大型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺的裝配工藝技術(shù)研究

何新林 尚 苗 何寶慶 趙 陽

(①西京學(xué)院，陜西 西安 710123；②空軍西安航空四站設(shè)備維修廠，陜西 西安 710077)

大型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺作為核心功能部件為大型高檔數(shù)控機(jī)床提供第四軸(數(shù)控回轉(zhuǎn)軸)的配套解決方案，擴(kuò)大了數(shù)控機(jī)床的加工范圍，提高了數(shù)控機(jī)床的承載能力和工作性能。隨著國內(nèi)外航空航天、汽車、能源、高鐵等行業(yè)的飛速發(fā)展，配有大型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺的大型數(shù)控機(jī)床市場需求量越來越大,市場前景好。與中小型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺相比，大型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺的成本高，制造難度大，通過傳統(tǒng)的加工制造工藝方法很難達(dá)到設(shè)計精度和性能要求。

本文對一種大型精密數(shù)控工作臺的裝配工藝技術(shù)進(jìn)行分析和研究，總結(jié)出裝配采用的關(guān)鍵技術(shù)和注意要點，為類似規(guī)格的數(shù)控工作臺設(shè)計生產(chǎn)制造提供技術(shù)參考。

1 數(shù)控轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)組成和工藝方案

1.1 結(jié)構(gòu)特點及性能要求

大型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺包含驅(qū)動旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)﹑中心定位機(jī)構(gòu)﹑圓光柵反饋機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)和四點定位機(jī)構(gòu)等部分，如圖1所示。該數(shù)控工作臺的驅(qū)動旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括交流伺服電機(jī)、消隙齒輪減速箱和齒圈等，給數(shù)控工作臺提供工作動力；大負(fù)載推力圓柱滾子軸承安裝于滑座上作為滾動導(dǎo)軌支撐工作臺。中心定位機(jī)構(gòu)包含中心軸、雙列圓錐滾子軸承和推力球軸承，保證數(shù)控工作臺回轉(zhuǎn)中心準(zhǔn)確定位。高精度圓光柵尺與數(shù)控轉(zhuǎn)臺中心定位軸連接，為數(shù)控坐標(biāo)軸提供全閉環(huán)的反饋信號，保證數(shù)控轉(zhuǎn)臺的定位精度。夾緊機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)臺不參與第四坐標(biāo)軸聯(lián)動時鎖緊轉(zhuǎn)臺，防止轉(zhuǎn)臺過載時產(chǎn)生微小位移。四點定位機(jī)構(gòu)由安裝于工作臺上的定位套、安裝于滑座上的定位軸、導(dǎo)向套、油缸、碟形彈簧及接近開關(guān)等組成，主要保證工作臺在4×90°位置時的精確定位。

1.2 裝配工藝方案

1.2.1 總體裝配工藝方案

該大型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺工作臺臺面尺寸達(dá)到2 000 mm×2 500 mm, 要求定位精度達(dá)到8″，重復(fù)定位精度達(dá)到4″，轉(zhuǎn)臺的端面跳動0.02/1 000 mm，四點定位精度到達(dá)0.01/500 mm。根據(jù)產(chǎn)品精度和性能要求，總體裝配工藝方案確定為：在確?；A(chǔ)零部件達(dá)到設(shè)計圖紙要求的基礎(chǔ)上，按照從下到上，從里到外的順序裝配零部件。具體為：放置大件滑座于支架上→安裝定位軸→安裝鎖緊機(jī)構(gòu)→扣合轉(zhuǎn)臺→安裝定位軸軸系→安裝圓光柵尺→安裝消隙齒輪箱→調(diào)試精度→安裝四點定位機(jī)構(gòu)。

1.2.2 精度超差解決工藝方案

當(dāng)數(shù)控轉(zhuǎn)臺初步安裝完成調(diào)試精度時，如果發(fā)現(xiàn)：(1)工作臺端面跳動>0.02/1 000 mm；(2)旋轉(zhuǎn)水平>0.02/1 000 mm；(3)工作臺平面度>0.04 mm(平或凹)，不符合精度要求，根據(jù)現(xiàn)有精加工設(shè)備采取轉(zhuǎn)臺部件整體精銑或精磨工作臺面的方法解決。

1.2.3 四點定位機(jī)構(gòu)裝配方案

工作臺的四點定位機(jī)構(gòu)是保證工作臺0°、90°、180°、270°這4個位置定位精度的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)。裝配中工作臺上的定位套與滑座上的定位銷之間有極高的配合要求，因此除了零件本身要具有高耐磨性、高精度的要求外，定位套與定位軸之間必須進(jìn)行配合研磨。在裝配過程中確定定位套的位置時，采用注膠工藝，大大降低了工作臺4個定位孔的加工精度，同時裝配簡單，操作性強(qiáng)，完全能夠滿足四點定位的性能要求。

2 零部件組裝工藝

2.1 組裝油缸

(1)編號：如圖2所示，對轉(zhuǎn)臺底座上的鎖緊油缸孔編號為1～8號，將鎖緊油缸插入孔內(nèi)，裝入順暢為宜。待8件鎖緊油缸都找到相應(yīng)合適孔，然后對鎖緊油缸編號，號碼與轉(zhuǎn)臺底座號碼一致。

(2)裝配：如圖2、圖4所示，將抗磨環(huán)、O型密封圈、密封環(huán)等件裝入相應(yīng)溝槽內(nèi)。將鎖緊油缸豎直放置，底端留有空隙，按圖紙所示方式放入5組(30片)碟形彈簧，然后插入活塞桿，壓緊油缸端蓋，接好油路接頭。

(3)試壓：將1～8號鎖緊油缸部件接入系統(tǒng)壓力為7 MPa的液壓站，加壓前分別測量活塞桿端部到鎖緊油缸體端部的距離并記錄，然后加壓，反復(fù)多試幾次，待伸出量穩(wěn)定時測量出現(xiàn)在活塞桿端部到鎖緊油缸端部的距離。與前值相減得出活塞桿伸出量。伸出量為2～3 mm為合格(如圖3所示)。

(4)按照編號順序，將1～8號油缸組件分別裝入轉(zhuǎn)臺底座相應(yīng)孔內(nèi)，并連接好油路。

2.2 安裝定位軸

(1)測量調(diào)整墊：將定位軸放于操作臺，依次分別裝入雙列圓柱滾子軸承、套、調(diào)整墊和壓緊套等。按軸承廠家提供的預(yù)緊力緊固壓緊套上的螺栓。用量塊測出調(diào)整墊上實際厚度，按此尺寸磨削此墊。

(2)安裝定位軸：將轉(zhuǎn)臺底座置于支撐架上，然后裝入調(diào)整墊和定位軸。

2.3 安裝鎖緊機(jī)構(gòu)

(1)配磨調(diào)整板：如圖4所示，依次將圓柱滾子軸承、連接盤和齒圈等裝入轉(zhuǎn)臺底座并緊固，然后用量塊分別測出轉(zhuǎn)臺底座安裝調(diào)整板的面與連接盤安裝夾緊板的面之間的距離，并標(biāo)記為1～8號的測量數(shù)值。把這些數(shù)據(jù)與調(diào)整板和板I總厚度相比較，差值減去0.03～0.05 mm的值就是板I需要磨削的量(保證夾緊板與板I兩面間隙0.03～0.05 mm)。

(2)配磨調(diào)整套：裝入壓緊盤，并使其與夾緊板接觸面間隙1 mm(用等高塊墊起)。接通液壓站，液壓油通過活塞桿上移頂起壓緊盤，使它達(dá)到最大伸出量，然后鎖緊上端M30螺母。測量出調(diào)整套實際距離(壓緊盤與活塞桿臺階面的距離)。根據(jù)測量值配磨調(diào)整套，并標(biāo)注記號。

(3)重新組裝鎖緊機(jī)構(gòu)：按裝配圖分別依次裝入調(diào)整板、板I、連接盤、夾緊板、調(diào)整套、壓緊盤等，并鎖緊活塞上端螺母。

2.4 扣合轉(zhuǎn)臺

(1)緊固轉(zhuǎn)臺與齒圈，使其同心，并打2個φ16 mm錐銷孔。然后拆開齒圈與轉(zhuǎn)臺，先把齒圈裝入轉(zhuǎn)臺底座上，使其與定位軸同心。

(2) 裝配四點定位裝置：按圖紙所示組裝油缸、定位銷、端蓋、墊、疊簧、抗磨環(huán)和密封件等，然后裝入轉(zhuǎn)臺底座相應(yīng)位置。把4個定位套2分別裝入轉(zhuǎn)臺相應(yīng)位置，翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺裝入轉(zhuǎn)臺底座。

2.5 安裝定位軸軸系

先裝入雙列圓柱滾子軸承內(nèi)圈及保持架，然后裝入外圈。依次裝入深溝球軸承、套、調(diào)整墊及壓緊套等。根據(jù)雙列圓柱滾子軸承預(yù)壓力鎖緊螺釘，然后拆除壓緊套和調(diào)整墊。推力球軸承上面到套端面的距離就是調(diào)整墊的實際距離，配磨調(diào)整墊后按先后順序裝入調(diào)整墊與壓緊套并鎖緊螺釘。

2.6 安裝編碼器

先組裝編碼器、中心軸、壓緊套和鎖緊螺母等。然后把編碼器支架裝入定位軸上，組件裝入編碼器支架上。再后依次裝入定位套、漲緊套、端蓋、調(diào)整螺釘和密封蓋等。

2.7 安裝消隙齒輪箱

將消隙齒輪箱放于可調(diào)支架上，緊固安裝螺釘，中間用量塊墊實。輕輕轉(zhuǎn)動減速機(jī)使兩個齒輪與齒圈慢慢嚙合。然后涂上紅丹粉看嚙合情況，根據(jù)嚙合情況不斷調(diào)整間距及齒輪箱傾斜角度，當(dāng)達(dá)到接觸面70%以上，并且接觸面對稱分布時，量塊的厚度就是調(diào)整墊的實際尺寸。打錐銷孔，拆除螺釘，配磨調(diào)整墊4。然后按順序重新裝配齒輪箱。

2.8 調(diào)試精度

按自檢要求先檢工作臺面跳動，然后再檢旋轉(zhuǎn)水平和臺面平面度。在轉(zhuǎn)臺旁邊安放可調(diào)支架，吸上磁力表座，把表頭探向工作臺邊緣，然后旋轉(zhuǎn)工作臺記錄四點跳動最大值，并標(biāo)記在臺面上，作為返修參考值，返修完后最大跳動不得大于0.02/1 000 mm;用等高塊架起1 m平尺，上面放置水平儀，旋轉(zhuǎn)180°后，水平儀偏差不得大于1格；在工作臺上放置一個橋板，其上放置水平儀。分別沿X軸方向、Z軸方向，從零位方向移動橋板。每次測量的移動距離為200 mm,記錄一次水平儀讀數(shù)。根據(jù)水平儀讀數(shù)求得各測量點到基準(zhǔn)面的坐標(biāo)值。

誤差以被測面上的各測點到基準(zhǔn)平面的最大與最小坐標(biāo)值的代數(shù)差值計。整個臺面平或中凹，全長不得超過0.04 mm;局部誤差以規(guī)定長度上兩點到基準(zhǔn)平面間的坐標(biāo)值的代數(shù)差值計。局部或任意300 mm不得大于0.015 mm。

2.9 安裝四點定位機(jī)構(gòu)

將方尺放置在工作臺上并使其一邊與工作臺的移動方向(X軸)平行。然后確定0°,把油缸定位銷插入0°定位盤，反復(fù)測試，保證插入和回縮順暢，鎖緊安裝螺釘。然后在一個旋轉(zhuǎn)方向上使數(shù)控轉(zhuǎn)臺4次分度(0°、90°、180°、270°)進(jìn)行檢驗。在每一個位置上，檢驗工作臺移動與方尺相對應(yīng)棱邊的平行度。依次旋轉(zhuǎn)90°、180°、270°與前面方法相同，鎖緊對應(yīng)定位盤，確認(rèn)無誤后從注膠孔打入定位膠，需經(jīng)過36 h凝固，保證定位盤位置不發(fā)生變化。

3 總裝工藝要求

3.1 安裝剎緊油缸組件

要求：

(1)油缸碟簧30件一套，每3件成組，組組相反安裝，按照圖紙要求組裝成套，共計8套240件。

(2)油路管接頭擰緊，油管走線整齊合理，無滲漏。

3.2 裝定位軸，圓柱滾子軸承

要求：

(1)裝定位軸與滑座上壓軸承內(nèi)圈消除軸承游隙，保證1：12錐面大端接觸可靠。

(2)測量雙列圓柱滾子軸承內(nèi)圈下端面至定位軸臺階面實際距離，配磨調(diào)整墊，過盈0.02 mm裝入。

3.3 安裝齒圈、連接盤，調(diào)工作臺剎緊機(jī)構(gòu)

要求：

(1)齒圈端面跳動≤0.02 mm。

(2)旋轉(zhuǎn)水平≤0.02/1 000 mm。

(3)調(diào)整剎緊片，按照圖紙要求測量、調(diào)整、修配剎緊組件，保證剎緊可靠。

(4)接通液壓頂起油缸活塞，磨配調(diào)整墊不等高≤0.02 mm。

3.4 安裝工作臺編碼器

要求：編碼器與中心軸同軸度≤0.02 mm。

3.5 安裝閥組、潤滑管路及其他

要求：閥組安裝牢固可靠，管接頭擰緊無滲漏，潤滑管路不打死彎。

3.6 調(diào)試精度

在上述零部件安裝完成后，按照以下要求調(diào)試數(shù)控轉(zhuǎn)臺精度：

(1)工作臺端面跳動≤0.02/1 000 mm。

(2)旋轉(zhuǎn)水平≤0.02/1 000 mm。

(3)工作臺平面度≤0.04 mm(平或凹)。

(4)工作臺中心孔對其回轉(zhuǎn)中心跳動≤0.015 mm。

4 裝配中的注意事項

4.1 裝配調(diào)試環(huán)境

大型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺屬于一種高精度的運動部件，對于裝配調(diào)試環(huán)境要求比較嚴(yán)格，要保證裝配地點和周圍環(huán)境的干凈、整潔。通常最理想的裝配車間室內(nèi)溫度為20 ℃±0.5 ℃，相對濕度不大于75%。

裝配地點必須遠(yuǎn)離沖床、刨床、空氣壓縮機(jī)等振源，也不宜在含有腐蝕性氣霧及陽光直接暴曬的場地進(jìn)行裝配。

4.2 精密零部件裝配要求

消隙齒輪箱、雙列圓柱滾子軸承、高精度圓光柵尺(編碼器)、大型精密齒圈，中心定位軸等都屬于高精度零部件，要嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行裝配，搬運、安裝、拆卸過程中必須輕拿輕放，防止磕碰。

嚴(yán)禁使用工藝文件要求之外的工具進(jìn)行敲擊，避免造成精度喪失。裝配過程中要保證基礎(chǔ)零部件、潤滑油脂、液壓管路、液壓油的清潔度，防止微型顆粒、雜物混入，影響數(shù)控轉(zhuǎn)臺的正常使用。

5 結(jié)語

本文通過對一種大型精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺的設(shè)計結(jié)構(gòu)和性能特點進(jìn)行分析，確定出裝配工藝方案，詳細(xì)介紹了零部件裝配方法和技術(shù)要點，并針對性提出總裝工藝要求，總結(jié)出裝配中的注意事項，可以為同類型近似規(guī)格的精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺裝配制造提供技術(shù)借鑒和參考。