浅析数控机床坐标轴反向间隙对精度的影响及补偿

【摘要】 本文分析了坐标轴反向间隙存在形式，通过数控系统进行反向间隙补偿，同时介绍减少反向间隙对精度影响的方法。

【关键词】 数控机床;反向间隙;补偿参数

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

数控机床坐标轴在改变移动方向时都存在反向间隙，这些反向间隙直接影响到机床的精度（定位精度、重复精度）及工件加工精度（双向加工精度、圆形加工过象限精度等）。如何解决数控机床反向间隙问题，减少对机床精度的影响，提高工件的加工精度，是数控机床制造中一项非常重要的工作。

反向间隙是指机械传动换向时，伺服电动机空转而工作台并未产生实际运动，导致工作台或刀架的实际运动量与理想值不同步而产生的方向偏差。反向间隙产生原因是装配过程中机械间隙、长期运动传动链磨损以及伺服电机反向死区的存在。反向间隙的检测包括采用仪表法测量或采用激光干涉仪两种检测方法。反向间隙补偿方法主要有硬件补偿和软件补偿，其中软件补偿包括数控系统参数补偿和数控程序补偿。本文主要阐述反向间隙的存在形式及通过数控系统参数补偿反向间隙。

1 数控机床坐标轴反向间隙存在的各种形式

由于数控机床在装配中相关零部件的精度不同，工作人员的技术水平存在差异，都会影响到反向间隙的形式及大小。此外，机床在使用一段时间后，由于经常运行的部位不同，磨损的部位也不同，反向间隙的变化将产生差异。另外，位置半闭环系统和位置全闭环系统反向间隙补偿值正负号相反，即位置半闭环系统反向间隙的补偿值为正值（+），位置反馈元件（如脉冲编码）超前机械的移动，机械移动的距离短;而位置全闭环系统反向间隙的补偿值为负值（-），位置反馈元件（如直线光栅尺）滞后机械的移动，机械移动的距离长。通常反向间隙会以下述几种形式存在。

1）坐标轴在全行程上正向移动和反向移动的误差曲线呈现平行四边型形状（全行程反向间隙大小基本相同）。

2）坐标轴在全行程上正向移动和反向移动的误差曲线呈现一头大一头小的喇叭口形状（一端间隙大，一端间隙小）。

3）坐标轴在全行程上正向移动和反向移动的误差曲线呈现两头小中间大的橄榄形状（两端间隙小，中间间隙大）。

4）坐标轴在全行程上正向移动和反向移动的误差曲线呈现两头大中间小的线轴形状（两端间隙大，中间间隙小）。

5）坐标轴在行程两端的反向间隙相反（左端为正间隙，右端为负间隙）。

6）坐标轴在全行程上正向移动和反向移动的误差曲线呈现无规律形状（间隙无规律，时小时大）。

2 通过数控系统进行反向间隙补偿

任何数控系统都设有反向间隙补偿参数，有的数控系统只设一个反向间隙补偿参数。但机床的反向间隙和坐标轴的移动速度和移动距离有关，不同的移动速度或不同的移动距离所反映出的反向间隙是不一样的，通常情况下，移动的速度越快或移动的距离越长，所反映出的反向间隙越小。因此，有的数控系统设置两个反向间隙补偿参数，即进给速度G1的反向间隙补偿参数和快速移动G0的反向间隙补偿参数。

在上述数控机床坐标轴反向间隙存在的各种形式中，只有第1种情况（全行程反向间隙相同）采用反向间隙补偿可以达到最佳效果，其余4种情况都达不到满意的效果。反向间隙大且不均匀，将直接降低数控机床的定位精度和重复精度，而且在返回零点时容易出现零点漂移现象，降低了数控机床的重复精度。

此外，在决定反向间隙补偿值的大小时，应考虑到机床加工零件时经常使用的部位，使该部位的反向间隙尽量的小。

3 减少数控机床反向间隙对精度影响的几种方法

反向间隙对数控机床精度的影响是显而易见的。因此，减少数控机床反向间隙对精度影响的工作是非常重要的。减少数控机床反向间隙对精度影响主要采用以下几种方法。

1）用正向移动和反向移动误差的平均值作为丝杆螺距误差的补偿值，这样做可以兼顾正向移动和反向移动的误差，避免某一方向的误差过大。

2）采用双向丝杆螺距误差的方法，即单独使用正向移动和反向移动各自的误差值进行补偿，这样做可以达到比较好的效果。但是，要求数控系统必须有双向丝杆螺距误差的功能，同时增加了激光测量和补偿的工作量。

3）对精度要求较高的数控机床，则应采用光栅尺全闭环位置反馈装置，这样做将增加机床成本，同时必须做好光栅尺的防护，避免灰尘、切屑、冷却液等杂物的侵入。

4）使用较高精度的零部件，如滚珠丝杆、导轨、轴承等，这样做将增加较多的机床成本。

5）制定科學合理的装配工艺，进行更精细的组装，尽量减少机床反向间隙，并且尽量做到在全行程上反向间隙大小相同

4 结语

反向间隙是影响数控机床加工精度的一个重要因素，由于数控机床调整后的加工过程中机床部件再次磨损，会产生新的反向间隙，需要对反向间隙定期补偿，以保证数控机床的加工精度。

【参考文献】

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[3] 陈建雯，刘立新.反向间隙对数控加工的影响与补偿[J].装备制造技术，2008（9）：76-77+87.

【作者简介】董丽（1971-），女，工程师，学士，研究方向为数控机床检测。