01
序言
數(shù)控車床的加工精度不但與其本身的精度有關(guān)，而且與數(shù)控加工程序密切相關(guān)。加工程序編寫得不當(dāng)，不但會(huì)造成意想不到的錯(cuò)誤，還會(huì)誤認(rèn)為是機(jī)床精度出了問題，維修機(jī)床時(shí)又找不到問題，無從下手。下面以一類似的案例進(jìn)行分析。
02
故障描述
用CK6140數(shù)控車床加工圖1所示工件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)第一個(gè)工件精度沒有問題，第二個(gè)工件外徑和內(nèi)孔均比第一個(gè)工件大了兩絲（1絲=10μm，下同），第三個(gè)工件外徑和內(nèi)孔又比第二個(gè)工件大了兩絲，繼續(xù)加工還是出現(xiàn)這樣的問題，于是操作人員認(rèn)為機(jī)床精度有問題，要求維修。
圖1 工件結(jié)構(gòu)
經(jīng)檢查機(jī)床精度沒有問題，此內(nèi)孔的常規(guī)加工程序如下。
N40 G0X150Z100；
N50 T0202；
N60 G0X25Z1；
N70 G1Z-105F0.25；
N80 G0Z100；
N90 G0X150；
加工程序N70后沒有X向退刀指令，操作人員表示內(nèi)孔沒有表面粗糙度要求，這樣編程可以提高加工效率，缺少X向退刀指令，不會(huì)影響機(jī)床的精度，其他技術(shù)人員也同意操作人員的看法，于是陷入了無從下手的境地。
03
故障分析
從故障現(xiàn)象分析，每個(gè)工件均比前一個(gè)工件的外徑和內(nèi)孔大兩絲，問題可能出在X向。經(jīng)檢查X向絲杠不存在竄動(dòng)問題，而X向的反向間隙正好是兩絲，反向間隙補(bǔ)償量也為兩絲，說明機(jī)床精度沒有問題。在無計(jì)可施的情況下，只有改動(dòng)程序試一試，于是在N60與N70間插入如下程序段。
N63 G0X24；
N66 G0X25；
其他程序不變，重新試車，故障解決，這說明問題出在反向間隙補(bǔ)償上。下面針對(duì)兩種情況進(jìn)行分析。
常規(guī)加工內(nèi)孔程序軌跡如圖2所示，改動(dòng)后的加工內(nèi)孔程序軌跡如圖3所示。圖2和圖3中的A點(diǎn)為內(nèi)孔刀的起刀點(diǎn)，其坐標(biāo)為X=150、Z=100；B點(diǎn)的坐標(biāo)為X=25、Z=1；C點(diǎn)的坐標(biāo)為X=25、Z=-105；H點(diǎn)的坐標(biāo)為X=25、Z=0；G點(diǎn)的坐標(biāo)為X=24、Z=1；E、F為X向滾珠絲杠螺母兩端。
圖2 常規(guī)加工內(nèi)孔程序軌跡
如圖2所示，刀具從A到B，X軸的滾珠絲杠與螺母的實(shí)際間隙在F點(diǎn)，此時(shí)絲杠與螺母在E處無間隙，刀具從B到C，X軸滾珠絲杠不動(dòng)，當(dāng)?shù)毒哌\(yùn)行到H點(diǎn)開始切削，此時(shí)刀具受到一個(gè)工件向X軸負(fù)向的擠壓力，在該力的作用下，滾珠絲杠螺母向X軸的負(fù)端微動(dòng)，當(dāng)F端的間隙全部轉(zhuǎn)到E端時(shí)，微動(dòng)停止。而這個(gè)過程數(shù)控系統(tǒng)無法獲知，因此C點(diǎn)相當(dāng)于向X軸負(fù)向偏移了一個(gè)滾珠絲杠反向間隙量，此時(shí)滾珠絲杠與螺母的間隙在E端，F(xiàn)端滾珠絲杠與絲母緊密貼合2，執(zhí)行N80 GOZ100后，不會(huì)影響X向滾珠絲杠間隙的變化。執(zhí)行N90 G0X150，X軸反向，數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行滾珠絲杠反向間隙補(bǔ)償。由于在外力的作用下，X軸的反向間隙已從F端轉(zhuǎn)移到E端，X軸向負(fù)端運(yùn)行時(shí)不存在間隙，由此可以看出，當(dāng)?shù)毒呋氐狡鸬饵c(diǎn)A時(shí)，并不是原來的A點(diǎn)位置，而是將A點(diǎn)向X軸的正向偏移了一個(gè)反向間隙量，這樣內(nèi)孔車刀每循環(huán)一次，只要X軸負(fù)向的擠壓力足夠，整個(gè)工件坐標(biāo)就向X軸的正向偏移一個(gè)反向間隙量，從而造成上述故障。
在圖3中增加了N63與N66程序語句，當(dāng)執(zhí)行完N66這條程序后，滾珠絲杠與絲母的實(shí)際間隙在F處，此時(shí)E處無間隙。從H到C，刀具盡管受到工件向X軸的負(fù)向的擠壓力，但E處無間隙，滾珠絲杠又被伺服電動(dòng)機(jī)定位，因此X向不會(huì)有任何誤差，連續(xù)加工不會(huì)出現(xiàn)上述故障。
圖3 改動(dòng)后加工內(nèi)孔程序軌跡
04
結(jié)束語
通過以上實(shí)例說明，消除反向間隙是保證加工精度的重要手段之一。系統(tǒng)參數(shù)補(bǔ)償法不影響加工程序的編寫，雖然系統(tǒng)參數(shù)補(bǔ)償法易操作、簡(jiǎn)單明了，但是局限性較大。利用加工程序進(jìn)行消除反向間隙適用于開環(huán)、半閉環(huán)系統(tǒng)，特別對(duì)沒有補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)具有較大的實(shí)際作用。但是這種編程方法，對(duì)編程人員的工藝知識(shí)和對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)的了解程度要求較高。
