淺析加工中心機(jī)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(jī)床反向間隙的產(chǎn)生、產(chǎn)生時的現(xiàn)象、對零件加工的影響及如何檢測補(bǔ)償?shù)冗M(jìn)行一些探討，就問題產(chǎn)生的原因及解決方案進(jìn)行以下論述，以此來減小機(jī)床在零件加工中因反向間隙所造成的尺寸和位置誤差。

關(guān)鍵詞：加工中心機(jī)床；反向間隙；補(bǔ)償方法

中圖分類號：U463 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

在數(shù)控加工中心機(jī)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(jī)床零部件由于強(qiáng)度、剛度不夠引起而產(chǎn)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(diào)整機(jī)床可以消除，這就需要我們通過數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)補(bǔ)償來消除。反向間隙對機(jī)床加工精度的影響是一個重要影響因素，在使用半閉環(huán)伺服數(shù)控機(jī)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(chǎn)品的精度要求，因而對反向間隙的測量和補(bǔ)償就顯得尤為重要。

目前，日本FANUC公司的數(shù)控系統(tǒng)在國內(nèi)市場的占有率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他的數(shù)控系統(tǒng)。下面就以FANUC0i控制系統(tǒng)在檢測出機(jī)床存在反向間隙后，通過補(bǔ)償、調(diào)整的方法來減小反向間隙對機(jī)床加工精度的影響。從而使機(jī)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(jī)床反向間隙對數(shù)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(chǎn)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(yùn)動中，反向間隙影響機(jī)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(jī)床反向間隙的檢測

（一）手輪往復(fù)一次，回原位，百分表兩次讀數(shù)之差就是間隙值。也是該插補(bǔ)的數(shù)（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(jī)床的反向間隙（如圖2所示）。

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

三、加工中心機(jī)床反向間隙引起的加工誤差案例

如圖4所示：

在FANUC0i系統(tǒng)上加工圖4時，發(fā)現(xiàn)：

（一）機(jī)床反向間隙對孔位置的影響

在孔位置有較高要求時，機(jī)床的反向間隙會影響到孔與孔間的相對位置度。具體表現(xiàn)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(jī)床的反向間隙會對其產(chǎn)生影響，具體表現(xiàn)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(jī)床反向間隙的產(chǎn)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(zhuǎn)后變換成反轉(zhuǎn)的時候，在一定的角度內(nèi)，盡管絲杠轉(zhuǎn)動，但是絲母還要等間隙消除（受力一側(cè)的）之后才能帶動工作臺運(yùn)動，這個間隙就是反向間隙，但是要反映在絲杠的旋轉(zhuǎn)角度上。

（二）首先先確認(rèn)是半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，因為機(jī)床的反向間隙具體是與其控制系統(tǒng)相關(guān)的：

1.半閉環(huán)控制系統(tǒng)（檢測組件安裝在伺服電動機(jī)的軸端或絲杠端，而工作臺的機(jī)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(huán)伺服控制系統(tǒng)不需要補(bǔ)償反向間隙（該系統(tǒng)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(bǔ)償），如圖9所示。

3.開環(huán)伺服系統(tǒng)一般不進(jìn)行反向補(bǔ)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(huán)控制系統(tǒng)的機(jī)床進(jìn)行反向間隙補(bǔ)償。

五、減小加工中心機(jī)床反向間隙對數(shù)控加工的影響的方法

（一）單向進(jìn)給

單向走，使機(jī)床坐標(biāo)進(jìn)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(zhǔn)確。

（三）通過參數(shù)控制

1851、1852參數(shù)（FAUNC）進(jìn)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(jī)床反向間隙值后，在機(jī)床的參數(shù)設(shè)置中，將反向間隙補(bǔ)償值輸入即可。（不可進(jìn)行過盈補(bǔ)償）。

（四）機(jī)械調(diào)整

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

（五）儀器調(diào)整

通過激光干涉儀器檢測出機(jī)床再各個位置的反向間隙值，輸入到機(jī)床內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償（具體參數(shù)查詢機(jī)床數(shù)據(jù)）。如圖11所示。

其存在以下不足之處：

（1）由于運(yùn)動鍵中絲杠與螺母之間的間隙值在絲杠全長呈非線性關(guān)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(bǔ)償法準(zhǔn)確度較低。

（2）一般進(jìn)給鏈的綜合間隙誤差是在靜態(tài)條件下測出的，而機(jī)床實際是在動態(tài)環(huán)境下工作的，因而靜態(tài)誤差與動態(tài)誤差有較大差別。因此這種補(bǔ)償法不能真實補(bǔ)償實際誤差。

（3）不能補(bǔ)償因切削誤差。

結(jié)語

綜上所述，反向間隙誤差補(bǔ)償是數(shù)控機(jī)床保證其加工精度的重要手段。系統(tǒng)參數(shù)補(bǔ)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(nèi)具有一定的效果，但局限性較大。加工程序補(bǔ)償法效果較好，特別適用半于半閉環(huán)系統(tǒng)，特別是對無法檢測部件實際位置的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)具有較大的實際作用。反向間隙值輸入數(shù)控系統(tǒng)后，數(shù)控機(jī)床在加工時會自動補(bǔ)償此值。但隨著數(shù)控機(jī)床的長期使用，反向間隙會因運(yùn)動副磨損而逐漸增大，因此必須定期對數(shù)控機(jī)床的反向間隙值進(jìn)行測定和補(bǔ)償，從而大大減少或消除反向間隙對機(jī)床精度、工件加工精度產(chǎn)生的不良影響。

參考文獻(xiàn)

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