數控轉臺研究現狀

白 豪，李冬英，潘 婷

（邵陽學院機械與能源工程學院，湖南邵陽422000）

1 前言

數控轉臺作為數控機床的關鍵功能部件，它的性能影響著機床整體的性能，為了提高數控轉臺的性能，國內外研究學者對數控轉臺做了大量的工作。近年來隨著國家對數控轉臺等功能部件的重視，國內學者在汲取國外的研究成果的同時，對數控轉臺的分度精度，靜動態特性，可靠性的方面開展深入攻關研究。使用自準直儀測量分度精度的方法，該方法只需要兩個自準直儀和一個反射鏡，即可得到1'~2'的測量精度，工作原理如圖1所示。張立新[4]等提出使用激光干涉儀對分度精度檢測方法，工作原理如圖2所示。

圖1自準直儀測量轉臺分度精度

2 數控轉臺分度精度研究

數控轉臺分度精度是衡量數控轉臺的關鍵性能指標，由于對數控機床的加工精度要求越來越高，為了提高分度精度，在精度理論方面研究者做了大量的工作。轉臺的基本結構形式、裝配誤差、材料剛度性能等是影響著數控轉臺的分度精度因素。韓國的Suh[1]等針對數控轉臺進行研究，建立了幾何誤差模型，提出來一種誤差測量和補償方法，并且通過實驗對誤差模型進行驗證。王成元[2]等針對轉臺中的力矩電動機驅動問題進行研究，對電機的轉矩進行分析和優化，并在高精度數控機床中應用。

分度精度測量是數控轉臺性能測試的重要環節。分度精度測量的實質就是角度的測量，分度精度測量的方法有直接測量和間接測量法兩種。直接測量法是通過借助激光干涉儀、自準直儀、旋轉編碼器等測量儀器和測量設備直接檢測。間接測量是在理論分析與實際設備測量共同下的得到的測量值。生產過程中最常用的方法是使用檢測設備對數控轉臺的分度精度進行直接測量，周龍聲[3]提出了

圖2激光干涉儀對分度精度原理

3 數控轉臺動靜態特性研究

數控轉臺動靜態特性會對數控機床的加工精度直接產生影響，分析優化轉臺的動靜態特性可以提高數控轉臺的性能。研究轉臺的動靜態特性通常是先根據轉臺的結構特征構建模型，然后利用有限元等仿真分析軟件獲得在不同影響因子下的性能參數，最后根據分析結果對進行優化提高轉臺性能。鄭彬[5]等對加工中心的數控轉臺進行建模，利用有限元進行應力分析，根據分析結果對數控轉臺進行結構優化設計。魏旭壕[6]等研究靜壓轉臺的液體靜壓系統時，提出了一種彈簧等效代替轉臺中的液壓油，構建了轉臺的仿真模型，以此來分析轉臺的固有頻率與彈簧剛度之間的關系。顧華峰[7]等研究數控轉臺的傳動系統時，依據動力學原理建立數學模型，使用MATLAB動態仿真構建數控轉臺的傳動系統仿真模型，通過仿真分析得到數控轉臺動態特征仿真曲線，并對數控轉臺傳動系統的穩定性進行分析。吳承云[8]研究了數控轉臺的臺面振動相關問題，分析了不同大小的螺栓預緊力對數控轉臺動態載荷響應的影響。

4 數控轉臺的可靠性研究

數控轉臺的可靠性是表示轉臺在一定的條件下和規定的時間之內，可以不發生故障的完成設定功能的能力[9]。機床可靠性最早是由前蘇聯AC·普羅尼科夫等學者提出，針對機床可靠性開展了專門的研究，建立起了機床可靠性的研究方式[10]，為世界機床可靠性研究提供了理論基礎。國內的可靠性研究起步較晚，隨著近年來我國經濟實力的不斷增強，國家對高檔數控機床越來越重視，學者開始對數控轉臺的可靠性進行深入研究。在數控轉臺的故障分析、失效機理分析及可靠性評價等方面取得了一些成果，形成了相應的可靠性理論基礎。南京工業大學的王剛[11]等以TK13250E型數控回轉工作臺為研究對象，分析其功能原理，提出故障模式、影響及危害性分析(FMECA)方法，分析結果表明轉臺中蝸輪蝸桿的故障類型較多，并且根據故障模式提出了改進措施。國防科技大學的于乃輝[12]等以加工中心為研究對象，提出了可靠性試驗方法與評估方法；重慶大學的張根保[13]等分析了故障模式及失效機理，在此基礎上建立了一種多試驗應力共同作用的試驗剖面，在較短時間內將數控轉臺存在的潛在故障激發出來，根據試驗后出現的故障，強化裝配中的薄弱環節，提高轉臺可靠性。

5 結語

本文從數控轉臺的關鍵性能參數出發，對數控轉臺的分度精度，靜動態特性，可靠性方面的研究進行了綜述。