摘 要：數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用為加工制造業(yè)的繁榮奠定了良好基礎(chǔ)，同時(shí)給生產(chǎn)帶來各種便捷，但也存在相應(yīng)的問題，如數(shù)控銑床間隙的產(chǎn)生就嚴(yán)重影響了加工的質(zhì)量。本文探討了數(shù)控銑床間隙的形成和其對(duì)加工質(zhì)量的影響，并論述了對(duì)間隙進(jìn)行調(diào)節(jié)和補(bǔ)償?shù)姆椒ā?/p>

關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床 間隙 質(zhì)量 補(bǔ)償

中圖分類號(hào)：TG547 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）06（b）-0090-02

The Effects of CNC Milling Machine Clearance on Machining Quality

Liang Yu

（Guangzhou Huangpu School，Guangzhou Guangdong，510730，China）

Abstract：the application of CNC milling machine lay the technical foundation for processing manufacturing boom.At the same time， it brings many kinds of convenient to the production，CNC milling machine has corresponding problems. Milling machine clearance will seriously affect the quality of the processing.This paper discusses the formation of CNC milling machine gap and its influence on machining quality.It discusses the method of adjustment and compensation of milling machine clearance.

Key Words：CNC milling machine；clearance；quality；the compensation

數(shù)控銑床以其效率高、柔性好、質(zhì)量穩(wěn)定、加工精度高等優(yōu)點(diǎn)在加工制造業(yè)得到廣泛應(yīng)用和迅速發(fā)展。但在實(shí)際加工過程中，數(shù)控銑床間隙的出現(xiàn)嚴(yán)重影響了加工的質(zhì)量的精準(zhǔn)度。因此，有效的調(diào)節(jié)和補(bǔ)償銑床間隙就成為提高加工質(zhì)量的關(guān)鍵。

1 數(shù)控銑床間隙的形成

使用數(shù)控銑床銑削零件必須由兩個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)來完成，一個(gè)是主傳動(dòng)系統(tǒng)，另一個(gè)是進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)。主傳動(dòng)系統(tǒng)主要由主軸、主軸電機(jī)以及兩者之間的傳動(dòng)部件組成，這一系統(tǒng)通過提供不同的主軸轉(zhuǎn)速，來切除工件多余的材料。進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)是由工作臺(tái)、進(jìn)給伺服電機(jī)和以及兩者間的傳動(dòng)、聯(lián)接或支承部件組成，這個(gè)系統(tǒng)在各個(gè)坐標(biāo)軸的實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而控制工件的加工尺寸和形狀。數(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)的精度直接影響工件加工的精度，而這一系統(tǒng)的各個(gè)傳動(dòng)部件間隙的變化是影響進(jìn)給傳動(dòng)精度的重要因素。因?yàn)檫M(jìn)給傳動(dòng)多數(shù)是雙向的，所以當(dāng)傳動(dòng)方向發(fā)生改變后，傳動(dòng)件之間的間隙就會(huì)導(dǎo)致工件加工的誤差，嚴(yán)重影響工件的品質(zhì)和精度。而進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生間隙的原因是多方面的，其中包括：進(jìn)給傳動(dòng)中齒輪、絲杠副的副順暢運(yùn)動(dòng)本身就要求運(yùn)動(dòng)副的部件有一定間隙；進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中各部件在安裝時(shí)的誤差導(dǎo)致間隙的出現(xiàn)；進(jìn)給傳動(dòng)過程中各部件之間的磨損導(dǎo)致間隙的產(chǎn)生，如導(dǎo)軌副、絲杠副、齒輪副磨損產(chǎn)生的間隙。進(jìn)給傳動(dòng)中各部件之間產(chǎn)生間隙是不可避免的，只有采取有效的方法將產(chǎn)生的間隙減小或消除才能保障加工的品質(zhì)和精度。

2 數(shù)控銑床間隙對(duì)加工質(zhì)量的影響

在生產(chǎn)加工過程中，數(shù)控銑床的各傳動(dòng)部件將會(huì)受到力的作用，所以銑床各部件之間原有的間隙對(duì)加工質(zhì)量的影響就比較復(fù)雜。雖然一些數(shù)控銑床的系統(tǒng)里帶有反向間隙補(bǔ)償，但是單憑系統(tǒng)內(nèi)的補(bǔ)償是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求的，間隙還是會(huì)對(duì)工件質(zhì)量產(chǎn)生一定影響。

當(dāng)數(shù)控銑床間隙在系統(tǒng)中得到有效補(bǔ)償時(shí)，在某些情況下間隙對(duì)加工精度沒有影響，而在某些情況下間隙則會(huì)影響加工精度。例如（圖1）。

采用順銑的方法銑削AB邊時(shí)，由于絲桿對(duì)工件的作用力與刀具對(duì)工件的作用力相反，致使刀具的運(yùn)動(dòng)緊貼工件，這時(shí)，絲桿的間隙不會(huì)對(duì)加工精度產(chǎn)生影響。但是在刀具銑削CD、DA和BC邊時(shí)，由于絲桿對(duì)工件的作用力與刀具對(duì)工件的作用力相同，刀具就會(huì)向外偏移，這時(shí)絲桿間隙就會(huì)對(duì)加工精度產(chǎn)生一定影響。

當(dāng)采用逆銑的方式銑削AB邊時(shí)，由于絲桿對(duì)工件的作用力與刀具對(duì)工件的作用力相同，刀具會(huì)向內(nèi)偏移，此時(shí)間隙會(huì)對(duì)加工精度產(chǎn)生影響。當(dāng)銑削CD、DA和BC邊時(shí)，由于絲桿對(duì)工件的作用力與刀具對(duì)工件的作用力相反，因此刀具的運(yùn)動(dòng)緊貼工件，這時(shí)的間隙不會(huì)對(duì)加工精度產(chǎn)生影響。

在一些情況下，系統(tǒng)中對(duì)銑床的間隙的補(bǔ)償在長時(shí)間使用后，增大的間隙沒有在參數(shù)上得到調(diào)整，致使銑床間隙沒有得到有效的補(bǔ)償，這時(shí)銑床間隙對(duì)加工精度的影響比有補(bǔ)償?shù)那闆r更加嚴(yán)重。

銑床間隙對(duì)加工質(zhì)量產(chǎn)生的影響主要是過切。加工中的過切嚴(yán)重影響了加工精度，甚至還會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)品報(bào)廢的情況。由于數(shù)控銑床存在間隙，在銑削零件內(nèi)角時(shí)容易出現(xiàn)過切，當(dāng)銑刀運(yùn)動(dòng)進(jìn)行到內(nèi)角時(shí)，刀與工件的接觸面積比原來大，再加上間隙的存在，切削的力度也隨之增大，刀過內(nèi)角后，切削面減少，彈性變形恢復(fù)，產(chǎn)生過切。當(dāng)加工拐角為直角的工件時(shí)，加工路線沿著橫縱坐標(biāo)，在其中一個(gè)坐標(biāo)軸的指令完成的瞬間，另一坐標(biāo)軸開始接受指令，在兩個(gè)指令交替的過程中，間隙的存在會(huì)使指令出現(xiàn)滯后，在第二個(gè)指令開始時(shí)，刀還沒有拐到制定位置，因此出現(xiàn)過切。數(shù)控銑床具有刀具半徑補(bǔ)償功能，但是不能在加工面的連接處運(yùn)用這一功能，如果銑床存在間隙，刀具在進(jìn)行徑向切入時(shí)運(yùn)動(dòng)方向和力度就會(huì)發(fā)生改變，再加上工藝系統(tǒng)的彈性變形，就會(huì)出現(xiàn)工件的過切。

3 解決間隙的方法——有效調(diào)整機(jī)床間隙

3.1 對(duì)絲桿間隙的調(diào)節(jié)

在生產(chǎn)加工中，雙螺母墊片是調(diào)節(jié)絲桿間隙的有效方式。例如在圖2中，這一結(jié)構(gòu)的基本組成是：左螺母、絲桿、螺釘、滾珠、墊片、右螺母。對(duì)這一結(jié)構(gòu)進(jìn)行間隙調(diào)整的原理就是：先選擇恰當(dāng)厚度的墊片，在用螺釘上緊左、右螺母，左、右螺母在軸向上產(chǎn)生的相對(duì)位移會(huì)使螺母上螺旋槽的導(dǎo)程錯(cuò)位于絲桿上螺旋槽的導(dǎo)程，這樣螺母螺旋槽的各個(gè)側(cè)面就會(huì)緊壓在滾珠上，滾珠的其它側(cè)面也會(huì)緊壓在絲桿螺旋槽上，這樣在加工傳動(dòng)時(shí)向任意方向旋轉(zhuǎn)都不會(huì)產(chǎn)生間隙，在滾珠、螺母和絲桿之間施加的壓力消除了間隙產(chǎn)生的可能。

采用這一方式調(diào)整絲桿間隙的優(yōu)點(diǎn)是剛性好、結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便，但是這一方式同樣存在一些缺點(diǎn)。例如：墊片的選擇要求較高，要調(diào)整不同程度的間隙就要選擇不同厚度的墊片，如果對(duì)墊片的厚度無法精準(zhǔn)的把握就會(huì)影響調(diào)適效果；另外左、右兩個(gè)螺母的同軸度較難把握，兩個(gè)螺母通過螺釘連接，在安裝過程中兩個(gè)螺母和絲桿三者之間可能產(chǎn)生夾角，滾珠在形成的楔形軌道中容易被卡死，過大的摩擦力導(dǎo)致更大程度的磨損；再有就是滾道磨損后不能自動(dòng)消除間隙，需要借助人工的預(yù)緊力才能做到。鑒于雙螺母墊片對(duì)絲桿間隙的調(diào)節(jié)的優(yōu)缺點(diǎn)并存，在實(shí)際加工中還需要輔之以其它方式的調(diào)節(jié)方法，才能夠取長補(bǔ)短，最大限度的到達(dá)精準(zhǔn)。

3.2 對(duì)齒輪間隙的調(diào)節(jié)

對(duì)齒輪間隙的調(diào)節(jié)常用的主要有加墊片、雙片薄齒輪錯(cuò)齒和偏心軸承三種方法。在軸承上加墊片是一種常見的方法，選擇厚度適中的墊片，使兩個(gè)齒合的齒輪中的一個(gè)沿軸向移動(dòng)，消除齒輪間隙，墊片的厚度應(yīng)該既能保證消除間隙，又能使齒輪靈活轉(zhuǎn)動(dòng)；雙片薄齒輪錯(cuò)齒是在齒輪副裝配時(shí)，使雙片薄齒輪中的一片齒輪右側(cè)與另一片齒輪的左側(cè)分別緊貼在寬齒輪的兩側(cè)，并緊固兩片齒輪，這樣不管寬齒輪正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，都有相應(yīng)的齒輪與之咬合傳遞動(dòng)力，也消除了齒側(cè)的間隙；偏心軸承對(duì)齒輪間隙的調(diào)節(jié)就是將齒輪副中的一個(gè)齒輪裝在偏心套上，通過轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪相對(duì)偏心套的轉(zhuǎn)角來調(diào)節(jié)兩個(gè)齒輪的中心距，從而消除齒側(cè)間隙，提高加工精度。

4 對(duì)銑床間隙的補(bǔ)償

通常數(shù)控銑床的都會(huì)有一個(gè)針對(duì)自身機(jī)床特點(diǎn)和需要的補(bǔ)償功能，例如：刀具半徑補(bǔ)償、對(duì)刀點(diǎn)位置偏差補(bǔ)償、機(jī)械反向間隙參數(shù)補(bǔ)償、刀位半徑補(bǔ)償?shù)茸詣?dòng)補(bǔ)償功能。在半閉環(huán)、開環(huán)系統(tǒng)中較為常見的機(jī)械反向間隙參數(shù)補(bǔ)償法。其基本原理是通過銑床控制系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置來補(bǔ)償實(shí)際測(cè)量的反向間隙誤差值。先實(shí)際測(cè)量運(yùn)動(dòng)軸的間隙誤差值，然后在控制面板上輸入控制單元，這樣在銑床走刀時(shí)先在預(yù)定的方向反向走刀，將間隙值提前走出，然后再走預(yù)設(shè)的數(shù)值，這樣間隙誤差就得到補(bǔ)償。在此種方法的應(yīng)用中，一個(gè)控制程序就能對(duì)所有程序中的反向走刀量進(jìn)行控制，預(yù)先設(shè)定的幾個(gè)間隙值可以對(duì)所有加工過程的間隙誤差進(jìn)行補(bǔ)償，而且這種簡單易行的方法對(duì)編寫加工程序也沒有影響。此種方法的弊端關(guān)鍵在于對(duì)實(shí)際間隙值的測(cè)量存在誤差，輸入的間隙參數(shù)往往是綜合性的間隙誤差。

5 結(jié)語

影響數(shù)控銑床加工質(zhì)量的因素很多，其中銑床間隙是其中不可忽視的一個(gè)因素。數(shù)控銑床的進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)效率高、摩擦阻力小、傳動(dòng)剛度高，但是在長期使用后，產(chǎn)生反向間隙是不可避免的。所以及時(shí)發(fā)現(xiàn)銑床的間隙，并對(duì)其采取有效的方式進(jìn)行消除和補(bǔ)償，才能夠最大限度的保證加工精度、提高加工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]張燕.滾珠絲杠預(yù)緊在裝配的應(yīng)用[J].機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2008，12（4）：38-39.

[2] 申曉龍，張來希，胡佳英.加工長桿異型螺桿數(shù)控銑床的開發(fā)與應(yīng)用[J].科技導(dǎo)報(bào)，2011（26）.

[3]王中祥.數(shù)控銑床典型零件加工及實(shí)例分析[J].硅谷，2012，7（6）：47-49.

[4] 李艷霞.基于工作過程系統(tǒng)化的數(shù)控機(jī)床及其應(yīng)用教學(xué)設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010（12）.