淺析數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸反向間隙對(duì)精度的影響及補(bǔ)償

【摘要】 本文分析了坐標(biāo)軸反向間隙存在形式，通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行反向間隙補(bǔ)償，同時(shí)介紹減少反向間隙對(duì)精度影響的方法。

【關(guān)鍵詞】 數(shù)控機(jī)床;反向間隙;補(bǔ)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(jī)床坐標(biāo)軸在改變移動(dòng)方向時(shí)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(guò)象限精度等）。如何解決數(shù)控機(jī)床反向間隙問(wèn)題，減少對(duì)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(xiàng)非常重要的工作。

反向間隙是指機(jī)械傳動(dòng)換向時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)而工作臺(tái)并未產(chǎn)生實(shí)際運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致工作臺(tái)或刀架的實(shí)際運(yùn)動(dòng)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(guò)程中機(jī)械間隙、長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈磨損以及伺服電機(jī)反向死區(qū)的存在。反向間隙的檢測(cè)包括采用儀表法測(cè)量或采用激光干涉儀兩種檢測(cè)方法。反向間隙補(bǔ)償方法主要有硬件補(bǔ)償和軟件補(bǔ)償，其中軟件補(bǔ)償包括數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)補(bǔ)償和數(shù)控程序補(bǔ)償。本文主要闡述反向間隙的存在形式及通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)補(bǔ)償反向間隙。

1 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(huì)影響到反向間隙的形式及大小。此外，機(jī)床在使用一段時(shí)間后，由于經(jīng)常運(yùn)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(bǔ)償值正負(fù)號(hào)相反，即位置半閉環(huán)系統(tǒng)反向間隙的補(bǔ)償值為正值（+），位置反饋元件（如脈沖編碼）超前機(jī)械的移動(dòng)，機(jī)械移動(dòng)的距離短;而位置全閉環(huán)系統(tǒng)反向間隙的補(bǔ)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(dòng)，機(jī)械移動(dòng)的距離長(zhǎng)。通常反向間隙會(huì)以下述幾種形式存在。

1）坐標(biāo)軸在全行程上正向移動(dòng)和反向移動(dòng)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(biāo)軸在全行程上正向移動(dòng)和反向移動(dòng)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(biāo)軸在全行程上正向移動(dòng)和反向移動(dòng)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(dòng)和反向移動(dòng)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(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(dòng)和反向移動(dòng)的誤差曲線呈現(xiàn)無(wú)規(guī)律形狀（間隙無(wú)規(guī)律，時(shí)小時(shí)大）。

2 通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行反向間隙補(bǔ)償

任何數(shù)控系統(tǒng)都設(shè)有反向間隙補(bǔ)償參數(shù)，有的數(shù)控系統(tǒng)只設(shè)一個(gè)反向間隙補(bǔ)償參數(shù)。但機(jī)床的反向間隙和坐標(biāo)軸的移動(dòng)速度和移動(dòng)距離有關(guān)，不同的移動(dòng)速度或不同的移動(dòng)距離所反映出的反向間隙是不一樣的，通常情況下，移動(dòng)的速度越快或移動(dòng)的距離越長(zhǎng)，所反映出的反向間隙越小。因此，有的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)置兩個(gè)反向間隙補(bǔ)償參數(shù)，即進(jìn)給速度G1的反向間隙補(bǔ)償參數(shù)和快速移動(dòng)G0的反向間隙補(bǔ)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(bǔ)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(diǎn)時(shí)容易出現(xiàn)零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，降低了數(shù)控機(jī)床的重復(fù)精度。

此外，在決定反向間隙補(bǔ)償值的大小時(shí)，應(yīng)考慮到機(jī)床加工零件時(shí)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(jī)床反向間隙對(duì)精度影響的幾種方法

反向間隙對(duì)數(shù)控機(jī)床精度的影響是顯而易見(jiàn)的。因此，減少數(shù)控機(jī)床反向間隙對(duì)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(duì)精度影響主要采用以下幾種方法。

1）用正向移動(dòng)和反向移動(dòng)誤差的平均值作為絲桿螺距誤差的補(bǔ)償值，這樣做可以兼顧正向移動(dòng)和反向移動(dòng)的誤差，避免某一方向的誤差過(guò)大。

2）采用雙向絲桿螺距誤差的方法，即單獨(dú)使用正向移動(dòng)和反向移動(dòng)各自的誤差值進(jìn)行補(bǔ)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(shí)增加了激光測(cè)量和補(bǔ)償?shù)墓ぷ髁俊?/p>

3）對(duì)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(shí)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)的組裝，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

4 結(jié)語(yǔ)

反向間隙是影響數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)重要因素，由于數(shù)控機(jī)床調(diào)整后的加工過(guò)程中機(jī)床部件再次磨損，會(huì)產(chǎn)生新的反向間隙，需要對(duì)反向間隙定期補(bǔ)償，以保證數(shù)控機(jī)床的加工精度。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 吳亞蘭，李慶.淺析數(shù)控車床的反向間隙及其補(bǔ)償[J].綠色科技，2018（2）：181-183.

[2] 劉海豐.半閉環(huán)控制下的數(shù)控反向間隙補(bǔ)償技術(shù)分析[J].科技傳播，2013（13）：104+100.

[3] 陳建雯，劉立新.反向間隙對(duì)數(shù)控加工的影響與補(bǔ)償[J].裝備制造技術(shù)，2008（9）：76-77+87.

【作者簡(jiǎn)介】董麗（1971-），女，工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)閿?shù)控機(jī)床檢測(cè)。