数控机床长时间使用后反向间隙的测量和补偿办法

随着机械制造技术的不断发展，由于数控技术的优越性，数控机床的普及率逐年提高。数控技术特别适用于加工精度高、几何形状复杂、尺寸多样、修改频繁的中小型机械零件的生产。就我国制造业的技术水平和经济发展而言，经济型数控机床更适合我国企业和相关行业，因此目前此类机床的占有率较高。但这些数控机床大多属于开环或半闭环伺服系统，这两种控制方式都无法像带直线位移检测和反馈装置的全闭环伺服系统那样有效地补偿机床的机械传动部分。这样反向间隙的存在会影响机床的定位精度和重复定位精度，反映到工件上会造成加工误差。因此，解决机械间隙引起的加工误差是保证加工质量的重要环节。

第一，反向间隙对变速器的不利影响

数控机床的机械间隙误差是指机床运动链首端到执行机构之间的机械间隙引起的综合误差。误差来源于键连接引起的电机轴与齿轮轴之间的间隙、齿轮副间隙、键连接引起的齿轮与丝杠之间的间隙、联轴器中键连接引起的间隙、丝杠螺母间隙等。机床侧隙误差是指由于机床传动链中的机械侧隙，机床执行机构由正向运动变为反向运动时，机床执行机构的运动量与理论值(编程值)之间的误差，最终体现为叠加在工件上的加工精度误差。

例如，在G01切削运动中，反向偏差会影响插补运动的精度；如果偏差过大，就会导致“圆不够圆，方不够方”的情况；但在G00快速定位运动中，反向偏差影响了机床的定位精度，降低了钻孔、镗孔等孔加工时各孔的位置精度。如果这种反向间隙值很小，对加工精度影响很小，则不需要采取措施；数值大了，系统稳定性明显下降，加工精度明显下降，尤其是曲线加工，会影响尺寸公差和曲线的一致性。此时，必须测量并补偿反向间隙。同时，随着设备投入运行的时间越来越长，反向偏差会随着磨损引起的运动副间隙的逐渐增大而增大，因此需要定期对机床各坐标轴的反向偏差进行测量和补偿。

二、变速器反向间隙的测量

为了减小传动侧隙对机床精度的影响，可以采用调整和预紧来减小侧隙，但机械传动侧隙不能完全消除。为了更好地消除误差，现代数控系统提供了一种传动侧隙的软补偿方法，以尽量减小传动侧隙对零件加工精度的影响，即通过测量得到传动侧隙值，并将该值存储在数控系统的相应参数中。此后，每当数控机床反向运动时，数控系统就会控制伺服电机走一定的距离，该距离等于输入系统的传动侧隙值，从而近似补偿传动侧隙误差。

1.人工测量

以测量机床Z方向反向传动间隙为例:

(1)手动操作机床向Z轴正方向移动一段距离。

(2)将带杠杆千分表的仪表架安装在机床导轨上，表头指向滑板侧，仪表的刻度盘设置为零(即以此点为基准)。

(3)使用点动进给模式或手轮模式操作机床向Z轴方向移动一定距离(即与之前相同的方向)。

(4)然后在Z轴负方向移动相同的距离。

(5)观察停止位置和参考位置之间的差异。有两种情况:一是指针不变，倒档间隙为正。用点动进给或手轮操作机床向Z轴负方向移动，记录移动距离，直到百分表指示值发生变化。此时反向间隙为车床移动距离与百分表指示值之差；二、百分表指针变化时，倒档间隙为负，倒档间隙为百分表指示值。

(6)X方向传动反向间隙值的测量与Z方向传动相同。

(7)为避免单次测量的偶然误差，在行程中点和两端附近的三个位置进行多次测量(一般为7次)，求各位置的平均值，取所得平均值的最大值作为反向间隙测量值。需要注意的是，测量前必须移动一定距离，否则无法得到正确的反向偏差值。

2.编程测量

如果用编程的方法进行测量，测量过程会更加方便和精确。

例如，在SINUMERIK 802C机床上测量Z轴反向间隙，可以先将百分表安装在机床导轨上，然后运行以下程序进行测量:

N10 G91 G01 Z50 F0.5;工作台右移

　　N20 Z-50; 工作台左移

　　N30 G04 F5; 暂停以便观察

三。预防措施

第一，测量时必须移动一定距离，否则无法得到正确的反向偏差值。

二、测量直线运动轴反向间隙时，量具通常采用百分表或百分表。如果条件允许，可以使用双频激光干涉仪进行测量。使用百分表或百分表进行测量时，要注意表座和表杆不能伸出过高或过长，因为测量时如果悬臂较长，表座就容易被迫移动，导致计数不准，补偿值不准。

第三，工作台的运行速度不同，测得的结果也会不同。一般情况下，低速时的测量值大于高速时的测量值，尤其是机床轴载荷和运动阻力较大时。低速移动时，工作台的移动速度低，不容易出现超调和超程(相对“反向间隙”)，所以测量值大；高速时，由于工作台速度高，容易出现超调和超程，测量值过小。因此，我们应该尽可能低地测量。

四。数控系统中补偿值的输入

根据数控机床的特点和应用要求，通用数控系统具有通用的补偿功能，如刀点位置偏差补偿、刀具半径补偿、刀具半径补偿、机械反向间隙参数补偿等自动补偿功能。其中，机械反向间隙参数补偿法是开环和半闭环系统中常用的方法之一。这种方法的原理是通过测量机床的齿隙误差值，利用机床控制系统中设定的系统参数，自动补偿齿隙误差。因此，只要输入有限数量的间隙值，就可以补偿所有加工过程中的间隙误差。该方法简单易行，不影响加工程序的编制。

1.SINUMERIK数控系统

在机床数据32450 ($ ma-backlash)中输入系统传动间隙的软件补偿值。

2.Fanuc数控系统

只需输入参数1851(BACKIASH)中X、Z方向的间隙补偿值(单位为0.001mm)。

对于更复杂的传动间隙软件补偿操作，请参考具体的机器说明。

结论

机床出厂前，厂家已经测量了进给系统的间隙值，并进行了补偿。但机床使用时间长了，由于磨损等原因，补偿量不合适，必然会影响工件的加工精度。因此，有必要对机床反向间隙进行测量和补偿，这对提高工件的加工精度具有重要意义。当机床某轴被指令改变运动方向时，数控装置会自动读取该轴的反向间隙值，对坐标位移的指令值进行补偿修正，使机床准确定位在指令位置，消除或减少反向偏差对机床精度的不利影响。