[發(fā)明專利]一種求解由地基變形引起的機(jī)床加工誤差的方法

有效

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• 申請日: 2014-07-11
• 公開（公告）號: CN104122839B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉志峰;張濤;張柯;王建華
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G05B19/404
• 分類號: G05B19/404
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11203
• 代理人: 紀(jì)佳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于軟件應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種求解由地基變形引起的機(jī)床加工誤差的方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著國務(wù)院實(shí)施多個重點(diǎn)專項(xiàng)計(jì)劃，政府持續(xù)加大對航空航天、核電風(fēng)電、鐵路機(jī)車、船舶艦艇、交通運(yùn)輸?shù)戎攸c(diǎn)工程的投入力度。工程設(shè)備的關(guān)鍵零部件均為大尺寸、重噸位、高精度工件，要想承接加工這樣的典型零件，就必須開發(fā)高水平的大型、重型、超重型數(shù)控機(jī)床。隨著對機(jī)床加工精度的要求越來越高，建立準(zhǔn)確的加工精度模型至關(guān)重要，尤其對于重型重載機(jī)床，其自身重量大，載荷強(qiáng)度高，部件變形大，對地基承載能力要求更高，研究地基變形對重型數(shù)控機(jī)床精度的影響規(guī)律是十分有意義的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，針對地基不均勻沉降對機(jī)床加工精度的影響進(jìn)行研究，以大型龍門式機(jī)床為研究對象，假設(shè)機(jī)床底座由于地基不均勻沉降導(dǎo)致兩底座產(chǎn)生沉降差，由底座沉降差引起機(jī)床整體的結(jié)構(gòu)變形使刀尖點(diǎn)產(chǎn)生位置和角度的偏移，從而影響加工精度，對機(jī)床和地基整體模型進(jìn)行簡化，提供了底座的沉降差對機(jī)床加工精度影響的建模方法，可為重型龍門式機(jī)床的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化及誤差補(bǔ)償提供理論與技術(shù)指導(dǎo)。

本發(fā)明是采用以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的：

一種求解由地基變形引起的機(jī)床加工誤差的方法，，步驟包括：簡化機(jī)床模型、簡化地基變形模型、應(yīng)用材料力學(xué)進(jìn)行受力分析、刀尖點(diǎn)橫向偏移、刀尖點(diǎn)縱向偏移、刀尖點(diǎn)轉(zhuǎn)角偏差；具體步驟如下：

簡化機(jī)床模型步驟，把重型龍門機(jī)床簡化為框架結(jié)構(gòu)，只提取相應(yīng)的尺寸、材料、及橫截面參數(shù)；

簡化地基變形模型步驟，根據(jù)地基沉降差，假設(shè)把機(jī)床放置在局部位置垂直方向高度不同的地基上；

應(yīng)用材料力學(xué)進(jìn)行受力分析步驟，假設(shè)立柱為剛性的，計(jì)算橫梁的變形，假設(shè)橫梁為剛性的，計(jì)算立柱的變形，把橫梁和立柱的變形通過幾何關(guān)系疊加在一起，再考慮刀桿尺寸以及與刀柄的位置關(guān)系，應(yīng)用幾何關(guān)系求出刀柄不同方向位置偏移；

刀尖點(diǎn)橫向偏移步驟，根據(jù)刀桿位置的偏移以及刀桿尺寸，通過幾何關(guān)系把刀桿位置的橫向偏移傳遞到刀尖點(diǎn)，從而求出刀尖點(diǎn)橫向偏移；

刀尖點(diǎn)縱向偏移步驟，根據(jù)刀桿位置的偏移以及刀桿尺寸，通過幾何關(guān)系把刀桿位置的縱向偏移傳遞到刀尖點(diǎn)，從而求出刀尖點(diǎn)縱向偏移；

刀尖點(diǎn)轉(zhuǎn)角誤差步驟，根據(jù)刀桿位置的偏移以及刀桿尺寸，通過幾何關(guān)系把刀桿位置的轉(zhuǎn)角偏差傳遞到刀尖點(diǎn)，從而求出刀尖點(diǎn)轉(zhuǎn)角偏差；

本發(fā)明可以取得如下有益效果：

通過本發(fā)明所建立的模型，只需要測量地基或者機(jī)床底座的變形就可以算出地基沉降引起刀尖點(diǎn)的誤差以及對加工精度的影響；也可以通過此模型算出需要調(diào)節(jié)機(jī)床底座到什么位置能滿足機(jī)床的加工精度；本發(fā)明所建立的模型計(jì)算簡單，能高效快速的指導(dǎo)機(jī)床底座的調(diào)節(jié)以滿足機(jī)床加工精度。

附圖說明

圖1為地基變形對機(jī)床加工精度影響的建模方法流程圖；

圖2為龍門機(jī)床簡化結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為立柱為剛體時橫梁變形示意圖；

圖4為橫梁為剛體時立柱變形示意圖；

圖5為疊加變形圖；

圖6為刀柄對變形的影響示意圖

其中，1為立柱，2為橫梁，3為刀桿。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明的具體實(shí)施加以說明。

以下以重型龍門機(jī)床為例對本發(fā)明的實(shí)施過程進(jìn)行詳細(xì)分析。

1簡化機(jī)床模型

把重型龍門機(jī)床結(jié)構(gòu)簡化為圖2所示的框架結(jié)構(gòu)，提取重型龍門機(jī)床尺寸、材料參數(shù)和截面特性，獲得機(jī)床材料的彈性模量E，橫梁長度l,立柱高度h和刀桿的長度l₀，并由截面特性分別算得橫梁和立柱的慣性矩I_l和I_h。

2地基變形模型

把地基的變形簡化為不同高度的兩個平臺之間的沉降差，兩個平臺之間的沉降差用Δh表示，機(jī)床的兩根導(dǎo)軌分別坐落在地基不同高度平臺上。

3應(yīng)用材料力學(xué)進(jìn)行受力分析

3.1假設(shè)立柱為剛體求橫梁變形

如圖3所示，假設(shè)立柱為剛性不變形，當(dāng)?shù)鼗冃螘r產(chǎn)生沉降差，使機(jī)床橫梁彎曲，根據(jù)材料力學(xué)可求得橫梁一端B處(機(jī)床右立柱與橫梁的交點(diǎn))的撓度ω_l和轉(zhuǎn)角θ_l：