[发明专利]一种数控机床几何精度在线监测方法

摘要

本发明一种数控机床几何精度在线监测方法属于数控机床技术领域，涉及一种数控机床几何精度在线监测方法。该方法中，首先在机床基础件表面粘贴应变片；通过搭建的无线应变监测系统，采集并远程传输各离散测点应变数据；将离散应变数据作为边界条件，求解满足双调和函数的应力方程，预测机床基础件表面应变场分布，通过积分得到机床基础件变形状态；再通过端点连线法求出机床基础件直线度。该方法具有测量精度高、适应性好的特点，实现了测量—加工无干扰同步进行。应变数据通过无线检测系统进行数据传输，具有占用空间小，为机床维护、故障预紧与自主维修提供了重要数据支持。

主权项

1.一种数控机床几何精度在线监测方法，其特征在于，该方法中，首先在数控机床床身表面粘贴应变片；通过搭建的无线应变监测系统，采集并远程传输各离散测点应变数据；将离散应变数据作为边界条件，求解满足双调和函数的应力方程，预测机床基础件表面应变场分布，通过积分得到机床基础件变形状态；再通过端点连线法求出机床基础件直线度；方法的具体步骤如下：第一步布置应变测点在数控机床床身(1)的第一侧表面S1、第二侧表面S2的上、下边缘，上表面S3的导轨内侧处的边缘位置粘贴三轴应变片，各表面应变片数量均为k，其中，[]为取整符号，即[x]为不超过x的最大整数；l为导轨长度；各表面沿导轨方向s相邻应变片间距为d，第二步采集应变数据利用数控机床几何精度无线应变监测系统进行应变数据采集；该系统是一个分布式的数据采集系统，符合“控制中心‑分布式采集节点”的构架模式，包括应变片组(2)、无线应变节点(3)、无线网关(4)、数据中心服务器(5)、上位机(6)；无线应变节点(3)内置电桥电阻与放大调理电路，无线应变节点(3)采集应变片组(2)的应变值，并将其无线传输至无线网关(4)；通过通用无线分组业务GPRS将无线网关(4)实时监测的测点应变数据传送到数据中心服务器(5)；上位机(6)利用数据中心服务器(5)中的应变数据进行几何精度计算；第三步反算机床基础件变形首先，设定平面Si(i＝1,2,3)表示为第i个表面，即第一侧表面S1、第二侧表面S2或上表面S3；在平面Si建立的直角坐标系为x_Si‑o_Si‑y_Si；坐标轴x_S1、x_S2、x_S3正方向沿导轨方向s，坐标轴y_S1、y_S2正方向沿导轨安装底面法向n，坐标轴y_S3正方向沿导轨L1安装侧面法向t；那么，各应变片的坐标集合为为等效平面Si上编号w的应变片坐标；平面Si沿坐标轴y_Si方向变形曲线为：其中，p按如下公式取值，其中，E为基础件材料的杨氏模量；ν为泊松比；为坐标集合中最小与最大的纵坐标；x_Si为沿着坐标轴x_Si方向自变量；为m/n幂系数，组成幂系数数组为零的m/n幂系数组成0元素数组为，非零的m/n幂系数通过联立求解(5‑1)，(5‑2)，(5‑3)，(5‑4)计算：其中，分别为平面Si上编号w应变片采集的沿x_Si方向、y_Si方向正应变；为等效平面Si上编号w应变片采集的切应变；第四步评估直线度采用端点连线法计算第一侧表面S1、第二侧表面S2与上表面S3变形曲线的平面直线度分别为因此，沿导轨安装底面法向n基础件直线度为：沿导轨L1安装侧面法向t基础件直线度为：通过监测系统第N(N＝1,2,…,+∞)次采集各测点应变值并通过上述方法计算得到的沿导轨安装底面法向n与沿导轨L1安装侧面法向t的基础件直线度为fn(N)、ft(N)；第五步直线度归一化处理采用直线度测量仪器测量基础件沿导轨安装底面法向n、沿导轨L1安装侧面法向t直线度F₁ⁿ、F₁^t；测量过程中使监测系统中所有应变片平衡清零；一个月后，采用直线度测量仪器再次测量直线度同时，通过监测系统首次采集测点应变值并通过计算得到基础件的直线度fⁿ(1)、f^t(1)；因此，归一化处理下通过监测系统第N次监测的基础件沿导轨安装底面法向n与沿导轨L₁安装侧面法向t的修正直线度Fⁿ、F^t为：通过以上步骤完成数控机床几何精度在线监测。