光工具的空间位置。转动关节由一个可以提供一个自由度的转动副组成。该串联机械设备有两个转动关节，使它们分别绕过水平轴和垂直轴成为可能。串联机械结构控制抛光工具的姿态
图一：串并联混合抛光JDYP51型机床
据指出，许多弹性抛光工具和灵活的磨具被进行了调查，其目的是为了实抛光加工过程中的主动控制和被动协调。弹性抛光的定义是这工具系统使用弹性磨具，比如橡胶粘合剂或者树脂结合剂，根据工件表面形状它们都是可被控制的，并且工艺参数也被调整以实现统一性的材料去除和良好的表面质量。这项研究中的最终执行机构的结构图框如图三所示。从图三可以看出，该抛光工具由主轴电机驱动，而抛光力则通过调整气动伺服系统的汽缸压力来控制；同时被动协调工件表面形状的机构是一个弹簧。统一性的材料去除可以通过对抛光力合旋转速度的实时控制来实现。抛光工具和工件的位置关系在图四，如下：
Fn=Fs cosα （1） Vs=nrsinα （2）
其中Fs是汽缸轴的轴向力，Fn是由抛光工具作用在工件表面正方向的力，Vs是抛光工具在其与工件表面接触区域的线速度，n是工具的旋转速度，r是工具半径，α是定义为外曲面法线和工具杆轴方向的的夹角。
通过虚拟轴混合机床与抛光工具系统的结合，本机床拥有两个平衡部件和串联部件，所以它有快速反应、短传播链和高环境适应力的优势，它可以提供任何方向的运动非常适合抛光自由曲面。Yu等人研究了这个由灵活的多体系统动力学原理研制的混联机床的动态特性。除了运动的开始时间，在抛光运动的各个时
3 期机器可以保持稳定的状态。此外，本机床使用的CNC系统是自主开发的基于PMAC（可编程多轴控制器）的并行双CPU系统。后台管理和人机界面都是由工业PC实时控制，如六轴运动控制和逻辑I/O信号控制都是基于PMAC的。
图二：串并联混合抛光机床结构示意图 1.柱2.鞍座3.支架4.运动平台5.系列机械结构 6.抛光工具7.工件8.静平台
图三：抛光机末端执行器 1.伺服电机2.汽缸连接接头3.汽缸4.调心轴承5.马达缸6.弹簧7.导柱8.耦合器9.钳10.主轴
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图四：抛光工具和工件的位置关系图
结论：
在这项研究中，基于弹性抛光原理的串并联混合混合抛光机床已经发展成熟，并且进行了一些以分析抛光过程为目的的平面加工实验。本文的重点是其应用。通过研究工艺参数对表面特性和抛光效率的影响，可以得到加工参数的最佳组合。主要结论归纳如下：
1.包含并行机制的三维移动平台和串联的两自由度旋转机构的串并联混合机床，可以为抛光工具提供五自由度的运动。并联机构控制抛光工具的空间位置，串联机构控制抛光工具的姿态。弹性抛光工具系统可以借由气动伺服控制系统实现主动控制，由弹簧实现被动协调。统一性的材料去除可以由对切削力和根据姿态角来计算的旋转速度的实时控制来实现。
2.经过抛光实验证明刀具转速、进给速度、切削力和姿态角这些是对抛光效率和表面粗糙度影响很打的主要工艺参数。增加刀具转速和抛光次数，进给速度和姿态角可以降低表面粗糙度。切削力增加，表面粗糙度降低，但是切削力过大会适得其反。抛光效率随刀具转速和进给速度的增加而增加，随姿态角和抛光次数的增加而减小。切削力增加可以提高抛光效率，但是过大的切削力会减小效率。 3.在本文所给出的条件下，最低表面粗糙度的最佳工艺参数组合为：工具转速1200r/min，进给速度0.2m/min，切削力30N，姿态角30º，抛光次数6次；在保证良好的表面粗糙度的前提下提高抛光效率的最佳工艺参数组合为：工具转速1200r/min，进给速度0.6m/min，切削力30N，姿态角30º，抛光次数2次。这些结果为在自由表面抛光加工实践中选择最佳工艺参数提供了依据。
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参考文献
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