鏜床工作臺數顯分度與角度測量改造

紀汝杰，曹恒志，楊友勝

(1.中國海洋大學，山東青島266100; 2.青島市職業教育公共實訓基地，山東青島266000;3.青島沃迪數控裝備有限公司，山東青島266112 )

現代制造業是社會各行業的支柱產業。隨著國內外市場競爭越來越激烈，產品更新越來越快，尤其數控化技術擔負著重要責任，是必然發展趨勢。而要大力發展數控技術，關鍵就是數控技術的發展與維護改造［1－2］。鑒于我國超齡服役設備的數量占有比大及經濟現狀，采用數控技術對普通機床進行數控改造，尤其適合我國機床國情［3］。

文中討論對中捷PX6111B 型鏜床進行工作臺數顯分度與角度測量改造，以下簡稱鏜床工作臺分度改造。該機床主要用來加工對中型盤、孔類零件，當對工件進行分度加工時，通過機床工作臺上的刻度盤進行角度測量與分度，既不準確又不便于操作，特別是帶有分、秒角度要求的工件，很難達到要求，給操作工帶來極大的麻煩［4］。通過使用磁柵數顯分度系統進行改造，則很好地滿足產品在分度與角度測量方面的要求，可降低改造成本，大大提高加工精度與效率，特別適用于角度精度要求較高的工件。

1 鏜床的結構要求

改造后要求緊湊并且不能降低原來的剛度，即在不破壞機床的結構與布局的前提下進行改造，改造后并能保證加工精度。

2 設計方案的提出

我國現有鏜床工作臺角度顯示裝置基本是機械刻度式，既不方便讀數也不準確，難以達到高精度分度與角度測量要求，所以采用磁柵數顯分度系統對鏜床工作臺進行改造，既使分度精度高、簡單可靠、安裝方便又為客戶大大降低改造成本，目前已在立車工作臺，鏜床工作臺上得到應用，并受到用戶好評。結合實際改造需求，針對鏜床工作臺分度改造提出以下方案:

(1) 采用高分辨率光電編碼器進行分度，即在工作臺中心部位的下方鑲入光電式編碼器，連接數顯系統進行角度反饋，達到分度要求，具體的編碼器的線數可根據分度精度來定，原則上應在120 000 線以上。

(2) 采用最新雙通道磁柵數顯分度系統，即將直線測量值轉變為角度測量值。不管多大直徑轉臺，機械安裝結束后，數顯表需進行初始化，系統就會自動完成倍率計算，并可進行50 段非線性補償，精度可控，整個過程非常簡單，不需其他操作。

經過以上技術論證，采用高分辨率編碼器進行鏜床工作臺分度改造，需要在回轉臺主軸中心部位的下方進行局部改動且走線比較狹窄，編碼器沒有安裝空間，且高分辨率高精度編碼器成本較高，難以實現。在保持機床結構原來的剛度、精度及降低改造成本的前提下，本著盡量不改動原設計布局，即主傳動系統不變的原則，在工作臺外部刻度處，只需安裝一套磁柵數顯分度系統，就能達到工作臺精密數顯分度與角度測量的目的［5－6］。新型雙通道磁柵數顯分度系統具有防水、防油、防灰塵、抗干擾能力強等特點，數顯系統提供了誤差補償功能(非線性補償) 。對于某些大型機床工作臺來說，由于機械精度較低，所以整個回轉過程中的誤差就不一定是線性的，這種誤差稱為非線性誤差。非線性補償就是將這個行程分成若干個等分的區段，將這若干個區段內的誤差看作是線性的，用數顯系統的特殊功能進行誤差補償，從而修正整個行程中的非線性誤差。區段的距離越小，修正的誤差就越逼近整個行程的非線性誤差量。所以選用雙通道磁柵數顯分度系統來進行分度與角度測量是一個可行的選擇。

3 磁柵數顯分度系統的選用原則、組成及安裝

3.1 選型原則

根據機床的精度要求進行選型，一般選用原則為:

(1) 工作臺直徑在1 200 mm 以下時，且分度精度與角度測量精度要求較高時，選用雙通道磁間距2 +2磁帶為宜。該磁柵精度較高，直線分辨率為0.001 mm，價格較貴些; 安裝精度也較高，調試較復雜，磁帶與磁頭間隙0.3 ～0.5 mm 為宜。

(2) 工作臺直徑在1 200 mm 以上時，選用雙通道磁間距5 + 5 磁帶為宜。該磁帶直線分辨率為0.005 mm，價格較便宜，安裝調試方便，應用廣泛，磁帶與磁頭間隙0.5 ～1 mm 為宜。

3.2 磁柵數顯分度系統的組成

(1) 采用最新雙通道磁柵技術及兩個專用磁頭(帶原點檢測) ，原點切換方式，越過磁帶接縫處，使磁帶形成無縫對接，將直線測量值轉換為角度測量值，實現圓周精密分度及角度測量，目前國內首創。

(2) 通過專用3 軸多功能數顯表，實現任意角度數顯分度與角度測量，精度可控，可實現50 段角度非線性補償，精度為±5″、 ±8″、 ±10″、 ±15″、±20″，最小分辨率1″。

(3) 采用獨立數顯分度操作臺及磁頭安裝平臺，兩者獨立，電纜不用走機床拖鏈，應用時通過航空插頭快速連接，避免了不使用時來回拖拽連接線影響其使用壽命。不用時拔開即可，操作簡單、快捷可靠。

(4) 夾緊裝置(選項) 。

(5) 伺服裝置(選項) 。

3.3 安裝部位與步驟

安裝部位一般為工作臺下部圓周加工面上，此安裝面與回轉主軸同軸度應在0.01 mm 以內，粗糙度Ra1.6，否則對精度影響較大，如沒有這樣的加工面，需要進行加工。

安裝步驟:

(1) 安裝前請先用磁性觀察片查看磁尺的磁道方向，保證增量磁道在磁尺的上方，如圖1 所示。

圖1 雙通道磁柵

(2) 首先用銼刀及砂紙在工作臺粘合面進行打磨，除去硬點及污物，達到安裝要求，用酒精或丙酮將磁尺所需要粘貼的機床表面擦拭干凈，保證表面沒有油漬和污漬，如圖2 所示。

圖2 鏜床結構示意圖

(3) 用磁性觀察片看一下切換點的位置，一般在離磁尺端部100 mm 的地方。先算一下要安裝的整個周長的距離，如果磁尺太長，可以先把一頭的端部剪短一點，但最后要保證磁尺切換點離端部的距離大于25 mm。

(4) 開始準備粘貼磁尺，在粘貼時最好有個基準面以保證磁尺在粘貼過程中不會出現歪斜的現象。在貼磁尺時應該一邊粘貼一邊把雙面膠和橡膠保護套去除。

(5) 在磁尺兩端的接縫處留10 mm 左右的空隙，將多余的磁尺剪掉。

(6) 粘貼保護鋼帶的步驟和磁尺一樣，最后將多余的保護鋼帶剪掉，注意要用尖頭鉗或相似的工具將保護鋼帶端部彎曲成如圖3 的尺寸所示。

圖3 保護鋼帶端部形狀

(7) 在磁尺兩端接縫10 mm 空隙處需要安裝一個沉頭M2.5 螺釘，用于把保護鋼帶壓住，注意螺絲的頂部不能高于磁尺的高度。

(8) 開始安裝讀磁頭，讀磁頭之間的距離必須大于等于兩個切換點之間的距離; 讀磁頭和磁尺之間的上下錯位要小于0.3 mm; 如果是MR200AR 磁頭，那和磁尺的安裝間隙控制在0.3 ～0.5 mm 內; 如果是MR500CR 磁頭，要保持與磁尺的安裝間隙控制在0.5 ～1 mm 內。

3.4 改造后的優點及應用領域

磁柵數顯分度系統主要應用于立車工作臺、鏜床工作臺、臥車工作臺、插齒機工作臺及各種有圓周精密分度與角度測量要求工作臺。目前已在5 m 立車、4 m 立車、2.5 m 立車、TX6111B、TPX6411、TX6916等有分度與角度測量要求的機床上得到了應用，并得到良好經濟效果。此次對鏜床工作臺數顯分度的改造能滿足產品加工要求，使原機床機械刻度式分度得到了升華，極大地提高了機床回轉精度與效率［7－8］。

4 鏜床工作臺分度改造的聯機調試

在系統安裝完成后首先進行通電前檢查，確保各接口處焊接牢靠和連接正確，接頭無短路、松動現象，然后進行聯機調試。

4.1 參數設定

包括坐標動態特性，數顯系統參數的初始化等。

將讀磁頭和數顯表連接好后開始調試。將轉臺旋轉一周，觀察數顯表的Z 軸顯示值，如果Z 軸的數值累計加2，則說明安裝是正確的，反之則需要調整讀磁頭的位置，如圖4 所示。

倍率計算(以MS500R 磁尺為例) :

式中: d 為轉臺直徑(mm) ，θ 為倍率。

此系統最大優點是倍率的自動計算，無需手動設置，即在ABS 模式下，連續旋轉工作臺使之數顯表副窗口出現OK 字樣為止，此時說明設置完畢，此后系統可正常工作。

4.2 精度的測量

精度是調試工作的重中之重，因為無論改造得多美觀，只要精度達不到，就可以說改造不成功，所以需要反復測量及驗證。根據測量數值進行調試或者更改參數; 檢驗精度時采用規格為600 mm×600 mm 大理石方尺、杠桿千分表及磁力表座對數顯分度機構進行回轉精度測量［9］。將90°大理石方尺固定在回轉工作臺中心位置上，并進行壓表，調整好基準值，檢驗4 個90°面(也可設定更多角度段) 。當第1 個90°方尺基準面調整完畢時(千分表對0) ，這時數顯表在INC 模式下復位回0，然后進行第2 個90°檢驗，此時重復上述過程，此時數顯表實際讀數與90°的差值即為誤差，第3 個90°、第4 個90°檢驗以此類推。誤差大于要求的誤差時，可根據測量情況，判斷是線性誤差還是非線性誤差，然后根據誤差大小，對它們分別進行相應補償即可。

5 結束語

通過該鏜床工作臺磁柵數顯分度改造，大大提高了加工精度與效率，對于有角度要求的工件來說具有檢測功能，而且操作簡單、方便直觀，為用戶節約了成本。經過觀察回訪，改造后機床的回轉精度均在合格范圍內。另外，對于雙柱立車來說，由于應用該系統工作臺可以進行分度，若在雙柱立車另一個刀架上配上銑削動力頭，可大大增加該機床的車、銑、鏜、鉆、攻絲功能。目前，已在實踐中得到應用，實踐證明該系統的應用是可行的，前景是可觀的。

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