摘要：以H N C -21M 係統為（wéi）基礎，研（yán）究數控機床的螺距誤差和反（fǎn）向間隙誤（wù）差存在的原因和進行軟件補償的原（yuán）理。在軟件補償（cháng）原理的基礎上，試驗以100m m 為步長，測試5 個（gè）不同位置（zhì）機床實際移動距離，通過計算得到了平均螺（luó）距誤差為0.058m m 和（hé）反向間隙誤差0.11m m ，為下一步工作提供必要（yào）的基礎。同時提出基於華中（zhōng）數控係統的具體軟件補償的方案和（hé）步驟，試驗表明通（tōng）過該方法可以將數控機床的加工精度提高至（zhì）0.0005m m 。

      關鍵詞：數控係統；螺（luó）距誤差；反向間隙；N C

      1 、引言

     數控機床通常長期工作在高速或重載的情況下,由於機械部件的（de）磨損、老化等（děng）問題，嚴重影響了機床的加工精度和質量。因此（cǐ），針對（duì）數控機床磨損進行檢測和維修是非常重要的。對於數控機床磨損問題，通常采用對磨損部（bù）件直接替換的方案，該類方案成本高、時間長而且嚴重影響機床的工作效率。在大負（fù）載工況下數控銑（xǐ）床長時間工作後，機床傳動機構的反向間隙（xì）和螺距誤差等因素是降（jiàng）低機床精度的重要原因。針對數控機床在使用過程中的這兩個主要的誤差（chà），本文（wén）以華中數控銑床HNC-21MD 為基礎，通過軟件補償的辦法提高數控機床的精度。

      2 、試驗原理與方法

      2.1 螺距（jù）補償原（yuán）理

     通常，數（shù）控（kòng）機床由機械部分、電子硬件部分、軟件部分組（zǔ）成，隻有（yǒu）三者穩定的狀態才（cái）能很好地發揮數控機床高精度、高效率的特性。然而，一台數控設備經過多年的運行（háng），很多移動部（bù）件都發生了不同（tóng）程度的磨損，其位置（zhì）精度都會發生（shēng）變化。即使未到大（dà）修年限，一般精密級的數控機床也會重新進行位置精度的測量及補償。下麵著（zhe）重介紹精（jīng）度補（bǔ）償的一般（bān）性原理及方法（fǎ）。

     如圖1 所示，數控機床軟件補償的一般原理是（shì）在機床無加工負載的情況下，首先（xiān）取消已有（yǒu）的補（bǔ）償參數，在機床工作台移動方向的可測量範圍內，先將測量距離平均分為多個等（děng）分段。然後，將機床工作台移（yí）動到每個目標等（děng）分位（wèi）置di，並測量出工作台的實（shí）際移（yí）動距離和目標移動距離的平均位置偏差de，把平均位置偏差，添加到數控機床的插補係統中，完成軟件補償。具體的方（fāng）法如圖（tú）1 所示，機床按照（zhào）相關指令驅動工作台沿X 軸或Y 軸運動到理想位置距離dg，而工作台實際移動的位置距離為da，測量出該位（wèi）置的（de）平均偏差為de；將（jiāng）de 輸入數（shù）控係統中，完（wán）成插補（bǔ）的NC 係統，在移動工作台時會將誤差de 平均疊加相關移動指令中，而工作台的實際移動距離就為（wéi）： da=dg+de （1）通過式（1）的方法，軟件（jiàn）補（bǔ）償可以使誤差部分（fèn）抵消，實現誤差補償。

      2.2 反向間隙補償原理

      如圖2 所示，由於數控機床的磨損，機械（xiè）傳動機構（gòu）尤其齒輪會產生間隙（xì），機床工作台沿著某個方向前進後，反方向運動時，由於反向間隙的緣故，出現驅動電機轉（zhuǎn）動而工作台不（bú）移動（dòng）的（de）現（xiàn）象，為此采用反向間隙補償的方（fāng）案來提高機床的加工精度（dù）。反向（xiàng）間隙補償原理的前提條件是機床沒有（yǒu）軟件補償、無負載；在機床工作台移動方向的可測量範圍內，先將（jiāng）測量距離平（píng）均分為多個等分段，測量出理想位置dm 的平均反向差值A，把平均位置偏差添加到數控機（jī）床的插補係統中，完成軟件反向間隙補（bǔ）償。完成（chéng）補償後，數控（kòng）軟件係統在驅動工（gōng）作台方向運動時，根據補償數值，預先讓工作台反向移動A 值，然後按設定（dìng）的機器代碼繼續工作。按照上述方向間隙補償原理，機床反向運動（dòng）時，工作台會先反向移動A 距離，後運動指令dm 距離；那麽在（zài）此（cǐ）期間數控機床運動的實際距離L＝dm+A （2）

     3 、試（shì）驗

     HNC-21MD 數控銑床配置華中數控世紀星係統，其（qí）X 軸精度大幅降低，經過檢（jiǎn）測發現存（cún）在螺距（jù）誤差（chà）和反（fǎn）向間隙誤差。為了延（yán）長機床的使（shǐ）用壽命和提高機（jī）床的（de）精度。采用光柵尺（chǐ）進行機床的實際移動距（jù）離測量（liàng）。以100mm 為步長，測試（shì）機（jī）床沿（yán）著X 軸方向的實際移動距離。圖（tú）3 為機床的實際移動距離和誤差值。

     從圖3 可知，數控機床沿著（zhe）X 軸方向前進時，存在0.058mm 的螺距平均誤差（chà），其值（zhí）變化平緩，不存在較（jiào）大的（de）突變，可以（yǐ）通過軟件補償的方法進行修補。

      采用同（tóng）樣的設備，測量5 次機床沿著X 軸反（fǎn）方向移（yí）動步長為100mm 時機床NC 界（jiè）麵的指令運動尺寸，記錄試驗數據，利用（yòng）式（2）進行處理，得到5 次平均反向間隙誤差為（wéi）0.11mm。
 

      表1 反向（xiàng）間隙誤差測量數據

       4 、軟件誤差補償方法

     如（rú）圖4 所示，在（zài）進行測量前，首先要確定相關修改的權限，軸補償參數係統等軟（ruǎn）件的（de）打開。開啟HNC-21M 華中數控銑床後，先進入“參數”設置界麵，輸入數控係統的（de）安全保護密（mì）碼；分別按下（xià）數控廠家參（cān）數、參數索引、軸補償參數等按鍵；選擇要補償的X 軸（zhóu），打開X 軸（zhóu）軟件補償麵。依據上述（shù）的補償原理，先將係統中已有的螺距（jù）補償（cháng）、反向間隙等參數清空為零。

     將光柵尺安裝於置於機床的工作台中間位置，同時通過打表等方式確（què）保光柵尺（chǐ）與移動方向導軌的平行度誤差應該（gāi）小於0.02mm。

      在使工作台沿X 軸移（yí）動（dòng）時，先讓（ràng）工作台處於Y 軸的中間位置（zhì），然後（hòu）移動到機床的O 點；在測量（liàng）過程中，當（dāng）機床運動到指令（lìng）位置時，程序設置停留數秒，以方便讀數和（hé）記錄。同時為了（le）測量數據的準確性，按照上述方法測量多次，並將數據填寫（xiě）到相關的（de）表格中。

     按照式（1）、（2）計算出相（xiàng）關誤差。如圖5 所示，然後將平均反向間隙誤差A 和平均位置偏差de 輸入軟件軸補償參數表。

      5 、驗證試驗（yàn）

     通過上述方法進行軟件補償之（zhī）後，重啟係統。利（lì）用同（tóng）樣的試驗方案，測試機床的加工精度。同樣以100mm 為步長，通過光柵尺（chǐ）檢（jiǎn）測6 個點工（gōng）作台實際運動的位置，圖6 為補償前後的精度對比。

     從圖6 可知，通（tōng）過上述軟件補償方法，機床的平均精度為0.0005mm，達到了預期效果，極（jí）大地提高了舊機床的工作精度。

     6 、結（jié）語

    由（yóu）於機床的磨損（sǔn），機床存在（zài）螺距誤差和反向間隙（xì）誤差。該文（wén）通過分析誤差存在的原因和軟件補償的原理，基於HNC-21M 係統通過相關試驗，計算出機（jī）床的誤差。驗證試驗表明， 軟件補償可（kě）以將機床的精度（dù）提高為0.0005mm，有效提高了機床壽（shòu）命（mìng）和加工精度。