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某數控車床貼塑導軌直線度誤差（chà）的灰色預測術（shù）

2017-1-6 來源：南（nán）通職業大學機械工程學院（yuàn）作（zuò）者（zhě）：張麗萍李業農趙建傑

_{摘（zhāi）要：以SL50數控車床為例。對斜床身貼塑（sù）導軌的工作情況做了分析。通（tōng）過對影響斜床身數控車床貼塑導軌直線度的多種因素的分析。將其過去及現在已知的或非（fēi）確知的情況。視作一個灰色係統（tǒng）。通過激光幹涉儀定期檢測貼塑導軌直線度的誤差值（zhí）。構（gòu）成一（yī）個原（yuán）始等間隔數據序列。按灰色係統建模法建立（lì）灰（huī）色係統GM(1。1)模型的白化形式微分方程，揭示貼塑導軌直線（xiàn）度（dù）的發展變化規律。再通過殘差模（mó）型的修正。提高了計算精度。修正後的GM(1，1)模型可用來預（yù）測貼塑導軌直線度的誤（wù）差值。}

_{關鍵詞：數控車床；貼塑導軌；直（zhí）線度；誤差；灰色係統；灰色預測}

_{導軌部件是數控車床的核心部件之（zhī）一，導軌的運動精度（dù）及精度保持性決定（dìng）了數控車床的精度（dù）和壽命周期，直接影響著被（bèi）加工件的精度（dù）。貼塑導軌是（shì）一種金屬對塑料（liào）摩擦形式的導軌（guǐ），一個滑動麵貼有一層（céng）抗磨軟帶，通常是門FE(聚四氟（fú）乙烯)，另一（yī）個滑動麵是金屬麵，與普通滑動導軌相比較（jiào），它具有壽命（mìng）長、結構簡單、成本（běn）低、吸振性好等優點。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（pèi）對導軌的金屬表麵，受壓時彈性變（biàn）形（xíng）較大，使導軌麵接觸良好，磨損均勻，所以貼（tiē）塑導軌被廣（guǎng）泛應用在各類數控機床中。}

_{機床（chuáng）的許多性能都受到導（dǎo）軌精度的影響，導軌的幾何精度決定運動部件的運動精度，導軌的直線度直接影響（xiǎng）機（jī）床的導向（xiàng）精度，從而影響被加工件的幾何精度，故導軌的（de）導向精度、精度保持性和耐磨（mó）性對機（jī）床質量有重（chóng）大影響。}

_{灰色係統（tǒng）理論提供了在貧信（xìn）息情況下解決係（xì）統問題（tí）的（de）途徑。灰（huī）色係統建模是以（yǐ）部分信息已知、部分信息未知的小樣本、貧信息、不確（què）定性的係（xì）統為研究對象，通過對部分已知信息的生成，對係統的變化規律進行描述，它強化了規律性的成份和弱化了不確定性的成份。對於離散過程，可在一定程度上相對增強確定性和相對減弱（ruò）不確（què）定性口叫o。灰（huī）色預測是根據過去（qù）及現在已（yǐ）知（zhī）的或非確知的信（xìn）息，建（jiàn）立一個從過去引伸到將來的GM模型，構建係（xì）統在未來發展變化（huà）的（de）趨勢，對未來進行科學預測。}

_{貼塑導軌本身存在（zài）一定的幾何形狀（zhuàng）誤差及微（wēi）觀不平度（dù），結合麵（miàn）可能存在介質，導軌麵不同程度的存在著磨（mó）粒磨損，其磨損過程由於受到環境因素（sù）及材料不同的影響，表現出複雜性、多樣性和隨機性（xìng）。這些因素均影響著導軌的直線度。由於（yú）多種因素作用（yòng）下（xià）的導軌直線度下降變化的趨勢難以預測，導軌直線度與工作小時數之間沒有確定的變化形式，沒有必（bì）然（rán）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(或幾個)時間￡的確定的函數來加以描述。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：在某一給定的小時（shí）間隔，測定其精度壽命值，小時間（jiān）隔不少於三級。這是一個灰色係統，隻知道有限個試樣的信息，而（ér）大部分未知，可運用灰色係統理論來（lái）建立（lì）灰色模型，描述係統的動態微分方程，預測未來某（mǒu）一時刻的導軌直（zhí）線度誤（wù）差值。}

_{1.SL50數控車床斜床身導軌（guǐ）}

_{如圖1所示，SL50數控車床的床身采用整體鑄造45。斜床身結（jié）構，剛性好。為了提高矩形導軌的耐磨性和定位精度，固定導軌表麵采用淬硬、磨削和刮研等工藝（yì）處理，滑動導軌采用貼塑、磨削和刮研（yán）等工藝（yì）處理，貼塑材料為PTFE(聚四氟乙烯)。這種斜床身結構（gòu）在機床的布局、剛（gāng）性、精度，以及排屑能（néng）力方麵，都比平床身數控車床有了顯著的提高。切（qiē）屑可（kě）在重力作（zuò）用下直接向下排，不易產生切屑纏繞刀具，利於排屑；同時配合中置絲杆和導軌防護板，可（kě）以避免（miǎn）切屑在絲杆和導軌E堆積。}

_{圖l SL50數控車（chē）床（chuáng）的斜床身（shēn）結構}

_{該斜床身數控車床的大溜板斜（xié）壓在矩形導軌上，大溜板由於（yú）重力的作用（yòng）有沿著斜麵下滑的趨勢，故矩形導軌的承載麵是其正麵和（hé）上側麵(如圖1所示)，滑動導（dǎo）軌（guǐ）貼塑層相對較軟，受壓會產生彈性變形，通常對其施加一（yī）定的預緊力，避（bì）免其（qí）影響機床的剛度，故貼塑層不宜（yí）太（tài）厚，其厚度控製在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。在大切削力作用（yòng）下，貼塑層受壓變形增大，在（zài）這種情況下貼塑層會產生磨損，故而影響（xiǎng）導軌的導向精度。數控車床主軸軸線為（wéi）。軸，小溜板移動方向為戈軸(如圖（tú）1所示)，導（dǎo）軌在礎平麵內的直（zhí）線度誤差直（zhí）接影響著被加工工件的直徑誤差，在燁平麵內的（de）直線度誤差對加工精度的影響很小可忽略不計。}

_{2.導軌（guǐ）直線度誤差的檢測}

_{如上所述，貼塑導軌本身存（cún）在一定的（de）幾何形狀誤差，結合麵（miàn）可能存在介質幹涉，導軌麵的摩擦磨損，這些因素均導致導軌（guǐ）在戈舵平麵內的直線度誤差增（zēng）大（dà），且有（yǒu）隨著時間進一（yī）步（bù）增大趨勢，是影響著被加工工件的直徑誤差的主要因（yīn）素。}

_{導軌在拋z平（píng）麵內的直線度采用雷尼紹MLl0型激光幹涉儀檢（jiǎn）測。如圖2所示，將MLl0激光器平行（háng）安裝在傾斜的導軌麵上，在機床適當位置固定安裝幹涉（shè）鏡，將反光鏡安裝在大（dà）溜板上並（bìng）隨大溜（liū）板一起沿z軸移動，便可測量大溜板在並以平麵（miàn）內移動的（de）直線度。}

_{圖2激光幹涉（shè）儀的安裝方法}

_{若SL50型數控車床一天2班製工作，機床一年（nián）工作4 000 h，檢測周期即為4 000 h。導軌在茗∞平麵內的直線（xiàn）度誤差值如表1所示。}

_{表1 導軌（guǐ）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（yǐ）知數據建立的模型（xíng），從（cóng）時（shí）間發展來看，具有某種規律（lǜ）性和時間外推性，這種（zhǒng）模塊才能用來預測H。6 J。導軌在拋=平麵內的直（zhí）線度誤差值是隨著時間（jiān）的推移，多（duō）種因（yīn）素作用導致直線度的下降。它是一個時間序列的灰色預測，可以看作一個等（děng）間（jiān）隔序的數列預測。數列預測是以灰色係統模型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始等間（jiān）隔數據序列}

_{表2導致直線度誤差的計算數據序列}

_4.結語

_{以SL50數控車床為例，對斜床（chuáng）身貼塑導軌的工（gōng）作情況做了分析。通過（guò）對影響斜床身數控車床貼塑導軌直線度的多種因素的分析（xī），將其過去及現在已知的或非確知的（de）情況，視作一（yī）個灰色（sè）係（xì）統。通過激（jī）光幹涉儀定期檢（jiǎn）測貼塑導軌直線度的誤差值，構成一（yī）個原始（shǐ）等間（jiān）隔數據序列。按灰色係統建模法予以建模，通過累加生成得到單調（diào）遞增的時間數據序列，據此建立灰色係統GM(1，1)模型白化形式的微分方程，揭示貼塑導軌直線度的發展變化規（guī）律。通過表1、2的比較，說明龕：”(f)模型計（jì）算（suàn）值比較接近於實際值，再通過殘差模型的修正，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（wù）差值。}

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