數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺性能測試方法

黃繼力

（寧波海天精工股份有限公司，浙江 寧波 315800）

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺作為加工中心設(shè)備的核心部件，其技術(shù)一直是機械領(lǐng)域研究的重點。隨著裝備制造業(yè)的迅猛發(fā)展，對高速高精加工中心的需求不斷提高。在加工中心中，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的性能直接影響到加工中心的動態(tài)穩(wěn)定性、適應(yīng)性、可靠性、高效性和精準(zhǔn)性。所以我們必須對轉(zhuǎn)臺的性能進行測試及分析，以驗證轉(zhuǎn)臺的性能。

1 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺幾何精度測試

1.1 工作臺工作面的端面跳動測試

為保證數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺在回轉(zhuǎn)加工時的加工精度，需檢測轉(zhuǎn)臺的端面跳動，一般使用千分表檢測。

（1）檢測工具

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的表面精度較高，此項精度的要求也較嚴(yán)，故選用高精度的千分表配以磁力杠桿表座。杠桿千分表用于測量物體的位移量。測試使用的杠桿千分表測量范圍為0.2mm，分度值為0.001mm。

（2）檢測方法

將杠桿千分表的基座吸附固定于機床的主軸上，量塊放在工作臺上，使指示器測頭觸及量塊，并將表針歸零，便于讀數(shù)（指示器的具體位置R，根據(jù)臺面大小來定。例臺面為1000×1200mm，按工作臺短邊的25%計 算 得R=250mm）。以回轉(zhuǎn)工作臺原點為基準(zhǔn)，轉(zhuǎn)動工作臺一周，同時移動量塊。記錄在該位置回轉(zhuǎn)360度時表盤中讀數(shù)的最大值與最小值，兩者之差即是該工作臺的端面跳動值。完成后再反方向旋轉(zhuǎn)工作臺一周，圖1和2分別為指示器接觸位置和檢測示范圖。

圖1 指示器接觸位置

2 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺剛度測試

2.1 回轉(zhuǎn)工作臺偏載檢測

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺具有承載工件和夾持工件的功能。在回轉(zhuǎn)加工過程中，如果工件的重心和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)中心不重合，工作臺處于偏載狀態(tài)下時，轉(zhuǎn)臺的剛性對精度的影響非常大，這個指標(biāo)也是判斷轉(zhuǎn)臺適應(yīng)性的重要指標(biāo)。

（1）檢測工具

杠桿千分表配以磁力杠桿表座、配重塊(按轉(zhuǎn)臺最大承重選)。

（2）檢測方法

在數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺上，如圖3所示偏離回轉(zhuǎn)中心L（工作臺短邊的30%）放置一重量為P（工作臺最大承重）的工件，分別以10%、50%、100%最高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。運轉(zhuǎn)時應(yīng)平穩(wěn)、可靠,低速運轉(zhuǎn)時應(yīng)無明顯爬行現(xiàn)象。同時還要檢驗工作臺的變形，檢驗方法是：在工作臺的長邊的邊緣位置放置一指示器，使其測頭觸及工作臺表面，在偏置工件后檢驗工作臺的變形。

圖2 工作臺面跳動檢測

圖3 工件位置及指示器位置示意

2.2 回轉(zhuǎn)工作臺顛覆力矩檢測

臥式加工中心上的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺在加工過程中，很多時候主軸會在立柱的上部，切削力施加在工件的上部，此時轉(zhuǎn)臺受到主軸對它施加的切削力而產(chǎn)生的顛覆力矩是很大的，轉(zhuǎn)臺的剛性不足時會把工件都頂動，造成零件的報廢。

（1）檢測工具

杠桿千分表、數(shù)顯推拉力計。數(shù)顯推拉力計：用于測量工作臺的軸向及徑向的作用力的大小。這種拉力計有兩種顯示模式，分別是最大值顯示和實時顯示，檢測員可以根據(jù)實際不同的測量需要調(diào)換兩種測量模式。設(shè)置單位有：N，gf，kgf，ozf，lbf等。分辨率達到0.1N，最大量程為5000N。

（2）檢測方法

工作臺分別位于0°、90°、180°、270°四個位置并夾緊。如圖5位置放置一指示器使其測頭觸及工作臺上表面，在距離數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺上表面L（Y向行程的70%）處施加一推力P（數(shù)顯推拉力計放置于工件和施力物之間），檢驗工作臺翻轉(zhuǎn)變形，檢驗應(yīng)在數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺0°、90°、180°、270°四個位置上進行，四個位置的變形公差分別計算，公差以指示器四次讀數(shù)最大差值中的最大值計。

圖5 加力位置及指示器位置示意

3 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺動態(tài)精度測試

3.1 回轉(zhuǎn)工作臺位置精度檢測

精度是指機床將刀尖點定位至程序目標(biāo)點的能力。精度主要指加工精度、定位度、重復(fù)定位精度。作為數(shù)控軸位置精度的檢測是必備的，也是最能反映轉(zhuǎn)臺精度的檢測方法。

（1）檢測工具

激光干涉儀可應(yīng)用于數(shù)控機床、三坐標(biāo)測量機等精密運動設(shè)備運動導(dǎo)軌的線性定位精度、重復(fù)定位精度等，同時也能檢測運動導(dǎo)軌的俯仰角、扭擺角、垂直度、和直線度，并可以校準(zhǔn)機床的回轉(zhuǎn)軸。激光干涉儀結(jié)合線性鏡組能實現(xiàn)0.5ppm精度的線性測量，結(jié)合相應(yīng)鏡組還能實現(xiàn)角度、直線度（平行度）、平面度、垂直度、回轉(zhuǎn)軸等參數(shù)的測量，并進行動態(tài)分析。激光干涉儀檢測示意及回轉(zhuǎn)分度器如下圖6所示。

（2）檢測方法

詳細(xì)的檢測過程詳見不同型號的激光干涉儀說明書。

3.2 回轉(zhuǎn)工作臺RTCP精度檢測

圖6 激光干涉儀檢測示意

在多軸加工中，追求刀尖點軌跡及刀具與工件間的姿態(tài)時，由于回轉(zhuǎn)運動，產(chǎn)生刀尖點的附加運動。數(shù)控系統(tǒng)控制點往往與刀尖點不重合，因此數(shù)控系統(tǒng)要自動修正控制點，以保證刀尖點按指令既定軌跡運動。此項精度的高低直接決定了機床聯(lián)動加工時候的精度。

（1）檢測工具。杠桿千分表、球頭主軸錐柄檢棒主軸錐柄檢棒根據(jù)所測主軸尺寸設(shè)計錐柄大小，使之與主軸錐孔配合無間隙，并以錐柄所在軸為基準(zhǔn)，對球頭進行圓跳動檢測，使其符合機床精度檢測所需要求。刀柄的規(guī)格根據(jù)機床主軸錐孔來定。

（2）檢測方法。將杠桿千分表的基座吸附固定于工作臺上，調(diào)整指示器側(cè)頭使其與球頭檢驗棒上的球頭表面接觸，并將表針歸零便于讀數(shù)。采用RTCP模式編寫聯(lián)動加工模擬程序（注意機床的干涉區(qū)，避免機床撞機），使側(cè)頭按進給速度的25%慢速轉(zhuǎn)動。記錄整個回轉(zhuǎn)過程中表盤中讀數(shù)的最大值與最小值，兩者之差即是該RTCP聯(lián)動精度值。圖7為RTCP檢測運動軌跡示意圖及RTCP檢測現(xiàn)場。

4 結(jié)語

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的研究與設(shè)計是一項綜合性的課題，內(nèi)容涉及機械、液壓、電氣等多個領(lǐng)域，由于本人掌握的知識和水平有限，同時受到許多現(xiàn)實條件的限制以及所使用分析軟件本身求解精度的影響，本文所涉及的許多方法有待進一步完善和深入。

圖7 RTCP檢測運動軌跡示意圖及RTCP檢測現(xiàn)場