、滑台（2)、压簧压板（3)、前定滑轮（4)、导轨滑块（5)、 压簧（6)、圆导轨（7)、导轨滑道（8)、后定滑轮（9)、固定板A(10)、固定板B(ll)、固定板 C(12)、滑板（13)、钢丝绳A(14)、钢丝绳B(15)、连接板（16)、拉簧（17)、固定板D(18);其 中：滑枕（1)和滑台（2)通过直线导轨链接在一起，直线导轨的导轨滑道（8)把合在滑枕 (1)上，直线导轨的导轨滑块（5)把合在滑台⑵上，使滑枕⑴和滑台⑵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； 补偿力施加机构构成如下：拉簧（17)、钢丝绳B(15)、钢丝绳A(14)、压簧（6)、圆导轨 (7)、滑板（13)、固定板C(12);其中： 钢丝绳B(15)的一端固定在滑台⑵后端的固定板A(10)处，钢丝绳B(15)的另一端 借助于连接板（16)固定在拉簧（17)的后端部，拉簧（17)的前端固定在滑枕（1)的前端； 拉簧（17)和钢丝绳B(15)共同构成位于滑枕（1)上部的借助于拉簧（17)施加拉力的补偿 力施加机构；在滑枕（1)上部的这种施力机构有两套，其二者分别布置在滑枕（1)的同一水 平高度的左右两侧且二者布置方向与滑枕（1)的滑动方向即圆导轨（7)的延伸方向相同； 压簧（6)套装在圆导轨（7)上，压簧（6)的一端通过压板（3)固定在滑枕（1)前端的 固定板D(18)上，压簧（6)的另一端固定着一个能够沿圆导轨（7)滑动的滑板（13);滑板 (13)和固定板C(12)固定连接为一体；固定板C(12)连接着钢丝绳A(14)的一端；钢丝绳 A(14)向滑枕（1)的前端延伸并绕过固定在滑枕（1)前端近端处的前定滑轮（4)后再向滑 枕（1)的后部延伸，并再次绕过固定在滑台（2)后端的后定滑轮（9)，之后钢丝绳A(14)继 续向滑枕（1)前端一侧延伸且钢丝绳A(14)的另一端最终固定在滑枕（1)后端的固定板 B(ll)上； 一端通过压板（3)固定在滑枕（1)前端的固定板D(18)的压簧（6)整体套装在圆导轨 (7)上，且压簧（6)能够沿圆导轨（7)导向滑动，压簧（6)的另一端顺次连接滑板（13)、固 定板C(12)、钢丝绳A(14)，钢丝绳A(14)先后依次绕经前定滑轮（4)、后定滑轮（9)，之后钢 丝绳A(14)另一端最终固定在滑枕⑴后端的固定板B(ll)上；上述结构共同构成位于滑 枕（1)下部的补偿力施加机构；在滑枕（1)下部的这种施力机构也有两套，其二者的对应部 分的相同结构都布置在滑枕（1)的同一水平高度的左右两侧，且两套这种施力机构中的圆 导轨（7)、压簧（6)以及钢丝绳A(14)除了缠绕在前定滑轮（4)和后定滑轮（9)之外的部分 之外的其他部分都相互平行。
3. 按照权利要求2所述组合式弹簧变形补偿装置，其特征在于：所述组合式弹簧变形 补偿装置还满足如下要求： 两套由拉簧（17)和钢丝绳B(15)共同构成且位于滑枕（1)上部的借助于拉簧（17) 施加拉力的补偿力施加机构具体布置在靠近悬臂式结构件即滑枕（1)的上表面处，且两套 补偿力施加机构在同一水平面内布置；设FjPF2为两套补偿力施加机构的拉力，因为两套 补偿力施加机构共同作用会产生偏心压缩的效果；设e为在横截面上拉杆力作用点到滑枕 (1)中心轴线的距离；0为拉簧（17)轴心线到滑枕⑴中心连线与滑枕⑴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，要求补偿力施加机构的拉力产生的 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：
式中：M为补偿力施加机构所施加的力亦称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；G。 为伸出的滑枕（1)部分受到主轴总成的重力； 由于两套补偿力施加机构上的拉力相等，即设F1=F2=F，所以补偿力F产生的力矩M表达为： M= 2eFsin9 (2) 补偿力施加机构安装的位置确定后，0和e也随之确定，将式（2)带入式（1)中即得：
即补偿力按照式（3)确定。
4.按照权利要求3所述组合式弹簧变形补偿装置，其特征在于： 两套由拉簧（17)和钢丝绳B(15)共同构成且位于滑枕（1)上部的借助于拉簧（17)施 加拉力的补偿力施加机构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、^的数值将相关参数带入公式（3)中，即能够 得到滑枕（1)行程为某一定值时要求补偿力施加机构提供的补偿力； 同理，算出滑枕（1)在不同行程的补偿力施加机构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； 补偿力施加机构施加的补偿力啮合曲线按照下述要求确定以便用作控制依据： 采用最小二乘法，根据一组实验数据一组实验数据（Xi，yi)(i= 〇, 1，2. . . .，m)中寻找 自变量x与因变量y之间的函数关系：
且使得总误差Q达到最小；
此时，Q视为关于h(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= 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（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；因此，对表2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拉杆补偿力F(KN)与滑 枕行程量L(mm)的函数关系。
5. 按照权利要求4所述组合式弹簧变形补偿装置，其特征在于： 所述组合式弹簧变形补偿装置中，因为补偿力施加机构提供的补偿拉力与作为悬臂梁 的滑枕（1)的行程二者之间存在近似的线性关系，故此能够用最小二乘法求出一个k值，并 据此用线性力来对滑枕（1)进行补偿，线性力使用补偿力施加机构来产生；上述的用最小 二乘法求出的k值即补偿力施加机构中拉簧（17)的倔强系数。
6. 按照权利要求5所述组合式弹簧变形补偿装置，其特征在于： 所述组合式弹簧变形补偿装置中，当滑枕（1)向前运动时，因钢丝绳B(15) -端固定在 滑台⑵上，位置不随滑枕⑴移动，而拉簧（17)对于滑台⑵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;其中：k为拉簧（17)的倔强系数， 1为拉簧（17)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； 随着滑板（13)距前定滑轮（4)的距离减小，滑板（13)带动压簧（6)被压缩，使滑枕 (1)下侧受到压力；力的大小符合胡克定律：F=k*l;在这里：k为压簧（6)的倔强系数，1 为压簧（6)的变形量；所以，通过滑枕（1)的行程能计算出滑枕（1)下侧推力的大小； 作用在滑枕（1)上侧的由钢丝绳B(15)和拉簧（17)构成的补偿力施加机构施加上侧 的拉力；作用在滑枕⑴下侧由压簧（6)、滑板（13)、固定板C(12)、钢丝绳A(14)构成的补 偿力施加机构施加下侧的推力； 上、下两种补偿力施加机构结构上各自独立，所施加的拉力或者推力的大小能够根据 需要调整拉簧（17)和压簧（6)的倔强系数从而分别得到，通过调整两个倔强系数值的大 小，能得到最佳的补偿效果。
7. 按照权利要求6所述组合式弹簧变形补偿装置，其特征在于： 所述滑枕（1)整体外形为长方体，底面有两根圆导轨（7)，内部安装主轴总成（77)，滑 枕（1)端面尺寸274mmX265mm，总长2540mm，Z轴行程1200mm，材料为灰铸铁HT300,弹性 模量E= 157GPa，密度P= 7350kg/m3,泊松比y= 0? 23;q= 2. 5KN/m;GQ= 3. 5KN;当滑 枕⑴伸出最大行程L= 1200mm; 上、下两种补偿力施加机构中，限定拉簧（17)和压簧（6)的倔强系数均为8. 5N/mm。
【专利摘要】一种组合式弹簧变形补偿装置，针对悬臂式结构件伸出后因自重下垂变形进行补偿处理；其特征在于：其具体采用组合式弹簧变形补偿装置对悬臂式结构件因自重引起的弯曲变形进行补偿；所述组合式弹簧变形补偿装置具体是：在滑枕(1)上部两侧借助于拉簧(17)施加拉力，同时在滑枕(1)下部两侧借助于压簧(6)施加压力；以便抵消或减少悬臂式结构件因重力产生的向下的弯曲。本发明通过补偿装置能够明显改善悬臂式结构件因自重而下垂带来的精度损失，所述精度补偿装置结构简单，可靠性好，便于使用和维护；使用寿命长，可靠性高，其具有可预期的较为巨大的经济价值和社会价值。
【IPC分类】B23Q11-00
【公开号】CN104551838
【申请号】CN201510021731
【发明人】鑫龙, 舒启林, 崔世超, 张玉璞, 赵静, 焦可如
【申请人】沈阳理工大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月15日