[发明专利]一种弹簧变形补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于悬臂式结构件的精度补偿装置的结构设计和应用技术领域，具体涉及一种弹簧变形补偿方法。

背景技术

对于某些大型卧式机床，如卧式加工中心、落地镗等，在加工过程中滑枕1从滑台2(又称滑板)中伸出距离非常远，经常达到一米以上，甚至更远的距离，如我们自行设计的，某型号的立卧复合加工中心，其卧式镗铣主轴的行程为1.2米，最大行程时滑枕1悬伸长度为1.6米。

伸出的滑枕1部分相当于悬臂梁结构，受到主轴总成77的重力G0以及滑枕自身重力q影响，滑枕1悬伸部分会产生从根部到端部的下垂弯曲变形，即所谓的“低头”现象，并引起主轴和刀具产生位移误差δ和角度误差φ，而且误差随着滑枕1伸出量的加大而增大。特别对于大悬伸机床，因重力产生的下垂问题成为影响机床加工精度的一个重要因素。所以，对于大悬伸滑枕的卧式机床的设计，必须要解决滑枕1大悬伸所引起的重力下垂变形问题，否则，机床因为悬垂变形过大，无法满足加工精度要求。参见图1、图2、图3为滑枕1 自由悬伸下的受力及弯曲变形的相关原理示意简图。另外，如图4所示，对于以某型镗铣复合加工中心，在卧式镗铣头滑枕1伸出1.2米时，在垂直方向因重力引起的下垂达到将近90um，即我们平时所说的90道，而一般机床的精度在3至5道，即30至50um。因此，如果不采取相应的措施对滑枕1的挠曲变形进行补偿和修正，机床将无法加工出合格的零件。

目前，国内外对滑枕1挠曲变形的补偿措施主要有以下几种：

1、通过机床的数控系统实现滑枕1的挠曲变形补偿方法：该方法利用数控系统通过控制Y轴上升相应的位移来实现Y轴坐标的误差补偿，通过控制Z轴前进相应的位移来实现Z轴坐标的误差补偿。但它仅补偿因重力引起的挠度，只是坐标点正确了，并未补偿滑枕1的弯曲变形。此时的刀具主轴和Z轴有一定的夹角，从而引起加工平面时与Z轴有一定的夹角，加工圆是出来的是椭圆，直接影响机床性能和加工精度。相关原理图参见图5。

通过机床数控系统实现滑枕挠度补偿的方法，该方法利用数控系统自动检测滑枕1挠度，通过控制Y轴上升相应的位移来实现补偿，但它仅补偿了滑枕1的挠度，对于弯曲变形无法解决。

2、在滑枕1内部上半侧前后分别安装推杆和液压拉杆：此法虽然可以较好的补偿滑枕1的角度摆动误差，但控制过程实现比较困难。在补偿过程中，拉力油缸和推力油缸的压力要根据数控系统的指令随时不断的进行调节，频率很高，对数控系统，液压系统要求很高，尤其是数字伺服电液比例阀的性能要求很高。并且液压油要使用恒温冷却装置，以保证液压性能的稳定。滑枕1在不同伸出位置的变形及补偿数据取得较为困难，需要进行大量的实验。相关原理图参见图 6-9。

3、利用预应力挠曲加工方式实现挠度补偿：采用数控加工方法，将滑枕1的变形部分预先加工去除，使滑枕1在工作伸出时处于平直状态。该方法能够产生一定的补偿效果，但对于滑枕1的加工与装配要求非常高。相关原理图参见图10、图11。

4、装配预留仰角法：在装配时，滑枕1导轨不是水平，而是有一定的仰角，用仰角来平衡滑枕1伸出时的下垂。

如图12所示，采用预留仰角的装配方法理论上能是最远端的垂直误差减少一半，对于悬伸变形不是太大的机床，有较好的补偿效果。对于大型卧式铣床，如果其远端下垂超过90um，按最好的补偿效果，远端下垂也超过40um，已经超过机床允许的加工误差，此时，这种补偿方法就无法满足精度要求，同时该方法对于滑枕1的加工与装配要求非常高。

人们迫切希望获得一种技术效果良好的弹簧变形补偿方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种技术效果良好的弹簧变形补偿方法。

本发明提供了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；(本发明的典型技术背景：伸出的滑枕1部分相当于悬臂梁结构；滑枕1部件的三维实体如图16所示，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，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；)其特征在于：