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數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)多軸加工中心的性能起著舉足輕重的作用。在機(jī)床的整個(gè)生命周期中轉(zhuǎn)臺(tái)的精度和可靠性是機(jī)床制造商關(guān)注的首要問題，為此Matsumoto Machine Corporation (MMK)采取了一種切實(shí)可行、雙管齊下的方法來減少分度誤差，提高性能。通過強(qiáng)化產(chǎn)品校準(zhǔn)和編碼器技術(shù)，MMK將轉(zhuǎn)臺(tái)精度提升到新高度。

背景

Matsumoto Machine Corporation于1948年在日本成立，是一家技術(shù)領(lǐng)先的供應(yīng)商，為世界各地的工業(yè)機(jī)床制造商供應(yīng)創(chuàng)新型、高質(zhì)量鉗口卡盤和數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)。

MMK數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是配裝德國(guó)OTT GmbH研發(fā)的專利蝸桿與齒輪總成。與雙導(dǎo)程蝸桿齒輪不同，OTT蝸桿齒輪能夠最大限度減少齒輪咬合背隙，具有精度高、效率高、壽命長(zhǎng)且耐使用的優(yōu)點(diǎn)。

為了盡可能增加齒輪表面接觸面積，減少表面壓力的不利影響，OTT蝸桿齒輪分為左右兩個(gè)部件— 柄蝸桿和空心蝸桿—由一個(gè)大跨距環(huán)連接。

采用這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，只需縮小兩個(gè)部件之間的距離即可調(diào)整齒輪背隙。這種設(shè)計(jì)還可確保蝸輪齒只有一側(cè)與齒輪接觸，在另一側(cè)留有間隙。因此，這種兩件分離式齒輪設(shè)計(jì)可保證齒輪不會(huì)發(fā)生咬死問題，即使齒輪背隙為零。

MMK數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的另一大優(yōu)點(diǎn)是工作臺(tái)主軸的大直徑通孔。這一特性大大提高了機(jī)器的多功能性和剛性，支持更多種類的卡盤和夾具，而且能夠加工更長(zhǎng)的工件。

使用MMK數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)可以在一臺(tái)機(jī)器上進(jìn)行大部分金屬加工操作，這樣做的益處頗多。因?yàn)橹恍柙O(shè)定一臺(tái)機(jī)器和一套夾具，節(jié)省了時(shí)間和成本，而且由于工件直接在機(jī)器之間傳送，因而可減少工件搬運(yùn)操作、消除公差誤差。

對(duì)于這種復(fù)合加工中心，確保數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)在整個(gè)使用壽命期間的高精密分度和控制精度至關(guān)重要。

挑戰(zhàn)

無論是將精密設(shè)備集成到加工中心中的第三方機(jī)床制造商，還是各行各業(yè)的最終用戶，都面臨著如何確保精度和性能始終保持一致的難題。

在與機(jī)床的線性XYZ軸一樣，回轉(zhuǎn)軸也容易受到不可控因素的影響，引入角度定位或軸校直誤差，從而導(dǎo)致成品缺陷。這些誤差可能是由多種原因造成的，包括機(jī)器初始安裝錯(cuò)誤、碰撞造成的沖擊損壞或者日常使用磨耗。

MMK在全球以產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)計(jì)創(chuàng)新聞名，于是其決定探索如何在數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的整個(gè)生命周期內(nèi)確保高度精確、可靠地跟蹤和控制轉(zhuǎn)臺(tái)分度，無論機(jī)床類型、工件復(fù)雜性和工作周期為何。

與此同時(shí)，由于全球數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，MMK還希望進(jìn)一步改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)流程。因此，
MMK將分度測(cè)量作為出廠前質(zhì)控程序的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

解決方案

為方便機(jī)床制造商和用戶精確地追蹤和控制數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)分度，MMK選擇集成雷尼紹TONiC超小型非接觸式增量式光柵系統(tǒng)。

TONiC光柵安裝簡(jiǎn)單，其超小型讀數(shù)頭體積僅為35mmx13.5mmx10mm，為MMK提供了一種節(jié)省空間的解決方案。它支持的機(jī)器工作速度最高可達(dá)10m/s，分辨率可達(dá)到1nm。

轉(zhuǎn)臺(tái)上的圓光柵讀數(shù)頭設(shè)計(jì)配用雷尼紹RESM一體式不銹鋼圓光柵，其柱面上刻有20 μm柵距的刻線，并且具有IN-TRAC光學(xué)參考零位。

RESM圓光柵穩(wěn)定性高、尺寸小巧、內(nèi)徑大，具有多種直徑選項(xiàng)，從52mm到550mm不等，是一款功能多樣、使用簡(jiǎn)便的柵尺，可集成到MMK的各種數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)上。

為了提高可靠性，防止柵尺性能隨時(shí)間推移而不斷降低，TONiC讀數(shù)頭采用第三代光學(xué)濾波系統(tǒng)，噪聲（抖動(dòng)）更低，而且動(dòng)態(tài)信號(hào)處理使其功能更加強(qiáng)大。動(dòng)態(tài)信號(hào)處理可確保典型值為±30nm的超低電子細(xì)分誤差。

TONiC光柵與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的控制器兼容，具有一個(gè)可分離的模擬或數(shù)字接口，該接口為堅(jiān)固耐用的D型插頭，最遠(yuǎn)可置于距離讀數(shù)頭10m的位置。

MMK選用雷尼紹結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕巧的XR20-W回轉(zhuǎn)軸校準(zhǔn)裝置在制造過程中以及出廠前驗(yàn)證轉(zhuǎn)臺(tái)精度。

XR20-W與雷尼紹XL-80激光干涉儀搭配使用，通過遠(yuǎn)控方式對(duì)被測(cè)軸執(zhí)行非接觸基準(zhǔn)測(cè)量，精度達(dá)到
±1角秒。

XR20-W由伺服控制驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，數(shù)據(jù)采集與軸運(yùn)動(dòng)同步，也就是說，在測(cè)量期間無需操作人員干預(yù)。XR20-W采用鋰電池供電且具有藍(lán)牙功能，安裝快速、簡(jiǎn)單，可避免被拖曳的電纜線絆倒的危險(xiǎn)。

XR20-W采用模塊化設(shè)計(jì)和靈活的安裝系統(tǒng)，設(shè)定更為簡(jiǎn)單，并且可以輕松配置用于各種轉(zhuǎn)臺(tái)、卡盤和主軸。

結(jié)果

MMK將雷尼紹TONiC非接觸式光柵系統(tǒng)集成到數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)上，從而進(jìn)一步確保了轉(zhuǎn)臺(tái)精度和可靠性，而且實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的整體運(yùn)動(dòng)控制性能。

數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)配用緊湊型讀數(shù)頭和一體式不銹鋼圓光柵后，可適用于各種不同的機(jī)床和最終用途，提高抗灰塵、劃痕、油脂和油液能力，減少分度誤差。

TONiC光柵能夠輸出高度穩(wěn)定的位置信號(hào)，具備無與倫比的信號(hào)純度和超低的電子細(xì)分誤差，可實(shí)現(xiàn)更為平穩(wěn)的速度控制，而且掃描性能和位置穩(wěn)定性更優(yōu)。

MMK將雷尼紹XR20-W無線型回轉(zhuǎn)軸校準(zhǔn)裝置與XL-80激光干涉儀結(jié)合使用，與傳統(tǒng)的自準(zhǔn)直儀技術(shù)相比，產(chǎn)品檢測(cè)時(shí)間縮短了一半。不僅簡(jiǎn)化了測(cè)量程序，而且提高了自動(dòng)化水平。

XR20-W能夠以任意分度角步距執(zhí)行精確測(cè)量，因此可評(píng)估渦輪蝸桿驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)在執(zhí)行低至0.001°的超細(xì)角步距測(cè)量運(yùn)動(dòng)時(shí)的精度。

采用這種方法，可詳細(xì)評(píng)估并解決運(yùn)動(dòng)控制的任何損失或者渦輪蝸桿效率的問題。基于ISO質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面分析，以驗(yàn)證產(chǎn)品性能。

關(guān)于雷尼紹

雷尼紹是世界領(lǐng)先的工程科技公司之一，在精密測(cè)量和醫(yī)療保健領(lǐng)域擁有專業(yè)技術(shù)。公司向眾多行業(yè)和領(lǐng)域提供產(chǎn)品和服務(wù)—從飛機(jī)引擎、風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)制造，到口腔和腦外科醫(yī)療設(shè)備等。此外，它還在全球增材制造（也稱3D打印）領(lǐng)域居領(lǐng)導(dǎo)地位，是英國(guó)唯一一家設(shè)計(jì)和制造工業(yè)用增材制造設(shè)備（通過金屬粉末“打印”零件）的公司。

雷尼紹集團(tuán)目前在36個(gè)國(guó)家/地區(qū)設(shè)有80多個(gè)分支機(jī)構(gòu)，員工逾5,000人，其中3,000余名員工在英國(guó)本土工作。公司的大部分研發(fā)和制造均在英國(guó)本土進(jìn)行，在截至2018年6月的2018財(cái)年，雷尼紹實(shí)現(xiàn)了6.115億英鎊的銷售額，其中95%來自出口業(yè)務(wù)。公司最大的市場(chǎng)為中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)和日本。