數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)反向間隙的測(cè)量與補(bǔ)償

1、數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)反向間隙的測(cè)量與補(bǔ)償隨著機(jī)械制造技術(shù)的不斷發(fā)展， 由于數(shù)控技術(shù)的優(yōu)越性， 數(shù) 控機(jī)床的普及率逐年上升。 數(shù)控技術(shù)特別適用于加工精度高、 幾 何形狀復(fù)雜、尺寸繁多、改型頻繁的中小批量的機(jī)械零件生產(chǎn)。 就我國目前制造業(yè)的技術(shù)水平及經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r而論， 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控 機(jī)床是比較適合我國企業(yè)及相關(guān)行業(yè)使用的， 因此當(dāng)前此類機(jī)床 的占有率較高。但這類數(shù)控機(jī)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(cè)反饋裝置的全閉 環(huán)伺服系統(tǒng)一樣對(duì)機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)部分進(jìn)行有效的補(bǔ)償。這樣， 反向間隙的存在就影響到機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度， 反映 到工件上就會(huì)造成加工誤差。 因而解決好

2、由于機(jī)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(dòng)反向間隙的不利影響 數(shù)控機(jī)床機(jī)械間隙誤差， 是指從機(jī)床運(yùn)動(dòng)鏈的首端至執(zhí)行件 全程由于機(jī)械間隙而引起的綜合誤差， 誤差來源于電機(jī)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(jī)床反 向間隙誤差， 是指由于機(jī)床傳動(dòng)鏈中機(jī)械間隙的存在， 機(jī)床執(zhí)行 件在運(yùn)動(dòng)過程中從正向運(yùn)動(dòng)變?yōu)榉聪蜻\(yùn)動(dòng)時(shí)， 執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)時(shí)，反向偏差會(huì)影響插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的精度， 若偏差過大就會(huì)造成“圓不夠圓，

3、方不夠方”的情形；而在 G00 快速定位運(yùn)動(dòng)中，反向偏差影響機(jī)床的定位精度，使得鉆孔、鏜 孔等孔加工時(shí)各孔間的位置精度降低。 這樣的反向間隙若數(shù)值較 小，對(duì)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(huì)影響到尺寸公差和曲線的一致性， 此時(shí)必須進(jìn)行反向間隙 的測(cè)定和補(bǔ)償。同時(shí)，隨著設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)間的越來越長，反向 偏差還會(huì)隨著因磨損造成的運(yùn)動(dòng)副間隙的逐漸增大而增加， 因此 需要定期對(duì)機(jī)床各坐標(biāo)軸的反向偏差進(jìn)行測(cè)定和補(bǔ)償。二、傳動(dòng)反向間隙的測(cè)量 為了減小傳動(dòng)反向間隙對(duì)機(jī)床精度的影響， 可以采取調(diào)整和 預(yù)緊的方法來減小間隙

4、，但機(jī)械傳動(dòng)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(dòng)反向間隙軟補(bǔ)償 方式，以盡可能減小傳動(dòng)反向間隙對(duì)零件加工精度的影響， 即通 過測(cè)量獲得傳動(dòng)反向間隙值， 將此數(shù)值存儲(chǔ)在數(shù)控系統(tǒng)相應(yīng)的參 數(shù)中， 此后每當(dāng)數(shù)控機(jī)床反向運(yùn)動(dòng)時(shí)， 數(shù)控系統(tǒng)便會(huì)控制伺服電 動(dòng)機(jī)多走一段距離， 這個(gè)距離就等于輸入到系統(tǒng)中的傳動(dòng)反向間 隙值，從而近似補(bǔ)償了傳動(dòng)反向間隙誤差。1.手動(dòng)測(cè)量 下面以測(cè)量機(jī)床的 Z 向反向傳動(dòng)間隙為例： （1）手動(dòng)方式操作機(jī)床向 Z 軸正向移動(dòng)一個(gè)距離。2）將帶有杠桿百分表的表架安裝在機(jī)床導(dǎo)軌上，表頭指 向溜板側(cè)面，表針盤面置零 （即以此點(diǎn)為基準(zhǔn) ） 。（3）使用點(diǎn)

5、動(dòng)進(jìn)給方式或者手輪方式，操作機(jī)床向Z 軸在同一方向移動(dòng)一段距離 （ 即與剛才移動(dòng)方向相同 ） 。（4）然后再向 Z 軸負(fù)方向移動(dòng)相同的距離。（5）觀察停止位置與基準(zhǔn)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(diǎn)動(dòng)進(jìn)給方式或者手輪 方式操作機(jī)床向Z軸負(fù)方向移動(dòng)，記錄移動(dòng)距離直至百分表指示 值變化， 此時(shí)反向間隙為車床移動(dòng)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(fù)值， 反向間隙為百分表 示值。（6）X向傳動(dòng)反向間隙值的測(cè)量與 Z向傳動(dòng)反向間隙值的 測(cè)量相同。（7）為避免單次測(cè)量的偶然性誤差，在靠近行程的中點(diǎn)及 兩端的三個(gè)位置分別進(jìn)行多次測(cè)定 （一

6、般為 7 次） ，求出各個(gè)位置 上的平均值， 以所得平均值中的最大值為反向間隙測(cè)量值。 需要 注意的是， 在測(cè)量時(shí)一定要先移動(dòng)一段距離， 否則不能得到正確 的反向偏差值。2. 編程測(cè)量 若采用編程法測(cè)量，則能使測(cè)量過程變得更便捷、精確。例如在SINUMERIK 802（機(jī)床上測(cè)量Z軸的反向間隙，可先將百分表安裝在機(jī)床導(dǎo)軌上，然后運(yùn)行如下程序進(jìn)行測(cè)量：N10 G91 G01 Z50 F0.5 ；工作臺(tái)右移N20 Z-50 ； 工作臺(tái)左移N30 G04 F5； 暫停以便觀察三、注意事項(xiàng)一是在測(cè)量時(shí)一定要先移動(dòng)一段距離， 否則不能得到正確的 反向偏差值。二是測(cè)量直線運(yùn)動(dòng)軸的反向間隙時(shí)， 測(cè)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(jìn)行測(cè)量。當(dāng) 采用千分表或百分表進(jìn)行測(cè)量時(shí)， 需要注意的是表座和表?xiàng)U不要 伸出過高、過長，因?yàn)闇y(cè)量時(shí)若懸臂較長，表座易受力移動(dòng)，造 成計(jì)數(shù)不準(zhǔn)，補(bǔ)償值也就不準(zhǔn)確了。三是在工作臺(tái)不同的運(yùn)行速度下所測(cè)出的結(jié)果會(huì)有所不同。 一般情況下， 低速時(shí)的測(cè)出值要比高速時(shí)大， 特別是在機(jī)床軸負(fù) 荷和運(yùn)動(dòng)阻力較大時(shí)。 低速運(yùn)動(dòng)時(shí)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度較低， 不易發(fā) 生過沖超程 （ 相對(duì)“反向間隙” ） ，因此測(cè)出值較大；在高速時(shí)， 由于工作臺(tái)速度較高，容易發(fā)生過沖超程，測(cè)得值偏小。因此我 們?cè)跍y(cè)量時(shí)應(yīng)盡可能低速。四、在數(shù)控系統(tǒng)中對(duì)補(bǔ)償值的輸入 針對(duì)數(shù)控機(jī)床自身的特點(diǎn)

8、及使用要求， 一般的數(shù)控系統(tǒng)都具 有常用的補(bǔ)償功能，如對(duì)刀點(diǎn)位置偏差補(bǔ)償、刀具半徑補(bǔ)償、刀 位半徑補(bǔ)償、 機(jī)械反向間隙參數(shù)補(bǔ)償?shù)雀鞣N自動(dòng)補(bǔ)償功能。 其中 機(jī)械反向間隙參數(shù)補(bǔ)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(shí)測(cè)機(jī)床反向間隙誤差值， 利用機(jī)床 控制系統(tǒng)中設(shè)置的系統(tǒng)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)間隙誤差的自動(dòng)補(bǔ)償。 因此只 要輸入有限的幾個(gè)間隙值就可以補(bǔ)償所有加工過程中的間隙誤 差，此方法簡單易行，對(duì)加工程序的編寫也沒有影響。1.SINUMERIK 802C 數(shù)控系統(tǒng)在機(jī)床數(shù)據(jù)32450($MA BACKLASH)輸入系統(tǒng)的傳動(dòng)間隙 軟件補(bǔ)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(bǔ)償值即可 (單位為0.001mm)，如圖2所示。更復(fù)雜的傳動(dòng)間隙軟件補(bǔ)償操作請(qǐng)參見具體的機(jī)床說明書。五、結(jié)語在機(jī)床出廠前， 廠家已測(cè)量了進(jìn)給系統(tǒng)的間隙值， 并進(jìn)行了 補(bǔ)償，但是機(jī)床在長期使用后，由于磨損等原因，補(bǔ)償量就不適 當(dāng)了，勢(shì)必對(duì)工件的加工精度造成影響。 因此