专利名称：一种重型龙门机床超跨距横梁垂直导轨面起拱曲线设计方法
技术领域：
本发明涉及到重型龙门机床制造领域，更具体地涉及到对此类机床横梁反变形加工的起拱曲线设计。
背景技术：
重型数控龙门机床(
图1)是现代大型工件加工装备中比较经济的一种机床，具有加工跨距大加工效率高等特点，通常能实现轮廓铣削曲面加工并可获得较高加工精度。图1所示的数控重型龙门铣床由床身、滑座、立柱、横梁、溜板和滑枕这几大部分组成。溜板在横梁上移动完成I向进给，滑座带动整台机床在床身上运动，完成X向进给；滑枕在溜板上上下移动完成Z向进给。机床横梁是整个机床中很重要的支撑部件，由于其具有重载大跨距的特点，其动静态性能对整台机床的加工质量具有至关重要的影响。在加工过程中横梁在自身及滑枕、溜板重力以及切削力等载荷的作用下必然会产生弯曲变形，因而会使机床刀尖偏离理想轨迹从而产生加工误差。尤其对于机床横梁垂直导轨面(ζ向)，其主要承受来自溜板及滑枕的重力载荷，且由于横梁自身重力作用故导致垂直导轨面变形量大，据试验测定溜板在横梁上移动时其垂直导轨面最大挠度可达1_。如图2所示为溜板与横梁的接触情形，在横梁上有三个导轨面，分别由上导轨χ向导轨面及下导轨X、Z向(垂直方向)两个导轨面组成。溜板在这三个导轨面与横梁接触并沿着这三个导轨面左右移动以完成Y向进给，溜板在每一导轨面上的接触位置分左右两个接触面(图3)且溜板沿横梁跨距较大，从而导致两接触面变形值不同，当溜板在横梁上运动时就会在各导轨面上产生左右两条变形曲线。这样当溜板沿横梁y向行走时，就会因垂直导轨面(ζ向)变形而产生yoz面内的直线度误差δζ，又由于左右接触面的变形的不同而导致溜板产生绕χ轴的转角误差ε χ。目前为了解决大型机床横梁由于重力变形产生几何误差的问题，一些高校及机床企业采取了对机床导轨面进行反变形起拱以抵消重力引起的挠度。目前提出的起拱方法主要是将溜板与横梁接触的左右两个变形值的均值取反作为当前起拱变形值，以此方法获得横梁垂直导轨面的起拱曲线虽然可以消除一部分误差影响，但由于未充分考虑溜板的左右接触面变形值不同，故不能保证机床的起拱值的最优性，也不能保证机床在横梁每一位置时的直线度误差及转角误差均符合机床精度标准。因此本发明提出一种针对重型龙门铣床超跨距横梁垂直导轨面(ζ向)的起拱曲线设计方法。
发明内容
本发明的特征是针对重型龙门机床(图1)大跨距横梁垂直导轨面起拱曲线的设计提供一种有效的方法。可为此类机床横梁制造过程中的反变形加工提供理论基础。
具体步骤如下:步骤一:建立起拱曲线优化模型I)建立起拱曲线及误差项表达式起拱曲线的方程使用多项式进行拟合，考虑到起拱曲线要求精度较高，这里使用五次多项式进行拟合，即设起拱曲线为(I)式。由于铣头刀具的中心最直接反映了加工点的位置，且铣头中心y向位置位于两接触面距离中心，故以两接触面变形均值作为溜板在yoz面内的直线度误差，以两接触面变形值之差除以两接触面之距离作为IOZ面内绕X轴的转角误(图4)。为充分考虑溜板与横梁导轨接触时左右接触面的影响这里将起拱曲线在每点的起拱值与变形曲线上的变形值相加作为当前的变形值并以(2)式和(3)式表达各误差项。
权利要求
1.一种重型龙门机床超跨距横梁垂直导轨面起拱曲线设计方法，其特征在于步骤如下: 步骤一:建立起拱曲线优化模型 1)建立起拱曲线及误差项表达式 起拱曲线的方程使用五次多项式进行拟合，即设起拱曲线为(I)式； 以两接触面变形均值作为溜板在IOZ面内的直线度误差，以两接触面变形值之差除以两接触面之距离作为IOZ面内绕X轴的转角误差；将起拱曲线在每点的起拱值与变形曲线上的变形值相加作为当前的变形值并以(2)式和(3)式表达各误差项；
全文摘要
本发明涉及到重型龙门机床制造领域，更具体地涉及一种重型龙门机床超跨距横梁垂直导轨面起拱曲线设计方法。本发明通过优化导轨面起拱曲线解决了大跨距横梁垂直向导轨面在重力载荷作用下直线度误差及角度误差过大的问题。其关键在于考虑到溜板与横梁导轨面接触位置分左右两个接触面，从而会产生左右两条变形曲线，本发明充分利用这一关键点，将起拱曲线的起拱值及左右变形曲线的变形值一并考虑构建了直线度及转角误差的优化模型，并利用多目标遗传算法对起拱曲线进行了优化，优化效果符合国家标准。
文档编号G06F17/50GK103207938SQ20131013424
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月17日 优先权日2013年4月17日
发明者程强, 罗锐, 张翠, 杨文通, 蔡力钢 申请人:北京工业大学