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某數控車（chē）床（chuáng）貼塑（sù）導軌直線度誤差的灰色預測術

2017-1-6 來（lái）源：南通職業大學機械工程學（xué）院作者：張麗（lì）萍李業農（nóng）趙建傑

_{摘要：以SL50數控車床為例。對斜床身貼塑導軌的工（gōng）作情況做了分析。通過對影響斜（xié）床身數控車床貼塑導軌直線度（dù）的多（duō）種因素的分析。將其過去及現在已（yǐ）知的或非確知（zhī）的情況。視作一個灰色係統。通過（guò）激光幹涉儀定期檢測貼（tiē）塑導軌直線（xiàn）度（dù）的（de）誤差值。構成一個原始等間隔數據序列。按灰色係統建模法建立灰色係統GM(1。1)模型的白化形式（shì）微分（fèn）方程，揭示貼塑導軌直線度的發展變化規律。再通過殘差（chà）模型的修正。提高了計算精度。修正後的GM(1，1)模型可用來預測貼塑導軌直線度的（de）誤差值。}

_{關鍵詞（cí）：數（shù）控（kòng）車床；貼塑導軌；直線度；誤差；灰色係統；灰色預測}

_{導（dǎo）軌部件是數控（kòng）車床的核心部件之一，導軌的運動精度及精度保持性（xìng）決定了數控車床的精度和壽命周期，直接影響著被加工（gōng）件（jiàn）的精度。貼塑（sù）導軌是一（yī）種金屬對塑料摩擦形式的導軌，一個滑動麵貼有一層抗磨軟帶（dài），通常（cháng）是門FE(聚四氟乙烯)，另（lìng）一個滑動麵是金屬（shǔ）麵，與普通滑動導軌相比較，它具有壽命長、結構簡單、成本低、吸振性好等（děng）優（yōu）點。門FE軟帶質地較軟，能嵌入跑進導軌副的切屑等金屬微粒，從而保護配對導軌的金（jīn）屬表麵，受（shòu）壓時（shí）彈性變形較大，使導軌麵接觸良好，磨損均勻，所以貼塑導軌被廣泛應用（yòng）在各類數控機床中。}

_{機床的許多性能都受（shòu）到導軌精度的影響，導軌的幾何精度決（jué）定（dìng）運（yùn）動部件的運動精度，導軌的直線度直接影（yǐng）響機床的導向精（jīng）度，從而（ér）影響被加工件的幾何精度，故導軌的導向精度、精度保持性和（hé）耐磨性對機（jī）床質（zhì）量有重大影響（xiǎng）。}

_{灰色係統（tǒng）理論提供了在貧信息（xī）情況下解決係統問題的途（tú）徑。灰色係統建模是以部分信息已知、部分信（xìn）息未知的小樣本、貧信息、不確（què）定（dìng）性的係（xì）統（tǒng）為研（yán）究對象，通過對部分已知信息的生成，對係統的變（biàn）化規律進行描述，它強化了規律性的成份和弱化了不確定性的成份。對於（yú）離散過程，可在一定程度（dù）上（shàng）相對增強確定性和相對減弱不確（què）定性口叫o。灰（huī）色預測是根據過（guò）去及現在已知（zhī）的（de）或非確知的信息，建立一個從過去引伸（shēn）到將來的GM模型，構（gòu）建係統在未來發展變化的趨勢，對未來（lái）進行（háng）科學預（yù）測。}

_{貼塑導軌本身存在一定的幾何形（xíng）狀（zhuàng）誤差及微觀不平度，結合麵（miàn）可能存在介質，導（dǎo）軌麵不（bú）同程度（dù）的存在著磨粒磨損，其磨損過程由於受到環境因素及材料不同的影響，表現出複（fù）雜性、多樣性和隨機性。這些因素均影響著導軌的直線度。由於多種因素（sù）作用下的導軌直線度下降變化（huà）的趨勢難以預測，導軌（guǐ）直線度與（yǔ）工作小時數之間沒有確定（dìng）的變化形式，沒有必然的變化規律，用數學語言來說，就是事物變化的過程不能用一個(或（huò）幾個)時間￡的確定的函數（shù）來加（jiā）以描述。就目前來說，為了得到比較符合實際的精度壽命曲線，其做法是（shì）：在（zài）某一給定的（de）小時間隔，測定其精度壽命（mìng）值（zhí），小時間隔不少（shǎo）於三級。這是一個灰色係統，隻知道有限個試樣的信（xìn）息，而大部分（fèn）未知（zhī），可運用灰（huī）色係統理論（lùn）來建立灰色模型，描述係統的動態微分方程，預測未來某一時刻的導軌直線度誤差值。}

_{1.SL50數控車床斜床（chuáng）身導軌}

_{如（rú）圖1所示，SL50數控車床的床身采用整體鑄造45。斜床身結構，剛性好。為（wéi）了提高矩形（xíng）導軌的耐（nài）磨性（xìng）和定位精度，固定導軌表麵采用（yòng）淬硬、磨削和刮研等（děng）工藝處理，滑動導軌采用貼塑（sù）、磨削和刮研等工藝處理，貼塑材料為PTFE(聚四（sì）氟（fú）乙烯（xī）)。這種斜（xié）床身結構在機床的布局、剛性、精度，以及排（pái）屑能力方麵，都比平床身數控車床有了顯著的提高。切屑可（kě）在重力作用下直接向下排，不易產生切屑（xiè）纏繞刀具，利於排屑（xiè）；同時（shí）配合中置絲杆和導軌防護（hù）板（bǎn），可以避免切屑在絲杆和導軌E堆積。}

_{圖l SL50數控車床的斜床身結（jié）構}

_{該斜床身數控車床的大（dà）溜板斜壓在矩形導（dǎo）軌上，大溜板由於重力的作用有沿（yán）著斜麵下滑的趨勢，故（gù）矩形導軌的承載麵是（shì）其正麵和（hé）上側麵(如圖（tú）1所示)，滑動（dòng）導軌貼塑層相對較軟，受壓會產生彈性變形，通常對其施加一定的預緊力，避免其影響機床的剛度（dù），故貼塑層不宜（yí）太（tài）厚，其（qí）厚度控製在1．2—1．5 mm為宜¨’9 J。隨著貼塑層的預緊力增大，滑動摩擦力也會增大。在大切削力作（zuò）用下，貼塑層受壓變形增大，在這（zhè）種情（qíng）況下貼塑層會產生（shēng）磨損，故而影響導軌的（de）導向精度。數控（kòng）車床主軸軸線為。軸，小溜板移動方向為戈軸(如（rú）圖1所示)，導軌在礎平麵內的直線度誤差直接影響著（zhe）被加工工件的直徑誤差，在燁平麵內的直線度誤（wù）差（chà）對加工精度的影（yǐng）響很小可忽略不計。}

_{2.導軌直線度誤差的檢測}

_{如上所述（shù），貼塑導軌本身存在一定的幾何形狀誤差，結合麵可能存在（zài）介質幹涉，導軌麵的（de）摩擦磨損，這些（xiē）因素均導致導軌在戈舵（duò）平（píng）麵（miàn）內的直線（xiàn）度（dù）誤差增大，且有隨著時間進一步增大趨勢（shì），是影響著被加工工件的直徑誤差（chà）的主要因素。}

_{導軌在拋z平麵（miàn）內的直線度采用雷尼紹MLl0型激（jī）光（guāng）幹涉儀檢（jiǎn）測。如（rú）圖2所示，將MLl0激（jī）光器（qì）平行安裝在傾斜的導軌麵上，在（zài）機床適（shì）當位置固定安裝幹涉鏡，將反（fǎn）光鏡安裝在大溜板上（shàng）並隨大溜板一起沿z軸移動，便可測量大溜板在並以平麵內移動的直（zhí）線度。}

_{圖2激光幹涉儀的安裝方（fāng）法}

_{若（ruò）SL50型數控車床一天2班製工作（zuò），機床一年工作4 000 h，檢測周（zhōu）期即為4 000 h。導軌在茗∞平麵（miàn）內的（de）直線度誤（wù）差值如表1所示。}

_{表1 導軌直線度誤差值的原始數據序列}

_{3.導軌直線度的灰色預測}

_{根據灰色係統已知數據建立的模型，從時間發展來看，具有某種規律性（xìng）和時間外（wài）推性，這種模塊才能用來預測H。6 J。導軌在拋（pāo）=平麵內的直線度誤差值是隨著時間的推移，多（duō）種因素作用導致直（zhí）線度的（de）下降。它是（shì）一個時間序列的（de）灰色預測，可以看（kàn）作一個等間隔序的數列預測。數列預測是（shì）以灰色係統模型GM(1，1)為基礎的，等間隔序列的灰色建模步驟如下：}

_{(1)一次累加生成運算設有原（yuán）始等間隔數據（jù）序列}

_{表2導致直線（xiàn）度誤差的計（jì）算數據（jù）序列}

_{4.結語（yǔ）}

_{以SL50數控車（chē）床為（wéi）例（lì），對斜床身貼（tiē）塑導（dǎo）軌的工作情況做了分析。通過對影響斜床身數控車床貼塑導軌直線度（dù）的多種因素的分（fèn）析，將其過（guò）去及現在已知的或非確知（zhī）的（de）情況（kuàng），視作一個灰（huī）色係統。通過激光幹涉儀定期檢測貼塑導軌直線度的誤差值，構成一個原始等（děng）間隔數據（jù）序列（liè）。按灰色係統建模法予以建模，通過累加生成得到單調（diào）遞增的（de）時間數據序列，據此建立灰色係統GM(1，1)模型白化形（xíng）式的微分方程，揭示貼塑導軌直線度的發展變化規律。通過表1、2的比較（jiào），說明龕：”(f)模型計算值比（bǐ）較接近於實際值，再通（tōng）過殘差模型的修正，提高了計算精度。修正後的GM(1，1)模型可用來預測貼塑導軌直線度的誤差值。}

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