[科普中国]-数控机床间隙补偿

机床运动都是有间隙的，包括推动刀架运动的丝杆。时间长了会磨损，就会出现间隙过大，影响加工数据。间隙补偿就是在指在机床制造的时候去弥补这个间隙误差。

研究背景伺服系统的机械传动环节常不可避免的存在传动间隙，严重影响伺服系统的性能，导致伺服系统迟滞、震荡以及精度差。因此，提高数控机床的性能，就需要消除传动间隙的不利影响。目前消除传动间隙不利影响的方式除提高传动部件的制造、安装精度，以及施加预紧力或合理设计结构等机械消隙方法外，也可以对传动间隙进行软件补偿。1

研究重点重点研究数控机床上常用的半闭环直线进给伺服系统的间隙补偿策略，以数控抛光机为例，在深入分析传动环节的传动间隙如何影响机床运动的基础上，提出一种控制伺服电机进行加减速运动来补偿传动间隙的方法，设计了最优间隙补偿值；根据半闭环伺服系统的前向传递函数反推补偿值的前馈控制函数，采用速度前馈控制方法，提高伺服系统对间隙补偿值的响应速度；最终实现半闭环伺服系统的快速间隙补偿。通过仿真分析，对比施加间隙补偿前后，伺服系统的精度以及速度响应的差别，验证了基于速度前馈控制的间隙补偿策略的有效性。

间隙补偿方法1) 采用前馈控制方法，提高了伺服系统的响应速度，间隙补偿值可无延时、无差别复现到伺服系统的输出端，保证快速的补偿传动间隙，利于提高机床的响应速度。

2) 该间隙补偿方法同时施加了位置补偿与速度补偿，提高间隙补偿速度的同时又保证间隙补偿值完全等于实际值，提高了数控抛光机的精度，从而保证了叶片的抛光质量。

3) 采用前馈控制方法，可以将设计的伺服电机间隙补偿运动过程直接作为间隙补偿值，只需要简单的计算即可获得补偿值，而且补偿值形式简单，易于施加。

4)设计前馈控制函数的过程中，没有针对某一具体系统，而且速度前馈控制函数可化简为典型环节的简单组合。2

本词条内容贡献者为:

李航 - 副教授 - 西南大学