數控回轉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）

數控回轉工作臺作為加工中心設備的核心部件，其技術一直是機械領域研究的重點。隨著裝備制造業的迅猛發展，對高速高精加工中心的需求不斷提高。在加工中心中，數控回轉工作臺的性能直接影響到加工中心的動態穩定性、適應性、可靠性、高效性和精準性。所以我們必須對轉臺的性能進行測試及分析，以驗證轉臺的性能。

1 數控回轉工作臺幾何精度測試

1.1 工作臺工作面的端面跳動測試

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

（1）檢測工具

數控回轉工作臺的表面精度較高，此項精度的要求也較嚴，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（指示器的具體位置R，根據臺面大小來定。例臺面為1000×1200mm，按工作臺短邊的25%計 算 得R=250mm）。以回轉工作臺原點為基準，轉動工作臺一周，同時移動量塊。記錄在該位置回轉360度時表盤中讀數的最大值與最小值，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 數控回轉工作臺剛度測試

2.1 回轉工作臺偏載檢測

數控回轉工作臺具有承載工件和夾持工件的功能。在回轉加工過程中，如果工件的重心和數控回轉工作臺的回轉中心不重合，工作臺處于偏載狀態下時，轉臺的剛性對精度的影響非常大，這個指標也是判斷轉臺適應性的重要指標。

（1）檢測工具

杠桿千分表配以磁力杠桿表座、配重塊(按轉臺最大承重選)。

（2）檢測方法

在數控回轉工作臺上，如圖3所示偏離回轉中心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%最高轉速運轉。運轉時應平穩、可靠,低速運轉時應無明顯爬行現象。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 回轉工作臺顛覆力矩檢測

臥式加工中心上的數控回轉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，此時轉臺受到主軸對它施加的切削力而產生的顛覆力矩是很大的，轉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、數顯推拉力計。數顯推拉力計：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，檢測員可以根據實際不同的測量需要調換兩種測量模式。設置單位有：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，在距離數控回轉工作臺上表面L（Y向行程的70%）處施加一推力P（數顯推拉力計放置于工件和施力物之間），檢驗工作臺翻轉變形，檢驗應在數控回轉工作臺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 數控回轉工作臺動態精度測試

3.1 回轉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點的能力。精度主要指加工精度、定位度、重復定位精度。作為數控軸位置精度的檢測是必備的，也是最能反映轉臺精度的檢測方法。

（1）檢測工具

激光干涉儀可應用于數控機床、三坐標測量機等精密運動設備運動導軌的線性定位精度、重復定位精度等，同時也能檢測運動導軌的俯仰角、扭擺角、垂直度、和直線度，并可以校準機床的回轉軸。激光干涉儀結合線性鏡組能實現0.5ppm精度的線性測量，結合相應鏡組還能實現角度、直線度（平行度）、平面度、垂直度、回轉軸等參數的測量，并進行動態分析。激光干涉儀檢測示意及回轉分度器如下圖6所示。

（2）檢測方法

詳細的檢測過程詳見不同型號的激光干涉儀說明書。

3.2 回轉工作臺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時，由于回轉運動，產生刀尖點的附加運動。數控系統控制點往往與刀尖點不重合，因此數控系統要自動修正控制點，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所測主軸尺寸設計錐柄大小，使之與主軸錐孔配合無間隙，并以錐柄所在軸為基準，對球頭進行圓跳動檢測，使其符合機床精度檢測所需要求。刀柄的規格根據機床主軸錐孔來定。

（2）檢測方法。將杠桿千分表的基座吸附固定于工作臺上，調整指示器側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。采用RTCP模式編寫聯動加工模擬程序（注意機床的干涉區，避免機床撞機），使側頭按進給速度的25%慢速轉動。記錄整個回轉過程中表盤中讀數的最大值與最小值，兩者之差即是該RTCP聯動精度值。圖7為RTCP檢測運動軌跡示意圖及RTCP檢測現場。

4 結語

數控回轉工作臺的研究與設計是一項綜合性的課題，內容涉及機械、液壓、電氣等多個領域，由于本人掌握的知識和水平有限，同時受到許多現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檢測現場