淺析加工中心機床反向間隙對加工精度的影響

陳義華

摘 要：本文針對加工中心機床反向間隙的產生、產生時的現象、對零件加工的影響及如何檢測補償等進行一些探討，就問題產生的原因及解決方案進行以下論述，以此來減小機床在零件加工中因反向間隙所造成的尺寸和位置誤差。

關鍵詞：加工中心機床；反向間隙；補償方法

中圖分類號：U463 文獻標識碼：A

在數控加工中心機床加工零件的過程中，引起加工誤差的原因有很多方面。如機床零部件由于強度、剛度不夠引起而產生的變形，從而造成的誤差；還有因傳動件的慣性、電氣線路的時間滯后等原因帶來的加工偏差等。有些誤差通過調整機床可以消除，這就需要我們通過數控系統參數補償來消除。反向間隙對機床加工精度的影響是一個重要影響因素，在使用半閉環伺服數控機床時加工零件時，常常會因為反向間隙而使得加工出零件不符合產品的精度要求，因而對反向間隙的測量和補償就顯得尤為重要。

目前，日本FANUC公司的數控系統在國內市場的占有率遠遠超過其他的數控系統。下面就以FANUC0i控制系統在檢測出機床存在反向間隙后，通過補償、調整的方法來減小反向間隙對機床加工精度的影響。從而使機床的反向間隙誤差能夠符合零件加工精度的要求。

一、加工中心機床反向間隙對數控加工的影響

（一）形狀精度

1.反向間隙過大會對加工精度有很大影響，尤其是曲線加工。會影響到尺寸公差和曲線的一致性。

2.反向間隙對銑圓的圓度有影響

在銑圓時，若偏差過大就會造成“圓不夠圓”，類似于橢圓的形狀，從而對銑出的圓的圓度產生影響。

（二）位置精度

1.反向間隙會對倆中心孔孔距有影響

在G00快速定位運動中，反向間隙影響機床的定位精度，使得鉆孔、鏜孔等孔加工時各孔間的位置精度降低。

二、加工中心機床反向間隙的檢測

（一）手輪往復一次，回原位，百分表兩次讀數之差就是間隙值。也是該插補的數（如圖1所示）。

（二）測量兩個孔的相對位置可以看出，用千分表測量機床的反向間隙（如圖2所示）。

（三）圓度誤差可以通過球桿儀進行測量（因沒有該設備，故使用打表的方法來檢測）如圖3所示。

三、加工中心機床反向間隙引起的加工誤差案例

如圖4所示：

在FANUC0i系統上加工圖4時，發現：

（一）機床反向間隙對孔位置的影響

在孔位置有較高要求時，機床的反向間隙會影響到孔與孔間的相對位置度。具體表現在：如圖5所示。

（二）軸反向間隙對深度加工的影響

在加工孔或輪廓的深度有較高要求的，機床的反向間隙會對其產生影響，具體表現在：如圖6和圖7所示。

（三）反向間隙對圓度的影響如圖7所示。

四、加工中心機床反向間隙的產生原因

（一）反向間隙：因為絲杠和絲母之間肯定存在一定的間隙，所以在正轉后變換成反轉的時候，在一定的角度內，盡管絲杠轉動，但是絲母還要等間隙消除（受力一側的）之后才能帶動工作臺運動，這個間隙就是反向間隙，但是要反映在絲杠的旋轉角度上。

（二）首先先確認是半閉環伺服控制系統的數控機床，因為機床的反向間隙具體是與其控制系統相關的：

1.半閉環控制系統（檢測組件安裝在伺服電動機的軸端或絲杠端，而工作臺的機械傳動沒有包括在控制回路中，所以無法檢測移動部件的實際位置。如圖8所示。

2.閉環伺服控制系統不需要補償反向間隙（該系統具有檢測回饋裝置，在加工過程中隨時檢測移動部件的實際位置，故一般不需要反向補償），如圖9所示。

3.開環伺服系統一般不進行反向補償（不具有檢測回饋裝置）。如圖10所示。

因而適合于在使用半閉環控制系統的機床進行反向間隙補償。

五、減小加工中心機床反向間隙對數控加工的影響的方法

（一）單向進給

單向走，使機床坐標進行單向累加，從而減小反向間隙的影響。

（二）回零

從參考點開始測量，從零點測量，故相對位置較準確。

（三）通過參數控制

1851、1852參數（FAUNC）進行更改來消除（1851控制G01的反向間隙，1852控制G00的反向間隙）。

測出機床反向間隙值后，在機床的參數設置中，將反向間隙補償值輸入即可。（不可進行過盈補償）。

（四）機械調整

間隙較大，就需調整機械間隙，機械調整，對滾珠絲桿螺母副進行調整，旋緊即可。（不能過緊）如：傳動齒輪，雙螺母可自行調整；單螺母只能找絲杠廠家更換鋼珠，維修調整。

（五）儀器調整

通過激光干涉儀器檢測出機床再各個位置的反向間隙值，輸入到機床內部參數進行補償（具體參數查詢機床數據）。如圖11所示。

其存在以下不足之處：

（1）由于運動鍵中絲杠與螺母之間的間隙值在絲杠全長呈非線性關系，因此以一個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，因此這種補償法準確度較低。

（2）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，因而靜態誤差與動態誤差有較大差別。因此這種補償法不能真實補償實際誤差。

（3）不能補償因切削誤差。

結語

綜上所述，反向間隙誤差補償是數控機床保證其加工精度的重要手段。系統參數補償法不影響加工程序的編寫，易操作，簡單明了，在一定范圍內具有一定的效果，但局限性較大。加工程序補償法效果較好，特別適用半于半閉環系統，特別是對無法檢測部件實際位置的半閉環伺服系統具有較大的實際作用。反向間隙值輸入數控系統后，數控機床在加工時會自動補償此值。但隨著數控機床的長期使用，反向間隙會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，從而大大減少或消除反向間隙對機床精度、工件加工精度產生的不良影響。

參考文獻

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