大型精密數控轉臺的裝配工藝技術研究

何新林 尚 苗 何寶慶 趙 陽

(①西京學院，陜西 西安 710123；②空軍西安航空四站設備維修廠，陜西 西安 710077)

大型精密數控轉臺作為核心功能部件為大型高檔數控機床提供第四軸(數控回轉軸)的配套解決方案，擴大了數控機床的加工范圍，提高了數控機床的承載能力和工作性能。隨著國內外航空航天、汽車、能源、高鐵等行業的飛速發展，配有大型精密數控轉臺的大型數控機床市場需求量越來越大,市場前景好。與中小型精密數控轉臺相比，大型精密數控轉臺的成本高，制造難度大，通過傳統的加工制造工藝方法很難達到設計精度和性能要求。

本文對一種大型精密數控工作臺的裝配工藝技術進行分析和研究，總結出裝配采用的關鍵技術和注意要點，為類似規格的數控工作臺設計生產制造提供技術參考。

1 數控轉臺的結構組成和工藝方案

1.1 結構特點及性能要求

大型精密數控轉臺包含驅動旋轉機構﹑中心定位機構﹑圓光柵反饋機構、夾緊機構和四點定位機構等部分，如圖1所示。該數控工作臺的驅動旋轉機構包括交流伺服電機、消隙齒輪減速箱和齒圈等，給數控工作臺提供工作動力；大負載推力圓柱滾子軸承安裝于滑座上作為滾動導軌支撐工作臺。中心定位機構包含中心軸、雙列圓錐滾子軸承和推力球軸承，保證數控工作臺回轉中心準確定位。高精度圓光柵尺與數控轉臺中心定位軸連接，為數控坐標軸提供全閉環的反饋信號，保證數控轉臺的定位精度。夾緊機構在轉臺不參與第四坐標軸聯動時鎖緊轉臺，防止轉臺過載時產生微小位移。四點定位機構由安裝于工作臺上的定位套、安裝于滑座上的定位軸、導向套、油缸、碟形彈簧及接近開關等組成，主要保證工作臺在4×90°位置時的精確定位。

1.2 裝配工藝方案

1.2.1 總體裝配工藝方案

該大型精密數控轉臺工作臺臺面尺寸達到2 000 mm×2 500 mm, 要求定位精度達到8″，重復定位精度達到4″，轉臺的端面跳動0.02/1 000 mm，四點定位精度到達0.01/500 mm。根據產品精度和性能要求，總體裝配工藝方案確定為：在確保基礎零部件達到設計圖紙要求的基礎上，按照從下到上，從里到外的順序裝配零部件。具體為：放置大件滑座于支架上→安裝定位軸→安裝鎖緊機構→扣合轉臺→安裝定位軸軸系→安裝圓光柵尺→安裝消隙齒輪箱→調試精度→安裝四點定位機構。

1.2.2 精度超差解決工藝方案

當數控轉臺初步安裝完成調試精度時，如果發現：(1)工作臺端面跳動>0.02/1 000 mm；(2)旋轉水平>0.02/1 000 mm；(3)工作臺平面度>0.04 mm(平或凹)，不符合精度要求，根據現有精加工設備采取轉臺部件整體精銑或精磨工作臺面的方法解決。

1.2.3 四點定位機構裝配方案

工作臺的四點定位機構是保證工作臺0°、90°、180°、270°這4個位置定位精度的關鍵機構。裝配中工作臺上的定位套與滑座上的定位銷之間有極高的配合要求，因此除了零件本身要具有高耐磨性、高精度的要求外，定位套與定位軸之間必須進行配合研磨。在裝配過程中確定定位套的位置時，采用注膠工藝，大大降低了工作臺4個定位孔的加工精度，同時裝配簡單，操作性強，完全能夠滿足四點定位的性能要求。

2 零部件組裝工藝

2.1 組裝油缸

(1)編號：如圖2所示，對轉臺底座上的鎖緊油缸孔編號為1～8號，將鎖緊油缸插入孔內，裝入順暢為宜。待8件鎖緊油缸都找到相應合適孔，然后對鎖緊油缸編號，號碼與轉臺底座號碼一致。

(2)裝配：如圖2、圖4所示，將抗磨環、O型密封圈、密封環等件裝入相應溝槽內。將鎖緊油缸豎直放置，底端留有空隙，按圖紙所示方式放入5組(30片)碟形彈簧，然后插入活塞桿，壓緊油缸端蓋，接好油路接頭。

(3)試壓：將1～8號鎖緊油缸部件接入系統壓力為7 MPa的液壓站，加壓前分別測量活塞桿端部到鎖緊油缸體端部的距離并記錄，然后加壓，反復多試幾次，待伸出量穩定時測量出現在活塞桿端部到鎖緊油缸端部的距離。與前值相減得出活塞桿伸出量。伸出量為2～3 mm為合格(如圖3所示)。

(4)按照編號順序，將1～8號油缸組件分別裝入轉臺底座相應孔內，并連接好油路。

2.2 安裝定位軸

(1)測量調整墊：將定位軸放于操作臺，依次分別裝入雙列圓柱滾子軸承、套、調整墊和壓緊套等。按軸承廠家提供的預緊力緊固壓緊套上的螺栓。用量塊測出調整墊上實際厚度，按此尺寸磨削此墊。

(2)安裝定位軸：將轉臺底座置于支撐架上，然后裝入調整墊和定位軸。

2.3 安裝鎖緊機構

(1)配磨調整板：如圖4所示，依次將圓柱滾子軸承、連接盤和齒圈等裝入轉臺底座并緊固，然后用量塊分別測出轉臺底座安裝調整板的面與連接盤安裝夾緊板的面之間的距離，并標記為1～8號的測量數值。把這些數據與調整板和板I總厚度相比較，差值減去0.03～0.05 mm的值就是板I需要磨削的量(保證夾緊板與板I兩面間隙0.03～0.05 mm)。

(2)配磨調整套：裝入壓緊盤，并使其與夾緊板接觸面間隙1 mm(用等高塊墊起)。接通液壓站，液壓油通過活塞桿上移頂起壓緊盤，使它達到最大伸出量，然后鎖緊上端M30螺母。測量出調整套實際距離(壓緊盤與活塞桿臺階面的距離)。根據測量值配磨調整套，并標注記號。

(3)重新組裝鎖緊機構：按裝配圖分別依次裝入調整板、板I、連接盤、夾緊板、調整套、壓緊盤等，并鎖緊活塞上端螺母。

2.4 扣合轉臺

(1)緊固轉臺與齒圈，使其同心，并打2個φ16 mm錐銷孔。然后拆開齒圈與轉臺，先把齒圈裝入轉臺底座上，使其與定位軸同心。

(2) 裝配四點定位裝置：按圖紙所示組裝油缸、定位銷、端蓋、墊、疊簧、抗磨環和密封件等，然后裝入轉臺底座相應位置。把4個定位套2分別裝入轉臺相應位置，翻轉轉臺裝入轉臺底座。

2.5 安裝定位軸軸系

先裝入雙列圓柱滾子軸承內圈及保持架，然后裝入外圈。依次裝入深溝球軸承、套、調整墊及壓緊套等。根據雙列圓柱滾子軸承預壓力鎖緊螺釘，然后拆除壓緊套和調整墊。推力球軸承上面到套端面的距離就是調整墊的實際距離，配磨調整墊后按先后順序裝入調整墊與壓緊套并鎖緊螺釘。

2.6 安裝編碼器

先組裝編碼器、中心軸、壓緊套和鎖緊螺母等。然后把編碼器支架裝入定位軸上，組件裝入編碼器支架上。再后依次裝入定位套、漲緊套、端蓋、調整螺釘和密封蓋等。

2.7 安裝消隙齒輪箱

將消隙齒輪箱放于可調支架上，緊固安裝螺釘，中間用量塊墊實。輕輕轉動減速機使兩個齒輪與齒圈慢慢嚙合。然后涂上紅丹粉看嚙合情況，根據嚙合情況不斷調整間距及齒輪箱傾斜角度，當達到接觸面70%以上，并且接觸面對稱分布時，量塊的厚度就是調整墊的實際尺寸。打錐銷孔，拆除螺釘，配磨調整墊4。然后按順序重新裝配齒輪箱。

2.8 調試精度

按自檢要求先檢工作臺面跳動，然后再檢旋轉水平和臺面平面度。在轉臺旁邊安放可調支架，吸上磁力表座，把表頭探向工作臺邊緣，然后旋轉工作臺記錄四點跳動最大值，并標記在臺面上，作為返修參考值，返修完后最大跳動不得大于0.02/1 000 mm;用等高塊架起1 m平尺，上面放置水平儀，旋轉180°后，水平儀偏差不得大于1格；在工作臺上放置一個橋板，其上放置水平儀。分別沿X軸方向、Z軸方向，從零位方向移動橋板。每次測量的移動距離為200 mm,記錄一次水平儀讀數。根據水平儀讀數求得各測量點到基準面的坐標值。

誤差以被測面上的各測點到基準平面的最大與最小坐標值的代數差值計。整個臺面平或中凹，全長不得超過0.04 mm;局部誤差以規定長度上兩點到基準平面間的坐標值的代數差值計。局部或任意300 mm不得大于0.015 mm。

2.9 安裝四點定位機構

將方尺放置在工作臺上并使其一邊與工作臺的移動方向(X軸)平行。然后確定0°,把油缸定位銷插入0°定位盤，反復測試，保證插入和回縮順暢，鎖緊安裝螺釘。然后在一個旋轉方向上使數控轉臺4次分度(0°、90°、180°、270°)進行檢驗。在每一個位置上，檢驗工作臺移動與方尺相對應棱邊的平行度。依次旋轉90°、180°、270°與前面方法相同，鎖緊對應定位盤，確認無誤后從注膠孔打入定位膠，需經過36 h凝固，保證定位盤位置不發生變化。

3 總裝工藝要求

3.1 安裝剎緊油缸組件

要求：

(1)油缸碟簧30件一套，每3件成組，組組相反安裝，按照圖紙要求組裝成套，共計8套240件。

(2)油路管接頭擰緊，油管走線整齊合理，無滲漏。

3.2 裝定位軸，圓柱滾子軸承

要求：

(1)裝定位軸與滑座上壓軸承內圈消除軸承游隙，保證1：12錐面大端接觸可靠。

(2)測量雙列圓柱滾子軸承內圈下端面至定位軸臺階面實際距離，配磨調整墊，過盈0.02 mm裝入。

3.3 安裝齒圈、連接盤，調工作臺剎緊機構

要求：

(1)齒圈端面跳動≤0.02 mm。

(2)旋轉水平≤0.02/1 000 mm。

(3)調整剎緊片，按照圖紙要求測量、調整、修配剎緊組件，保證剎緊可靠。

(4)接通液壓頂起油缸活塞，磨配調整墊不等高≤0.02 mm。

3.4 安裝工作臺編碼器

要求：編碼器與中心軸同軸度≤0.02 mm。

3.5 安裝閥組、潤滑管路及其他

要求：閥組安裝牢固可靠，管接頭擰緊無滲漏，潤滑管路不打死彎。

3.6 調試精度

在上述零部件安裝完成后，按照以下要求調試數控轉臺精度：

(1)工作臺端面跳動≤0.02/1 000 mm。

(2)旋轉水平≤0.02/1 000 mm。

(3)工作臺平面度≤0.04 mm(平或凹)。

(4)工作臺中心孔對其回轉中心跳動≤0.015 mm。

4 裝配中的注意事項

4.1 裝配調試環境

大型精密數控轉臺屬于一種高精度的運動部件，對于裝配調試環境要求比較嚴格，要保證裝配地點和周圍環境的干凈、整潔。通常最理想的裝配車間室內溫度為20 ℃±0.5 ℃，相對濕度不大于75%。

裝配地點必須遠離沖床、刨床、空氣壓縮機等振源，也不宜在含有腐蝕性氣霧及陽光直接暴曬的場地進行裝配。

4.2 精密零部件裝配要求

消隙齒輪箱、雙列圓柱滾子軸承、高精度圓光柵尺(編碼器)、大型精密齒圈，中心定位軸等都屬于高精度零部件，要嚴格按照工藝要求進行裝配，搬運、安裝、拆卸過程中必須輕拿輕放，防止磕碰。

嚴禁使用工藝文件要求之外的工具進行敲擊，避免造成精度喪失。裝配過程中要保證基礎零部件、潤滑油脂、液壓管路、液壓油的清潔度，防止微型顆粒、雜物混入，影響數控轉臺的正常使用。

5 結語

本文通過對一種大型精密數控轉臺的設計結構和性能特點進行分析，確定出裝配工藝方案，詳細介紹了零部件裝配方法和技術要點，并針對性提出總裝工藝要求，總結出裝配中的注意事項，可以為同類型近似規格的精密數控轉臺裝配制造提供技術借鑒和參考。