數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)研究現(xiàn)狀

白 豪，李冬英，潘 婷

（邵陽(yáng)學(xué)院機(jī)械與能源工程學(xué)院，湖南邵陽(yáng)422000）

1 前言

數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)作為數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵功能部件，它的性能影響著機(jī)床整體的性能，為了提高數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的性能，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)做了大量的工作。近年來(lái)隨著國(guó)家對(duì)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)等功能部件的重視，國(guó)內(nèi)學(xué)者在汲取國(guó)外的研究成果的同時(shí)，對(duì)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的分度精度，靜動(dòng)態(tài)特性，可靠性的方面開(kāi)展深入攻關(guān)研究。使用自準(zhǔn)直儀測(cè)量分度精度的方法，該方法只需要兩個(gè)自準(zhǔn)直儀和一個(gè)反射鏡，即可得到1'~2'的測(cè)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(duì)分度精度檢測(cè)方法，工作原理如圖2所示。

圖1自準(zhǔn)直儀測(cè)量轉(zhuǎn)臺(tái)分度精度

2 數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)分度精度研究

數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)分度精度是衡量數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的關(guān)鍵性能指標(biāo)，由于對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工精度要求越來(lái)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(zhuǎn)臺(tái)的基本結(jié)構(gòu)形式、裝配誤差、材料剛度性能等是影響著數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的分度精度因素。韓國(guó)的Suh[1]等針對(duì)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行研究，建立了幾何誤差模型，提出來(lái)一種誤差測(cè)量和補(bǔ)償方法，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)誤差模型進(jìn)行驗(yàn)證。王成元[2]等針對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)中的力矩電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行研究，對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行分析和優(yōu)化，并在高精度數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用。

分度精度測(cè)量是數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)性能測(cè)試的重要環(huán)節(jié)。分度精度測(cè)量的實(shí)質(zhì)就是角度的測(cè)量，分度精度測(cè)量的方法有直接測(cè)量和間接測(cè)量法兩種。直接測(cè)量法是通過(guò)借助激光干涉儀、自準(zhǔn)直儀、旋轉(zhuǎn)編碼器等測(cè)量?jī)x器和測(cè)量設(shè)備直接檢測(cè)。間接測(cè)量是在理論分析與實(shí)際設(shè)備測(cè)量共同下的得到的測(cè)量值。生產(chǎn)過(guò)程中最常用的方法是使用檢測(cè)設(shè)備對(duì)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的分度精度進(jìn)行直接測(cè)量，周龍聲[3]提出了

圖2激光干涉儀對(duì)分度精度原理

3 數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)靜態(tài)特性研究

數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)靜態(tài)特性會(huì)對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工精度直接產(chǎn)生影響，分析優(yōu)化轉(zhuǎn)臺(tái)的動(dòng)靜態(tài)特性可以提高數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的性能。研究轉(zhuǎn)臺(tái)的動(dòng)靜態(tài)特性通常是先根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征構(gòu)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(shù)，最后根據(jù)分析結(jié)果對(duì)進(jìn)行優(yōu)化提高轉(zhuǎn)臺(tái)性能。鄭彬[5]等對(duì)加工中心的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行建模，利用有限元進(jìn)行應(yīng)力分析，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。魏旭壕[6]等研究靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)的液體靜壓系統(tǒng)時(shí)，提出了一種彈簧等效代替轉(zhuǎn)臺(tái)中的液壓油，構(gòu)建了轉(zhuǎn)臺(tái)的仿真模型，以此來(lái)分析轉(zhuǎn)臺(tái)的固有頻率與彈簧剛度之間的關(guān)系。顧華峰[7]等研究數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，依據(jù)動(dòng)力學(xué)原理建立數(shù)學(xué)模型，使用MATLAB動(dòng)態(tài)仿真構(gòu)建數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的傳動(dòng)系統(tǒng)仿真模型，通過(guò)仿真分析得到數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)特征仿真曲線(xiàn)，并對(duì)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。吳承云[8]研究了數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的臺(tái)面振動(dòng)相關(guān)問(wèn)題，分析了不同大小的螺栓預(yù)緊力對(duì)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)載荷響應(yīng)的影響。

4 數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的可靠性研究

數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的可靠性是表示轉(zhuǎn)臺(tái)在一定的條件下和規(guī)定的時(shí)間之內(nèi)，可以不發(fā)生故障的完成設(shè)定功能的能力[9]。機(jī)床可靠性最早是由前蘇聯(lián)AC·普羅尼科夫等學(xué)者提出，針對(duì)機(jī)床可靠性開(kāi)展了專(zhuān)門(mén)的研究，建立起了機(jī)床可靠性的研究方式[10]，為世界機(jī)床可靠性研究提供了理論基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)的可靠性研究起步較晚，隨著近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷增強(qiáng)，國(guó)家對(duì)高檔數(shù)控機(jī)床越來(lái)越重視，學(xué)者開(kāi)始對(duì)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的可靠性進(jìn)行深入研究。在數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的故障分析、失效機(jī)理分析及可靠性評(píng)價(jià)等方面取得了一些成果，形成了相應(yīng)的可靠性理論基礎(chǔ)。南京工業(yè)大學(xué)的王剛[11]等以TK13250E型數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)為研究對(duì)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(jié)果表明轉(zhuǎn)臺(tái)中蝸輪蝸桿的故障類(lèi)型較多，并且根據(jù)故障模式提出了改進(jìn)措施。國(guó)防科技大學(xué)的于乃輝[12]等以加工中心為研究對(duì)象，提出了可靠性試驗(yàn)方法與評(píng)估方法；重慶大學(xué)的張根保[13]等分析了故障模式及失效機(jī)理，在此基礎(chǔ)上建立了一種多試驗(yàn)應(yīng)力共同作用的試驗(yàn)剖面，在較短時(shí)間內(nèi)將數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)存在的潛在故障激發(fā)出來(lái)，根據(jù)試驗(yàn)后出現(xiàn)的故障，強(qiáng)化裝配中的薄弱環(huán)節(jié)，提高轉(zhuǎn)臺(tái)可靠性。

5 結(jié)語(yǔ)

本文從數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的關(guān)鍵性能參數(shù)出發(fā)，對(duì)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的分度精度，靜動(dòng)態(tài)特性，可靠性方面的研究進(jìn)行了綜述。