專利名稱：一種重型龍門機(jī)床超跨距橫梁垂直導(dǎo)軌面起拱曲線設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到重型龍門機(jī)床制造領(lǐng)域，更具體地涉及到對此類機(jī)床橫梁反變形加工的起拱曲線設(shè)計。
背景技術(shù)：
重型數(shù)控龍門機(jī)床(

圖1)是現(xiàn)代大型工件加工裝備中比較經(jīng)濟(jì)的一種機(jī)床，具有加工跨距大加工效率高等特點(diǎn)，通常能實(shí)現(xiàn)輪廓銑削曲面加工并可獲得較高加工精度。圖1所示的數(shù)控重型龍門銑床由床身、滑座、立柱、橫梁、溜板和滑枕這幾大部分組成。溜板在橫梁上移動完成I向進(jìn)給，滑座帶動整臺機(jī)床在床身上運(yùn)動，完成X向進(jìn)給；滑枕在溜板上上下移動完成Z向進(jìn)給。機(jī)床橫梁是整個機(jī)床中很重要的支撐部件，由于其具有重載大跨距的特點(diǎn)，其動靜態(tài)性能對整臺機(jī)床的加工質(zhì)量具有至關(guān)重要的影響。在加工過程中橫梁在自身及滑枕、溜板重力以及切削力等載荷的作用下必然會產(chǎn)生彎曲變形，因而會使機(jī)床刀尖偏離理想軌跡從而產(chǎn)生加工誤差。尤其對于機(jī)床橫梁垂直導(dǎo)軌面(ζ向)，其主要承受來自溜板及滑枕的重力載荷，且由于橫梁自身重力作用故導(dǎo)致垂直導(dǎo)軌面變形量大，據(jù)試驗(yàn)測定溜板在橫梁上移動時其垂直導(dǎo)軌面最大撓度可達(dá)1_。如圖2所示為溜板與橫梁的接觸情形，在橫梁上有三個導(dǎo)軌面，分別由上導(dǎo)軌χ向?qū)к壝婕跋聦?dǎo)軌X、Z向(垂直方向)兩個導(dǎo)軌面組成。溜板在這三個導(dǎo)軌面與橫梁接觸并沿著這三個導(dǎo)軌面左右移動以完成Y向進(jìn)給，溜板在每一導(dǎo)軌面上的接觸位置分左右兩個接觸面(圖3)且溜板沿橫梁跨距較大，從而導(dǎo)致兩接觸面變形值不同，當(dāng)溜板在橫梁上運(yùn)動時就會在各導(dǎo)軌面上產(chǎn)生左右兩條變形曲線。這樣當(dāng)溜板沿橫梁y向行走時，就會因垂直導(dǎo)軌面(ζ向)變形而產(chǎn)生yoz面內(nèi)的直線度誤差δζ，又由于左右接觸面的變形的不同而導(dǎo)致溜板產(chǎn)生繞χ軸的轉(zhuǎn)角誤差ε χ。目前為了解決大型機(jī)床橫梁由于重力變形產(chǎn)生幾何誤差的問題，一些高校及機(jī)床企業(yè)采取了對機(jī)床導(dǎo)軌面進(jìn)行反變形起拱以抵消重力引起的撓度。目前提出的起拱方法主要是將溜板與橫梁接觸的左右兩個變形值的均值取反作為當(dāng)前起拱變形值，以此方法獲得橫梁垂直導(dǎo)軌面的起拱曲線雖然可以消除一部分誤差影響，但由于未充分考慮溜板的左右接觸面變形值不同，故不能保證機(jī)床的起拱值的最優(yōu)性，也不能保證機(jī)床在橫梁每一位置時的直線度誤差及轉(zhuǎn)角誤差均符合機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)。因此本發(fā)明提出一種針對重型龍門銑床超跨距橫梁垂直導(dǎo)軌面(ζ向)的起拱曲線設(shè)計方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的特征是針對重型龍門機(jī)床(圖1)大跨距橫梁垂直導(dǎo)軌面起拱曲線的設(shè)計提供一種有效的方法?？蔀榇祟悪C(jī)床橫梁制造過程中的反變形加工提供理論基礎(chǔ)。
具體步驟如下:步驟一:建立起拱曲線優(yōu)化模型I)建立起拱曲線及誤差項(xiàng)表達(dá)式起拱曲線的方程使用多項(xiàng)式進(jìn)行擬合，考慮到起拱曲線要求精度較高，這里使用五次多項(xiàng)式進(jìn)行擬合，即設(shè)起拱曲線為(I)式。由于銑頭刀具的中心最直接反映了加工點(diǎn)的位置，且銑頭中心y向位置位于兩接觸面距離中心，故以兩接觸面變形均值作為溜板在yoz面內(nèi)的直線度誤差，以兩接觸面變形值之差除以兩接觸面之距離作為IOZ面內(nèi)繞X軸的轉(zhuǎn)角誤(圖4)。為充分考慮溜板與橫梁導(dǎo)軌接觸時左右接觸面的影響這里將起拱曲線在每點(diǎn)的起拱值與變形曲線上的變形值相加作為當(dāng)前的變形值并以(2)式和(3)式表達(dá)各誤差項(xiàng)。
權(quán)利要求
1.一種重型龍門機(jī)床超跨距橫梁垂直導(dǎo)軌面起拱曲線設(shè)計方法，其特征在于步驟如下: 步驟一:建立起拱曲線優(yōu)化模型 1)建立起拱曲線及誤差項(xiàng)表達(dá)式 起拱曲線的方程使用五次多項(xiàng)式進(jìn)行擬合，即設(shè)起拱曲線為(I)式； 以兩接觸面變形均值作為溜板在IOZ面內(nèi)的直線度誤差，以兩接觸面變形值之差除以兩接觸面之距離作為IOZ面內(nèi)繞X軸的轉(zhuǎn)角誤差；將起拱曲線在每點(diǎn)的起拱值與變形曲線上的變形值相加作為當(dāng)前的變形值并以(2)式和(3)式表達(dá)各誤差項(xiàng)；
全文摘要
本發(fā)明涉及到重型龍門機(jī)床制造領(lǐng)域，更具體地涉及一種重型龍門機(jī)床超跨距橫梁垂直導(dǎo)軌面起拱曲線設(shè)計方法。本發(fā)明通過優(yōu)化導(dǎo)軌面起拱曲線解決了大跨距橫梁垂直向?qū)к壝嬖谥亓d荷作用下直線度誤差及角度誤差過大的問題。其關(guān)鍵在于考慮到溜板與橫梁導(dǎo)軌面接觸位置分左右兩個接觸面，從而會產(chǎn)生左右兩條變形曲線，本發(fā)明充分利用這一關(guān)鍵點(diǎn)，將起拱曲線的起拱值及左右變形曲線的變形值一并考慮構(gòu)建了直線度及轉(zhuǎn)角誤差的優(yōu)化模型，并利用多目標(biāo)遺傳算法對起拱曲線進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化效果符合國家標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號G06F17/50GK103207938SQ20131013424
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月17日
發(fā)明者程強(qiáng), 羅銳, 張翠, 楊文通, 蔡力鋼 申請人:北京工業(yè)大學(xué)