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(tái)式銑鑊加工中心的重要功能部件一數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)，同樣面臨著向大型、精密方向發(fā)展的要求。然而，由于我國(guó)從事大型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)技術(shù)研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的時(shí)間不長(zhǎng)，致使我們與歐、美、日等國(guó)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手有較大差距。近年來(lái)，由于國(guó)家對(duì)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(yàn)和技術(shù)積累，結(jié)合大型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的開(kāi)發(fā)實(shí)踐，對(duì)其中涉及到的精密傳動(dòng)和靜壓支撐兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析和論述，以期對(duì)該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，起到一定地促進(jìn)作用。

2 大型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述

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

圖1大型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的三維模型

　　2.1 工作臺(tái)

　　工作臺(tái)采用優(yōu)質(zhì)鑄鐵材料，工作臺(tái)的T型槽用于夾緊工件，工作臺(tái)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(tái)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(dòng)導(dǎo)軌構(gòu)成。動(dòng)導(dǎo)軌置于與工作臺(tái)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(jì)。靜壓油膜具有很高的剛度．保證工作臺(tái)低速旋轉(zhuǎn)、準(zhǔn)確定位，無(wú)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(dòng)傳動(dòng)單元

　　回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)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(tái)上的大齒圈嚙合，傳遞扭矩，驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)。通過(guò)電氣控制方式實(shí)現(xiàn)兩個(gè)小齒輪和大齒圈的嚙合無(wú)間隙，同時(shí)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(dòng)夾緊單元

　　回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)夾緊單元用于工作臺(tái)回轉(zhuǎn)夾緊。四組夾緊裝置分別安裝在滑座四個(gè)角點(diǎn)位置上。各夾緊機(jī)構(gòu)分為上、下兩個(gè)夾緊器，每個(gè)夾緊器設(shè)有三個(gè)活塞。夾緊時(shí)。上、下夾緊器的活塞同時(shí)伸出夾緊大齒圈的上、下表面；松開(kāi)時(shí)，上、下夾緊器的活塞同時(shí)縮回，圃轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(tái)中心軸裝有角度編碼器，可以通過(guò)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(tái)測(cè)量裝置采用全封閉式圓光柵進(jìn)行測(cè)量，構(gòu)成全閉環(huán)位置控制，確保轉(zhuǎn)臺(tái)具有較高的定位精度。

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

　　大型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)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(kāi)發(fā)過(guò)程中突破了精密傳動(dòng)和靜壓支撐兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)．解決了傳統(tǒng)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)定位精度和承載能力不高的技術(shù)難題。

　　3.1 精密傳動(dòng)技術(shù)

　　在轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)中齒輪副的嚙合側(cè)隙無(wú)論對(duì)分度、定位精度，還是傳動(dòng)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(tái)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

　　在該轉(zhuǎn)臺(tái)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中．提出了一種精密傳動(dòng)技術(shù)方案及齒輪副消隙控制方法。精密傳動(dòng)技術(shù)方案為兩個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速器及小齒輪旋轉(zhuǎn)．從而帶動(dòng)大齒圈及工作臺(tái)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。特別的，一個(gè)小齒輪始終以右齒側(cè)與大齒圈齒側(cè)嚙合，另—個(gè)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(dòng)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(tái)做單方向連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由一個(gè)伺服電機(jī)作為主驅(qū)動(dòng)電機(jī)。另—個(gè)伺服電機(jī)作為從動(dòng)電機(jī)，在轉(zhuǎn)速上與主驅(qū)動(dòng)電機(jī)保持同步．但是不提供扭矩，在工作臺(tái)換向后兩個(gè)伺服電機(jī)主從關(guān)系互換；當(dāng)工作臺(tái)做換向或分度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，—個(gè)伺服電機(jī)作為主驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，另—個(gè)伺服電機(jī)作為從動(dòng)電機(jī)施加反向的小扭矩。使兩個(gè)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(tái)相比，該項(xiàng)技術(shù)的采用大幅縮短了傳動(dòng)鏈長(zhǎng)度，在保證輸出扭矩的前提下．提高了傳動(dòng)剛度和效率。同時(shí)，該控制方法不受齒輪問(wèn)因長(zhǎng)期嚙合而產(chǎn)生的齒側(cè)磨損的影響，在反向旋轉(zhuǎn)時(shí)可動(dòng)態(tài)消除反向問(wèn)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(tái)的設(shè)計(jì)中對(duì)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(dòng)導(dǎo)軌副、滾動(dòng)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(tái)軸承．由于規(guī)格有限，也難以滿足數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)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(jì)就成為大型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

　　在該轉(zhuǎn)臺(tái)的開(kāi)發(fā)過(guò)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(guò)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(tái)上的負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)、自行調(diào)節(jié)的，無(wú)論轉(zhuǎn)臺(tái)是否偏載．大齒圄上、下表面都能夠同時(shí)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(lái)阻止轉(zhuǎn)臺(tái)的隨意浮起，使轉(zhuǎn)臺(tái)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(tái)相比，該項(xiàng)技術(shù)解決了傳統(tǒng)開(kāi)式靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)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(yǔ)

　　(1)簡(jiǎn)要介紹一種大型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)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(dòng)技術(shù)，提高了數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)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(tái)承載能力不高的難題。

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