轴检测与修理

时间：2022-10-19 百科知识版权反馈

【摘要】：波长补偿仅适用于线性测量。在测量长轴时，应检查是否存在气温渐变的情况。①为了预测机器在环境温度为20℃的条件下运行时，可能获得的线性定位精度。XC补偿单元随配的材料温度传感器有一个磁铁底座，用于“吸”到被测机器上。①对三脚架和激光进行定位，使之垂直指向测量光学镜组。此时，激光头上的5个LED指示灯将指示返回光束的强度，即基准激光光束与从外部光学镜组返回的测量激光光束之间的干扰程度。

子任务二　X轴检测与修理

一、任务

图4．7　X轴检测与修理

二、任务准备

激光器、干涉镜、磁性表座、手提电脑、电缆、激光器支架。

三、任务实施

1．检测前的准备工作

(1)部件连接

正确将激光干涉仪各部件连接好。

(2)部件固定

将固定干涉镜牢固地吸附在主轴上，将可移动干涉镜牢固地吸附在工作台上。

(3)波长补偿

线性定位测量精度取决于对激光波长的补偿精度。这不仅与激光的稳频精度有关，而且还与周围环境参数有关，尤其是气温、气压和相对湿度将影响激光光束的波长(在空中)。如果波长变化未得到补偿，线性位置的激光测量误差可达到50×10^－6。即使在温度受控的房间内，日常的空气压力变化也可能使波长变化达20×10^－6以上。作为参考，下表给出了每个环境条件变化(表中示值)将引起大约1×10^－6的误差。

这些值为最差的情况下取得的，而且它们并非完全不受其他参数的影响，可以使用XC环境单元来减少这些误差。XC补偿单元测量气温、气压和湿度，然后使用埃德林方程式计算空气的折射率(及激光波长)。这样，激光读数自动得到调整，以补偿激光波长的变化。自动系统的优点是无需用户干预及经常进行补偿更新。波长补偿仅适用于线性测量。对于其他测量(角度、平面度、直线度等)，环境的影响要小得多，因为环境变化对测量光束和参考光束的影响程度相似。可以通过手动输入从高度精密的仪表上读取的环境数据，进一步提高精度(可达到XL激光长期频率精度的理论极限)，但要求在整个测量期间环境维持在输入参数之内。

(4)空气温度传感器的定位

如图4.8所示，空气温度传感器应尽量靠近激光光束的测量路径并应大致处于运动轴的中间位置。避免把传感器安装在局部热源(如电机)或冷气流附近。在测量长轴时，应检查是否存在气温渐变的情况。如果沿轴的气温变化超过1℃，应使用风扇使空气循环流通。(这对于长轴尤其有效，因为长轴更可能发生气温渐变)避免让传感器信号导线靠近大的电子干扰源，例如高功率或直线电机。为了便于固定，空气温度传感器有一个“通孔”，可用螺钉将其固定在一个表面上。

温馨提示

为了保证热稳定性，空气温度传感器应置于测量环境中15min之后，才能开始测量。

(5)气压、相对湿度传感器

压力和湿度传感器固定在XC环境补偿单元(见图4.9)内。一般情况下，不必测量光路紧邻区域的气压或相对湿度。这是因为只有在压力和湿度出现很大的变化时，才会产生明显的测量误差，而在整个工作区域，压力和湿度都不应该有显著的变化。但是，相对湿度传感器应该远离热源或气流。在校准长度超过10m的垂直轴时，建议将压力传感器放在运动轴的中间位置。

图4．8　空气温度传感器

图4．9　XC环境补偿单元

温馨提示

1．请勿挡住XC环境补偿单元后盖上的相对湿度传感器。

2．当空气温度传感器与XC补偿单元连接时，相对湿度仅在软件中显示。

(6)材料温度传感器定位

在确定材料温度传感器位置时，第一步是确定进行材料膨胀补偿的主要目的。它通常是以下四个可能目的之一。

①为了预测机器在环境温度为20℃的条件下运行时，可能获得的线性定位精度。这经常是机器制造、调试或重校时的目的，而且在多数情况下，它与国家或国际机器验收标准所规定的相同。

②按国家或国际机器验收标准规定进行校准。

③预测机器反馈系统处于温度为20℃时，机器反馈系统可能达到的线性定位精度。这对于诊断反馈系统故障很有用。

④预测当机器制造的工件回到20℃时测量得到的工件精度。这对于在温度非受控的工厂中制造精密有色金属零件尤其重要，因为机器反馈和工件膨胀系数相差很大。

这些目的之间通常有明显的差异，尤其是在机器运行期间(如滚珠丝杠)机器位置反馈系统变热的情况，或者在工件膨胀系数与位置反馈系统相差明显的情况时。XC补偿单元随配的材料温度传感器有一个磁铁底座，用于“吸”到被测机器上。要保证材料温度传感器与被测材料之间具有良好的热接触。

2．任务检测

(1)激光头和准直光学镜组的安装、调整

如图4.10所示，将机床X轴移动到最小位置，将线性干涉镜用螺钉组装并吸附在主轴上，将线性反射镜吸附在工作台上，两镜之间的间隔大约150mm，按下列步骤调整至要求。

①对三脚架和激光进行定位，使之垂直指向测量光学镜组。用机架作为目测视线，使激光和X轴线两者大致准直。旋转激光光闸(见图4.11)，使激光输出光束直径减小。光束直径越小，越容易发现准直偏差。开动机床沿X轴移动，使反射镜离开干涉镜。

②机床在移动的过程中，当看到光束开始从XL激光光闸上的标靶处移开到达标靶的边缘(见图4.12)，即停止移动机床。

图4．10　线性校准中的准直

图4．11　激光光闸

图4．12　垂直光束的准直

③用激光头背部的旋钮调整俯仰，使两束激光回到相同的高度上(见图4.13)。用三脚架中心轴上的三脚架高度调整轮上下移动激光头，使两束激光射到标靶的中心(见图4.13)。

④用三脚架平台左侧后面的小旋钮调整激光头的扭摆，使两束激光一上一下地排列(见图4.14)。用三脚架平台左侧中间的大旋钮水平移动激光，使两束激光都射到标靶的中心(见图4.14)。继续开动机床沿X轴移动，当看见激光光束开始离开标靶时，再次停止机床。重复以上所述的激光准直，直到到达轴的末端。

图4．13　水平光束的准直

图4．14　水平光束的准直

⑤当X轴到达末端时，让机床回转，使反向反射镜和线性反射镜靠在一起。如果其中的一束光离开光闸标靶，这是反向反射镜横向偏置所致。上、下和左、右移动反向反射镜，直到反向反射镜反射的光束与光闸标靶上的干涉镜反射的光束重叠。

⑥重复步骤①至⑤，直到在整个行程上两束激光都保持在标靶中心。

⑦当激光束与X轴保持准直时，将光闸旋转到其测量位置，如图4.15所示。此时，激光头上的5个LED指示灯将指示返回光束的强度，即基准激光光束与从外部光学镜组返回的测量激光光束之间的干扰程度。这个强度表示激光与光学镜组的准直水平，如表4.1所示。除了在系统软件上观察光束强度之外，这些LED指示灯提供了一种不看计算机屏幕也可以观察光束强度的方法。

图4．15　测量位置

表4.1　激光头和准直光学镜组调整中激光头指示灯状态

当反光镜沿着机床的整个行程移动时，检查线性数据采集软件中显示的信号强度。通过设定激光头的基准来消除光线阻挡误差。

⑧遮挡干涉镜和反射镜之间的激光光束，确保校准软件的光束阻挡指示灯已亮。如果光束并未被阻挡，请检查干涉镜和反射镜外表面是否与机床成直角且彼此保持准直。接着，启动环境补偿，确保在软件中输入正确的材料膨胀系数。

安全提示

1．为避免伤害眼睛，不要直视光束。

2．不要让光束直射或者通过光学元件或任何其他反射面反射到人的眼睛。

(2)任务检测

①立式加工中心FANUC-series0i-MC系统，X的行程为600mm的编程如下。

O1234(子程序)　　　O1235(子程序)

G91G0X－25．　　　 G91G0X25．

G4X3　　　　　　　 G4X3

M99　　　　　　　　M99

O5000(主程序)

G91G28X0

G4X1

G0X－1．

G0X1．

M00

M98P241234(调用子程序24次)

G0X1．

G0X－1．

G04X3

M98P241235

G0X－1．

G0X1．

G04X3

M98P241234

G0X1．

G0X－1．

G04X3

M98P241235

G0X－1．

G0X1．

G04X3

M98P241234

G0X1．

G0X－1．

G04X3

M98P241235

G04X3

M30

②数据采集初始化。

a．单击工具栏中的按钮，将显示“采集数据设定123”对话框的“目标设定”窗口。输入第一定位点、最终定位点和间距值，软件将自动计算和显示目标数。检查“小数点后面”的位数是否设为3。如果想检查目标的数量和位置，单击“观看”按钮，进入查看目标值对话框。单击接受输入值并前进至下一步骤(见图4.16)。

b．当显示“采集数据启动”窗口时，确保“定位方式”为线性定位方式，输入所需的“测量次数”为1，“选择方向”设定为双向(见图4.17)。

图4．16　目标设定

图4．17　采集数据启动

c．单击“下一步”按钮，显示“自动数据采集设定”窗口(见图4.18)。

图4．18　自动采集数据设定

通过上述准备后，便可以开始采集数据。单击“自动数据采集设定”对话框，环境窗口将被数据采集窗口取代。

③采集数据(见图4.19)。

数据采集窗口内的误差列中的无数据说明将被实际误差读数所取代。现在，移动机器到下一个目标位置，并记录该目标位置的误差，数据采集图将更新，以显示每个目标位置的线性误差(所记录的误差就是当前激光读数与当前目标位置之间的差值)。重复该步骤，直到记录下所有目标位置的误差。单击完成按钮，关闭数据采集窗口，把采集的数据保存到磁盘上。

图4．19　自动采集数据一

四、任务修理

通过干涉仪采集的数据，对机床的定位精度、重复定位精度、反向精度进行补偿，以免超出螺纹补偿范围，因此维修钳工要对X轴进行修理，达到螺纹补偿范围。

1．滚珠丝杠螺母副的修理

(1)滚珠丝杠的检查

当数控机床出现反向误差大、定位精度不稳定、过象限刀痕时，首先要检测丝杠系统有没有间隙。

①故障部位的确定。用一块百分表配合钢球放在丝杠的一端中心孔中，测量丝杠的轴向窜动，用另一块百分表测量工作台移动。正反向转动丝杠，观察两块百分表上反映的数值，根据数值变化情况确认故障部位。如测量丝杠的百分表在丝杠正反向转动时指针没有摆动，说明丝杠没有窜动;表指针摆动，说明丝杠有窜动现象。该百分表最大与最小测量值之差就是丝杠的轴向窜动的距离。这时，就要检查支撑轴承的背帽是否锁紧，支撑轴承是否已磨损失效，预加负荷轴承垫圈是否合适。如果轴承没有问题，只要重新配做预加负荷垫圈就可以了。如果轴承损坏，需要把轴承更换掉，重新配做预加负荷垫圈，再把背帽背紧。丝杠轴向窜动大小主要取决于支撑轴承预加负荷垫圈的精度。丝杠安装精度最理想的状态是没有正反间隙，支撑轴承还要有0.02mm左右的过盈。

②螺母法兰盘与工作台连接没有固定好而产生的间隙。因机床长期往复运动，固定法兰盘的螺钉松动产生间隙，在检查丝杠螺母间隙时，首先把该故障因素排除，以免在修理时走弯路。

(2)滚珠丝杠螺母副产生间隙的检测与维修

①通过检测，如果确认故障不是由于丝杠窜动引起的，那就要检查滚珠丝杠滚道是否有点蚀等缺陷，导致钢球运动不平稳。此类缺陷一般无法修复，只能换一套新的滚珠丝杠螺母副。更换的过程中，必须按照滚珠丝杠螺母副装配、调整工艺进行。如果丝杠完好，那就考虑是否是丝杠螺母副之间产生了间隙，这种情况的检测方法基本与检测丝杠窜动相同。用千分表测量与螺母相连的工作台，正反向转动丝杠，检测出丝杠与螺母之间的最大间隙，然后进行调整。如图4.20所示，调整垫片4的厚度，使螺母1、2产生轴向位移，从而消除滚珠丝杠螺母副间隙并产生预紧力。重新将丝杠螺母副装配至机床，用激光干涉仪测量X轴各项精度。

图4．20　滚珠丝杠间隙调整

1，2—螺母;3—螺母座;4—垫片

②通过上述修理仍达不到螺纹补偿范围时，就要更换滚珠。

a．以单头内循环为例，在装入滚珠时，首先应将丝杠、螺母、滚珠、回珠器进行清洗，再检验滚珠直径是否符合要求，在一套滚珠中应保证其直径的一致性。

b．如图4.21所示，将防尘垫压入螺母端面，丝杠涂油后拧入螺母。丝杠用V形铁支撑，并将回珠器端口向上，用带磁性的划针吸附一颗滚珠放入端口中，摆动螺母(只能转一点点)，让滚珠进入滚道。这样一颗颗地装，直到在回珠器端口见到滚珠为止。用两根划针(不带磁性)分别在螺母端口两边同时挤压滚珠，让滚珠密布在滚道中，然后从端口处吸出一个滚珠。最后，将回珠器压入端口。

图4．21　滚珠丝杠螺母副

c．按①的方法对滚珠丝杠螺母副进行预紧至无间隙。将丝杠螺母副按工艺要求装配至适当位置，用激光干涉仪进行检测。如果仍达不到螺纹补偿要求，应考虑对导轨、镶条、防护罩进行检查修理。修理后仍达不到螺纹补偿要求时，只能更换丝杠螺母副。滚珠丝杠的滚珠属于易损件，一般一年左右就要更换。

2．导轨的修理

(1)滑动导轨检测与修理

检查导轨结合面是否有缺陷。用合像水平仪或自准直仪检查主、副两导轨的垂直面直线度及水平面直线度是否符合国标。如果超差，便需进行修磨。检查工作台导轨直线度是否符合国标。如果超差，便需进行修磨。检查镶条与导轨密合程度，25mm×25mm内接触点应不少于12个。在全长上拖动工作台应滑动自如，且无阻尼现象。导轨经修磨后，滚珠丝杠螺母副应重新调整。

(2)直线滚动导轨检查与修理

按上述方法对导轨进行检查，并使其符合国标要求。如果超差，便应更换导轨。

3．防护罩的检查修理

防护罩由于长期使用变形、工件装夹磕碰等原因，造成运动不自如，增加伺服电机负荷。因此，需对防护罩进行整形，达到滑动自如、无阻尼;不能修理的可予以更换。

五、任务测量与补偿

1．任务测量

按上述对X轴修理结束后，还需进行测量，得到如图4.22所示的测量数据。根据采集的数据进行螺纹补偿。