數控銑床間隙對加工質量的影響以及調整方法

摘 要：數控技術的應用為加工制造業的繁榮奠定了良好基礎，同時給生產帶來各種便捷，但也存在相應的問題，如數控銑床間隙的產生就嚴重影響了加工的質量。本文探討了數控銑床間隙的形成和其對加工質量的影響，并論述了對間隙進行調節和補償的方法。

關鍵詞：數控銑床 間隙 質量 補償

中圖分類號：TG547 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（b）-0090-02

The Effects of CNC Milling Machine Clearance on Machining Quality

Liang Yu

（Guangzhou Huangpu School，Guangzhou Guangdong，510730，China）

Abstract：the application of CNC milling machine lay the technical foundation for processing manufacturing boom.At the same time， it brings many kinds of convenient to the production，CNC milling machine has corresponding problems. Milling machine clearance will seriously affect the quality of the processing.This paper discusses the formation of CNC milling machine gap and its influence on machining quality.It discusses the method of adjustment and compensation of milling machine clearance.

Key Words：CNC milling machine；clearance；quality；the compensation

數控銑床以其效率高、柔性好、質量穩定、加工精度高等優點在加工制造業得到廣泛應用和迅速發展。但在實際加工過程中，數控銑床間隙的出現嚴重影響了加工的質量的精準度。因此，有效的調節和補償銑床間隙就成為提高加工質量的關鍵。

1 數控銑床間隙的形成

使用數控銑床銑削零件必須由兩個傳動系統來完成，一個是主傳動系統，另一個是進給傳動系統。主傳動系統主要由主軸、主軸電機以及兩者之間的傳動部件組成，這一系統通過提供不同的主軸轉速，來切除工件多余的材料。進給傳動系統是由工作臺、進給伺服電機和以及兩者間的傳動、聯接或支承部件組成，這個系統在各個坐標軸的實現進給運動，從而控制工件的加工尺寸和形狀。數控銑床進給系統的精度直接影響工件加工的精度，而這一系統的各個傳動部件間隙的變化是影響進給傳動精度的重要因素。因為進給傳動多數是雙向的，所以當傳動方向發生改變后，傳動件之間的間隙就會導致工件加工的誤差，嚴重影響工件的品質和精度。而進給傳動系統產生間隙的原因是多方面的，其中包括：進給傳動中齒輪、絲杠副的副順暢運動本身就要求運動副的部件有一定間隙；進給傳動系統中各部件在安裝時的誤差導致間隙的出現；進給傳動過程中各部件之間的磨損導致間隙的產生，如導軌副、絲杠副、齒輪副磨損產生的間隙。進給傳動中各部件之間產生間隙是不可避免的，只有采取有效的方法將產生的間隙減小或消除才能保障加工的品質和精度。

2 數控銑床間隙對加工質量的影響

在生產加工過程中，數控銑床的各傳動部件將會受到力的作用，所以銑床各部件之間原有的間隙對加工質量的影響就比較復雜。雖然一些數控銑床的系統里帶有反向間隙補償，但是單憑系統內的補償是遠遠達不到要求的，間隙還是會對工件質量產生一定影響。

當數控銑床間隙在系統中得到有效補償時，在某些情況下間隙對加工精度沒有影響，而在某些情況下間隙則會影響加工精度。例如（圖1）。

采用順銑的方法銑削AB邊時，由于絲桿對工件的作用力與刀具對工件的作用力相反，致使刀具的運動緊貼工件，這時，絲桿的間隙不會對加工精度產生影響。但是在刀具銑削CD、DA和BC邊時，由于絲桿對工件的作用力與刀具對工件的作用力相同，刀具就會向外偏移，這時絲桿間隙就會對加工精度產生一定影響。

當采用逆銑的方式銑削AB邊時，由于絲桿對工件的作用力與刀具對工件的作用力相同，刀具會向內偏移，此時間隙會對加工精度產生影響。當銑削CD、DA和BC邊時，由于絲桿對工件的作用力與刀具對工件的作用力相反，因此刀具的運動緊貼工件，這時的間隙不會對加工精度產生影響。

在一些情況下，系統中對銑床的間隙的補償在長時間使用后，增大的間隙沒有在參數上得到調整，致使銑床間隙沒有得到有效的補償，這時銑床間隙對加工精度的影響比有補償的情況更加嚴重。

銑床間隙對加工質量產生的影響主要是過切。加工中的過切嚴重影響了加工精度，甚至還會出現產品報廢的情況。由于數控銑床存在間隙，在銑削零件內角時容易出現過切，當銑刀運動進行到內角時，刀與工件的接觸面積比原來大，再加上間隙的存在，切削的力度也隨之增大，刀過內角后，切削面減少，彈性變形恢復，產生過切。當加工拐角為直角的工件時，加工路線沿著橫縱坐標，在其中一個坐標軸的指令完成的瞬間，另一坐標軸開始接受指令，在兩個指令交替的過程中，間隙的存在會使指令出現滯后，在第二個指令開始時，刀還沒有拐到制定位置，因此出現過切。數控銑床具有刀具半徑補償功能，但是不能在加工面的連接處運用這一功能，如果銑床存在間隙，刀具在進行徑向切入時運動方向和力度就會發生改變，再加上工藝系統的彈性變形，就會出現工件的過切。

3 解決間隙的方法——有效調整機床間隙

3.1 對絲桿間隙的調節

在生產加工中，雙螺母墊片是調節絲桿間隙的有效方式。例如在圖2中，這一結構的基本組成是：左螺母、絲桿、螺釘、滾珠、墊片、右螺母。對這一結構進行間隙調整的原理就是：先選擇恰當厚度的墊片，在用螺釘上緊左、右螺母，左、右螺母在軸向上產生的相對位移會使螺母上螺旋槽的導程錯位于絲桿上螺旋槽的導程，這樣螺母螺旋槽的各個側面就會緊壓在滾珠上，滾珠的其它側面也會緊壓在絲桿螺旋槽上，這樣在加工傳動時向任意方向旋轉都不會產生間隙，在滾珠、螺母和絲桿之間施加的壓力消除了間隙產生的可能。

采用這一方式調整絲桿間隙的優點是剛性好、結構簡單、拆裝方便，但是這一方式同樣存在一些缺點。例如：墊片的選擇要求較高，要調整不同程度的間隙就要選擇不同厚度的墊片，如果對墊片的厚度無法精準的把握就會影響調適效果；另外左、右兩個螺母的同軸度較難把握，兩個螺母通過螺釘連接，在安裝過程中兩個螺母和絲桿三者之間可能產生夾角，滾珠在形成的楔形軌道中容易被卡死，過大的摩擦力導致更大程度的磨損；再有就是滾道磨損后不能自動消除間隙，需要借助人工的預緊力才能做到。鑒于雙螺母墊片對絲桿間隙的調節的優缺點并存，在實際加工中還需要輔之以其它方式的調節方法，才能夠取長補短，最大限度的到達精準。

3.2 對齒輪間隙的調節

對齒輪間隙的調節常用的主要有加墊片、雙片薄齒輪錯齒和偏心軸承三種方法。在軸承上加墊片是一種常見的方法，選擇厚度適中的墊片，使兩個齒合的齒輪中的一個沿軸向移動，消除齒輪間隙，墊片的厚度應該既能保證消除間隙，又能使齒輪靈活轉動；雙片薄齒輪錯齒是在齒輪副裝配時，使雙片薄齒輪中的一片齒輪右側與另一片齒輪的左側分別緊貼在寬齒輪的兩側，并緊固兩片齒輪，這樣不管寬齒輪正轉還是反轉，都有相應的齒輪與之咬合傳遞動力，也消除了齒側的間隙；偏心軸承對齒輪間隙的調節就是將齒輪副中的一個齒輪裝在偏心套上，通過轉動齒輪相對偏心套的轉角來調節兩個齒輪的中心距，從而消除齒側間隙，提高加工精度。

4 對銑床間隙的補償

通常數控銑床的都會有一個針對自身機床特點和需要的補償功能，例如：刀具半徑補償、對刀點位置偏差補償、機械反向間隙參數補償、刀位半徑補償等自動補償功能。在半閉環、開環系統中較為常見的機械反向間隙參數補償法。其基本原理是通過銑床控制系統的系統參數設置來補償實際測量的反向間隙誤差值。先實際測量運動軸的間隙誤差值，然后在控制面板上輸入控制單元，這樣在銑床走刀時先在預定的方向反向走刀，將間隙值提前走出，然后再走預設的數值，這樣間隙誤差就得到補償。在此種方法的應用中，一個控制程序就能對所有程序中的反向走刀量進行控制，預先設定的幾個間隙值可以對所有加工過程的間隙誤差進行補償，而且這種簡單易行的方法對編寫加工程序也沒有影響。此種方法的弊端關鍵在于對實際間隙值的測量存在誤差，輸入的間隙參數往往是綜合性的間隙誤差。

5 結語

影響數控銑床加工質量的因素很多，其中銑床間隙是其中不可忽視的一個因素。數控銑床的進給系統傳動效率高、摩擦阻力小、傳動剛度高，但是在長期使用后，產生反向間隙是不可避免的。所以及時發現銑床的間隙，并對其采取有效的方式進行消除和補償，才能夠最大限度的保證加工精度、提高加工質量。

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