淺析數(shù)控機床坐標軸反向間隙對精度的影響及補償

【摘要】 本文分析了坐標軸反向間隙存在形式，通過數(shù)控系統(tǒng)進行反向間隙補償，同時介紹減少反向間隙對精度影響的方法。

【關鍵詞】 數(shù)控機床;反向間隙;補償參數(shù)

Abstract： This paper analyzes the existence form of the reverse clearance of the coordinate axis，compensates the reverse clearance through the numerical control system，and introduces the method of reducing the influence of the reverse clearance on the accuracy.

Key words： numerical control machine;reverse clearance;compensation parameters

數(shù)控機床坐標軸在改變移動方向時都存在反向間隙，這些反向間隙直接影響到機床的精度（定位精度、重復精度）及工件加工精度（雙向加工精度、圓形加工過象限精度等）。如何解決數(shù)控機床反向間隙問題，減少對機床精度的影響，提高工件的加工精度，是數(shù)控機床制造中一項非常重要的工作。

反向間隙是指機械傳動換向時，伺服電動機空轉(zhuǎn)而工作臺并未產(chǎn)生實際運動，導致工作臺或刀架的實際運動量與理想值不同步而產(chǎn)生的方向偏差。反向間隙產(chǎn)生原因是裝配過程中機械間隙、長期運動傳動鏈磨損以及伺服電機反向死區(qū)的存在。反向間隙的檢測包括采用儀表法測量或采用激光干涉儀兩種檢測方法。反向間隙補償方法主要有硬件補償和軟件補償，其中軟件補償包括數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)補償和數(shù)控程序補償。本文主要闡述反向間隙的存在形式及通過數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)補償反向間隙。

1 數(shù)控機床坐標軸反向間隙存在的各種形式

由于數(shù)控機床在裝配中相關零部件的精度不同，工作人員的技術水平存在差異，都會影響到反向間隙的形式及大小。此外，機床在使用一段時間后，由于經(jīng)常運行的部位不同，磨損的部位也不同，反向間隙的變化將產(chǎn)生差異。另外，位置半閉環(huán)系統(tǒng)和位置全閉環(huán)系統(tǒng)反向間隙補償值正負號相反，即位置半閉環(huán)系統(tǒng)反向間隙的補償值為正值（+），位置反饋元件（如脈沖編碼）超前機械的移動，機械移動的距離短;而位置全閉環(huán)系統(tǒng)反向間隙的補償值為負值（-），位置反饋元件（如直線光柵尺）滯后機械的移動，機械移動的距離長。通常反向間隙會以下述幾種形式存在。

1）坐標軸在全行程上正向移動和反向移動的誤差曲線呈現(xiàn)平行四邊型形狀（全行程反向間隙大小基本相同）。

2）坐標軸在全行程上正向移動和反向移動的誤差曲線呈現(xiàn)一頭大一頭小的喇叭口形狀（一端間隙大，一端間隙小）。

3）坐標軸在全行程上正向移動和反向移動的誤差曲線呈現(xiàn)兩頭小中間大的橄欖形狀（兩端間隙小，中間間隙大）。

4）坐標軸在全行程上正向移動和反向移動的誤差曲線呈現(xiàn)兩頭大中間小的線軸形狀（兩端間隙大，中間間隙小）。

5）坐標軸在行程兩端的反向間隙相反（左端為正間隙，右端為負間隙）。

6）坐標軸在全行程上正向移動和反向移動的誤差曲線呈現(xiàn)無規(guī)律形狀（間隙無規(guī)律，時小時大）。

2 通過數(shù)控系統(tǒng)進行反向間隙補償

任何數(shù)控系統(tǒng)都設有反向間隙補償參數(shù)，有的數(shù)控系統(tǒng)只設一個反向間隙補償參數(shù)。但機床的反向間隙和坐標軸的移動速度和移動距離有關，不同的移動速度或不同的移動距離所反映出的反向間隙是不一樣的，通常情況下，移動的速度越快或移動的距離越長，所反映出的反向間隙越小。因此，有的數(shù)控系統(tǒng)設置兩個反向間隙補償參數(shù)，即進給速度G1的反向間隙補償參數(shù)和快速移動G0的反向間隙補償參數(shù)。

在上述數(shù)控機床坐標軸反向間隙存在的各種形式中，只有第1種情況（全行程反向間隙相同）采用反向間隙補償可以達到最佳效果，其余4種情況都達不到滿意的效果。反向間隙大且不均勻，將直接降低數(shù)控機床的定位精度和重復精度，而且在返回零點時容易出現(xiàn)零點漂移現(xiàn)象，降低了數(shù)控機床的重復精度。

此外，在決定反向間隙補償值的大小時，應考慮到機床加工零件時經(jīng)常使用的部位，使該部位的反向間隙盡量的小。

3 減少數(shù)控機床反向間隙對精度影響的幾種方法

反向間隙對數(shù)控機床精度的影響是顯而易見的。因此，減少數(shù)控機床反向間隙對精度影響的工作是非常重要的。減少數(shù)控機床反向間隙對精度影響主要采用以下幾種方法。

1）用正向移動和反向移動誤差的平均值作為絲桿螺距誤差的補償值，這樣做可以兼顧正向移動和反向移動的誤差，避免某一方向的誤差過大。

2）采用雙向絲桿螺距誤差的方法，即單獨使用正向移動和反向移動各自的誤差值進行補償，這樣做可以達到比較好的效果。但是，要求數(shù)控系統(tǒng)必須有雙向絲桿螺距誤差的功能，同時增加了激光測量和補償?shù)墓ぷ髁俊?/p>

3）對精度要求較高的數(shù)控機床，則應采用光柵尺全閉環(huán)位置反饋裝置，這樣做將增加機床成本，同時必須做好光柵尺的防護，避免灰塵、切屑、冷卻液等雜物的侵入。

4）使用較高精度的零部件，如滾珠絲桿、導軌、軸承等，這樣做將增加較多的機床成本。

5）制定科學合理的裝配工藝，進行更精細的組裝，盡量減少機床反向間隙，并且盡量做到在全行程上反向間隙大小相同

4 結語

反向間隙是影響數(shù)控機床加工精度的一個重要因素，由于數(shù)控機床調(diào)整后的加工過程中機床部件再次磨損，會產(chǎn)生新的反向間隙，需要對反向間隙定期補償，以保證數(shù)控機床的加工精度。

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【作者簡介】董麗（1971-），女，工程師，學士，研究方向為數(shù)控機床檢測。