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数控转台是数控机床重要的功能部件之一。 从应用角度， 主要有两种方式， 一种是作为机床的拓展功能应用，由主机生产厂家提供控制接口， 数控转台作为机床附件， 由用户选择或用户自己购买； 另一种是主机生产厂家直接与主机集成，作为机床的一部分。 无论哪种方式， 都是为了实现旋转或摆动 （甚至是既旋转又摆动）， 可作为数控机床的第四轴 （旋转轴） 或第四轴、第五轴 （旋转轴、 摆动轴） 参与坐标轴控制， 分度或摆动精度是选择这一功能部件的主要技术依据。

数控转台可分为连续分度和固定角度分度两类。 目前市场上， 固定角度分度的数控转台，其定位精度和重复定位精度比任意角度分度的数控转台要高， 价格也昂贵。

评定数控转台*主要的两个技术指标是定位精度和重复定位精度。 从这两个指标看， 日本数控转台的定位精度和重复定位精度较高，是中国台湾的数控转台和国内自主制造的数控转台。 日本连续分度数控转台的分度精度可达 1″， 重复定位精度可达 ±1″，中国台湾产品的分度精度一般为 4″， 重复定位精度为 ±2″。

数控回转台的应用相当广泛， 是一种成熟的技术。 通过使用数控回转台可以使机床实现多轴联动加工， 在现代机床高速、高精度的发展趋势下， 这要求回转台必须具备很高的回转精度和转动速度及很高的可靠性。 传统的回转工作台采用蜗杆蜗轮和传动，减速比为几十比一， 通过伺服电动机带动运转。 现在蜗杆蜗轮的加工精度及整个回转台机构都得到了保障和提高，但始终没办法解决一系列问题， 如： 受减速比影响， 回转速度不快； 受蜗杆蜗轮机构影响， 反向间隙依然存在， 对精度保持性并不长。在这种情况下， 一种新的技术和理念诞生了， 那就是直驱技术， 采用转矩电动机驱动， 取代普通机械传动， 转矩电动机直接驱动技术、具有高加速、 高动态响应特性、 无背隙、 无磨损、 精度保持性好等优势。

一种典型的数控回转工作台， 如图所示。 该数控回转工作台由伺服电动机 1 驱动，在它的轴上装有主动齿轮 3 （z 1 =22），它与从动齿轮 4 （z 2 =66） 相啮合， 齿的侧隙靠调整偏心环 2 来消除。 从动齿轮 4 与蜗杆 10 用楔形的拉紧销钉 5来联接， 这种联接方式能消除轴与套的配合间隙。 蜗杆 10 系双螺距式， 即相邻齿的厚度不同。 可用轴向移动蜗杆的方法来消除蜗杆 10 和蜗轮 11 的齿侧间隙。 调整时， 先松开壳体螺母套筒 7 上的锁紧螺钉8， 使锁紧瓦 6把丝杠 9 放松， 转动丝杠 9， 它便和蜗杆 10 在壳体螺母套筒 7 中做轴向移动， 消除齿向间隙。 调整完毕后，再拧紧锁紧螺钉 8， 把锁紧瓦 6 压紧在丝杠 9 上，使其不能再作转动。

蜗杆 10 的两端装有双列滚针轴承作径向支承， 右端装有两只止推轴承承受轴向力， 左端可以自由伸缩， 保证运转平稳。 蜗轮11下部的内、 外两面均装有夹紧瓦12 和13。 当蜗轮11 不回转时， 回转工作台的底座 18 内均布有 8 个液压缸 14，其上腔进液压油时， 活塞 15下行， 通过钢球 17， 撑开加紧瓦 12 和 13， 把蜗轮 11 夹紧。 当回转工作台需要回转时，控制系统发出指令， 使液压缸上腔油液流回油箱。 由于弹簧 16 恢复力的作用， 把钢球 17 抬起， 加紧瓦 12 和 13就不夹紧蜗轮 11， 由伺服电动机 1 通过传动装置， 使蜗轮 11 和回转工作台一起按照控制指令作回转运动。回转工作台的导轨面由大型滚柱轴承支承， 并由圆锥滚子轴承 21 和双列圆柱滚子轴承 20 保持准确的回转中心。

图　数控回转工作台

1—伺服电动机　2—偏心环　3—主动齿轮　4—从动齿轮　5—销钉　6—锁紧瓦　7—套筒

8—螺钉　9—丝杠　10—蜗杆　11—蜗轮　12、 13—夹紧瓦　14—液压缸　15—活塞

16—弹簧　17—钢球　18—底座　19—光栅　20、 21—轴承

数控回转工作台设有零点， 当它作回零操作时， 先用挡块碰撞限位开关 （图中未示出）， 使工作台由快速变为慢速回转，在无触点开关的作用下， 使工作台准确的停在零位。 数控回转工作台可作任意角度的回转或分度， 由光栅 19 进行读数控制。

这种数控回转工作台的驱动系统如采用半闭环控制， 其定位精度主要取决于蜗杆蜗杆副的运动精度， 采用高精度的 5 级蜗杆蜗杆副，并用双螺距蜗杆实现无间隙传动， 但还不能满足机床的定位精度 （ ±10s）。 需要在实际测量工作台静态定位误差之后，确定需要补偿的角度位置和补偿脉冲的符号 （正向或反向）， 记忆在补偿回路中， 由数控装置进行误差补偿。

平面凸轮与弧面凸轮的动作配合曲线如图所示。

图　平面凸轮与弧面凸轮的运动过程

在驱动电动机的带动下， 弧面凸轮在 10° ～60°的范围内， 完成机械手 70°转位动作。在60° ～90°范围弧面凸轮、 平面凸轮均不产生机械手运动， 用于松开刀具。

当凸轮继续转动到 90° ～144°的范围内， 平面凸轮通过连杆机构带动机械手向下运动；其中， 在 90° ～125°范围，只有平面凸轮带动机械手进行向下运动， 机械手拔出主轴、刀库中的刀具； 在 125° ～144°范围，因刀具已经脱离主轴与刀库的刀座， 两凸轮动作，即在机械手继续向下的过程中， 已经开始进行 180°转位， 以提高换刀速度。

在凸轮转动到 125° ～240°的范围， 弧面凸轮带动机械手进行 180°转位， 完成主轴与刀库的刀具交换； 当进入216°～240°范围时， 两凸轮动作， 平面凸轮已经开始通过连杆机构带动机械手进行向上运动， 以提高换刀速度。

从 216°起， 平面凸轮带动机械手进行向上运动， 机械手将主轴、 刀库中的刀具装入刀座； 这一动作在 216°～270°范围， 完成 “装刀” 动作。 接着的 270° ～ 300°范围内， 弧面凸轮、 平面凸轮均不产生机械手动作，机床进行刀具的 “夹紧” 动作， 这一动作由机床的气动或液压机构完成。

在 300° ～360°的范围内， 弧面凸轮完成机械手 70°反向转位动作， 机械手回到原位， 换刀结束。

以上动作通常可以在较短的时间 （1 ～2s） 内完成， 采用了凸轮换刀机构的加工中心， 其换刀速度较快。凸轮机械手换刀装置目前已经有专业厂家生产， 在设计时通常只需要直接选用即可。

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