[发明专利]一种由基础均匀沉降变形引起机床刀尖点位姿变化的计算方法

权利要求书

1.一种由基础均匀沉降变形引起机床刀尖点位姿变化的计算方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤(1)：根据机床基础混凝土的徐变特性，将弹性模量引入混凝土等效模量的计算公式，并加入龄期调整系数，计算调整龄期的等效模量；

步骤(2)：将计算得出的基础混凝土在不同时间段下的有效模量，带入到Workbench分析模型中，得到地基基础不同时段下的沉降变形情况，并得到基础沉降变形的预测模型，协助机床后期的精度调节；

步骤(3)：根据重型机床的拓扑结构，简化机床模型；上部机床结构中的倒角、小厚度部件、地脚螺栓因素件对地基承载变形的影响忽略不计；

步骤(4)：结构离散化，把上部机床结构及地基基础划分成若干个平面梁单元和接触单元；各平面梁单元轴线之间的交点称为节点，把所有的节点和梁单元按照顺序进行编号；

步骤(5)：根据平面梁单元的单元刚度矩阵和接触单元的单元刚度矩阵，计算得出各个单元的单元刚度矩阵；

步骤(6)：通过单元和节点的编号，组集总体刚度矩阵；

步骤(7)：将重型龙门机床工况下的机床切削力等效成外部载荷施，施加到单元节点上，如果原载荷不是节点载荷，通过静力等效原则转化成等效节点载荷；

步骤(8)：根据基础沉降变形的预测模型，得到地基基础的沉降值；将地基基础的均匀沉降作为边界位移约束，形成总体刚度矩阵、节点未知位移和节点载荷之间的线性或者非线性方程；

步骤(9)：求解线性或者非线性方程，从而得出重型机床刀尖点的位移和转角。

2.根据权利要求1所述的一种由基础均匀沉降变形引起机床刀尖点位姿变化的计算方法，其特征在于：所述步骤(1)中，调整龄期等效模量的计算公式为：

式(1)中，E(t,τ₀)——调整龄期的等效模量；

E(τ)——混凝土的弹性模量；

χ(t,τ₀)——老化系数；

——混凝土的徐变系数。

3.根据权利要求1所述的一种由基础均匀沉降变形引起机床刀尖点位姿变化的计算方法，其特征在于：所述步骤(3)中，将上部机床结构的立柱、横梁、连接梁、地基基础划分成yz平面的梁单元；将立柱与地基基础的连接的滑座、导轨简化为接触单元，同样地将横梁与主轴连接的溜板、滑枕简化为接触单元。

4.根据权利要求1所述的一种由基础均匀沉降变形引起机床刀尖点位姿变化的计算方法，其特征在于：所述步骤(5)中，平面梁单元的刚度矩阵公式为

单元位移和单元力都是按照单元坐标系的坐标轴分量定义的，由此建立的单元刚度矩阵属于单元坐标的单元刚度矩阵，因此在进行系统分析前，必须把单元坐标系中的单元力以及单元刚度矩阵都转换到结构坐标系中去；

[K]＝[T]^T[K]^e[T] (4)式(4)中，[T]——坐标变换矩阵；

[K]^e是单元坐标的单元刚度矩阵。

5.根据权利要求1所述的一种由基础均匀沉降变形引起机床刀尖点位姿变化的计算方法，其特征在于：所述步骤(6)在组集总刚度矩阵时,平面梁的单元刚度矩阵为6阶方阵，将其分成4块，得

其中元素k_ii等均为3阶方阵；

设K_ii表示结构总刚度矩阵[K]的第i行第j列的元素

其中i、j为节点序号，a为杆件单元序号。