[發(fā)明專利]一種重型龍門機(jī)床超跨距橫梁載荷誤差辨識(shí)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310075346.3
• 申請(qǐng)日: 2013-03-10
• 公開（公告）號(hào): CN103273378A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程強(qiáng);羅銳;顧佩華;鹿懷慶;楊文通
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B23Q17/00
• 分類號(hào): B23Q17/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

1.一種重型龍門銑床超跨距橫梁載荷誤差辨識(shí)方法，其特征在于：

在橫梁與溜板上分別固結(jié)一個(gè)坐標(biāo)系，稱為體坐標(biāo)系；當(dāng)橫梁受載變形時(shí)，溜板的體坐標(biāo)系相對(duì)于橫梁體坐標(biāo)系產(chǎn)生誤差運(yùn)動(dòng)，橫梁體坐標(biāo)系也稱為溜板的體參考坐標(biāo)系用坐標(biāo)原點(diǎn)間的線位移及繞x，y，z軸的角位移表示，這些量定義為橫梁載荷誤差，分別以δ_x，δ_y，δ_z，ε_x，ε_y，ε_z表示，這些誤差將分別于橫梁xoz及yoz面內(nèi)進(jìn)行辯識(shí)；

設(shè)溜板的體坐標(biāo)系o’固定于溜板前部下邊緣中央，此位置與銑頭軸線共面，起始狀態(tài)時(shí)y方向指向溜板行程方向，z方向豎直向上，且與橫梁體坐標(biāo)系o重合；溜板在橫梁上滑動(dòng)時(shí)由于自身重量及切削力作用，橫梁在各導(dǎo)軌接觸面產(chǎn)生變形；在xoz平面內(nèi)溜板體坐標(biāo)系o’相對(duì)于其體參考坐標(biāo)系o產(chǎn)生偏移，即產(chǎn)生分別沿x軸和z軸的直線度誤差及繞y軸轉(zhuǎn)角誤差；同時(shí)由于溜板在z向與橫梁下導(dǎo)軌有左右兩個(gè)接觸面，且兩接觸面位置跨度較大故左右接觸面上的變形不同，因而會(huì)產(chǎn)生溜板在yoz面內(nèi)體坐標(biāo)系原點(diǎn)o’相對(duì)于體參考坐標(biāo)系o沿z軸和y軸的線誤差及繞x軸的轉(zhuǎn)動(dòng)誤差，這里應(yīng)注意最終z向線誤差是在兩個(gè)平面內(nèi)z向線誤差的線性疊加；這樣便得到溜板在橫梁坐標(biāo)系的全部誤差；在推導(dǎo)誤差模型時(shí)，有如下假設(shè)，將溜板與橫梁接觸面作為彈性體，且僅沿壓力方向變形，溜板視為剛體；對(duì)于此類機(jī)床溜板沿z向轉(zhuǎn)角誤差較其它誤差項(xiàng)小十個(gè)數(shù)量級(jí)以上，可忽略，故最終辨識(shí)的誤差為5項(xiàng)；分別為δ_x，δ_y，δ_z，ε_x，ε_y；

載荷誤差具體計(jì)算方法如下：

步驟一：溜板在xoz面上的誤差計(jì)算

在xoz面內(nèi)的誤差由溜板與橫梁上下導(dǎo)軌接觸面在x向變形引起，但由于在每個(gè)導(dǎo)軌面上分左右兩個(gè)接觸面，故取兩接觸面之間中間位置為xoz面內(nèi)的等效接觸位置，變形值的均值作為xoz面內(nèi)的等效變形值且沿受力方向；

設(shè)溜板為剛體；xoz面內(nèi)兩等效接觸面位于a點(diǎn)和b點(diǎn)兩處；設(shè)溜板的體參考坐標(biāo)系為o(0,0)，變形前溜板的體坐標(biāo)系原點(diǎn)為o′(0,0)且與o(0,0)重合，變形后a點(diǎn)變?yōu)閍′點(diǎn),b點(diǎn)變?yōu)閎′點(diǎn)，產(chǎn)生的等效變形量分別為Δ₁和Δ₂；o′坐標(biāo)系點(diǎn)移至點(diǎn)；

設(shè)a(-l₁,l₂)，a′(-l₁-Δ₁,l₂)，b(-l₃,l₄)，b′(-l₃+Δ₂,l₄)直線Lab:k1=l4-l2l1-l3,]]>直線La′b′:k2=l4-l2l1-l3+Δ1+Δ2,]]>ao→=(l1,-l2),]]>kao=-l2l1]]>直線L_ao到直線L_ab的角為θ1=k1-kao1+k1kao,]]>kao=-l2l1,]]>ao向量的模為|ao→|=l12+l22]]>變形后o′在xoz平面內(nèi)移動(dòng)到

a′→o′′=(x0′+l1+Δ1,z0′-l2),]]>ka′o′′=-z0′-l2x0′+l1+Δ1,]]>直線L_a′o″到直線L_a′b′的角為θ2=k2-ka′o′′1+k2ka′o′′,]]>|a′o′′→|=(x0′+l1+Δ1)2+(z0′-l2)2]]>

由于溜板為剛體則有

θ₁=θ₂????(1)

|ao→|=|a′o′′→|---(2)]]>

將橫梁的在每一位置的靜變形值及所有參數(shù)代入(1)和(2).

則x向、z向部分線誤差與y向角誤差為:

δ→=a′→o′′-ao→-Δ1→=(δx,δz′)=(x0′,z0′),]]>ϵy=θk1k2=k2-k11+k1k2---(3)]]>

步驟二：溜板在yoz面上的誤差計(jì)算

設(shè)溜板為剛體,yoz面內(nèi)兩接觸面位于a點(diǎn)和b點(diǎn)處；設(shè)溜板的體參考坐標(biāo)系為o(0,0)，變形前溜板的體坐標(biāo)系原點(diǎn)為o′(0,0)且與o(0,0)重合，變形后a點(diǎn)變?yōu)閍′點(diǎn),b點(diǎn)變?yōu)閎′點(diǎn)，產(chǎn)生的變形量分別為Δ₁和Δ₂；

o′坐標(biāo)系原點(diǎn)移至點(diǎn)；

設(shè)a(-l₂,l₃)，a′(-l₂,l₃-Δ₁)，b(l₁,l₃)，b′(l₁,l₃-Δ₂)，

設(shè)c為ab直線中點(diǎn)，有l(wèi)₁=l₂則c點(diǎn)坐標(biāo)為c(0,l₃)，

設(shè)直線L_ab的斜率為直線L_a′b′的斜率為

(co→)=(0,-l3),]]>

c′o′′(y0′,z0′′-l3+Δ1+Δ22),]]>|co→|=l3|c′o′′|=y0′′2+(z0′′-l3+Δ1+Δ22)2]]>

設(shè)直線L_c′o″的斜率為

k3=2z0′′-2l3+Δ1+Δ22y0′]]>

由于溜板為剛體則有，直線L_a′b′垂直于直線L_c′o″，即

k2′·k3=-1---(4)]]>

且

co＝|c′o″|????(5)

將橫梁的在每一位置的靜變形值及所有參數(shù)代入(4)和(5).

則y向、z向部分線誤差與x向角誤差為

δ→=c′→o′′-co→-Δ1→=(δy,δz′′)=(y0′,z0′′),]]>ϵx=θk1′k2′=k2′-k1′=k2′---(6)]]>步驟三：最終溜板在橫梁坐標(biāo)系中的各項(xiàng)誤差計(jì)算

根據(jù)步驟一與步驟二辯識(shí)出的誤差，其中z向誤差為xoz面z向與yoz面z相的線性疊加；其余誤差項(xiàng)與各面辯識(shí)出的一一對(duì)應(yīng)；

δx=x0′,]]>δy=y0′,]]>δz=δz′+δz′′=z0′+z0′′,]]>ϵx=k2′,]]>ϵy=k2-k11+k1k2---(7)]]>

如果按照多體理論表示方法，將（7）中各誤差項(xiàng)代入坐標(biāo)變換矩陣，則最終從溜板到橫梁的誤差變換矩陣表示為

T=10ϵyδx01-ϵxδy-ϵyϵx1δz0001---(8).]]>