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摘 要：数控技术的应用为加工制造业的繁荣奠定了良好基础，同时给生产带来各种便捷，但也存在相应的问题，如数控铣床间隙的产生就严重影响了加工的质量。本文探讨了数控铣床间隙的形成和其对加工质量的影响，并论述了对间隙进行调节和补偿的方法。
关键词：数控铣床 间隙 质量 补偿
中图分类号：TG547 文献标识码：A 文章编号：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
数控铣床以其效率高、柔性好、质量稳定、加工精度高等优点在加工制造业得到广泛应用和迅速发展。但在实际加工过程中，数控铣床间隙的出现严重影响了加工的质量的精准度。因此，有效的调节和补偿铣床间隙就成为提高加工质量的关键。
1 数控铣床间隙的形成
使用数控铣床铣削零件必须由两个传动系统来完成，一个是主传动系统，另一个是进给传动系统。主传动系统主要由主轴、主轴电机以及两者之间的传动部件组成，这一系统通过提供不同的主轴转速，来切除工件多余的材料。进给传动系统是由工作台、进给伺服电机和以及两者间的传动、联接或支承部件组成，这个系统在各个坐标轴的实现进给运动，从而控制工件的加工尺寸和形状。数控铣床进给系统的精度直接影响工件加工的精度，而这一系统的各个传动部件间隙的变化是影响进给传动精度的重要因素。因为进给传动多数是双向的，所以当传动方向发生改变后，传动件之间的间隙就会导致工件加工的误差，严重影响工件的品质和精度。而进给传动系统产生间隙的原因是多方面的，其中包括：进给传动中齿轮、丝杠副的副顺畅运动本身就要求运动副的部件有一定间隙；进给传动系统中各部件在安装时的误差导致间隙的出现；进给传动过程中各部件之间的磨损导致间隙的产生，如导轨副、丝杠副、齿轮副磨损产生的间隙。进给传动中各部件之间产生间隙是不可避免的，只有采取有效的方法将产生的间隙减小或消除才能保障加工的品质和精度。
2 数控铣床间隙对加工质量的影响
在生产加工过程中，数控铣床的各传动部件将会受到力的作用，所以铣床各部件之间原有的间隙对加工质量的影响就比较复杂。虽然一些数控铣床的系统里带有反向间隙补偿，但是单凭系统内的补偿是远远达不到要求的，间隙还是会对工件质量产生一定影响。
当数控铣床间隙在系统中得到有效补偿时，在某些情况下间隙对加工精度没有影响，而在某些情况下间隙则会影响加工精度。例如（图1）。
采用顺铣的方法铣削AB边时，由于丝杆对工件的作用力与刀具对工件的作用力相反，致使刀具的运动紧贴工件，这时，丝杆的间隙不会对加工精度产生影响。但是在刀具铣削CD、DA和BC边时，由于丝杆对工件的作用力与刀具对工件的作用力相同，刀具就会向外偏移，这时丝杆间隙就会对加工精度产生一定影响。
当采用逆铣的方式铣削AB边时，由于丝杆对工件的作用力与刀具对工件的作用力相同，刀具会向内偏移，此时间隙会对加工精度产生影响。当铣削CD、DA和BC边时，由于丝杆对工件的作用力与刀具对工件的作用力相反，因此刀具的运动紧贴工件，这时的间隙不会对加工精度产生影响。
在一些情况下，系统中对铣床的间隙的补偿在长时间使用后，增大的间隙没有在参数上得到调整，致使铣床间隙没有得到有效的补偿，这时铣床间隙对加工精度的影响比有补偿的情况更加严重。
铣床间隙对加工质量产生的影响主要是过切。加工中的过切严重影响了加工精度，甚至还会出现产品报废的情况。由于数控铣床存在间隙，在铣削零件内角时容易出现过切，当铣刀运动进行到内角时，刀与工件的接触面积比原来大，再加上间隙的存在，切削的力度也随之增大，刀过内角后，切削面减少，弹性变形恢复，产生过切。当加工拐角为直角的工件时，加工路线沿着横纵坐标，在其中一个坐标轴的指令完成的瞬间，另一坐标轴开始接受指令，在两个指令交替的过程中，间隙的存在会使指令出现滞后，在第二个指令开始时，刀还没有拐到制定位置，因此出现过切。数控铣床具有刀具半径补偿功能，但是不能在加工面的连接处运用这一功能，如果铣床存在间隙，刀具在进行径向切入时运动方向和力度就会发生改变，再加上工艺系统的弹性变形，就会出现工件的过切。 3 解决间隙的方法——有效调整机床间隙
3.1 对丝杆间隙的调节
在生产加工中，双螺母垫片是调节丝杆间隙的有效方式。例如在图2中，这一结构的基本组成是：左螺母、丝杆、螺钉、滚珠、垫片、右螺母。对这一结构进行间隙调整的原理就是：先选择恰当厚度的垫片，在用螺钉上紧左、右螺母，左、右螺母在轴向上产生的相对位移会使螺母上螺旋槽的导程错位于丝杆上螺旋槽的导程，这样螺母螺旋槽的各个侧面就会紧压在滚珠上，滚珠的其它侧面也会紧压在丝杆螺旋槽上，这样在加工传动时向任意方向旋转都不会产生间隙，在滚珠、螺母和丝杆之间施加的压力消除了间隙产生的可能。
采用这一方式调整丝杆间隙的优点是刚性好、结构简单、拆装方便，但是这一方式同样存在一些缺点。例如：垫片的选择要求较高，要调整不同程度的间隙就要选择不同厚度的垫片，如果对垫片的厚度无法精准的把握就会影响调适效果；另外左、右两个螺母的同轴度较难把握，两个螺母通过螺钉连接，在安装过程中两个螺母和丝杆三者之间可能产生夹角，滚珠在形成的楔形轨道中容易被卡死，过大的摩擦力导致更大程度的磨损；再有就是滚道磨损后不能自动消除间隙，需要借助人工的预紧力才能做到。鉴于双螺母垫片对丝杆间隙的调节的优缺点并存，在实际加工中还需要辅之以其它方式的调节方法，才能够取长补短，最大限度的到达精准。
3.2 对齿轮间隙的调节
对齿轮间隙的调节常用的主要有加垫片、双片薄齿轮错齿和偏心轴承三种方法。在轴承上加垫片是一种常见的方法，选择厚度适中的垫片，使两个齿合的齿轮中的一个沿轴向移动，消除齿轮间隙，垫片的厚度应该既能保证消除间隙，又能使齿轮灵活转动；双片薄齿轮错齿是在齿轮副装配时，使双片薄齿轮中的一片齿轮右侧与另一片齿轮的左侧分别紧贴在宽齿轮的两侧，并紧固两片齿轮，这样不管宽齿轮正转还是反转，都有相应的齿轮与之咬合传递动力，也消除了齿侧的间隙；偏心轴承对齿轮间隙的调节就是将齿轮副中的一个齿轮装在偏心套上，通过转动齿轮相对偏心套的转角来调节两个齿轮的中心距，从而消除齿侧间隙，提高加工精度。
4 对铣床间隙的补偿
通常数控铣床的都会有一个针对自身机床特点和需要的补偿功能，例如：刀具半径补偿、对刀点位置偏差补偿、机械反向间隙参数补偿、刀位半径补偿等自动补偿功能。在半闭环、开环系统中较为常见的机械反向间隙参数补偿法。其基本原理是通过铣床控制系统的系统参数设置来补偿实际测量的反向间隙误差值。先实际测量运动轴的间隙误差值，然后在控制面板上输入控制单元，这样在铣床走刀时先在预定的方向反向走刀，将间隙值提前走出，然后再走预设的数值，这样间隙误差就得到补偿。在此种方法的应用中，一个控制程序就能对所有程序中的反向走刀量进行控制，预先设定的几个间隙值可以对所有加工过程的间隙误差进行补偿，而且这种简单易行的方法对编写加工程序也没有影响。此种方法的弊端关键在于对实际间隙值的测量存在误差，输入的间隙参数往往是综合性的间隙误差。
5 结语
影响数控铣床加工质量的因素很多，其中铣床间隙是其中不可忽视的一个因素。数控铣床的进给系统传动效率高、摩擦阻力小、传动刚度高，但是在长期使用后，产生反向间隙是不可避免的。所以及时发现铣床的间隙，并对其采取有效的方式进行消除和补偿，才能够最大限度的保证加工精度、提高加工质量。
参考文献
[1] 张燕.滚珠丝杠预紧在装配的应用[J].机械工业标准化与质量，2008，12（4）：38-39.
[2] 申晓龙，张来希，胡佳英.加工长杆异型螺杆数控铣床的开发与应用[J].科技导报，2011（26）.
[3] 王中祥.数控铣床典型零件加工及实例分析[J].硅谷，2012，7（6）：47-49.
[4] 李艳霞.基于工作过程系统化的数控机床及其应用教学设计[J].实验技术与管理，2010（12）.
关键词：数控铣床 间隙 质量 补偿
中图分类号：TG547 文献标识码：A 文章编号：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
数控铣床以其效率高、柔性好、质量稳定、加工精度高等优点在加工制造业得到广泛应用和迅速发展。但在实际加工过程中，数控铣床间隙的出现严重影响了加工的质量的精准度。因此，有效的调节和补偿铣床间隙就成为提高加工质量的关键。
1 数控铣床间隙的形成
使用数控铣床铣削零件必须由两个传动系统来完成，一个是主传动系统，另一个是进给传动系统。主传动系统主要由主轴、主轴电机以及两者之间的传动部件组成，这一系统通过提供不同的主轴转速，来切除工件多余的材料。进给传动系统是由工作台、进给伺服电机和以及两者间的传动、联接或支承部件组成，这个系统在各个坐标轴的实现进给运动，从而控制工件的加工尺寸和形状。数控铣床进给系统的精度直接影响工件加工的精度，而这一系统的各个传动部件间隙的变化是影响进给传动精度的重要因素。因为进给传动多数是双向的，所以当传动方向发生改变后，传动件之间的间隙就会导致工件加工的误差，严重影响工件的品质和精度。而进给传动系统产生间隙的原因是多方面的，其中包括：进给传动中齿轮、丝杠副的副顺畅运动本身就要求运动副的部件有一定间隙；进给传动系统中各部件在安装时的误差导致间隙的出现；进给传动过程中各部件之间的磨损导致间隙的产生，如导轨副、丝杠副、齿轮副磨损产生的间隙。进给传动中各部件之间产生间隙是不可避免的，只有采取有效的方法将产生的间隙减小或消除才能保障加工的品质和精度。
2 数控铣床间隙对加工质量的影响
在生产加工过程中，数控铣床的各传动部件将会受到力的作用，所以铣床各部件之间原有的间隙对加工质量的影响就比较复杂。虽然一些数控铣床的系统里带有反向间隙补偿，但是单凭系统内的补偿是远远达不到要求的，间隙还是会对工件质量产生一定影响。
当数控铣床间隙在系统中得到有效补偿时，在某些情况下间隙对加工精度没有影响，而在某些情况下间隙则会影响加工精度。例如（图1）。
采用顺铣的方法铣削AB边时，由于丝杆对工件的作用力与刀具对工件的作用力相反，致使刀具的运动紧贴工件，这时，丝杆的间隙不会对加工精度产生影响。但是在刀具铣削CD、DA和BC边时，由于丝杆对工件的作用力与刀具对工件的作用力相同，刀具就会向外偏移，这时丝杆间隙就会对加工精度产生一定影响。
当采用逆铣的方式铣削AB边时，由于丝杆对工件的作用力与刀具对工件的作用力相同，刀具会向内偏移，此时间隙会对加工精度产生影响。当铣削CD、DA和BC边时，由于丝杆对工件的作用力与刀具对工件的作用力相反，因此刀具的运动紧贴工件，这时的间隙不会对加工精度产生影响。
在一些情况下，系统中对铣床的间隙的补偿在长时间使用后，增大的间隙没有在参数上得到调整，致使铣床间隙没有得到有效的补偿，这时铣床间隙对加工精度的影响比有补偿的情况更加严重。
铣床间隙对加工质量产生的影响主要是过切。加工中的过切严重影响了加工精度，甚至还会出现产品报废的情况。由于数控铣床存在间隙，在铣削零件内角时容易出现过切，当铣刀运动进行到内角时，刀与工件的接触面积比原来大，再加上间隙的存在，切削的力度也随之增大，刀过内角后，切削面减少，弹性变形恢复，产生过切。当加工拐角为直角的工件时，加工路线沿着横纵坐标，在其中一个坐标轴的指令完成的瞬间，另一坐标轴开始接受指令，在两个指令交替的过程中，间隙的存在会使指令出现滞后，在第二个指令开始时，刀还没有拐到制定位置，因此出现过切。数控铣床具有刀具半径补偿功能，但是不能在加工面的连接处运用这一功能，如果铣床存在间隙，刀具在进行径向切入时运动方向和力度就会发生改变，再加上工艺系统的弹性变形，就会出现工件的过切。 3 解决间隙的方法——有效调整机床间隙
3.1 对丝杆间隙的调节
在生产加工中，双螺母垫片是调节丝杆间隙的有效方式。例如在图2中，这一结构的基本组成是：左螺母、丝杆、螺钉、滚珠、垫片、右螺母。对这一结构进行间隙调整的原理就是：先选择恰当厚度的垫片，在用螺钉上紧左、右螺母，左、右螺母在轴向上产生的相对位移会使螺母上螺旋槽的导程错位于丝杆上螺旋槽的导程，这样螺母螺旋槽的各个侧面就会紧压在滚珠上，滚珠的其它侧面也会紧压在丝杆螺旋槽上，这样在加工传动时向任意方向旋转都不会产生间隙，在滚珠、螺母和丝杆之间施加的压力消除了间隙产生的可能。
采用这一方式调整丝杆间隙的优点是刚性好、结构简单、拆装方便，但是这一方式同样存在一些缺点。例如：垫片的选择要求较高，要调整不同程度的间隙就要选择不同厚度的垫片，如果对垫片的厚度无法精准的把握就会影响调适效果；另外左、右两个螺母的同轴度较难把握，两个螺母通过螺钉连接，在安装过程中两个螺母和丝杆三者之间可能产生夹角，滚珠在形成的楔形轨道中容易被卡死，过大的摩擦力导致更大程度的磨损；再有就是滚道磨损后不能自动消除间隙，需要借助人工的预紧力才能做到。鉴于双螺母垫片对丝杆间隙的调节的优缺点并存，在实际加工中还需要辅之以其它方式的调节方法，才能够取长补短，最大限度的到达精准。
3.2 对齿轮间隙的调节
对齿轮间隙的调节常用的主要有加垫片、双片薄齿轮错齿和偏心轴承三种方法。在轴承上加垫片是一种常见的方法，选择厚度适中的垫片，使两个齿合的齿轮中的一个沿轴向移动，消除齿轮间隙，垫片的厚度应该既能保证消除间隙，又能使齿轮灵活转动；双片薄齿轮错齿是在齿轮副装配时，使双片薄齿轮中的一片齿轮右侧与另一片齿轮的左侧分别紧贴在宽齿轮的两侧，并紧固两片齿轮，这样不管宽齿轮正转还是反转，都有相应的齿轮与之咬合传递动力，也消除了齿侧的间隙；偏心轴承对齿轮间隙的调节就是将齿轮副中的一个齿轮装在偏心套上，通过转动齿轮相对偏心套的转角来调节两个齿轮的中心距，从而消除齿侧间隙，提高加工精度。
4 对铣床间隙的补偿
通常数控铣床的都会有一个针对自身机床特点和需要的补偿功能，例如：刀具半径补偿、对刀点位置偏差补偿、机械反向间隙参数补偿、刀位半径补偿等自动补偿功能。在半闭环、开环系统中较为常见的机械反向间隙参数补偿法。其基本原理是通过铣床控制系统的系统参数设置来补偿实际测量的反向间隙误差值。先实际测量运动轴的间隙误差值，然后在控制面板上输入控制单元，这样在铣床走刀时先在预定的方向反向走刀，将间隙值提前走出，然后再走预设的数值，这样间隙误差就得到补偿。在此种方法的应用中，一个控制程序就能对所有程序中的反向走刀量进行控制，预先设定的几个间隙值可以对所有加工过程的间隙误差进行补偿，而且这种简单易行的方法对编写加工程序也没有影响。此种方法的弊端关键在于对实际间隙值的测量存在误差，输入的间隙参数往往是综合性的间隙误差。
5 结语
影响数控铣床加工质量的因素很多，其中铣床间隙是其中不可忽视的一个因素。数控铣床的进给系统传动效率高、摩擦阻力小、传动刚度高，但是在长期使用后，产生反向间隙是不可避免的。所以及时发现铣床的间隙，并对其采取有效的方式进行消除和补偿，才能够最大限度的保证加工精度、提高加工质量。
参考文献
[1] 张燕.滚珠丝杠预紧在装配的应用[J].机械工业标准化与质量，2008，12（4）：38-39.
[2] 申晓龙，张来希，胡佳英.加工长杆异型螺杆数控铣床的开发与应用[J].科技导报，2011（26）.
[3] 王中祥.数控铣床典型零件加工及实例分析[J].硅谷，2012，7（6）：47-49.
[4] 李艳霞.基于工作过程系统化的数控机床及其应用教学设计[J].实验技术与管理，2010（12）.