磁悬浮列车轨道梁机加工方法的研究

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1、研究与开发机电工程技术2002年第31卷第6期磁悬浮列车轨道梁机加工方法的研究王孙安，薛江，高延峰(西安交通大学机械工程学院，陕西西安710049)摘要：磁悬浮列车是现代新兴的交通工具，它具有速度高、能耗低、噪音小、启动速度快、安全舒适、低污染、维护少等一系列优点。第一条商业运行线路即将在上海建成，采用高架、铺设轨道梁形式。轨道梁采用钢-砼复合结构，并通过数控机床对轨道梁上的预埋件进行加工来保证轨道梁的制造精度。由于轨道梁重量大，不易移动，因此很难找正。本文利用数控机床对轨道梁进行测量后，采用最小二乘法对理论数据和测量数据进行拟和，

2、使其满足每个测量点到标准曲面的距离平方和达到最小的原理，找到最优的加工位置，实现对轨道梁的精确定位并进行加工。该方法已经在实际生产中得到应用，并且取得了相当好的效果。关键词：磁悬浮；定位基准；轨道梁；最小二乘法；拟合；基准面中图分类号：U237文献标识码：A文章编号：1009-9492(2002)06-0036-031引言世界各国的实践证明：根本解决城市交通问题，不可能依靠无限制地扩大城市道路供给系统，来满足所有潜在的小汽车交通出行需要，而必须依靠集约型的、与环境友螺栓孔善的城市公共交通系统。磁悬浮列车本身具有速度高、能耗低、噪音小

3、、启动速度快、安全舒适、低污染、维护少连接件要铣的平面等一系列优点,顺应了世界交通发展需要。1998年，上海定位孔市修订城市发展总体规划，确定了城市轨道交通网络方（a）轨道梁模型（b）连接件模型案。磁悬浮列车的建设，为这一交通网络增加了新的形图3连接件加工面示意图式。按计划，2003年初，上海将建成中国乃至世界第一条商业化运营的磁悬浮列车。图1是列车的示意图。再利用数控机床对其进行加工。2磁悬浮列车轨道梁轨道梁上的连接件设计精度有很高的要求，其上定位确保磁悬浮列车飞速行驶的核心部件之一是轨道梁。孔的允许误差仅为±0.1mm，而且轨道

4、梁的宽度也由连接件轨道梁主要由两部分组成，一部分是轨道梁的功能件，另来保证，宽度方向上的允许误差为±0.2mm。由于梁体均由一部分是支撑结构。功能件通过高强螺栓与支撑结构上的钢筋混凝土制成，重量很大(通常接近200t)，而且加工件连接件相连。支撑结构（即梁体）由钢筋混凝土制成，其都是预埋在混凝土中，这样仅变形就远远超过了加工精上装有预埋件，称为连接件（由铸铁制成）。结构如图2度，很难象传统机加工那样在机床坐标系中进行找正和定所示。梁分为曲线梁和直线梁两种，长度主要有21m和位，加工难度很大。因此，对于这种特殊工件的加工，必24m。曲

5、线梁又分为缓和曲线梁和纯圆曲线梁，其中纯圆须找到更为精巧的办法。同时，由于缺乏加工的基准，这曲线梁只有平曲半径，而缓和曲线梁既有平曲半径又有竖样就存在加工的优化问题，如何选择基准才能使加工余量曲半径。为保证梁的制造精度，连接件预埋到梁体上后，最小，同时保证加工精度的要求。综上所述，不难发现需要解决两大难题：第一，就是加工中的测量和定位的问题，如果没有准确的测量，那么加工无从谈起。第二，需要对加工代码进行优化，从中寻找到最优的方案，同时优化算法必须具有迭代速度快的特点，不然很难满足现场加工的要求。轨道梁加工线主要由两台数控机床及主控计

6、算机组成。两台机床分别布置在工件的两侧，由主控计算机以工图1磁悬浮列车示意图图2轨道梁示意图收稿日期：2002—06—2836机电工程技术2002年第31卷第6期研究与开发业以太网和机床连接。整个加工线如图4所示。式中：tx、ty、tz分别为沿三个坐标轴的平移距离,α、加工时通过测量建立工件的加工坐标系，然后生成数β、γ分别为绕X、Y、Z轴的旋转角度。因此，工件的定位问题就转化为求转换矩阵T的问题了。只要求出转换矩阵T，就可将工件的设计值转换到加工坐标系中，从而对其进行加工。轨道梁4算法原理为求出转换矩阵T，采用最小二乘法原理，在三

7、维空机床间中将实际曲面和标准曲面进行拟和，使其满足每个测量图4轨道梁加工线示意图点到标准曲面的距离的平方和达到最小。为此，构造下述目标函数：控程序，对工件进行铣平面、钻螺栓孔、钻镗中心孔的加m2工。生产中所用的机床为S2-237型轨道梁专用数控机床，’QjT-Pj=minj=1,2⋯m（1）j=1由X、Y、Z、A、B等5个轴组成。其中X、Y、Z轴式中：Q=[XYZ1]T为理论数据点的坐标值。P=jjjjj可以联动。A、B轴是两个旋转轴，分别绕X、Y轴转动。[X'Y'Z'1]T为实测数据点的坐标值。T为转换矩阵,形jjj机床的X向最大

8、行程为33m，可以对21m和24m梁进行如上式所示，式中包含6个变量，即t=[αβγtxtytz]。一次加工，而无需重复定位。机床选用德国西门子840D在最小化目标函数时，需要确定Qj点。所以，从算法的实控制系统。现过程来看，关键要解