[发明专利]一种弹簧变形补偿方法

权利要求书

1.一种弹簧变形补偿方法，针对以大型卧式机床的滑枕(1)为代表的悬臂式结构件以悬臂梁方式从滑台(2)中伸出后因自重下垂变形进行补偿处理；其具体采用液压拉杆力补偿结构对悬臂式结构件挠曲变形进行补偿；所述液压拉杆力补偿结构具体是：一端固定在滑枕(1)前端，另一端固定在远离滑枕(1)伸出端的滑台(2)上的两个液压拉杆(99)上；两个液压拉杆(99)的拉力由两个液压油缸提供，通过调整拉力来调整对滑枕(1)挠曲变形的具体补偿量；

所述两个液压拉杆(99)都布置在靠近悬臂式结构件即滑枕(1)的上表面处，且二者在同一水平面内布置；设F1和F2为两个液压拉杆(99)的拉力，因为两个液压拉杆(99)共同作用会产生偏心压缩的效果；设e为在横截面上液压拉杆力作用点到滑枕(1)中心轴线的距离；θ为液压拉杆(99)中心到滑枕(1)中心连线与滑枕(1)中性层的夹角；为保证滑枕(1)悬伸主轴端面中心的挠曲变形为最小，要求液压拉杆(99)的拉力产生的挠度与滑枕(1)本身因重力产生的挠度方向相反、大小相等；即有：

ML22EI=G0L33EI+qL48EI---(1)]]>

式(1)中：M为液压拉杆力所产生的力矩；E为滑枕(1)材料的弹性模量；I为滑枕(1)截面的惯性矩；L为滑枕(1)的伸长量；q为滑枕(1)自身重力；G₀为伸出的滑枕(1)部分受到主轴总成(77)的重力；

由于两个液压拉杆(99)上的拉力相等，即设F₁＝F₂＝F，所以补偿力F产生的力矩M表达为：

M＝2eFsinθ (2)

两个液压拉杆(99)安装的位置确定后，θ和e也随之确定，将式(2)带入式(1)中即得：

F=M2esinθ=8G0+3qL224esinθ---(3)]]>

即补偿力按照式(3)确定；

所述两个液压拉杆(99)所提供的补偿力按照下述要求确定：

利用计算机建模软件的估算模块，首先定义实体的材料属性，分别算出未知量：当滑枕(1)伸出最大行程L为某一确定值时，根据q、G₀的数值将相关参数带入公式(3)中，既得到滑枕(1)行程为某一定值时要求液压拉杆(99)提供的补偿力；

同理，算出滑枕(1)在不同行程的液压拉杆(99)应提供的补偿力的初始值，利用有限元的方法对滑枕(1)施加液压拉杆(99)补偿力后的变形分析，能够得到滑枕(1)挠曲变形补偿后的变形量；之后要求根据分析结构对补偿力的初始值进行更改修正，直至滑枕(1)的挠曲变形量满足要求为止，最终得到确定的补偿力控制依据并获得最佳补偿效果；

液压拉杆(99)的补偿力啮合曲线按下述要求确定以便用作控制依据：

采用最小二乘法，根据一组实验数据(x_i，y_i)(i＝0,1,2….，m)中寻找自变量x与因变量y之间的函数关系：

y=Σj=1majxj---(4)]]>

且使得总误差Q达到最小；

Q=Σi=1N(yi-Σj=1majxj)2---(5)]]>

此时，Q视为关于a_j(j＝0,1,2…，m)的多元函数，所以(5)式的系数求解问题转化为以a_j(j＝0，1,2…，m)为变量的多元函数极值问题，得到如下正则方程组(方程组中m＝0,1,2…，m)：

上述正则方程组的解即为式(1)中的系数，且这组解存在唯一值；设对下述八个行程的补偿力初始值中的数据做多项式最小二乘法拟合，采用三次多项式最小二乘法拟合得到液压拉杆补偿力F(KN)与滑枕行程量L(mm)的函数关系；所述八个行程的补偿力初始值为：

2.按照权利要求1所述弹簧变形补偿方法，其特征在于：所述弹簧变形补偿方法布置在滑枕(1)和滑台(2)上，其特征在于：

弹簧(8)具体为拉簧(8)；

首先对悬臂式结构件进行下述改造：在滑枕(1)伸出端布置一个垂直于滑枕(1)主要轮廓伸展方向即轴线方向的侧板(9)，其中：在远离滑枕(1)伸出端的滑台(2)上固定钢丝绳(6)的一端，钢丝绳(6)的另一端连接着拉簧(8)的一端，拉簧(8)的另一端固定在滑枕(1)伸出端端部的侧板(9)上；

钢丝绳(6)和拉簧(8)组合构成的拉伸补偿结构仅布置在滑枕(1)上部两侧；

滑枕(1)和滑台(2)通过直线导轨链接在一起，直线导轨的轨道(4)把合在滑枕(1)上，直线导轨的滑块(3)把合在滑台(2)上，使滑枕(1)和滑台(2)在水平方向能够相对运动，滑枕(1)的两侧各安装一套补偿力施加机构；力施加机构由拉簧(8)和钢丝绳(6)组成，拉簧(8)通过用于固定拉簧(8)的侧板(9)将其一端固定在滑枕(1)的前端即伸出端，通过侧板(9)将拉力施加在滑枕(1)的前端上侧；通过接板(7)将拉簧(8)和钢丝绳(6)连接在一起，钢丝绳(6)的另一端通过固定板(5)固定在滑台(2)上；

当滑枕(1)向前运动时，因钢丝绳(6)的一端固定在滑台(2)上，位置不随滑枕(1)移动，而拉簧(8)对于滑台(2)后端距离增大被拉伸，使滑枕(1)上侧受到拉力；力的大小符合胡克定律：F k*l；k为拉簧(8)的倔强系数，l为拉簧(8)的变形量；所以，通过滑枕(1)的行程能计算出滑枕(1)上侧拉力的大小；通过最小二乘法求出k值；

所述滑枕(1)整体外形为长方体，底面有两根圆导轨(41)，内部安装主轴总成(77)，滑枕(1)端面尺寸274mm×265mm，总长2540mm，Z轴行程1200mm，材料为灰铸铁HT300，弹性模量E＝157GPa，密度ρ＝7350kg/m3，泊松比μ＝0.23；q＝2.5KN/m；G0＝3.5KN；当滑枕(1)伸出最大行程L＝1200mm时，将其参数带入公式(3)中，可得滑枕(1)行程为1200mm时，所需的补偿力F＝16.70KN；

算出滑枕(1)在500-1200mm的所述八个不同行程的液压拉杆(99)应提供的补偿力的初始值，利用有限元的方法对滑枕(1)施加液压拉杆(99)补偿力后的变形分析，能够得到滑枕(1)弯曲变形补偿后的变形量；之后要求根据分析结构对补偿力的初始值进行更改修正，直至滑枕(1)的挠曲变形量满足要求为止，最终得到确定的补偿力控制依据并获得最佳补偿效果，通过最小二乘法求出k＝17N/mm。