淺（qiǎn）析數控車床的反向間隙及其補償-數控機床市場網

您現（xiàn）在的位（wèi）置：車床網（wǎng）> 技術前沿> 淺析數控（kòng）車（chē）床的反向間隙及其補償

淺析數控車床的反向間（jiān）隙及其補償

2020-5-25 來源：安徽機電職業技術學院作者：吳（wú）亞蘭，李慶

摘要：分析（xī）了反向間隙產生原因及其影響因素，提出了多種反向間隙的測量和補償方法，並（bìng）對各種方法進行了（le）比較（jiào），得出了其使用場合。使得反向間隙補償能大幅減小（xiǎo）開環和半閉環控製機床的加工誤差（chà），提高合格率。

關鍵詞：方向間隙測量方法補償（cháng）方法

１、引言

反向間隙誤差是指機床在改變運（yùn）動（dòng）方向後機床工作台的運動短（duǎn）暫滯（zhì）後（hòu）於（yú）電機旋轉，導致工作台或刀架的實際運動量與理想值（zhí）不同步（bù）而產生（shēng）的反向偏差。在半閉環（huán）控製（zhì）數控機床中，反向間隙將會影響機床移動過程中的定位和重（chóng）複定位精度，從而影響被加工零件的精度（dù）。如果反向間隙過大，加工出的零件會產生（shēng）較大圓度和直線度誤差，而增加廢品率。

２、產生原因

由電機驅動經過滾珠（zhū）絲杠驅動（dòng）工作台的進（jìn）給係統時，由於裝配過程中機械間隙、長期運動傳動鏈的磨損以及伺服電機和伺（sì）服馬達反向死區的（de）存在，使得當機床從一個方（fāng）向運動換向為另一（yī）個方向時，執行部件的動作與數控係統的指令不同（tóng）步，影響機床運動軸的定位和重複定位（wèi）精度。最終反映為被加工零件的尺寸和形位誤差。反向間隙（xì）是進給係統滾珠絲杠等部件裝配後客觀存在的，屬於不可（kě）避免的（de）加工原理（lǐ）誤差，但是可以通過條件控製與誤（wù）差補（bǔ）償減（jiǎn）小其對加工得影響。

３、影響反向（xiàng）間（jiān）隙誤差的因（yīn）素

由於在實際運動過程中滾珠絲杠副的受力是時（shí）刻變化的，因此其影響因素很多。在影響滾珠絲（sī）杠反向間（jiān）隙的眾（zhòng）多因素中，熱變形和應力形變對（duì）反向間隙的影（yǐng）響最大。熱變形是（shì）指滾珠絲杠的主要組（zǔ）成部件（jiàn）如絲杠（gàng）、螺母（mǔ）等在運動過程中產生的熱源，其熱源會傳遞給機床（chuáng）其他零部（bù）件，使得相應零（líng）部件產生變形。它將直接影響零件的加工精度（dù）。絲杠的應力形變是指滾珠絲杠副在運動過程中產生（shēng）的應力集中，它（tā）會使滾珠絲杠在運動（dòng）過程中產生位移，從而降低（dī）機床的定位精度和重複定位精度，容易導致被（bèi）加工零件（jiàn）的形位誤（wù）差（chà）過（guò）大（dà）。

４、檢測方法（fǎ）

反向間隙誤差的測（cè）量方法主要有兩大類，一類是用儀表法測量，另一類是通過試切法（fǎ）測量。其中儀表法測量主要用的儀表包括百分表、千分表、激光幹（gàn）涉儀等。其中激（jī）光幹涉儀和球杆儀屬於高精（jīng）度儀器（qì），測量數據精準度高，但價格昂貴；百分表雖然價格便宜，但（dàn）其本身（shēn）靈敏度（dù）低，導致檢測出的數據準確性差；千分表是較理想的選擇，檢測精度較準確，價格也合適，是儀表法檢（jiǎn）測反向間隙常用的工具。

ＦＡＮＵＣ　０ｉ－Ｍａｔｅ係統提（tí）供參數設（shè）置，可補償切削和快（kuài）速（sù）進給兩種模式下的反向間隙。一般選擇在切（qiē）削進給方式下進行測（cè）量，以更準確反應（yīng）加工的實際情況。

４．１儀表法測量反向間隙以在切削模式下用千分表測量（liàng）Ｘ軸（zhóu）反向間隙為例，具體步（bù）驟如下。

（１）將機床回參考點。

（２）運行程（chéng）序，將機床移動到一個定點，如（rú）Ｇ０１Ｘ１００Ｆ１００。

（３）此時在機床（chuáng）上裝上千分表測量Ｘ軸（zhóu），壓表後轉動表盤（pán）將表針調為０。

（４）運行程序，將機床往前繼續移動，如Ｇ０１Ｘ２００Ｆ１００。

（５）運行程序，將機床移回到原來的測量點（diǎn），Ｇ０１Ｘ１００Ｆ５０，此時表針會與機床接觸，進給速度應（yīng）慢些。

（６）此時觀察千分表讀數，其顯（xiǎn）示數值即為Ｘ軸在（zài）１００ｍｍ內的反向間隙。Ｚ方向的反向間隙測（cè）量（liàng）方（fāng）法和Ｘ向類似。注意（yì）在首次進（jìn）行反向間隙補償時，要將（jiāng）數控係統中其對應的補償參數值清零（ＦＡＮＵＣ係統中為１８５１號參數）。

４．２　試切法測量（liàng）反向間隙

用表測法測量反向間隙操作簡單方便，但在檢測（cè）中（zhōng）沒有包含切削力對反向間隙的影響，其（qí）結果具有一定的局限（xiàn）性。為更真實準確的測得反向間隙，可采用試切法。試切法測量反向間（jiān）隙主要是在模擬精加工的狀態下進行的，其具體步驟如下。

（１）將係統中反向間隙參數出初始值設置為０（ＦＡＮＵＣ係統中為１８５１號參數）；

（２）安裝好刀具和工件，加工如圖（tú）１（１）所示台階軸，毛坯直徑為φ２０，工件坐標係設在工件右（yòu）端麵（miàn）的中心。

圖１　試切法測量（liàng）反向間隙

（３）用Ｇ７１和Ｇ７０配合，對該軸的外輪廓進行粗、

精加（jiā）工其具體程（chéng）序如下：

其精（jīng）加工走刀路線如圖１（２）所示，可以看出在Ｘ方向上，步驟①和步驟（zhòu）③的反向相反，會引入反向間隙，步（bù）驟③和步驟⑤的方向相同，不存在反向間隙。

（４）由於步驟①和步驟③之間引（yǐn）入了反向間隙，而步驟（zhòu）③和步驟⑤之間沒有反向間隙，導致直徑尺寸φ１２和φ１６的尺寸偏差不一致，如果忽略其他（tā）因（yīn）素不（bú）計，其偏差即為Ｘ方向（xiàng）反向間隙（xì）。

（5）同樣，在Ｚ方向上，由（yóu）於步驟②和步驟（zhòu）⑥的方向相反，會引（yǐn）入反向間隙，導致Ｚ方向尺寸偏差不一致，如果忽略其他因素不計，其偏差數值即為Ｚ向的反向間隙。

（６）為保證測量的準確性，可進行多次測量，取平均值，將所測的平均值輸入到對應的參數中。

５、補償方法

通過上麵的步驟測得反向間隙後（hòu），可通過反向間隙補償減小其對機械加工的影響。反向（xiàng）間隙補償可通過軟件和硬件補償兩（liǎng）種方式實現。

５．１　硬件補（bǔ）償

硬件補償主要是通過對（duì）進給係統傳（chuán）動鏈中的（de）各個機械部件進（jìn）行調整以減小和消（xiāo）除反向（xiàng）間隙，因此又稱（chēng）為機械（xiè）調整補償法。具體調整對象和措施為：調整滾珠絲杠副，提高其固定軸承的連接精度、調製其鎖緊螺母的鎖緊力調整反向間隙；調（diào）整絲杠和電（diàn）機，主要是對兩者連接的彈性聯軸器做出調（diào）整，提高其連（lián）接精度。硬件補償可以（yǐ）通過機（jī）械（xiè）調整消除大部分由於機（jī）械部件之間（jiān）的相對（duì）位移引起的（de）反向間隙。但此種調整方法要對機械部件進行裝拆操作麻煩，且對調整者技術要求較高，一般隻有在機床大修時（shí）才做此調整。

５．２　軟件補償

軟件補（bǔ）償法按照是由係統（tǒng）參數補（bǔ）償還是程序補償分為係統參數補償法和數控程序補償法兩種。

５．２．１　係統（tǒng）參（cān）數補償法

係統參數補償法是將測得的反向間隙值輸入（rù）到機床的係統參數中進行補償（可通過（guò）機床參數說明書查得具體補償號（hào），ＦＡＮＵＣ係統中（zhōng）為１８５１號參數）。輸補償值生效後（hòu），進（jìn）給係統在換向後會先移動一個給定的補償值，再走程序指（zhǐ）定的距（jù）離，以此來實現反向間隙補償。這種補償方（fāng）法操作簡單（dān），不影響程，但存在一定的誤差。

５．２．２　數控程序補償法

數控程序補償法的基本思想是在編寫數（shù）控程序時，如果此段存在反向間隙，就先在此方向上移動一小段距離，將反向間隙消除後再進行加工（gōng），以此來消除反向間隙（xì）。數控程序補償法（fǎ）避免了表測法和試切法測量反向間（jiān）隙的人為和測（cè）量造成的誤差，因（yīn）此補償精度高，但同時提高了工藝製定和編程的難度，對編（biān）程人員要求較高，一般用（yòng）於不具有間隙補償功能的數控（kòng）機床或精度要求特別高的零件加工。數控程序補償法加工實例如圖（tú）２所示。

圖２加工程序補償示意圖

如圖２（１）所示（shì），加工一台階軸，毛坯直徑為φ２０，坐標係設置（zhì）在右端麵的中心，其具體程序為：

由圖２（２）可以看出，采用此種加工方法時，在Ｘ方向上步（bù）驟①和（hé）步驟③的反向相反，會引入（rù）反向間隙，而步驟③和步驟⑤的方向相同，不存在反（fǎn）向（xiàng）間隙，采用此種加工方法會導致直徑（jìng）尺寸φ１２和φ１６的尺寸偏差不一致。同樣，在Ｚ方向上，由於（yú）步驟②和步驟⑥的方向相反，會引入反向間隙。用數控程序補償法消除反向間（jiān）隙，即在產生反（fǎn）向間隙的前端增加一（yī）個空走的程（chéng）序段，改變走刀方向，將反向間隙在空走刀段消（xiāo）除（chú）。針對圖（tú）２（１）的台階軸，可（kě）采用圖２（３）的走刀路線，其具體（tǐ）程序為（wéi）：

比較圖２（２）和（３）可以看出，圖２（３）增加了一段空行程，步驟②和步（bù）驟③，其中步（bù）驟②是在Ｚ方向換向後走了（le）一段空行程，消除Ｚ向反向間隙；步驟③是在Ｘ方向換向後走了（le）一段空行程，消除Ｘ向反向間隙（xì）。

６、結語

反向間隙是影響零件加工精度的一個重要因素，必須（xū）引起重視，由於調整後的加工過程中（zhōng）機（jī）械部件的再次磨損，又（yòu）會產生新的間隙，因此反向間隙需要定期測（cè）量（liàng）並補償，以（yǐ）保證（zhèng）零件的加工（gōng）精度。另外，在進行反向間隙檢測時為達到理想的檢測結果，工作人員應遵循（xún）ＧＢ／Ｔ　１７１２１．２－２００２的要求。同時，對（duì）外部環境如溫度、輻射、空氣流動性等也應滿足實（shí）際需求。

對於（yú）開環和半閉環控製係統的數控機床來說（shuō），由於其（qí）不能（néng）直接檢測（cè）機床的實際位移（yí）量，為進一步提高其加工精度，采用（yòng）反（fǎn）向間隙補償可顯著提高（gāo）其定位精度和重（chóng）複定位精（jīng）度。實踐表明，通（tōng）過（guò）機床的誤差補償可使加工誤差減少６０％～８０％。對於閉環控製（zhì）係統的（de）數控機床來說，由（yóu）於（yú）其本身（shēn）具有檢（jiǎn）測反饋裝置，可直接進行檢測出各項（xiàng）誤差然後（hòu）進行補償，所以采用（yòng）反向間隙補償效果不明顯，但通過補償可進（jìn）一步提高控製係統的（de）動態特性。

投稿箱：
如果您有（yǒu）機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊（xùn）合作，歡迎聯係本網編輯部，郵箱：skjcsc@vip.sina.com

更多相關信息

名企推薦（jiàn）

業界視點（diǎn）

| 更多

行業數據

| 更多

博文（wén）選萃

| 更多

數控機（jī）床