數控機床齒隙的測量

隨著機械制造技術的不斷發展，機床行業也從過去的傳統機床向數控機床轉型，并得到了快速發展。數控機床的普及率逐年上升，主要得益于數控技術的優越性。數控技術是為航空、造船、航天、武器生產等國防工業生產而發展起來的。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。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展，50年代末60年代初開始用于生產，并越來越多地得到推廣和應用。

就目前我國制造業的技術和經濟發展水平以及經濟發展狀況來看，經濟型數控機床更適合我國企業及相關行業使用。目前這類機器的占用率很高，大多數是開環或半閉環控制系統。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量的重要環節。

1數控機床間隙誤差分析

1.1間隙誤差

數控機床的機械間隙誤差是指機床鏈條頭部到執行機構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為反向運動時，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。當數控機床工作臺沿其運動方向反轉時，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“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，系統的穩定性顯著降低，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。尤其是采用半閉環控制的數控機床，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控機床時要注意和研究齒隙的產生因素、影響因素和補償功能。在研究和實踐中，應認真總結和發現齒隙自動補償過程中的一些規律性誤差，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、電機及其驅動、電子控制箱和運動平臺。該機構是一種模塊化的球螺桿傳動交叉工作平臺，用于實現目標軌跡和運動。該驅動裝置采用步進電機，控制裝置由pc機、基于dsp的閉環運動控制卡和相應的驅動組成。運動控制卡接受pc機發出的位置和軌跡指令進行規劃和處理，將其轉換為伺服驅動器可接受的指令格式，發送到伺服驅動器，伺服驅動器處理和放大，并將其輸出到執行裝置。

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，系統將根據輸入的測試距離自動測試，最終顯示測試結果。

（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，測量結果見表1。

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