淺析數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸反向間隙對精度的影響及補償

郭威

摘 要：我國經(jīng)濟(jì)在快速地發(fā)展，機(jī)械制造行業(yè)也在不斷地進(jìn)步和發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用，機(jī)床加工的精度對于其加工產(chǎn)品和應(yīng)用范圍都有直接的影響，因此，無論對于數(shù)控機(jī)床的工作流程，還是對數(shù)控機(jī)床加工精度有影響的各類因素，都要進(jìn)行分析和研究，并且提出相關(guān)的改進(jìn)方案，使數(shù)控機(jī)床加工的精度得以提高，從而給機(jī)械制造行業(yè)提供更好的服務(wù)。本文分析了坐標(biāo)軸反向間隙存在形式，通過數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)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(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;反向間隙;補償參數(shù)

數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)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(jī)床的精度（定位精度、重復(fù)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(jī)床反向間隙問題，減少對機(jī)床精度的影響，提高工件的加工精度，是數(shù)控機(jī)床制造中一項非常重要的工作。反向間隙是指機(jī)械傳動換向時，伺服電動機(jī)空轉(zhuǎn)而工作臺并未產(chǎn)生實際運動，導(dǎo)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。

1 數(shù)控機(jī)床的概況

在機(jī)械生產(chǎn)中，數(shù)控機(jī)床被廣泛應(yīng)用。一般來說，數(shù)控機(jī)床用于加工某些特殊和復(fù)雜的零件。保證了零件質(zhì)量和加工精度。數(shù)控機(jī)床具有加工速度快的優(yōu)點。然而，數(shù)控機(jī)床的成本相對較高，設(shè)備相對復(fù)雜。

（1）數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)。數(shù)控機(jī)床由驅(qū)動系統(tǒng)、主機(jī)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)處理和編程組成數(shù)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)向機(jī)是一種數(shù)控機(jī)床電源，可將工作電源輸送到數(shù)控機(jī)床上，主機(jī)系統(tǒng)為加工機(jī)結(jié)構(gòu)，主要用于物品的工作及其他形式;加工輔助系統(tǒng)旨在為數(shù)控工具的加工提供一定的輔助功能，輔助處理能夠準(zhǔn)確、順暢地進(jìn)行;數(shù)控編程系統(tǒng)是數(shù)控控制器控制的結(jié)合，這是數(shù)控機(jī)床的主要特點。通過設(shè)計和實現(xiàn)數(shù)控編程，可以實現(xiàn)數(shù)控處理器的控制，實現(xiàn)對數(shù)控處理器的自動處理。（2）數(shù)控機(jī)床分類。數(shù)控劫匪有很多種。結(jié)合各種數(shù)控控制器控制系統(tǒng)的功能和原理，可分為數(shù)控點控機(jī)、普通數(shù)控控制器等類型。沒有由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控加工技術(shù)也在不斷地改進(jìn)和提高。設(shè)計開發(fā)的一些數(shù)控加工機(jī)具有獨特的性能，可以有效地滿足各種數(shù)控加工的要求。（3）數(shù)控機(jī)床的特點。加工精度極高，是數(shù)控機(jī)床的主要特點，加工特殊和復(fù)雜的零件，通常選用數(shù)控機(jī)床加工，加工可靠穩(wěn)定，質(zhì)量高，半自動和自動化工作也能有效地進(jìn)行，具有很高的性能正在處理。但是，數(shù)控機(jī)床內(nèi)部系統(tǒng)復(fù)雜，維護(hù)困難。只有專業(yè)技術(shù)人員才能修理。而且，投資成本相對較高。

2 數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸反向間隙存在的各種形式

由于數(shù)控機(jī)床在裝配中相關(guān)零部件的精度不同，工作人員的技術(shù)水平存在差異，都會影響到反向間隙的形式及大小。此外，機(jī)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(fù)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(jī)械的移動，機(jī)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(fù)值（-），位置反饋元件（如直線光柵尺）滯后機(jī)械的移動，機(jī)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(biāo)軸在全行程上正向移動和反向移動的誤差曲線呈現(xiàn)平行四邊形形狀（全行程反向間隙大小基本相同）。（2）坐標(biāo)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?。?。（3）坐標(biāo)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(biāo)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?。?。（5）坐標(biāo)軸在行程兩端的反向間隙相反（左端為正間隙，右端為負(fù)間隙）。（6）坐標(biāo)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）。

3 通過數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行反向間隙補償

任何數(shù)控系統(tǒng)都設(shè)有反向間隙補償參數(shù)，有的數(shù)控系統(tǒng)只設(shè)一個反向間隙補償參數(shù)。但機(jī)床的反向間隙和坐標(biāo)軸的移動速度和移動距離有關(guān)，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，所反應(yīng)出的反向間隙越小。因此，有的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)置兩個反向間隙補償參數(shù)，即進(jìn)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(jī)床坐標(biāo)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(dá)到最佳效果，其余4種情況都達(dá)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(jī)床的定位精度和重復(fù)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(jī)床的重復(fù)精度。

4 減少數(shù)控機(jī)床反向間隙對精度影響的幾種方法

反向間隙對數(shù)控機(jī)床精度的影響是顯而易見的。因此，減少數(shù)控機(jī)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(jī)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(jìn)行補償，這樣做可以達(dá)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?。?）對精度要求較高的數(shù)控機(jī)床，則應(yīng)采用光柵尺全閉環(huán)位置反饋裝置，這樣做將增加機(jī)床成本，同時必須做好光柵尺的防護(hù)，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(dǎo)軌、軸承等，這樣做將增加較多的機(jī)床成本。（5）制定科學(xué)合理的裝配工藝，進(jìn)行更精細(xì)地組裝，盡量減少機(jī)床反向間隙，并且盡量做到在全行程上反向間隙大小相同

5 結(jié)語

反向間隙是影響數(shù)控機(jī)床加工精度的一個重要因素，由于數(shù)控機(jī)床調(diào)整后的加工過程中機(jī)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(jī)床的加工精度。

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