淺析數控機床坐標軸反向間隙對精度的影響及補償

郭威

摘 要：我國經濟在快速地發展，機械制造行業也在不斷地進步和發展，數控機床在機械制造領域已經廣泛應用，機床加工的精度對于其加工產品和應用范圍都有直接的影響，因此，無論對于數控機床的工作流程，還是對數控機床加工精度有影響的各類因素，都要進行分析和研究，并且提出相關的改進方案，使數控機床加工的精度得以提高，從而給機械制造行業提供更好的服務。本文分析了坐標軸反向間隙存在形式，通過數控系統進行反向間隙補償，同時介紹減少反向間隙對精度影響的方法。

關鍵詞：數控機床;反向間隙;補償參數

數控機床坐標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床的精度（定位精度、重復精度）及工件加工精度（雙向加工精度、圓形加工過象限精度等）。如何解決數控機床反向間隙問題，減少對機床精度的影響，提高工件的加工精度，是數控機床制造中一項非常重要的工作。反向間隙是指機械傳動換向時，伺服電動機空轉而工作臺并未產生實際運動，導致工作臺或刀架的實際運動量與理想值不同步而產生的方向偏差。

1 數控機床的概況

在機械生產中，數控機床被廣泛應用。一般來說，數控機床用于加工某些特殊和復雜的零件。保證了零件質量和加工精度。數控機床具有加工速度快的優點。然而，數控機床的成本相對較高，設備相對復雜。

（1）數控機床結構。數控機床由驅動系統、主機系統、輔助系統處理和編程組成數控系統轉向機是一種數控機床電源，可將工作電源輸送到數控機床上，主機系統為加工機結構，主要用于物品的工作及其他形式;加工輔助系統旨在為數控工具的加工提供一定的輔助功能，輔助處理能夠準確、順暢地進行;數控編程系統是數控控制器控制的結合，這是數控機床的主要特點。通過設計和實現數控編程，可以實現數控處理器的控制，實現對數控處理器的自動處理。（2）數控機床分類。數控劫匪有很多種。結合各種數控控制器控制系統的功能和原理，可分為數控點控機、普通數控控制器等類型。沒有由于科學技術的飛速發展，數控加工技術也在不斷地改進和提高。設計開發的一些數控加工機具有獨特的性能，可以有效地滿足各種數控加工的要求。（3）數控機床的特點。加工精度極高，是數控機床的主要特點，加工特殊和復雜的零件，通常選用數控機床加工，加工可靠穩定，質量高，半自動和自動化工作也能有效地進行，具有很高的性能正在處理。但是，數控機床內部系統復雜，維護困難。只有專業技術人員才能修理。而且，投資成本相對較高。

2 數控機床坐標軸反向間隙存在的各種形式

由于數控機床在裝配中相關零部件的精度不同，工作人員的技術水平存在差異，都會影響到反向間隙的形式及大小。此外，機床在使用一段時間后，由于經常運行的部位不同，磨損的部位也不同，反向間隙的變化將產生差異。另外，位置半閉環系統和位置全閉環系統反向間隙補償值正負號相反，即位置半閉環系統反向間隙的補償值為正值（+），位置反饋元件（如脈沖編碼）超前機械的移動，機械移動的距離短;而位置全閉環系統反向間隙的補償值為負值（-），位置反饋元件（如直線光柵尺）滯后機械的移動，機械移動的距離長。通常反向間隙會以下述幾種形式存在。

（1）坐標軸在全行程上正向移動和反向移動的誤差曲線呈現平行四邊形形狀（全行程反向間隙大小基本相同）。（2）坐標軸在全行程上正向移動和反向移動的誤差曲線呈現一頭大一頭小的喇叭口形狀（一端間隙大，一端間隙小）。（3）坐標軸在全行程上正向移動和反向移動的誤差曲線呈現兩頭小中間大的橄欖形狀（兩端間隙小，中間間隙大）。（4）坐標軸在全行程上正向移動和反向移動的誤差曲線呈現兩頭大中間小的線軸形狀（兩端間隙大，中間間隙小）。（5）坐標軸在行程兩端的反向間隙相反（左端為正間隙，右端為負間隙）。（6）坐標軸在全行程上正向移動和反向移動的誤差曲線呈現無規律形狀（間隙無規律，時小時大）。

3 通過數控系統進行反向間隙補償

任何數控系統都設有反向間隙補償參數，有的數控系統只設一個反向間隙補償參數。但機床的反向間隙和坐標軸的移動速度和移動距離有關，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，所反應出的反向間隙越小。因此，有的數控系統設置兩個反向間隙補償參數，即進給速度G1的反向間隙補償參數和快速移動G0的反向間隙補償參數。

在上述數控機床坐標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到最佳效果，其余4種情況都達不到滿意的效果。反向間隙大且不均勻，將直接降低數控機床的定位精度和重復精度，而且在返回零點時容易出現零點漂移現象，降低了數控機床的重復精度。

4 減少數控機床反向間隙對精度影響的幾種方法

反向間隙對數控機床精度的影響是顯而易見的。因此，減少數控機床反向間隙對精度影響的工作是非常重要的。減少數控機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行補償，這樣做可以達到比較好的效果。但是，要求數控系統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的工作量。（3）對精度要求較高的數控機床，則應采用光柵尺全閉環位置反饋裝置，這樣做將增加機床成本，同時必須做好光柵尺的防護，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、導軌、軸承等，這樣做將增加較多的機床成本。（5）制定科學合理的裝配工藝，進行更精細地組裝，盡量減少機床反向間隙，并且盡量做到在全行程上反向間隙大小相同

5 結語

反向間隙是影響數控機床加工精度的一個重要因素，由于數控機床調整后的加工過程中機床部件再次磨損，會產生新的反向間隙，需要對反向間隙定期補償，以保證數控機床的加工精度。

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