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某數控車床貼塑導軌直線度誤差的灰色預測術
2017-1-6  來源:南通職業大學機械工程學院  作者:張麗萍 李業農 趙建杰

      摘要:以SL50數控車床為例。對斜床身貼塑導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的多種因素的分析。將其過去及現在已知的或非確知的情況。視作一個灰色系統。通過激光干涉儀定期檢測貼塑導軌直線度的誤差值。構成一個原始等間隔數據序列。按灰色系統建模法建立灰色系統GM(1。1)模型的白化形式微分方程,揭示貼塑導軌直線度的發展變化規律。再通過殘差模型的修正。提高了計算精度。修正后的GM(1,1)模型可用來預測貼塑導軌直線度的誤差值。

      關鍵詞:數控車床;貼塑導軌;直線度;誤差;灰色系統;灰色預測

      導軌部件是數控車床的核心部件之一,導軌的運動精度及精度保持性決定了數控車床的精度和壽命周期,直接影響著被加工件的精度。貼塑導軌是一種金屬對塑料摩擦形式的導軌,一個滑動面貼有一層抗磨軟帶,通常是門FE(聚四氟乙烯),另一個滑動面是金屬面,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,從而保護配對導軌的金屬表面,受壓時彈性變形較大,使導軌面接觸良好,磨損均勻,所以貼塑導軌被廣泛應用在各類數控機床中。

      機床的許多性能都受到導軌精度的影響,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機床的導向精度,從而影響被加工件的幾何精度,故導軌的導向精度、精度保持性和耐磨性對機床質量有重大影響。

      灰色系統理論提供了在貧信息情況下解決系統問題的途徑。灰色系統建模是以部分信息已知、部分信息未知的小樣本、貧信息、不確定性的系統為研究對象,通過對部分已知信息的生成,對系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。對于離散過程,可在一定程度上相對增強確定性和相對減弱不確定性口叫o。灰色預測是根據過去及現在已知的或非確知的信息,建立一個從過去引伸到將來的GM模型,構建系統在未來發展變化的趨勢,對未來進行科學預測。

      貼塑導軌本身存在一定的幾何形狀誤差及微觀不平度,結合面可能存在介質,導軌面不同程度的存在著磨粒磨損,其磨損過程由于受到環境因素及材料不同的影響,表現出復雜性、多樣性和隨機性。這些因素均影響著導軌的直線度。由于多種因素作用下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:在某一給定的小時間隔,測定其精度壽命值,小時間隔不少于三級。這是一個灰色系統,只知道有限個試樣的信息,而大部分未知,可運用灰色系統理論來建立灰色模型,描述系統的動態微分方程,預測未來某一時刻的導軌直線度誤差值。

      1.SL50數控車床斜床身導軌

      如圖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。為了提高矩形導軌的耐磨性和定位精度,固定導軌表面采用淬硬、磨削和刮研等工藝處理,滑動導軌采用貼塑、磨削和刮研等工藝處理,貼塑材料為PTFE(聚四氟乙烯)。這種斜床身結構在機床的布局、剛性、精度,以及排屑能力方面,都比平床身數控車床有了顯著的提高。切屑可在重力作用下直接向下排,不易產生切屑纏繞刀具,利于排屑;同時配合中置絲桿和導軌防護板,可以避免切屑在絲桿和導軌E堆積。


圖l SL50數控車床的斜床身結構

      該斜床身數控車床的大溜板斜壓在矩形導軌上,大溜板由于重力的作用有沿著斜面下滑的趨勢,故矩形導軌的承載面是其正面和上側面(如圖1所示),滑動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,故貼塑層不宜太厚,其厚度控制在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。在大切削力作用下,貼塑層受壓變形增大,在這種情況下貼塑層會產生磨損,故而影響導軌的導向精度。數控車床主軸軸線為。軸,小溜板移動方向為戈軸(如圖1所示),導軌在礎平面內的直線度誤差直接影響著被加工工件的直徑誤差,在燁平面內的直線度誤差對加工精度的影響很小可忽略不計。

      2.導軌直線度誤差的檢測

      如上所述,貼塑導軌本身存在一定的幾何形狀誤差,結合面可能存在介質干涉,導軌面的摩擦磨損,這些因素均導致導軌在戈舵平面內的直線度誤差增大,且有隨著時間進一步增大趨勢,是影響著被加工工件的直徑誤差的主要因素。

      導軌在拋z平面內的直線度采用雷尼紹MLl0型激光干涉儀檢測。如圖2所示,將MLl0激光器平行安裝在傾斜的導軌面上,在機床適當位置固定安裝干涉鏡,將反光鏡安裝在大溜板上并隨大溜板一起沿z軸移動,便可測量大溜板在并以平面內移動的直線度。


圖2激光干涉儀的安裝方法

      若SL50型數控車床一天2班制工作,機床一年工作4 000 h,檢測周期即為4 000 h。導軌在茗∞平面內的直線度誤差值如表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

      根據灰色系統已知數據建立的模型,從時間發展來看,具有某種規律性和時間外推性,這種模塊才能用來預測H。6 J。導軌在拋=平面內的直線度誤差值是隨著時間的推移,多種因素作用導致直線度的下降。它是一個時間序列的灰色預測,可以看作一個等間隔序的數列預測。數列預測是以灰色系統模型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,對斜床身貼塑導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的多種因素的分析,將其過去及現在已知的或非確知的情況,視作一個灰色系統。通過激光干涉儀定期檢測貼塑導軌直線度的誤差值,構成一個原始等間隔數據序列。按灰色系統建模法予以建模,通過累加生成得到單調遞增的時間數據序列,據此建立灰色系統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律。通過表1、2的比較,說明龕:”(f)模型計算值比較接近于實際值,再通過殘差模型的修正,提高了計算精度。修正后的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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