数控机床齿隙的测量

随着机械制造技术的不断发展，机床行业也从过去的传统机床向数控机床转型，并得到了快速发展。数控机床的普及率逐年上升，主要得益于数控技术的优越性。数控技术是为航空、造船、航天、武器生产等国防工业生产而发展起来的。特别适用于加工精度高、几何形状复杂、尺寸多、修改频繁的中小批量机械零件的生产。它从40年代末开始在国外研究，随着晶体管集成电路和计算技术的发展，50年代末60年代初开始用于生产，并越来越多地得到推广和应用。

就目前我国制造业的技术和经济发展水平以及经济发展状况来看，经济型数控机床更适合我国企业及相关行业使用。目前这类机器的占用率很高，大多数是开环或半闭环控制系统。机床的机械精度对加工精度影响很大，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。

1数控机床间隙误差分析

1.1间隙误差

数控机床的机械间隙误差是指机床链条头部到执行机构之间的机械间隙引起的综合误差，如图1所示。机床的进给链，误差来源于电机轴与齿轴之间由于键连杆的间隙、齿轮副间隙、齿轮与螺杆之间由于键连杆的间隙、联轴器中键连杆的间隙、螺杆螺母的间隙等。机床相对间隙误差是由于机床传动链中存在机械间隙引起的。

在机床作动器的运动过程中，当作动器由正向运动变为反向运动时，作动器的运动量与理论值（编程值）之间存在误差，最终反映为叠加在工件上的加工精度误差。当数控机床工作台沿其运动方向反转时，齿隙的存在会导致伺服电机在工作台没有实际运动的情况下运行，这就是运动损失。

例如，在g01切割运动的情况下，反向偏差影响插值运动的精度。如果偏差过大，就会出现“圆不够圆，方不够方”的情况。在快速定位运动中，反向偏差影响机床的定位精度，降低了钻孔、镗孔等过程中孔间位置的精度。如果齿隙值很小且对加工精度影响不大，则不需要采取任何措施。如果该值较大，系统的稳定性显著降低，加工精度显著降低，尤其是曲线的加工，会影响尺寸公差和曲线的一致性，此时必须进行齿隙的测量和补偿。尤其是采用半闭环控制的数控机床，齿隙会影响机床的定位精度和重复精度，这就要求我们在使用数控机床时要注意和研究齿隙的产生因素、影响因素和补偿功能。在研究和实践中，应认真总结和发现齿隙自动补偿过程中的一些规律性误差，采取相应的加工措施，提高零件的加工精度。

1.2间隙误差测量

为了研究齿隙误差对加工的影响，我们依托一个小型的三维坐标教学培训平台。该平台集成了多轴运动控制器、电机及其驱动、电子控制箱和运动平台。该机构是一种模块化的球螺杆传动交叉工作平台，用于实现目标轨迹和运动。该驱动装置采用步进电机，控制装置由pc机、基于dsp的闭环运动控制卡和相应的驱动组成。运动控制卡接受pc机发出的位置和轨迹指令进行规划和处理，将其转换为伺服驱动器可接受的指令格式，发送到伺服驱动器，伺服驱动器处理和放大，并将其输出到执行装置。

选择x轴，打开测量齿隙控制软件（如图2所示），并在运动过程中开始测量该轴平台的齿隙误差。

（1） 通过手动调整，平台放置在合适的位置，一般靠近子段的是平台，并设置为工件原点。

（2） 在“移动距离”输入框中输入要测试的移动距离，然后在“反向间隙输入”框中输入0，无间隙补偿。

（3） 按前进微动按钮，将螺钉沿正方向移动一段短距离（约10mm），然后单击停止移动。

（4） 按测试按钮，系统将根据输入的测试距离自动测试，最终显示测试结果。

（5） 重复上述操作，以测量齿隙几次。获取x轴正方向运动的齿隙值。

（6） 使用上述方法，按反向微动按钮，测试x轴反向运动的齿隙，测量结果见表1。

（7） 分别计算两组数据的平均值：正x轴运动的齿隙为-0.482，反向x轴运动的齿隙为0.480。