1 引言

　　現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床作為裝備制造業(yè)的重要“工作母機(jī)”正不斷向大型化、精密化方向發(fā)展，作為中、大型數(shù)控加工中心，如數(shù)控落地和刨臺式銑鑊加工中心的重要功能部件一數(shù)控轉(zhuǎn)臺，同樣面臨著向大型、精密方向發(fā)展的要求。然而，由于我國從事大型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)的時間不長，致使我們與歐、美、日等國競爭對手有較大差距。近年來，由于國家對裝備制造業(yè)的高度重視，已經(jīng)取得了一些技術(shù)突破，但是整體技術(shù)水平還較低。根據(jù)自己的實(shí)際經(jīng)驗和技術(shù)積累，結(jié)合大型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺的開發(fā)實(shí)踐，對其中涉及到的精密傳動和靜壓支撐兩項關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析和論述，以期對該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展及產(chǎn)品開發(fā)，起到一定地促進(jìn)作用。

2 大型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)簡述

　　大型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺主要由工作臺、滑座、靜壓支撐單元、回轉(zhuǎn)運(yùn)動傳動單元、回轉(zhuǎn)運(yùn)動夾緊單元、回轉(zhuǎn)定位單元等組成，大型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺的三維模型，如圖1所示。

圖1大型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺的三維模型

　　2.1 工作臺

　　工作臺采用優(yōu)質(zhì)鑄鐵材料，工作臺的T型槽用于夾緊工件，工作臺中心有定位止口．與回轉(zhuǎn)軸線同軸．可用于工件定位。

　　2.2 滑座

　　滑座采用優(yōu)質(zhì)鑄件材料，用以支承轉(zhuǎn)臺體．其上布置的靜壓油腔與定量式多頭泵的出油管連通。

　　2.3 靜壓支撐單元

　　大直徑寬導(dǎo)軌面的靜壓支撐單元由靜、動導(dǎo)軌構(gòu)成。動導(dǎo)軌置于與工作臺聯(lián)接成一體的具有較高平面度和粗糙度的大齒圈上；靜導(dǎo)軌由兩部分組成，一部分置于滑座上，另一部分置于大齒圈外周的靜壓塊上。該靜壓支撐單元采用用式結(jié)構(gòu)設(shè)計。靜壓油膜具有很高的剛度．保證工作臺低速旋轉(zhuǎn)、準(zhǔn)確定位，無爬行現(xiàn)象，即使有偏心負(fù)荷。也能保持良好的幾何精度。

　　2.4 回轉(zhuǎn)運(yùn)動傳動單元

　　回轉(zhuǎn)運(yùn)動傳動單元依靠安裝在滑座側(cè)面的雙伺服進(jìn)給電機(jī)、減速器及小齒輪與工作臺上的大齒圈嚙合，傳遞扭矩，驅(qū)動工作臺回轉(zhuǎn)。通過電氣控制方式實(shí)現(xiàn)兩個小齒輪和大齒圈的嚙合無間隙，同時設(shè)置CNC的高增益值，即可實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的定位。

　　2.5 回轉(zhuǎn)運(yùn)動夾緊單元

　　回轉(zhuǎn)運(yùn)動夾緊單元用于工作臺回轉(zhuǎn)夾緊。四組夾緊裝置分別安裝在滑座四個角點(diǎn)位置上。各夾緊機(jī)構(gòu)分為上、下兩個夾緊器，每個夾緊器設(shè)有三個活塞。夾緊時。上、下夾緊器的活塞同時伸出夾緊大齒圈的上、下表面；松開時，上、下夾緊器的活塞同時縮回，圃轉(zhuǎn)工作臺即可自由回轉(zhuǎn)。

　　2.6 回轉(zhuǎn)定位單元

　　回轉(zhuǎn)定位單元采用精密雙列圓錐滾子軸承預(yù)緊定心，保證其具有較高的回轉(zhuǎn)精度。工作臺中心軸裝有角度編碼器，可以通過CNC控制實(shí)現(xiàn)任意位置分度、準(zhǔn)停及螺紋加工插補(bǔ)。本回轉(zhuǎn)工作臺測量裝置采用全封閉式圓光柵進(jìn)行測量，構(gòu)成全閉環(huán)位置控制，確保轉(zhuǎn)臺具有較高的定位精度。

3 大型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺的關(guān)鍵技術(shù)

　　大型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺承重高達(dá)25t。可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)回轉(zhuǎn)、任意角度定位，分度精度高，可保證調(diào)頭鏜孔的同軸度。在開發(fā)過程中突破了精密傳動和靜壓支撐兩項關(guān)鍵技術(shù)．解決了傳統(tǒng)數(shù)控轉(zhuǎn)臺定位精度和承載能力不高的技術(shù)難題。

　　3.1 精密傳動技術(shù)

　　在轉(zhuǎn)臺的設(shè)計中齒輪副的嚙合側(cè)隙無論對分度、定位精度，還是傳動精度的影響最大，因此消除齒輪副的側(cè)晾就成為大型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺的關(guān)鍵技術(shù)問題。

　　在該轉(zhuǎn)臺的開發(fā)過程中．提出了一種精密傳動技術(shù)方案及齒輪副消隙控制方法。精密傳動技術(shù)方案為兩個伺服電機(jī)驅(qū)動減速器及小齒輪旋轉(zhuǎn)．從而帶動大齒圈及工作臺回轉(zhuǎn)運(yùn)動。特別的，一個小齒輪始終以右齒側(cè)與大齒圈齒側(cè)嚙合，另—個小齒輪始終以左齒側(cè)與大齒圈齒側(cè)嚙合，這是為了實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動中消除齒側(cè)間隙的目的。齒輪副消隙控制方法為當(dāng)工作臺做單方向連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動時，由一個伺服電機(jī)作為主驅(qū)動電機(jī)。另—個伺服電機(jī)作為從動電機(jī)，在轉(zhuǎn)速上與主驅(qū)動電機(jī)保持同步．但是不提供扭矩，在工作臺換向后兩個伺服電機(jī)主從關(guān)系互換；當(dāng)工作臺做換向或分度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，—個伺服電機(jī)作為主驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動工作臺轉(zhuǎn)動，另—個伺服電機(jī)作為從動電機(jī)施加反向的小扭矩。使兩個小齒輪始終與大齒圈緊密嚙合，消除齒側(cè)間隙。

　　與傳統(tǒng)的大型回轉(zhuǎn)工作臺相比，該項技術(shù)的采用大幅縮短了傳動鏈長度，在保證輸出扭矩的前提下．提高了傳動剛度和效率。同時，該控制方法不受齒輪問因長期嚙合而產(chǎn)生的齒側(cè)磨損的影響，在反向旋轉(zhuǎn)時可動態(tài)消除反向問隙。提高了回轉(zhuǎn)定位精度，并能夠?qū)崿F(xiàn)任意角度或連續(xù)回轉(zhuǎn)的正反向定位。

　　3.2 靜壓支撐技術(shù)

　　在本轉(zhuǎn)臺的設(shè)計中對回轉(zhuǎn)支撐(導(dǎo)軌)的精度、剮性及承載能力都提出了很高的要求，因此，作為目前最為常用的傳統(tǒng)型的滑動導(dǎo)軌副、滾動直線導(dǎo)軌等均不能完全滿足要求。而新型重載直線導(dǎo)軌和轉(zhuǎn)臺軸承．由于規(guī)格有限，也難以滿足數(shù)控轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)支撐的要求。因此。基于靜壓原理具有承載能力高、摩擦系數(shù)極小、剛性大、精度保持型好等諸多優(yōu)點(diǎn)的各種導(dǎo)軌支撐設(shè)計就成為大型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺的關(guān)鍵技術(shù)問題。

　　在該轉(zhuǎn)臺的開發(fā)過程中，提出了一種定量式閉式靜壓回轉(zhuǎn)支撐技術(shù)方案。該技術(shù)方案為定量式多頭泵的出油管與滑座上以及周邊的靜壓塊靜壓油腔連通，通過壓板和滑座分別給靜壓導(dǎo)軌副上、下表面提供靜壓油。該結(jié)構(gòu)內(nèi)大齒圈上、下表面的靜壓油壓力是隨轉(zhuǎn)臺上的負(fù)載動態(tài)響應(yīng)、自行調(diào)節(jié)的，無論轉(zhuǎn)臺是否偏載．大齒圄上、下表面都能夠同時承受相同的靜壓力；而周邊靜壓塊產(chǎn)生的靜壓力主要用來阻止轉(zhuǎn)臺的隨意浮起，使轉(zhuǎn)臺的浮起量穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。與傳統(tǒng)的大型回轉(zhuǎn)工作臺相比，該項技術(shù)解決了傳統(tǒng)開式靜壓轉(zhuǎn)臺承受偏載能力差、浮起高度不受控制、加工精度低的難題。

4 結(jié)束語

　　(1)簡要介紹一種大型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺的組成結(jié)構(gòu)。(2)提出一種包含齒輪副消隙控制方法在內(nèi)的精密傳動技術(shù)，提高了數(shù)控轉(zhuǎn)臺的定位精度。(3)提出一種定量式閉式靜壓回轉(zhuǎn)支攆技術(shù)．解決了傳統(tǒng)數(shù)控轉(zhuǎn)臺承載能力不高的難題。

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