01
序言
数控车床的加工精度不但与其本身的精度有关，而且与数控加工程序密切相关。加工程序编写得不当，不但会造成意想不到的错误，还会误认为是机床精度出了问题，维修机床时又找不到问题，无从下手。下面以一类似的案例进行分析。
02
故障描述
用CK6140数控车床加工图1所示工件，结果发现第一个工件精度没有问题，第二个工件外径和内孔均比第一个工件大了两丝（1丝=10μm，下同），第三个工件外径和内孔又比第二个工件大了两丝，继续加工还是出现这样的问题，于是操作人员认为机床精度有问题，要求维修。
图1 工件结构
经检查机床精度没有问题，此内孔的常规加工程序如下。
N40 G0X150Z100；
N50 T0202；
N60 G0X25Z1；
N70 G1Z-105F0.25；
N80 G0Z100；
N90 G0X150；
加工程序N70后没有X向退刀指令，操作人员表示内孔没有表面粗糙度要求，这样编程可以提高加工效率，缺少X向退刀指令，不会影响机床的精度，其他技术人员也同意操作人员的看法，于是陷入了无从下手的境地。
03
故障分析
从故障现象分析，每个工件均比前一个工件的外径和内孔大两丝，问题可能出在X向。经检查X向丝杠不存在窜动问题，而X向的反向间隙正好是两丝，反向间隙补偿量也为两丝，说明机床精度没有问题。在无计可施的情况下，只有改动程序试一试，于是在N60与N70间插入如下程序段。
N63 G0X24；
N66 G0X25；
其他程序不变，重新试车，故障解决，这说明问题出在反向间隙补偿上。下面针对两种情况进行分析。
常规加工内孔程序轨迹如图2所示，改动后的加工内孔程序轨迹如图3所示。图2和图3中的A点为内孔刀的起刀点，其坐标为X=150、Z=100；B点的坐标为X=25、Z=1；C点的坐标为X=25、Z=-105；H点的坐标为X=25、Z=0；G点的坐标为X=24、Z=1；E、F为X向滚珠丝杠螺母两端。
图2 常规加工内孔程序轨迹
如图2所示，刀具从A到B，X轴的滚珠丝杠与螺母的实际间隙在F点，此时丝杠与螺母在E处无间隙，刀具从B到C，X轴滚珠丝杠不动，当刀具运行到H点开始切削，此时刀具受到一个工件向X轴负向的挤压力，在该力的作用下，滚珠丝杠螺母向X轴的负端微动，当F端的间隙全部转到E端时，微动停止。而这个过程数控系统无法获知，因此C点相当于向X轴负向偏移了一个滚珠丝杠反向间隙量，此时滚珠丝杠与螺母的间隙在E端，F端滚珠丝杠与丝母紧密贴合2，执行N80 GOZ100后，不会影响X向滚珠丝杠间隙的变化。执行N90 G0X150，X轴反向，数控系统自动进行滚珠丝杠反向间隙补偿。由于在外力的作用下，X轴的反向间隙已从F端转移到E端，X轴向负端运行时不存在间隙，由此可以看出，当刀具回到起刀点A时，并不是原来的A点位置，而是将A点向X轴的正向偏移了一个反向间隙量，这样内孔车刀每循环一次，只要X轴负向的挤压力足够，整个工件坐标就向X轴的正向偏移一个反向间隙量，从而造成上述故障。
在图3中增加了N63与N66程序语句，当执行完N66这条程序后，滚珠丝杠与丝母的实际间隙在F处，此时E处无间隙。从H到C，刀具尽管受到工件向X轴的负向的挤压力，但E处无间隙，滚珠丝杠又被伺服电动机定位，因此X向不会有任何误差，连续加工不会出现上述故障。
图3 改动后加工内孔程序轨迹
04
结束语
通过以上实例说明，消除反向间隙是保证加工精度的重要手段之一。系统参数补偿法不影响加工程序的编写，虽然系统参数补偿法易操作、简单明了，但是局限性较大。利用加工程序进行消除反向间隙适用于开环、半闭环系统，特别对没有补偿的系统具有较大的实际作用。但是这种编程方法，对编程人员的工艺知识和对机床结构的了解程度要求较高。
