如何通過反向間隙補償、螺距補償提升機床精度

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數控機床設備生產效率的好壞與精度有很大的關係，因此企業在購買或研發數控機床時都十分看重這一點。然而，絕大部分的新機床在剛出廠時，精度都不夠標準，或者後期使用過程中出現機械磨合磨損的現象，所以調校數控機床的精度對日後生產工作的開展是非常關鍵的。

一、反向間隙補償

在數控機床上，由於各坐標軸進給傳動鏈上驅動部件的反向死區、各機械運動傳動副的反向間隙等誤差的存在，造成各坐標軸在由正向運動轉為反向運動時形成反向偏差，通常也稱反向間隙或失動量。對於採用半閉環伺服系統的數控機床，反向偏差的存在就會影響到機床的定位精度和重複定位精度，從而影響產品的加工精度。同時，隨著設備投入運行時間的增長，反向偏差還會隨因磨損造成運動副間隙的逐漸增大而增加，因此需要定期對機床各坐標軸的反向偏差進行測定和補償。

【反向間隙的測定】

反向偏差的測定方法：在所測量坐標軸的行程內，預先向正向或反向移動一個距離並以此停止位置為基準，再在同一方向給予一定移動指令值，使之移動一段距離，然後再往相反方向移動相同的距離，測量停止位置與基準位置之差。在靠近行程的中點及兩端的三個位置分別進行多次測定（一般為七次），求出各個位置上的平均值，以所得平均值中的最大值為反向偏差測量值。在測量時一定要先移動一段距離，否則不能得到正確的反向偏差值。

測量直線運動軸的反向偏差時，測量工具通常采有千分表或百分表，若條件允許，可使用雙頻激光干涉儀進行測量。當採用千分表或百分表進行測量時，需要注意的是表座和表桿不要伸出過高過長，因為測量時由於懸臂較長，表座易受力移動，造成計數不準，補償值也就不真實了。若採用編程法實現測量，則能使測量過程變得更便捷更精確。

例如，在三坐標立式機床上測量X軸的反向偏差，可先將表壓住主軸的圓柱表面，然後運行如下程序進行測量：

N10G91G01X50F1000；工作台右移

N20X－50；工作台左移，消除傳動間隙

N30G04X5；暫停以便觀察

N40Z50；Z軸抬高讓開

N50X-50：工作台左移

N60X50：工作台右移複位

N70Z-50：Z軸複位

N80G04X5：暫停以便觀察

N90M99；

需要注意的是，在工作台不同的運行速度下所測出的結果會有所不同。一般情況下，低速的測出值要比高速的大，特別是在機床軸負荷和運動阻力較大時。低速運動時工作台運動速度較低，不易發生過沖超程，因此測出值較大；在高速時，由於工作台速度較高，容易發生過沖超程，測得值偏小。迴轉運動軸反向偏差量的測量方法與直線軸相同，只是用於檢測的儀器不同而已。

【反向間隙的補償】

國產數控機床，定位精度有不少>0.02mm，但沒有補償功能。對這類機床，在某些場合下，可用編程法實現單向定位，清除反向間隙，在機械部分不變的情況下，只要低速單向定位到達插補起始點，然後再開始插補加工。插補進給中遇反向時，給反向間隙值再正式插補，即可提高插補加工的精度，基本上可以保證零件的公差要求。

對於其他類別的數控機床，通常數控裝置內存中設有若干個地址，專供存儲各軸的反向間隙值。當機床的某個軸被指令改變運動方向時，數控裝置會自動讀取該軸的反向間隙值，對坐標位移指令值進行補償、修正，使機床準確地定位在指令位置上，消除或減小反向偏差對機床精度的不利影響。

一般數控系統只有單一的反向間隙補償值可供使用，為了兼顧高、低速的運動精度，除了要在機械上做得更好以外，只能將在快速運動時測得的反向偏差值作為補償值輸入，因此難以做到平衡、兼顧快速定位精度和切削時的插補精度。

對於FANUC0i、FANUC18i等數控系統，有用於快速運動（G00）和低速切削進給運動（G01）的兩種反向間隙補償可供選用。根據進給方式的不同，數控系統自動選擇使用不同的補償值，完成較高精度的加工。

將G01切削進給運動測得的反向間隙值A輸入參數NO11851（G01的測試速度可根據常用的切削進給速度及機床特性來決定），將G00測得的反向間隙值B輸入參數NO11852。需要注意的是，若要數控系統執行分別指定的反向間隙補償，應將參數號碼1800的第四位（RBK）設定為1；若RBK設定為0，則不執行分別指定的反向間隙補償。G02、G03、JOG與G01使用相同的補償值。

二、螺距補償

數控機床的定位精度是指所測量的機床運動部件在數控系統控制下運動所能達到的位置精度，是數控機床有別於普通機床的一項重要精度，它與機床的幾何精度共同對機床切削精度產生重要的影響，尤其對孔隙加工中的孔距誤差具有決定性的影響。一台數控機床可以從它所能達到的定位精度判出它的加工精度，所以對數控機床的定位精度進行檢測和補償是保證加工質量的必要途徑。

【螺距的測定】

目前多採用雙頻激光干涉儀對機床檢測和處理分析，利用激光干涉測量原理，以激光實時波長為測量基準，所以提高了測試精度及增強了適用範圍。

檢測方法如下：

安裝雙頻激光干涉儀；

在需要測量的機床坐標軸方向上安裝光學測量裝置；

調整激光頭，使測量軸線與機床移動軸線共線或平行，即將光路預調準直；

待激光預熱後輸入測量參數；

按規定的測量程序運動機床進行測量；

數據處理及結果輸出。

【螺距的補償】

若測得數控機床的定位誤差超出誤差允許範圍，則必須對機床進行誤差補償。常用方法是計算出螺距誤差補償表，手動輸入機床CNC系統，從而消除定位誤差，由於數控機床三軸或四軸補償點可能有幾百上千點，所以手動補償需要花費較多時間，並且容易出錯。