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激光干涉仪在数控机床维修中的应用

来源:http://www.workrewired.com 作者:机械设备 人气:149 发布时间:2020-03-24
摘要:一台四轴加工中心在加工过程中出现机床震动故障,检查机床机械部件,确定 Y轴轴承磨损,更换轴承,机床正常。由于机床更换轴承导致机床的原点、定位精度丢失,为了恢复机床精

一台四轴加工中心在加工过程中出现机床震动故障,检查机床机械部件,确定 Y 轴轴承磨损,更换轴承,机床正常。由于机床更换轴承导致机床的原点、定位精度丢失,为了恢复机床精度,用激光干涉仪检测和补偿机床 Y 轴定位精度,从而恢复机床精度。

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1 、故障处理

数控机床维修是一项集计算机、自动控制、自动检测和电机拖动等于一体的技术,需要数控机床维修人员掌握大量的专业知识和丰富的数控机床维修经验。因此,在日常数控机床维修中,如何尽快的找到故障原因并排除故障,提高设备完好率,是数控机床维修人员的首要任务。当出现机床精度异常、零件表面质量变差等问题时,就需要借助一些先进的精度检测仪器。

分别检查机床各轴机械部件运行情况,发现 Y轴移动时震动声音明显。检测 Y 轴传动部件,发现 Y轴的角接触轴承磨损,找到故障发生的具体原因,处理机床故障。

激光干涉仪作为数控机床精度常用的检测工具,能对数控机床进行线性测量、直线度测量、平面度测量、角度测量、回转轴分度精度等进行测量。其中线性测量功能通过机床运行一段直线插补程序,能检测线性坐标轴的定位精度、重复定位精度,反向间隙等。以Renishaw 公司生产的型号 XL-80 激光干涉仪为例,其线性测长精度可达到 ±0.5ppm(0~40℃ ),线性测量最长可以达到 80m,最高线性测长分辨率 0.001μm,最高测量速度 240m/min。对于不同的数控机床,检测的曲线各不相同,其完善的软件功能通过对不同的曲线进行分析,能够将影响机床精度的原因列出来,数控机床维修人员能够很直观通过分析图形和数据,了解到机床在哪些方面存在误差,这样就为调整和数控机床维修提供了充分的数据支持和指导,大大缩短数控机床维修时间,提高数控机床维修的效率。

hga025手机版,根据轴承型号购买更换轴承,重新装配轴承,连接 Y 轴伺服电机,机床能正常运行。但是,由于更换了 Y 轴轴承,机床 Y 轴传动部件重新装配,导致机床Y 轴的原点、定位精度丢失,为了恢复机床精度,需重新校准机床 Y 轴精度。而对于机床定位精度的校准,目前使用激光干涉仪是最好的方法。因此文中使用激光干涉仪对机床 Y 轴精度进行检测并补偿,恢复机床精度。

1、激光干涉仪组件

2、精度恢复

要测量线性轴的定位精度、重复定位精度和反向间隙等数据,需要使用激光测量系统的以下组件,主要有:XL 激光头、三脚架和云台、XC 环境补偿单元、空气温度传感器和材料温度传感器、线性测量光学镜组、光学镜安装组件及安装激光测量软件的计算机,如图 1 所示。

由于机床Y轴传动部件重新装配、导致Y轴原点变化,需重新设置Y轴原点,具体步骤如下:

图1 激光干涉仪组件

( 1) 设定参数 1815#4,Y 轴 = 0,绝对脉冲编码器原点位置;

2、激光干涉仪工作原理

( 2) 设定参数 1006#5,Y 轴 = 0,返回参考点的方向为正方向;

多普勒效应: 任何形式的波传播,都是由于波源、接收器、传播介质或中间反射器的运动,会使频率发生变化的现象。这种因多普勒效应所引起的频率变化称为多普勒偏移或频移, 其频移大小与介质、波源和观察物的运动有关。如图 2 所示,XL 激光头射出的频率为 f0, 经过反射镜反射回来到激光头内的探测器,当反射镜不动时,其反射波频率 fr= f0。当反射镜以 v=dx/ dt的速度沿线性轴远离或者靠近激光头时,因为光程增加或减少了 2vt,反射波 fr的数值会减少或增加 2v /λ0,λ0为激光波长。

( 3) 关机重启机床;

图2 激光干涉仪工作原理

( 4) 手动移动机床 Y 轴,使伺服电机转动 1 转以上的距离;

即:

( 5) 关机重启机床;

Δf = f0- fr= 2v /λ0=dx/dt。

( 6) 选择方式移动机床Y轴到新的原 点位置;

而 f =ω/2π, 且ω = dφ/dt,故:1/2π∗d(Δϕ)/dt= (2/λ0)dx/dt,

( 7) 选择机床在 MDI 方式,设定参数 1815 #4,Y 轴 = 1。

求得:

( 1) 安装激光干涉仪

N +Δφ/2π=x,

激光干涉仪检测设备采用的是 Rienshaw 公司生产的 XL-80 激光头、线性测量反射镜、线性干涉镜和波长补偿单元及相应的测试软件。具体安装连接图如图 1 所示。①安装激光头。将 XL-80 激光头水平安装在三角架上,连接电源,打开激光头预热 5 min,使激光稳定; ②安装 XC 补偿单元。将材料温度传感器、空气温度传感器与 XC 补偿单元连接。③安装测量镜组。将线性反射镜、线性干涉镜安装在机床主轴和工作台上,并对准激光。调整 XL-80 激光头和反射镜的位置,以使光束穿过干涉镜,并由反射镜反射回来。移动激光头、干涉镜和反射镜,使测量光束和参考光束在光靶的中间位置重叠。沿 Y 轴在坐标行程范围内移动,确保两束光保持重叠。④运行线性测试软件。将激光头和 XC 补偿单元和电脑连接,然后打开线性测试软件。

其中,N 为上式左边积分满一周期,即 2π 的周期,Δφ/2π 是未满一周期的余量。由式可得:χ=。

( 2) 检测数据的设置

根据式,激光干涉仪采用了一个鉴相器,每当相位 φ 积满一个 2π,鉴相器便输出一个增位或减位脉冲,即式中的N。另外,以 0 到 15V 的模拟电压表示Δφ/2π 这一项。计算鉴相器的脉冲以及模数电压的伏数,根据式便可测知反射镜的位移χ。

在进行检测之前,需要进行系统参数的设置,主要确定检测轴的移动范围、检测间隔、检测次数、检测点数,具体设置数据如表 1 所示。

通常将反射镜设定为移动光学部件,将干涉镜设定为静止部件。二者可以反过来,但是最大测量距离将减少一半。因此,在超过 40m 行程的长轴上测量时,必须线性干涉镜静止不动,而另一个反射镜移动。而对行程小于 40m 的轴进行测量时,为了方便测量,可以线性干涉镜移动,也可以反射镜移动。

除了设置检测数据外,为了获得更好的补偿精度,应将机床的螺距误差补偿值和反向间隙设置为0。进入 FANUC 0i MD 数控系统的系统参数界面,具体方法如下: ①将系统处于 “MDI”模式; ②打开设定 ( SETTING) 画面,设定 “写参数”为 1; ③设定参数 8135#0 = 0,确定螺距补偿功能已打开; ④3620补偿参考点 Y 轴 = 218; ⑤3621 负向最小点补偿号,Y 轴 = 200; ⑥3622 正向最大点补偿号,Y 轴 = 219;⑦3623 补偿倍率,Y 轴 = 1; ⑧3624 补偿间隔,Y 轴= 30 000; ⑨打开螺距误差补偿表,把 200—218范围的数据清零; ⑩1851 反向间隙,Y轴 =0;瑏瑡重启机床。

3、激光干涉仪应用举例一

( 3) 编写检测程序

某厂某机床在加工一个零件,需要X、Z 轴做直线插补铣斜筋,但是加工出来发现该斜筋并不是一条斜线,而是带有弧度。在排除了程序、刀具等原因后,重点怀疑机床问题。该机床Z 坐标采用的是丝杆螺母传动,用激光干涉仪对该机床 Z 坐标精度进行检查,检查后图形如图 3 所示。

根据表 1 的数据编写机床检测程序,程序如下:

图3 反向间隙误差曲线

O1001; ( 主程序)

此图显示出去程和回程两次测试之间具有偏移值,从分析数据的结果来看,该机床反向偏差达到 0.13mm。根据该图形分析得出,可能存在的原因主要有以下 3点:

N10 M98 P1 L3; / /调用子程序一,检测 3 次

数控机床反向间隙未补偿或补偿不当。

N20 M30;

数控机床Z 坐标丝杆螺母与滑枕之间的连接出现间隙或者松动。

O0001; ( 子程序一)

丝杆两端背帽有松动。针对可能存在的原因,对该机床进行检查,首先对该机床进行反向间隙补偿,补偿后再用激光干涉仪进行检查,仍然发现去程和回程两次测试之间具有一个固定的偏移值,说明该机床在机械上确实存在松动或者间隙。

N10 G90 G01 F2000;

于是检查Z 坐标丝杆螺母与滑枕之间的连接,看是否出现间隙或松动,也没有发现问题。用百分表检查丝杆窜动,发现表指针有0.15左右的摆动,说明丝杆在运行过程存在问题,检查丝杆背帽,发现丝杆背帽松动,重新锁紧丝杆背帽,用激光干涉仪进行检查、补偿后其图形如图4所示。

N20 Y5. 0;

图4 反向间隙调整后误差曲线

N30 G4 X2. 0;

从分析数据的结果看,该机床反向偏差只有0.004mm,定 位 误 差 为 0.01mm 左 右,重 复 定 位 为0.0065mm, 再加工该零件,斜筋尺寸完全符合要求。

N40 Y0;

4、激光干涉仪应用举例二

N50 G4 X4. 0;

某机床操作人员反映,该机床Y 坐标原点存在漂移,每次设定原点再复查原点,都与之前设定的原点有差值。在排除操作等原因后,用激光干涉仪对该机床Y坐标进行检查,检查后图形如图 5 所示。

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