數(shù)控機床傳動反向間隙的測量與補償

1、數(shù)控機床傳動反向間隙的測量與補償隨著機械制造技術的不斷發(fā)展， 由于數(shù)控技術的優(yōu)越性， 數(shù) 控機床的普及率逐年上升。 數(shù)控技術特別適用于加工精度高、 幾 何形狀復雜、尺寸繁多、改型頻繁的中小批量的機械零件生產(chǎn)。 就我國目前制造業(yè)的技術水平及經(jīng)濟發(fā)展狀況而論， 經(jīng)濟型數(shù)控 機床是比較適合我國企業(yè)及相關行業(yè)使用的， 因此當前此類機床 的占有率較高。但這類數(shù)控機床多數(shù)屬于開環(huán)或半閉環(huán)伺服系 統(tǒng)，這兩種控制方式都不能像帶有直線位移檢測反饋裝置的全閉 環(huán)伺服系統(tǒng)一樣對機床的機械傳動部分進行有效的補償。這樣， 反向間隙的存在就影響到機床的定位精度和重復定位精度， 反映 到工件上就會造成加工誤差。 因而解決好

2、由于機械間隙帶來的加 工誤差問題，是保證加工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。一、傳動反向間隙的不利影響 數(shù)控機床機械間隙誤差， 是指從機床運動鏈的首端至執(zhí)行件 全程由于機械間隙而引起的綜合誤差， 誤差來源于電機軸與齒軸 由于鍵聯(lián)引起的間隙、 齒輪副間隙、 齒輪與絲杠間由鍵聯(lián)接引起 的間隙、聯(lián)軸器中鍵聯(lián)接引起的間隙、絲杠螺母間隙等。機床反 向間隙誤差， 是指由于機床傳動鏈中機械間隙的存在， 機床執(zhí)行 件在運動過程中從正向運動變?yōu)榉聪蜻\動時， 執(zhí)行件的運動量與 理論值（編程值 ）存在誤差，最后反映為疊加至工件上的加工精度 的誤差。如在G01切削運動時，反向偏差會影響插補運動的精度， 若偏差過大就會造成“圓不夠圓，

3、方不夠方”的情形；而在 G00 快速定位運動中，反向偏差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。 這樣的反向間隙若數(shù)值較 小，對加工精度影響不大， 則不需要采取任何措施； 若數(shù)值較大， 則系統(tǒng)的穩(wěn)定性明顯下降，加工精度明顯降低 , 尤其是曲線加 工，會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。同時，隨著設備投入運行時間的越來越長，反向 偏差還會隨著因磨損造成的運動副間隙的逐漸增大而增加， 因此 需要定期對機床各坐標軸的反向偏差進行測定和補償。二、傳動反向間隙的測量 為了減小傳動反向間隙對機床精度的影響， 可以采取調(diào)整和 預緊的方法來減小間隙

4、，但機械傳動間隙是不能完全被消除的。 為了更好地消除誤差， 現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)提供了傳動反向間隙軟補償 方式，以盡可能減小傳動反向間隙對零件加工精度的影響， 即通 過測量獲得傳動反向間隙值， 將此數(shù)值存儲在數(shù)控系統(tǒng)相應的參 數(shù)中， 此后每當數(shù)控機床反向運動時， 數(shù)控系統(tǒng)便會控制伺服電 動機多走一段距離， 這個距離就等于輸入到系統(tǒng)中的傳動反向間 隙值，從而近似補償了傳動反向間隙誤差。1.手動測量 下面以測量機床的 Z 向反向傳動間隙為例： （1）手動方式操作機床向 Z 軸正向移動一個距離。2）將帶有杠桿百分表的表架安裝在機床導軌上，表頭指 向溜板側面，表針盤面置零 （即以此點為基準 ） 。（3）使用點

5、動進給方式或者手輪方式，操作機床向Z 軸在同一方向移動一段距離 （ 即與剛才移動方向相同 ） 。（4）然后再向 Z 軸負方向移動相同的距離。（5）觀察停止位置與基準位置之差。分兩種情況：一是指 針未發(fā)生變化 , 則反向間隙為正值，使用點動進給方式或者手輪 方式操作機床向Z軸負方向移動，記錄移動距離直至百分表指示 值變化， 此時反向間隙為車床移動的距離與百分表示值之差； 二 是百分表指針發(fā)生變化， 則反向間隙為負值， 反向間隙為百分表 示值。（6）X向傳動反向間隙值的測量與 Z向傳動反向間隙值的 測量相同。（7）為避免單次測量的偶然性誤差，在靠近行程的中點及 兩端的三個位置分別進行多次測定 （一

6、般為 7 次） ，求出各個位置 上的平均值， 以所得平均值中的最大值為反向間隙測量值。 需要 注意的是， 在測量時一定要先移動一段距離， 否則不能得到正確 的反向偏差值。2. 編程測量 若采用編程法測量，則能使測量過程變得更便捷、精確。例如在SINUMERIK 802（機床上測量Z軸的反向間隙，可先將百分表安裝在機床導軌上，然后運行如下程序進行測量：N10 G91 G01 Z50 F0.5 ；工作臺右移N20 Z-50 ； 工作臺左移N30 G04 F5； 暫停以便觀察三、注意事項一是在測量時一定要先移動一段距離， 否則不能得到正確的 反向偏差值。二是測量直線運動軸的反向間隙時， 測量工具通常

7、采用千分 表或百分表，若條件允許，可使用雙頻激光干涉儀進行測量。當 采用千分表或百分表進行測量時， 需要注意的是表座和表桿不要 伸出過高、過長，因為測量時若懸臂較長，表座易受力移動，造 成計數(shù)不準，補償值也就不準確了。三是在工作臺不同的運行速度下所測出的結果會有所不同。 一般情況下， 低速時的測出值要比高速時大， 特別是在機床軸負 荷和運動阻力較大時。 低速運動時工作臺運動速度較低， 不易發(fā) 生過沖超程 （ 相對“反向間隙” ） ，因此測出值較大；在高速時， 由于工作臺速度較高，容易發(fā)生過沖超程，測得值偏小。因此我 們在測量時應盡可能低速。四、在數(shù)控系統(tǒng)中對補償值的輸入 針對數(shù)控機床自身的特點

8、及使用要求， 一般的數(shù)控系統(tǒng)都具 有常用的補償功能，如對刀點位置偏差補償、刀具半徑補償、刀 位半徑補償、 機械反向間隙參數(shù)補償?shù)雀鞣N自動補償功能。 其中 機械反向間隙參數(shù)補償法是目前開環(huán)、 半閉環(huán)系統(tǒng)常用的方法之 一。這種方法的原理是通過實測機床反向間隙誤差值， 利用機床 控制系統(tǒng)中設置的系統(tǒng)參數(shù)來實現(xiàn)間隙誤差的自動補償。 因此只 要輸入有限的幾個間隙值就可以補償所有加工過程中的間隙誤 差，此方法簡單易行，對加工程序的編寫也沒有影響。1.SINUMERIK 802C 數(shù)控系統(tǒng)在機床數(shù)據(jù)32450($MA BACKLASH)輸入系統(tǒng)的傳動間隙 軟件補償值，如圖 1 所示。2.FANUC OMATTB 數(shù)控系統(tǒng)在參數(shù)1851(BACKIASH的 X、Z中分別輸入間隙補償值即可 (單位為0.001mm)，如圖2所示。更復雜的傳動間隙軟件補償操作請參見具體的機床說明書。五、結語在機床出廠前， 廠家已測量了進給系統(tǒng)的間隙值， 并進行了 補償，但是機床在長期使用后，由于磨損等原因，補償量就不適 當了，勢必對工件的加工精度造成影響。 因此