分度轉(zhuǎn)臺、數(shù)控分度回轉(zhuǎn)臺、轉(zhuǎn)矩電機(jī)、氣動、氣浮轉(zhuǎn)臺、液壓轉(zhuǎn)臺作為機(jī)床的重要部件，是確保機(jī)床加工各種精密零件的核心裝備之一，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械零件的加工。隨著社會的進(jìn)步，技術(shù)的發(fā)展以及裝備制造新的市場需求，對機(jī)械零件的加工精度要求越來越高。現(xiàn)在轉(zhuǎn)臺技術(shù)領(lǐng)域zui大的困惑就是轉(zhuǎn)臺的分度精度、同心度、平面度等各項精度怎樣滿足高精度機(jī)械零件的加工要求。這個問題也成為當(dāng)前轉(zhuǎn)臺領(lǐng)域的技術(shù)難題。世界各國該領(lǐng)域的工程技術(shù)專家，思考設(shè)計了很多解決方案，但精度提高的效果均不盡人意。

  如何解決轉(zhuǎn)臺的超高精度分度和定位，同時又能滿足精密機(jī)械零件在加工過程中確保轉(zhuǎn)臺不會產(chǎn)生角度位移和平面度、同心度誤差，成為目前轉(zhuǎn)臺領(lǐng)域的世界性技術(shù)攻關(guān)難題。本文中，作者首先對目前各種轉(zhuǎn)臺在高精度分度和定位上的優(yōu)缺點進(jìn)行相關(guān)技術(shù)分析，而后在此基礎(chǔ)上提出了自己的解決方案，供業(yè)內(nèi)同仁參考。

  我們先從常規(guī)應(yīng)用中的蝸輪蝸桿傳動轉(zhuǎn)臺進(jìn)行分析：

  一、目前zui常用的轉(zhuǎn)臺其內(nèi)部傳動方式為蝸輪蝸桿傳動。由于蝸輪和蝸桿的傳動接觸面為滑動摩擦，因此摩擦阻力大、傳動效率低。由于蝸輪材質(zhì)較軟而蝸桿材質(zhì)硬度大，所以蝸輪極易磨損，從而導(dǎo)致分度誤差越來越大，再加上蝸輪齒的等分度誤差（也就是公法線誤差），導(dǎo)致的分度誤差，所以該型結(jié)構(gòu)傳動的轉(zhuǎn)臺分度精度不高。

  另外，由于蝸輪和蝸桿只能嚙合2.5個—3個齒，且不能使蝸桿螺旋面的兩面與蝸輪齒的兩面同時緊密嚙合，所以輸出轉(zhuǎn)矩不大，而且反向間隙過大的問題無法解決。所以容易導(dǎo)致該型轉(zhuǎn)臺在加工零件時產(chǎn)生較大的角度偏擺。為了有效控制加工零件時的角度偏擺，人們想到了用氣動和油壓剎車鎖緊輸出端的工作臺，來克服加工零件時的刀具切削力，控制角度偏擺的產(chǎn)生。但在剎車鎖緊時，由于轉(zhuǎn)臺本身的反向間隙大，且輸出轉(zhuǎn)矩小，所以剎車鎖緊固然能增大靜止轉(zhuǎn)矩抗衡加工零件時的切削阻力，但在剎車鎖緊時必然產(chǎn)生較大的角度位移，導(dǎo)致加工零件在定位時就已經(jīng)產(chǎn)生了較大誤差。

按照這個技術(shù)線路，人們試圖通過包絡(luò)蝸桿，蝸桿螺旋逐漸增厚（也就是變位蝸桿），或蝸桿徑向偏心可調(diào)等來克服蝸輪磨損后的精度丟失，但結(jié)果仍然無法解決超高精密分度的問題。而且由于蝸輪和蝸桿材料的不同，其熱脹系數(shù)的差異，導(dǎo)致長期使用導(dǎo)致的溫度升高，從而使其分度精度也大大降低。

所以該型轉(zhuǎn)臺是不可能滿足高精度零件的加工需求。但其優(yōu)點是制造成本低、外型尺寸小。

  二、為了解決以上蝸輪蝸桿傳動轉(zhuǎn)臺的先天技術(shù)不足問題，人們想到了通過鼠牙齒嚙合的技術(shù)方案。其原理是通過將鼠牙齒圈固定在轉(zhuǎn)臺工作臺底面，另一齒圈固定在轉(zhuǎn)臺箱體上通過蝸輪蝸桿帶動抬起的工作臺旋轉(zhuǎn)分度，然后落下與固定在箱體上的齒圈進(jìn)行上下齒圈嚙合。這種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)臺，其分度精度和重復(fù)精度都很高，也有足夠的靜止轉(zhuǎn)矩抗衡加工刀具的切削阻力。但其zui小分度只能是整數(shù)，且在工作臺通過液壓頂升，再旋轉(zhuǎn)分度再落下的過程中，會產(chǎn)生工作臺平面和中心軸軸心誤差的技術(shù)問題，從而使裝夾在工作臺上的零件的基準(zhǔn)面和軸心不能達(dá)到其精度要求。特別是多面箱體要求面與面上的孔的同心度要求高時，該型轉(zhuǎn)臺不能滿足其精度要求。再就是該型轉(zhuǎn)臺在工作臺頂升抬起，再旋轉(zhuǎn)分度再落下嚙合上下齒圈時，由于工作臺再旋轉(zhuǎn)分度時所產(chǎn)生的分度誤差，會導(dǎo)致上下齒圈嚙合時的對齒偏離，此時工作臺和上齒圈一起落下時，上齒圈和下齒圈會產(chǎn)生強(qiáng)行嚙合、強(qiáng)行摩擦，而齒面磨損導(dǎo)致其分度精度和重復(fù)精度降低。

該型工作臺的優(yōu)點是分度精度高，且有足夠的靜止轉(zhuǎn)矩克服加工時刀具的切削阻力，缺點是不能滿足任意分度的要求，在分度過程中不能有效保證工作臺基準(zhǔn)面和主軸的同心度。

  三、通過對以上兩種形式的轉(zhuǎn)臺分度精度和定位精度的分析，我們可以看到其滿足高精度零件的加工要求上存在先天不足。光學(xué)專家和數(shù)控專家想到了利用光柵閉環(huán)和計算機(jī)數(shù)字化處理來滿足轉(zhuǎn)臺任意分度精度的技術(shù)問題。其實施方式無外兩種：一種是在常規(guī)蝸輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)臺輸出主軸上加裝圓形光刪通過計算機(jī)系統(tǒng)來實施高精度分度；另一種是通過在力矩電機(jī)主軸上安裝圓形光柵，通過閉環(huán)反饋位置信號給計算機(jī)系統(tǒng)，達(dá)到分度和定位。雖然這兩種形式的解決方案都可達(dá)到分度和定位精度的超，但這兩種形式的解決方案仍然存在分度和重復(fù)定位后怎樣克服剎車鎖緊時，其精度不發(fā)生改變的技術(shù)問題。由于其輸出轉(zhuǎn)矩小，為克服刀具切削和振動阻力就必須通過分度和定位后氣壓或液壓剎車來鎖緊工作臺或主軸，但在鎖緊時就會產(chǎn)生角度偏擺，從而使原本通過光柵閉環(huán)系統(tǒng)得來的精度發(fā)生變化，所以實際上還是降低了其精度。

  另外，光柵的安裝和使用對轉(zhuǎn)臺本身的裝配精度和使用環(huán)境要求非常高。例如轉(zhuǎn)臺在工作過程中自身會產(chǎn)生溫升，停機(jī)時溫度會下降，在溫度下降的過程中空氣中的水份就會帶著灰塵逐漸冷凝在圓形光柵上，從而使圓形光柵閉環(huán)的反饋信息產(chǎn)生較大的不確定性，給系統(tǒng)分度和重復(fù)定位帶來更大的誤差，zui重要的是其精度丟失不可預(yù)見。

  那么，有圓形光柵閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩電機(jī)情況會怎么樣呢？雖然轉(zhuǎn)矩電機(jī)沒有機(jī)械傳動部分，但其輸出的轉(zhuǎn)矩更小，更要通過剎車鎖緊來滿足加工零件所需力矩要求，同樣會產(chǎn)生鎖緊后角度偏差和光柵受冷凝水霧的影響，使其各項精度降低。

  因此，用以上兩種方案同樣不能滿足高精密零件的加工要求。要害問題就是光柵受到污染后，其反饋的位置信息的錯誤信號不可預(yù)見，這就會使加工零件的報廢率高。

  要解決目前轉(zhuǎn)臺高精度分度和定位的技術(shù)難題，我們認(rèn)為必須首先從機(jī)械傳動上找到突破口，并結(jié)合數(shù)控伺服系統(tǒng)才能解決當(dāng)前的困擾。*，必須解決機(jī)械傳動部分的磨損問題。第二，機(jī)械傳動部分必須滿足強(qiáng)大的輸出轉(zhuǎn)矩，使其足以抗衡其加工零部件時的刀具切削和振動，保證工作臺不產(chǎn)生角度和平面及同心度的變動。第三，機(jī)械傳動部分的反向間隙必須盡可能小，盡量是零反向間隙。第四，傳動機(jī)構(gòu)的嚙合精度誤差達(dá)0.003㎜-0.005㎜內(nèi)。通過長期大量的實踐證明，轉(zhuǎn)臺只有有效解決這些機(jī)械的技術(shù)難題，再配合伺服數(shù)控系統(tǒng)，才能既實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺分度精度和重復(fù)定位精度超精密的要求，又能滿足高精密零件的加工需求。否則轉(zhuǎn)臺精度再高也只能用于檢測，而不能應(yīng)用在實際的高精密加工中。

  下面簡要介紹作者所在公司是如何解決這些相關(guān)技術(shù)難題的。我們的解決方案是：一種空間共軌傳動技術(shù)及其傳動裝置的創(chuàng)新發(fā)明。

一、Wg系列回轉(zhuǎn)臺原理簡介

  Wg系列回轉(zhuǎn)臺采用兩級傳動，總傳動比為1:180，其傳動機(jī)構(gòu)為有別于傳統(tǒng)蝸輪蝸桿的新型蝸輪蝸桿傳動件（如圖1所示）。新型蝸輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)運用軌道共軛原理，蝸桿軌道與蝸輪上傳動銷運動軌跡共軛，實現(xiàn)蝸桿軌道槽面與蝸輪傳動銷線-線接觸，兩傳動部件之間作用為滾動摩擦。

    除了采用全新傳動機(jī)構(gòu)外，Wg系列回轉(zhuǎn)臺運用了自主設(shè)計的預(yù)緊處理，以消除傳動過程中存在的極小間隙。如圖2所示，對兩根一級（以傳動等級命名）新型蝸桿分別施加不同方向的旋轉(zhuǎn)力矩，通過一級新型蝸輪的傳遞，使得作為一級新型蝸輪主軸的螺旋軌道呈軸對稱的兩根二級新型蝸桿旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向相反。在兩根二級新型蝸桿同時不同向旋轉(zhuǎn)時，蝸桿軌道槽面會與二級新型凸輪傳動銷緊密接觸，實現(xiàn)無間隙線-線接觸滾動摩擦傳動。預(yù)緊處理之后，傳動部件之間已無間隙，鎖緊剛性聯(lián)軸器，回轉(zhuǎn)臺即可使用。

圖1 新型蝸輪蝸桿傳動件示意圖

圖2 Wg系列回轉(zhuǎn)臺內(nèi)部傳動結(jié)構(gòu)示意圖

  二、Wg系列回轉(zhuǎn)臺技術(shù)優(yōu)勢論證

  由于Wg系列回轉(zhuǎn)臺采用*的傳動機(jī)構(gòu)、創(chuàng)新式的結(jié)構(gòu)設(shè)計和預(yù)緊處理，其相較于傳統(tǒng)蝸輪蝸桿回轉(zhuǎn)臺，具有以下幾大優(yōu)勢：

  1、Wg系列回轉(zhuǎn)臺采用*的傳動機(jī)構(gòu)，創(chuàng)新式的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并通過自主設(shè)計的預(yù)緊方式處理之后，其zui大性能優(yōu)勢為其超高精度。回轉(zhuǎn)臺采用了兩級傳動，預(yù)緊處理消除了傳動過程中接觸處存在的間隙，其重復(fù)定位精度小于等于2″，回程誤差達(dá)到2″，一級產(chǎn)品分度誤差2″。本公司三級精度產(chǎn)品已通過湖北省計量測試技術(shù)研究院精度質(zhì)量認(rèn)證。

  2、Wg系列回轉(zhuǎn)臺運用2¹⁷值編碼器伺服電機(jī)作為動力輸入。由于其傳動比高，摩擦損失極小，蝸桿槽壁厚度大且同時與多個傳動銷深度嚙合，因而Wg系列回轉(zhuǎn)臺相較于同類型產(chǎn)品，其輸出轉(zhuǎn)矩大，在零件精加工時*不用剎車鎖緊，承載力達(dá)到8噸(已通過試驗證實)。

  3、Wg系列回轉(zhuǎn)臺采用線-線接觸的新型蝸輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)，通過二級傳動，實現(xiàn)足夠大的轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)輸出和靜止轉(zhuǎn)矩，使其足以克服零件加工時的切削力和振動力對工作臺的角度和平面偏擺位移，從而保證零件的加工定位。由于新型蝸輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)為滾動摩擦，相較于傳統(tǒng)傳動機(jī)構(gòu)的滑動摩擦，摩擦力可以小到忽略不計，因此其能耗極低，箱內(nèi)油溫升幅小，噪音小，轉(zhuǎn)臺效率高。

  4、Wg系列回轉(zhuǎn)臺不僅采用全新蝸輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)，摩擦為滾動摩擦，而且各配合傳動部件采用相同材料，經(jīng)過表面滲氮處理，受力處硬度一致，這樣極大程度減少了摩擦帶來的損耗，在大幅提高回轉(zhuǎn)臺使用壽命的同時，至少能保證回轉(zhuǎn)臺兩年以上精度質(zhì)量。

  以上技術(shù)解決方案所制造的Wg系列轉(zhuǎn)臺，不僅有效解決了轉(zhuǎn)臺領(lǐng)域的各項技術(shù)難題，且通過三年的長期使用驗證，其各項精度保持基本不變，能充分滿足大工件精密加工的需求。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)工藝難度大、成本高，制造小型號的轉(zhuǎn)臺難度大，是其不足之處。

? 本公司wg系列轉(zhuǎn)臺所標(biāo)注的精度為純機(jī)械精度，如果通過系通補(bǔ)償則結(jié)果依次為；

正負(fù)7秒的通過系通補(bǔ)償可達(dá)正負(fù)3.5秒

正負(fù)5秒的通過系統(tǒng)補(bǔ)償可達(dá)正負(fù)2.5秒

正負(fù)4秒和正負(fù)3秒的通過系統(tǒng)補(bǔ)償都可達(dá)正負(fù)1.5秒