數(shù)控機床齒隙的測量

隨著機械制造技術的不斷發(fā)展，機床行業(yè)也從過去的傳統(tǒng)機床向數(shù)控機床轉(zhuǎn)型，并得到了快速發(fā)展。數(shù)控機床的普及率逐年上升，主要得益于數(shù)控技術的優(yōu)越性。數(shù)控技術是為航空、造船、航天、武器生產(chǎn)等國防工業(yè)生產(chǎn)而發(fā)展起來的。特別適用于加工精度高、幾何形狀復雜、尺寸多、修改頻繁的中小批量機械零件的生產(chǎn)。它從40年代末開始在國外研究，隨著晶體管集成電路和計算技術的發(fā)展，50年代末60年代初開始用于生產(chǎn)，并越來越多地得到推廣和應用。

就目前我國制造業(yè)的技術和經(jīng)濟發(fā)展水平以及經(jīng)濟發(fā)展狀況來看，經(jīng)濟型數(shù)控機床更適合我國企業(yè)及相關行業(yè)使用。目前這類機器的占用率很高，大多數(shù)是開環(huán)或半閉環(huán)控制系統(tǒng)。機床的機械精度對加工精度影響很大，解決機械間隙引起的加工誤差是保證加工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

1數(shù)控機床間隙誤差分析

1.1間隙誤差

數(shù)控機床的機械間隙誤差是指機床鏈條頭部到執(zhí)行機構(gòu)之間的機械間隙引起的綜合誤差，如圖1所示。機床的進給鏈，誤差來源于電機軸與齒軸之間由于鍵連桿的間隙、齒輪副間隙、齒輪與螺桿之間由于鍵連桿的間隙、聯(lián)軸器中鍵連桿的間隙、螺桿螺母的間隙等。機床相對間隙誤差是由于機床傳動鏈中存在機械間隙引起的。

在機床作動器的運動過程中，當作動器由正向運動變?yōu)榉聪蜻\動時，作動器的運動量與理論值（編程值）之間存在誤差，最終反映為疊加在工件上的加工精度誤差。當數(shù)控機床工作臺沿其運動方向反轉(zhuǎn)時，齒隙的存在會導致伺服電機在工作臺沒有實際運動的情況下運行，這就是運動損失。

例如，在g01切割運動的情況下，反向偏差影響插值運動的精度。如果偏差過大，就會出現(xiàn)“圓不夠圓，方不夠方”的情況。在快速定位運動中，反向偏差影響機床的定位精度，降低了鉆孔、鏜孔等過程中孔間位置的精度。如果齒隙值很小且對加工精度影響不大，則不需要采取任何措施。如果該值較大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性顯著降低，加工精度顯著降低，尤其是曲線的加工，會影響尺寸公差和曲線的一致性，此時必須進行齒隙的測量和補償。尤其是采用半閉環(huán)控制的數(shù)控機床，齒隙會影響機床的定位精度和重復精度，這就要求我們在使用數(shù)控機床時要注意和研究齒隙的產(chǎn)生因素、影響因素和補償功能。在研究和實踐中，應認真總結(jié)和發(fā)現(xiàn)齒隙自動補償過程中的一些規(guī)律性誤差，采取相應的加工措施，提高零件的加工精度。

1.2間隙誤差測量

為了研究齒隙誤差對加工的影響，我們依托一個小型的三維坐標教學培訓平臺。該平臺集成了多軸運動控制器、電機及其驅(qū)動、電子控制箱和運動平臺。該機構(gòu)是一種模塊化的球螺桿傳動交叉工作平臺，用于實現(xiàn)目標軌跡和運動。該驅(qū)動裝置采用步進電機，控制裝置由pc機、基于dsp的閉環(huán)運動控制卡和相應的驅(qū)動組成。運動控制卡接受pc機發(fā)出的位置和軌跡指令進行規(guī)劃和處理，將其轉(zhuǎn)換為伺服驅(qū)動器可接受的指令格式，發(fā)送到伺服驅(qū)動器，伺服驅(qū)動器處理和放大，并將其輸出到執(zhí)行裝置。

選擇x軸，打開測量齒隙控制軟件（如圖2所示），并在運動過程中開始測量該軸平臺的齒隙誤差。

（1） 通過手動調(diào)整，平臺放置在合適的位置，一般靠近子段的是平臺，并設置為工件原點。

（2） 在“移動距離”輸入框中輸入要測試的移動距離，然后在“反向間隙輸入”框中輸入0，無間隙補償。

（3） 按前進微動按鈕，將螺釘沿正方向移動一段短距離（約10mm），然后單擊停止移動。

（4） 按測試按鈕，系統(tǒng)將根據(jù)輸入的測試距離自動測試，最終顯示測試結(jié)果。

（5） 重復上述操作，以測量齒隙幾次。獲取x軸正方向運動的齒隙值。

（6） 使用上述方法，按反向微動按鈕，測試x軸反向運動的齒隙，測量結(jié)果見表1。

（7） 分別計算兩組數(shù)據(jù)的平均值：正x軸運動的齒隙為-0.482，反向x軸運動的齒隙為0.480。