引言

隨著機械製造技術的不斷發展， 機床行業(ye) 也已從(cong) 過去的傳(chuan) 統機床向數控機床這一換代產(chan) 品過渡並得到迅速發展。數控機床的普及率逐年上升，主要原因在於(yu) 數控技術的優(you) 越性。數控技術是適用航空、造船、寧宙飛行、武器生產(chan) 等國防工業(ye) 的生產(chan) 而發展起來的，它特別適用於(yu) 加工精度高、幾何形狀複雜、尺寸繁多、改型頻繁的中小批量的機械零件生產(chan) 。在國外從(cong) 四十年代末期開始研究，隨著晶體(ti) 管集成電路及計算技術的發展，於(yu) 五十年代末六十年代初期開始用於(yu) 生產(chan) ，並且愈來愈多地得到推廣和應用。就我國目前製造業(ye) 的技術水平及經濟發展狀況而論，經濟型數控機床是比較適合我國企業(ye) 及相關(guan) 行業(ye) 使用，當前此類機床的占有率較高，多數屬於(yu) 開環或半閉環控製係統，其加工精度很大程度受機床的機械精度影響，因而解決(jue) 好由於(yu) 機械間隙帶來的加工誤差問題， 是保證加工質量的重要環節。

數控機床間隙誤差分析

間隙誤差

數控機床機械間隙誤差是指從(cong) 機床運動鏈的首端至執行件全程由於(yu) 機械間隙而引起的綜合誤差，如圖1所示。機床的進給鏈，其誤差來源於(yu) 電機軸與(yu) 齒軸由於(yu) 鍵聯引起的間隙、齒輪副間隙、齒輪與(yu) 絲(si) 杠間由鍵聯接引起的間隙、聯軸器中鍵聯接引起的間隙、絲(si) 杠螺母間隙等。機床反向間隙誤差是指由於(yu) 機床傳(chuan) 動鏈中機械間隙的存在，機床執行件在運動過程中，從(cong) 正向運動變為(wei) 反向運動時，執行件的運動量與(yu) 理論值(編程值)存在誤差，最後反映為(wei) 疊加至工件上的加工精度的誤差。當數控機床工作台在其運動方向上換向時，由於(yu) 反向間隙的存在會(hui) 導致伺服電機空轉而工作台無實際移動，此稱之為(wei) 失動。如在g01切削運動時，反向偏差會(hui) 影響插補運動的精度，若偏差過大就會(hui) 造成“圓不夠圓，方不夠方” 的情形；而在goo快速定位運動中，反向偏差影響機床的定位精度，使得鑽孔、鏜孔等孔加工時各孔間的位置精度降低。這樣的反向間隙若數值較小，對加工精度影響不大則不需要采取任何措施；若數值較大，則係統的穩定性明顯下降，加工精度明顯降低, 尤其是曲線加工，會(hui) 影響到尺寸公差和曲線的一致性，此時必須進行反向間隙的測定和補償(chang) 。特別是采用半閉環控製的數控機床，反向間隙會(hui) 影響到定位精度和重複定位精度，這就需要我們(men) 平時在使用數控機床時，重視和研究反向間隙的產(chan) 生因素、影響以及補償(chang) 功能等，在學習(xi) 和實踐中認真總結發現反向間隙自動補償(chang) 過程中一些規律性的誤差，采取恰當加工措施，提高零件的加工精度。



圖1 反向間隙的形成原理



圖2 反向間隙測量界麵

間隙誤差的測量

為(wei) 了很好的研究反向間隙誤差對於(yu) 加工的影響，我們(men) 借助一個(ge) 小型的三維坐標教學與(yu) 實訓平台。這個(ge) 平台集成有多軸運動控製器、電機及其驅動、電控箱、運動平台等部件。機械裝置是一個(ge) 采用滾珠絲(si) 杠傳(chuan) 動的模塊化十字工作平台，用與(yu) 實現目標軌跡和動作。執行裝置采用了步進電機，控製裝置由pc機、基於(yu) dsp閉環運動控製卡和相應的驅動器等組成。運動控製卡接受pc機發出的位置和軌跡指令，進行規劃處理，轉化成伺服驅動可以接受的指令格式，發給伺服驅動器，由伺服驅動器進行處理和放大，輸出給執行裝置。

選取其中的x軸，打開其中關(guan) 於(yu) 測量反向間隙的控製軟件（如圖2所示），開始測量該軸平台在運動過程中的反向間隙誤差。

（1）通過手動調整使平台置於(yu) 合適的位置，一般靠近平台的副段，並設置為(wei) 工件原點。

（2）在運動距離輸入框中輸入需要測試的運動距離，再在反向間隙輸入框中輸入0，不進行間隙補償(chang) 。

（3）按下正向點動按鈕，讓絲(si) 杠朝正方向運動一小段距離（大約10mm），然後點停止運動。

（4）按下測試按鈕，係統會(hui) 自動根據輸入的測試距離進行測試，最後顯示測試結果。

（5）重複以上動作，多次測量反向間隙。得到x軸正方向運動的反向間隙值。

（6）用以上的方法，按下反向點動按鈕，測試x軸反方向運動的反向間隙，測量結果如表1所示。

（7）算出兩(liang) 組數據的平均值作分別為(wei) ：x軸正方向運動的反向間隙為(wei) -0.482，x軸反方向運動的反向間隙為(wei) 0.480。

數控機床間隙誤差補償(chang)

針對數控機床自身的特點及使用要求，一般的數控係統都具有常用的補償(chang) 功能，如對刀點位置偏差補償(chang) ，刀具半徑補償(chang) 、刀位半徑補償(chang) 、機械反向間隙參數補償(chang) 等各種自動補償(chang) 功能。其中機械反向間隙參數補償(chang) 法是目前開環、半閉環係統常用的方法之一。這種方法，原理是通過實測機床反向間隙誤差值，利用機床控製係統中設置的係統參數來實現間隙誤差的自動補償(chang) 。其過程為(wei) : 實測各運動軸的間隙誤差值，然後通過控製麵板鍵入控製單元即可，以後機床走刀時，首先在相應方向( 如縱身走刀或橫向走刀) 反向走刀時，先走間隙值, 然後再走所需的數值,因而原先的間隙誤差就得以補償(chang) 。由於(yu) 這種方法是利用一個(ge) 控製程序控製所有程序中的反向走刀量，因此隻要輸入有限的幾個(ge) 間隙值就可以補償(chang) 所有加工過程中的間隙誤差，此方法簡單易行，對加工程序的編寫(xie) 也沒有影響。

具體(ti) 操作：在如圖2所示的反向間隙輸入框中加入前麵求出的反向間隙補償(chang) 值，再測量補償(chang) 精度。但是此方法的控製依據是實測得的各運動軸的間隙誤差值，因此受測量誤差的影響。

表1 反向間隙的測量數據



其存在以下不足之處:

⑴由於(yu) 運動鍵中絲(si) 杠與(yu) 螺母之間的間隙值在絲(si) 杠全長呈非線性關(guan) 係, 因此以一個(ge) 測量值代表共綜合間隙誤差是不合理的，加上測量間隙值時存在誤差，因此這種補償(chang) 法準確度較低；

⑵一般進給鏈的綜合間隙誤差是在靜態條件下測出的，而機床實際是在動態環境下工作的，因而靜態誤差與(yu) 動態誤差有較大差別。因此這種補償(chang) 法不能真實補償(chang) 實際誤差；

⑶不能補償(chang) 因切削力引起的誤差。

結束語

綜上所述，反向間隙誤差補償(chang) 是數控機床保證其加工精度的重要手段。係統參數補償(chang) 法不影響加工程序的編寫(xie) ， 易操作，簡單明了，在一定範圍內(nei) 具有一定的效果，但局限性較大。加工程序補償(chang) 法效果較好，適用於(yu) 開環、半閉環係統,特別是對沒有補償(chang) 功能的係統具有較大的實際作用。但這種方法，增加了零件加工編程的複雜性，對使用人員的編程技巧有較高要求。

反向間隙值輸入數控係統後，數控機床在加工時會(hui) 自動補償(chang) 此值。但隨著數控機床的長期使用，反向間隙會(hui) 因運動副磨損而逐漸增大，因此必須定期對數控機床的反向間隙值進行測定和補償(chang) ，從(cong) 而大大減少或消除反向間隙對機床精度、工件加工精度產(chan) 生的不良影響。

作者簡介

韓訓梅（1984-） 女 江蘇省三江學院機械工程學院教師，東(dong) 南大學自動化學院控製工程專(zhuan) 業(ye) 工程碩士，主要從(cong) 事數控技術和機電一體(ti) 化專(zhuan) 業(ye) 課程的教學工作。#p#分頁標題#e#