蔡司三坐标测量机故障检修方法之立柱移动不均匀

 　　蔡司三坐标测量机故障检修之立柱移动不均匀

　　三坐标测量机的原理是由X、Y、Z这3个互相垂直的运动轴建立起一个直角坐标系，测头的一切运动都在这个坐标系中进行。测量时，将被测工件放在工作台上，测头与工件表面接触，三坐标测量机的检测系统可以给出测球中心点在坐标系中的精确位置。当测球沿着工件的几何型面移动时，就可以得出被测几何面上各点的坐标值;这些位置测量数据经计算机软件处理，就可以精确地给出被测工件的几何尺寸及形位误差等。三坐标测量机由硬件和软件组成，其中测量机硬件由主机(包括光栅尺)，电气系统及测头等组成。

　　蔡司三坐标测量机UMC850的X、Y、Z的3个轴由精密光栅实现闭环控制，定位精度很高。它的立柱(主轴)在X方向的运动是由采用转速平稳的直流伺服电动机来驱动，通过压力控制阀、流量控制阀、分流器、气浮垫和精密气浮静压导轨等执行元件实现的。机床要求立柱在X方向是空气悬浮的无摩擦运动。三坐标测量机的主机导轨是测量机实现三维运动的重要部件，测量机多采用滑动导轨、滚动导轨和气浮导轨，气浮静压导轨为主要形式。气浮导轨由导轨体和气垫等组成，同时还包括由气源、稳压器、过滤器、气管、分流器等组成的一套气体装置。本机床的气路由空气压缩机输出的压缩空气经过气源净化装置进入机床，气路分为三路：一路进入机床的X、Y、Z的3个坐标轴的气浮垫;一路进入机床工作台面下的4个气浮垫;一路进入工件真空吸盘。

　　故障现象：

　　三坐标测量机的立柱在负X坐标方向移动速度不均匀，有时反向还不移动。

　　故障检查与分析：

　　机床采用的是气浮静压导轨，在负X坐标方向移动速度不均匀应该与气源有关系，气源空气压力不足或压力不均匀都可能造成这种情况发生。经过对机床的工作原理分析，认为可能产生故障的原因是：①空气过滤器阻塞;②管路有泄漏;③控制阀失灵。通过对以上3点内容进行检查，进入机床的空气压力为0.65MPa，查机床说明书整机气压要求为0.6~0.7MPa，气压满足要求，排除了机床的空气压力问题。于是对三坐标测量机的进给控制系统进行检查。

　　从三坐标测量机的伺服控制单元人手，逐一排查伺服控制单元的伺服轴驱动器、速度传感器、DC伺服电动机等，步骤如下。

　　(1)检查X轴DC伺服电机的转动：

　　通电时电动机在+X坐标转动正常，而-X坐标转动不正常。检查电动机的机械传动部分，给机床断电，用手去盘电动机，发现电动机在无传动钢带(钢带用来联接导轨和立柱伺服电动机的齿轮传动副的滚动轮)时转动无阻滞(时松时紧)现象。有钢带时电动机反向转动钢带很紧盘不动(正常是可以盘动的)。并且在x坐标导轨上发现有轻微的擦痕。

　　(2)检查气路系统

　　检查气路系统中的空气过滤器、油水分离器、空气流量阀等以及气路中的压缩空气是否干净(不能有杂质)，是否含有水分和油分(一定不能含有水和油)。

　　故障解决方法：

　　造成此故障的原因是：由于空压机对空气压缩的同时会把空气中的油分子、水分子压缩成油和水，同时空压机工作时有一部分润滑油也进入到压缩空气中;压缩空气中的油和水等杂质随着压缩空气进入到平衡气缸和气浮垫。其后果会造成当测量机工作时油和水附在导轨上，使导轨的直线度改变;当测量机不工作时管路中的油滴可能会堵塞气浮垫的气孔，使气浮垫不能正常浮起，造成气浮垫与导轨的摩擦而损坏测量机，还会腐蚀气浮垫和平衡气缸。虽然测量机都配置有油水分离器或前置过滤器，但如果管路中的油和水较多，过滤器很快就会达到饱和而无法过滤，水和油等杂质就会进入测量机，气浮垫与导轨之间的气隙小于6um的规定要求，使气浮垫与导轨之间产生了摩擦，造成了气浮垫移动不灵活。为此必须采取多级前置过滤的方法，除去油和水等杂质。为此我们在机床的气路中再单独接了一空气过滤装置和油水分离器，进一步过滤掉空气中的杂质和分离出空气中的油和水，从而提高了压缩空气的质量。再通过不锈钢管把净化后变干净的空气送到机床去。另外从空压机排出的压缩空气中，包含有粒度为0.01~0.08um的压缩机油微粒，这些微米级以下的颗粒，一般过滤器无法过滤，要求滤芯非常的精细，建议用高精密的过滤器。用无水酒精反复清洁17号气浮垫的气路，直至气浮垫变灵活为止。实践证明，采用该方法彻底地解决空气质量造成的三坐标测量机立柱移动不均匀的问题。

　　(3)检查机械传动部分：

　　检查齿形皮带、齿轮、蜗杆、滚动轮和钢带等机械传动部分，调整钢带的松紧程度。X坐标是通过DC伺服电动机转动带动齿形皮带，再通过齿轮、蜗杆、滚动轮和钢带等带动立柱在X方向上运动。立柱是由气浮垫的排气小孔向外排气，在气垫和导轨之间产生气隙，气体使立柱导轨悬浮起来进行移动。用空气作为润滑剂，它完全消除了固体之间的摩擦及摩擦发热。空气比油粘滞性小，耐高温，无污染。要保证气浮垫与气浮导轨之间有一定的气隙。气浮垫是采用小孔、狭缝等节流阻抗固定的节流器，调节节流器的空气流量的大小就可以调整气浮垫与气浮导轨间的气隙大小。气浮垫有两个小孔，一个是进气孔，一个是排气孔。要求排气孔的气压>进气孔的气压。该机床要求气浮垫与气浮导轨之间的气隙为4um。如果气隙小于4um，气浮垫与导轨间的间隙减小，空气阻力随之而增大，电动机的负荷也相应增大，立柱的移动速度就会变慢;反之如果气隙大于4um，气浮垫与导轨间的间隙增大，空气阻力随之而减小，电动机的负荷也相应减小，立柱的移动速度就会加快，这样就影响了机器的测量精度。因此气浮垫与气浮导轨之间的气隙一定要合适。断电后用手去轻轻盘气浮垫，如果能盘动证明有气隙，如果不能盘动证明没有气隙或气隙不够，气隙的大小要通过仪器来测量。本故障检修时，用手去盘气浮垫，发现在-X坐标的末端处的一个气浮垫比其它气浮垫要紧些，由此怀疑是气路方面有问题。

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