電動鏟運(yùn)機(jī)前后機(jī)架、噴漿機(jī)減速箱體以及電機(jī)車減速箱體等礦用機(jī)械主要部件一般都需要在臥式鏜床上加工。我廠的T612鏜床經(jīng)過近三十年的運(yùn)行已老化嚴(yán)重,精度下降,不能滿足高精度機(jī)械加工的要求。在對該設(shè)備大修時成功地對其進(jìn)行了數(shù)顯改造,安裝了光柵數(shù)顯系統(tǒng),該系統(tǒng)采用光柵移動產(chǎn)生的莫爾條紋與電子電路、單片機(jī)相結(jié)合來完成對位移量的自動測量,并以數(shù)字顯示位移量。下面介紹該系統(tǒng)的工作原理及實際應(yīng)用情況。
一、光柵尺位移測量工作原理
光柵是由光源、透鏡、標(biāo)尺光柵(主光柵)、指示光柵(副光柵)和光電元件組成。當(dāng)主光柵和副光柵呈一很小的θ角相對傾斜重疊放置時,造成兩光柵尺上的線紋交叉。在光源的照射下,交叉點(diǎn)附近的小區(qū)域內(nèi)黑線重疊形成明暗相間的莫爾條紋與光柵線紋幾乎成垂直方向排列。當(dāng)標(biāo)尺光柵相對主光柵沿垂直刻線移動時,莫爾條紋跟隨其移動。莫爾條紋的光強(qiáng)度近似呈正(余)弦曲線變化,經(jīng)光電元件所感應(yīng)的光電流變化規(guī)律近似為正(余)弦曲線。經(jīng)放大器放大、整形電路整形,得到兩路相差為90°的正弦波或方波,送入光柵數(shù)顯表計數(shù)顯示。
二、光柵數(shù)顯系統(tǒng)的硬件介紹
處理采集信號芯片選用AT89S51,它支持ISP在線編程功能,內(nèi)部具有兩個16位的定時器/計數(shù)器。鍵盤和顯示部分采用具有SPI串行接口功能且可同時驅(qū)動8位共陰式數(shù)碼管的智能顯示驅(qū)動芯片WH8280。它內(nèi)部含有譯碼器,可直接接受16進(jìn)制碼或BCD碼,并同時具有2種譯碼方式,可段尋址。具有片選信號,可方便地實現(xiàn)多于8位的顯示或多于64鍵的鍵盤接口。光柵位移測量系統(tǒng)硬件主要有光柵辨向電路、AT89S51單片機(jī)、WH8280鍵盤和數(shù)碼管電路組成。位移測量系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。
三、光柵尺的安裝注意事項
一般將主尺安裝在機(jī)床的工作臺上,讀數(shù)頭安裝在相對機(jī)床靜止部件上,盡量安裝在主尺的下方。安裝位置的選擇必須注意切屑、切削液及油液的濺落方向。
1、光柵傳感器的安裝基面
光柵尺用在舊機(jī)床改造時一般沒有理想的安裝面,需要加工制作合適的基座,材質(zhì)最好是經(jīng)過時效處理的鑄鐵,以保證其變形小,幾何精度穩(wěn)定,該基座要通過銑床、磨床加工。通過等高塊墊平或用定壓螺釘調(diào)整基座對機(jī)床導(dǎo)軌面的平行度,要求平行度為.1mm/1000mm以內(nèi)。讀數(shù)頭的基座與尺身的基座總共誤差不得大于±0.2mm。安裝時,調(diào)整讀數(shù)頭位置,達(dá)到讀數(shù)頭與光柵尺尺身的平行度為0.1mm左右,讀數(shù)頭與光柵尺尺身之間的間距為1~1.5mm左右。
2、光柵傳感器的主尺安裝
用調(diào)節(jié)螺釘將光柵主尺上在工作臺安裝面基座上,千分表固定在床身,移動工作臺,測量主尺平面與機(jī)床導(dǎo)軌運(yùn)動方向的平行度,調(diào)整螺釘,使主尺平行度滿足0.1mm/1000mm以內(nèi)時,把固定螺釘徹底上緊。在安裝光柵主尺時,應(yīng)注意光柵主尺超過1.5M以上時,不能只安裝兩端頭,需在主尺尺身中安裝支撐,最好用一個卡子卡住尺身中點(diǎn)(或幾點(diǎn))。
3、光柵傳感器讀數(shù)頭的安裝
讀數(shù)頭的安裝方法與主尺相似,讀數(shù)頭與光柵主尺平行度保證在0.1mm之內(nèi),其讀數(shù)頭與主尺的間隙控制在1~1.5mm以內(nèi)。
4、光柵傳感器的限位裝置
光柵傳感器全部安裝完以后,為避免機(jī)床加工產(chǎn)品移動時讀數(shù)頭沖撞到主尺兩端,從而損壞光柵尺,一定要在機(jī)床導(dǎo)軌上安裝限位裝置。
5、保護(hù)裝置的安裝
通過以上工作,光柵傳感器的安裝就完成了。但對于一般的機(jī)床加工環(huán)境來講,鐵屑、切削液及油污較多。因此,光柵傳感器應(yīng)附帶加裝護(hù)罩,護(hù)罩根據(jù)光柵傳感器的外形截面尺寸確定,通常采用橡皮密封,使其具備一定的防水防油能力。
四、光柵傳感器使用注意事項
(1)光柵傳感器與數(shù)顯表插頭座插拔時應(yīng)關(guān)閉電源后進(jìn)行。
(2)及時清理濺落在尺上的切屑和油液,嚴(yán)格防止任何異物進(jìn)入光柵傳感器殼體內(nèi)部。
?。?)定期檢查各安裝聯(lián)接螺釘是否松動。
?。?)為延長防塵密封條的壽命,可在密封條上均勻涂上一薄層硅油,注意勿濺落在玻璃光柵刻劃面上。
?。?)為保證光柵傳感器使用的可靠性,可每隔一定時間用乙醇混合液(各50%)清洗擦拭光柵尺面及指示光柵面,保持玻璃光柵尺面清潔。
(6)光柵傳感器嚴(yán)禁劇烈震動及摔打,以免破壞光柵尺,如光柵尺斷裂,光柵傳感器即失效了。
?。?)應(yīng)注意防止油污及水污染光柵尺面,以免破壞光柵尺線條紋分布,引起測量誤差。
(8)光柵傳感器應(yīng)盡量避免在有嚴(yán)重腐蝕作用的環(huán)境中工作,以免腐蝕光柵鉻層及光柵尺表面,破壞光柵尺質(zhì)量。
五、效果及效益估算
在沒有裝數(shù)顯前,操作者需經(jīng)常停車反復(fù)測量尺寸以控制加工精度,受工人操作熟練程度影響較大。加裝數(shù)顯后可減少測量誤差帶來的影響,精度可以控制在0.01-0.03mm之內(nèi)。以噴漿機(jī)減速箱體為例,在加裝數(shù)顯前需3個班(工時1300分鐘)才能完成,現(xiàn)在不到兩個班即可完成,提高效率40%。后來我廠的C5335、C5325立車、X53T銑床也相繼改裝了數(shù)顯系統(tǒng),經(jīng)濟(jì)效益明顯。
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