CN113496064A - 一种数控机床直线度的补偿调整方法 - Google Patents

一种数控机床直线度的补偿调整方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种数控机床直线度的补偿调整方法，通过搭建机床参数化分析模型，对机床参数化分析模型进行考虑位姿变化的多工况有限元分析，提取不同设计变量取值时结构件的关键指标响应值，拟合出变形曲线；根据变形曲线计算反变形曲线，并将反变形曲线映射于结构件原加工程序中，生成结构件补偿加工程序，按照补偿加工程序对结构件进行反变形加工，从而实现对机床结构件的直线度调整。本发明无需改变结构设计，也无需进行返修加工，一次装配即可满足机床直线度要求，进而保证机床的各项几何精度指标满足要求，机床装配效率高。

Description

一种数控机床直线度的补偿调整方法
技术领域
本发明属于数控机床领域，特别涉及一种数控机床直线度的补偿调整方法。
背景技术
数控机床几何精度的好坏会直接影响到产品加工的表面粗糙度以及形状和尺寸，而机床的直线度又是影响机床各项几何精度的关键因素，合理的机床直线度能够保证机床实现高效率、高精度、可靠稳定的加工。
目前，数控机床的生产制造方式是按照设计图纸对结构件进行加工，检测合格后对机床进行装配，机床装配完毕后，结构件会因接触产生的外力而变形，从而造成机床的几何精度精度不合格，尤其是机床的直线度，将直接影响后续机床垂直度的精度调整，现阶段对于机床垂直度的调整方法往往依赖于装配过程中对机床的各轴线在不同平面内的直线度进行测量，通过测量获取的数据对关键结构件返修，最终保证机床各项垂直度满足要求，此种方法加工及装配效率低，带有一定的盲目性，且往往出现关键结构件进行反复返修的情况，缺乏返修加工指导依据，费时费力，不能满足现代机床高效、高精度、批量装配需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于反变形加工的数控机床直线度补偿调整方法，无需改变结构设计，也无需进行返修加工，一次装配即可满足机床直线度要求，进而保证机床的各项几何精度指标满足要求，机床装配效率高。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种数控机床直线度的补偿调整方法，包括：
A．搭建机床参数化分析模型，仿真分析模型在不同空间姿态下结构件的变形情况，并拟合出变形曲线；
B．根据拟合出的变形曲线计算反变形曲线；
C．将反变形曲线映射于结构件原加工程序中，生成结构件补偿加工程序；
其中，所述结构件原加工程序为按照结构件原设计图纸编辑的加工程序；
D．按照结构件补偿加工程序对结构件进行反变形加工，并按照装配要求完成装配。
进一步的，上述一种数控机床直线度的补偿调整方法，所述步骤A具体包括：
A1．通过参数化建模确定设计变量及其取值范围，搭建机床参数化分析模型；
A2．构建分析工况；
A3．对机床参数化分析模型进行考虑位姿变化的多工况有限元分析，提取不同设计变量取值时结构件的关键指标响应值，拟合出变形曲线。
进一步的，上述一种数控机床直线度的补偿调整方法，步骤A2中所述的分析工况包括仿真分析所需要的材料参数、接触关系、结构接合面等效处理、有限元单元网格、载荷以及约束。
进一步的，上述一种数控机床直线度的补偿调整方法，步骤A3所述的有限元分析包括结构静力学分析和热应力分析；所述关键指标响应值为所述结构件导轨安装面相对于分析模型全局坐标系下的变形值。
进一步的，上述一种数控机床直线度的补偿调整方法，步骤B3所述的位姿变化是通过设计变量参数化驱动移动部件模型移动至不同位置，建立不同位置的机床参数化分析模型。
进一步的，上述一种数控机床直线度的补偿调整方法，所述步骤B3具体方法为：
A31．选取m个设计变量取值，分别定义为S1，S2，S3，……，Sm，初始分析模型的设计变量取值定义为S0；
A32．对初始分析模型进行多工况有限元分析，提取设计变量为S0时结构件的关键指标响应值；
A33．设计变量取值Si，使移动部件模型移动至第i位置，建立第i位置分析模型，并对该分析模型进行多工况有限元分析，提取设计变量为Si时结构件的关键指标响应值，其中i依次取值1，2，3，……，m；
A34．根据关键指标响应值在不同设计变量取值时的计算结果，拟合出变形曲线。
进一步的，上述一种数控机床直线度的补偿调整方法，所述机床参数化分析模型可以是机床整机分析模型，也可以机床组件或部件分析模型。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过构建虚拟样机的形式，将实际装配后结构件受力变形情况在虚拟样机上模拟实现，通过分析计算得到基础结构件导轨安装面的变形最大值：根据参数化驱动获取机床在不同位置时的关键指标的变形值，拟合得到相应的变形曲线，进而构建出反变形加工曲线，借助反变形加工曲线对加工程序进行补偿，不需要更改结构设计，根据补偿后的加工程序对结构件进行实际加工，简化了后续人工反复的对结构件进行返修及对机床进行装配的操作，节省了时间，提高了效率，实现了一次装配的可能性，保证了机床的几何精度在预期的指标范围内。本发明不仅可应用于机床生产前的直线度调整，也可以利用本发明所生成的结构件补偿加工程序对直线度不合格的结构件进行补偿加工。
附图说明
图1是本发明方法流程图。
图2是本发明实施例在不同设计变量取值时整机的位置姿态变化示意图。
图3是本发明对机床参数化模型进行有限元分析具体方法流程图。
图4是本发明设计变量参数化示意图。
图5是本发明拟合的变形曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本发明的一种数控机床直线度的补偿调整方法，包括：
步骤100，通过参数化建模确定设计变量及其取值范围，搭建机床参数化分析模型；
其中，设计变量是指结构件所承载的移动部件相对于结构件的位置尺寸，其取值范围为移动部件的实际移动范围，即行程；
步骤200，构建分析工况，包括但不限于仿真分析所需要的材料参数、接触关系、结构接合面等效处理、有限元单元网格、载荷以及约束；
步骤300，对机床参数化分析模型进行考虑位姿变化的多工况有限元分析，提取不同设计变量取值时结构件的关键指标响应值，拟合出变形曲线；
其中：
有限元分析包括结构静力学分析和热应力分析；
关键指标响应值为结构件导轨安装面相对于分析模型全局坐标系下的变形值；
位姿变化是通过设计变量参数化驱动移动部件模型移动至不同位置，建立不同位置的机床参数化分析模型，如图2所示，显示了设计变量在不同参数取值时机床整机的位置姿态变化情况；
步骤400，根据拟合出的变形曲线计算反变形曲线；
步骤500，将反变形曲线映射于结构件原加工程序中，生成结构件补偿加工程序；
其中，结构件原加工程序为按照结构件原设计图纸编辑的加工程序，可以直接从结构件原生产过程中获取，也可以根据结构件设计图纸进行加工编程获得；
步骤600，按照结构件补偿加工程序对结构件进行反变形加工，并按照装配要求完成装配。
图3显示了步骤300的具体分析过程，包括：
步骤301，如图4所示，在设计变量取值范围内选取m个设计变量取值，分别定义为S1，S2，S3，……，Sm，初始分析模型的设计变量取值定义为S0；
步骤302，对初始分析模型进行多工况有限元分析，提取初始设计变量下即设计变量为S0时结构件1的关键指标响应值D0；
步骤303，改变设计变量取值，使设计变量取值为Si，驱动移动部件模型2移动至第i位置，建立第i位置分析模型，并对该分析模型进行多工况有限元分析，提取设计变量为Si时结构件的关键指标响应值Di，其中i依次取值1，2，3，……，m；
步骤304，根据关键指标响应值在不同设计变量取值时的计算结果，拟合出变形曲线，如图5所示。
本发明利用结构件在全行程范围内的变形曲线进行取反，根据反变形曲线对加工程序进行补偿，利用补偿加工程序对结构件进行加工，得到的结构件加工轮廓即为反变形加工曲线。结构件在实际装配完成后，由于受到的外力作用会发生变形，而采用反变形加工后正好可以抵消结构件受力所引起的变形，从而使结构件的表面具有更好的轮廓效果，进而保证了机床的直线度在合理的指标范围内。
本发明提高了机械加工及装配效率，简化了后续人工操作，避免了后续基础结构件反复的返修及装配的情况的发生，保证了一次装配的可能性，在明显缩短装配时间的前提下实现了机床的几何精度在预期的指标范围内，能够满足不同类型的机床高效、高精度、批量装配的要求。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种数控机床直线度的补偿调整方法，其特征在于，包括：
A．搭建机床参数化分析模型，仿真分析模型在不同空间姿态下结构件的变形情况，并拟合出变形曲线；
B．根据拟合出的变形曲线计算反变形曲线；
C．将反变形曲线映射于结构件原加工程序中，生成结构件补偿加工程序；
其中，所述结构件原加工程序为按照结构件原设计图纸编辑的加工程序；
D．按照结构件补偿加工程序对结构件进行反变形加工，并按照装配要求完成装配。
2.根据权利要求1所述的一种数控机床直线度的补偿调整方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：
A1．通过参数化建模确定设计变量及其取值范围，搭建机床参数化分析模型；
A2．构建分析工况；
A3．对机床参数化分析模型进行考虑位姿变化的多工况有限元分析，提取不同设计变量取值时结构件的关键指标响应值，拟合出变形曲线。
3.根据权利要求2所述的一种数控机床直线度的补偿调整方法，其特征在于，步骤A2中所述的分析工况包括仿真分析所需要的材料参数、接触关系、结构接合面等效处理、有限元单元网格、载荷以及约束。
4.根据权利要求3所述的一种数控机床直线度的补偿调整方法，其特征在于，步骤A3所述的有限元分析包括结构静力学分析和热应力分析；所述关键指标响应值为所述结构件导轨安装面相对于分析模型全局坐标系下的变形值。
5.根据权利要求4所述的一种数控机床直线度的补偿调整方法，其特征在于，步骤A3所述的位姿变化是通过设计变量参数化驱动移动部件模型移动至不同位置，建立不同位置的机床参数化分析模型。
6.根据权利要求5所述的一种数控机床直线度的补偿调整方法，其特征在于，所述步骤A3具体包括：
A31．选取m个设计变量取值，分别定义为S1，S2，S3，……，Sm，初始分析模型的设计变量取值定义为S0；
A32．对初始分析模型进行多工况有限元分析，提取设计变量为S0时结构件的关键指标响应值；
A33．设计变量取值Si，使移动部件模型移动至第i位置，建立第i位置分析模型，并对该分析模型进行多工况有限元分析，提取设计变量为Si时结构件的关键指标响应值，其中i依次取值1，2，3，……，m；
A34．根据关键指标响应值在不同设计变量取值时的计算结果，拟合出变形曲线。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种数控机床直线度的补偿调整方法，其特征在于，所述机床参数化分析模型可以是机床整机分析模型，也可以是机床组件或部件分析模型。
8.根据权利要求7所述的一种数控机床直线度的补偿调整方法，其特征在于，步骤D所述对结构件进行反变形加工可以是对已生产的结构件进行补偿加工，对应的所述结构件原加工程序可以直接从原生产过程中获取；
步骤D所述对结构件进行反变形加工也可以直接对毛坯件进行加工，对应的所述结构件原加工程序可以根据结构件原设计图纸进行加工编程获得。
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