CN102012204A - 数控静压转台的精度检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种数控静压转台的精度检测装置，包括主导轨恒流静压油腔的泄漏量检测装置，包括反向间隙及芯轴间隙检测装置、包括芯轴外圆与底座主导轨安装垂直度检测装置。一种数控静压转台的精度检测方法，a)包括检测主导轨恒流静压油腔的泄漏量的步骤；b)包括检测反向间隙的步骤；c)包括检测芯轴间隙的步骤；d)包括检测芯轴外圆与底座主导轨安装垂直度的步骤。本发明主要针对转台浮起量、反向间隙、芯轴间隙及垂直度等影响转台分度精度及重复定位精度的关键指标，提供检测装置和方法。本发明的转台精度测试方法简单可靠，装置操作方便，为转台精度测试和调整提供依据；本发明的精度测试装置及方法同样适合于其他转台和数控装备。

Description

数控静压转台的精度检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种数控静压转台的精度测试装置及方法，属于机床检测技术领域。

背景技术

2010年度高档数控机床与基础制造装备重大专项将“高速、精密数控回转工作台”列为重点研究内容，同时将配套的精度检测设备列入研究课题；专项要求的转台“承重30-60T；分度精度为6″，产品制造精度、承载重量、使用寿命及可靠性接近国际同类产品先进水平”。数控静压转台是高档数控机床的重要功能部件，约占机床造价的1/4～1/3。国内高精度转台与国外转台相比，可靠性、耐用度和精度保持性都存在一定差距。影响转台精度的因素众多且各因素之间耦合度大，为了区分各因素之间的影响规律，本发明的数控静压转台的精度测试装置及方法主要针对转台几项关键精度指标的检测。

与数控静压转台精度相关的指标包括两类：一类为直接精度指标，包括4项：分度精度及重复定位精度、台面平面度及端面跳动、径向跳动；另一类为间接精度指标，它与直接精度指标关系密切，包括7项：浮起量、反向间隙、芯轴间隙及垂直度、转台分度小周期误差、低速稳定性、锁紧力及阻尼特性。其中，评定数控转台最关键的两个技术指标是分度精度和重复定位精度，它们是上述各项误差的综合表现。

发明内容

本发明主要针对转台浮起量、反向间隙、芯轴间隙及垂直度等影响转台分度精度及重复定位精度的关键指标，提供检测装置和方法。

本发明的数控静压转台精度检测装置及方法旨在阐述与静压转台精度相关的各项技术指标的检测方法、设计配套装置。突出优点在于：本发明的测试方法可靠，结构简单，通过转台各项精度指标的检测和控制，提高转台的装配质量和效率。

本发明的技术方案如下：

一种数控静压转台的精度检测装置，包括主导轨恒流静压油腔的泄漏量检测装置，主导轨恒流静压油腔的泄漏量检测装置包括控制多头泵电机转速的变频器、控制主导轨恒流静压油腔进油量的多头泵；还包括反向间隙及芯轴间隙检测装置，反向间隙及芯轴间隙检测装置包括架设在于花盘边缘的圆周方向的第一百分表、用于监控蜗杆支架轴向跳动的第二百分表和用于监控蜗杆支架径向跳动的第三百分表；还包括芯轴外圆与底座主导轨安装垂直度检测装置，芯轴外圆与底座主导轨安装垂直度检测装置包括架设在主导轨上侧并与主导轨面接触的百分表，在立车刀架上架设的百分表支架，在百分表支架上架有2块水平设置并与芯轴圆柱表面接触的百分表。

所述反向间隙及芯轴间隙检测装置还包括在底座的圆周方向均布的四个液压锁紧油缸，在其中一个油缸的正上方沿着转台的径向架设有第四百分表。

一种数控静压转台的精度检测方法，

a)包括检测主导轨恒流静压油腔的泄漏量的步骤：

在空载情况下，通过变频器控制多头泵变频电机的转速，从而调节底座和花盘之间的主导轨的恒流静压油腔每点的进油量，控制多头泵变频电机的转速为100％：测量得到多头泵流量Q₀以及油膜厚度h₀；控制多头泵变频电机的转速为B％：测量得到多头泵流量B％Q₀以及油膜厚度h₁；其中油膜厚度值近似取转台主导轨浮起量多点测量的算术平均值。

通过泄漏量公式：

$Q_l=\frac{B\%h_0^3-h_1^3}{h_0^3-h_1^3}{Q}_0$

得到主导轨恒流静压油腔的泄漏量；

相应的泄漏率：

${\mathrm{\η}}_l=\frac{B\%h_0^3-h_1^3}{h_0^3-h_1^3}$

b)包括检测反向间隙的步骤：包括检测蜗轮蜗杆啮合侧隙和蜗杆传动系统的反向间隙；在转台正常工作状态下，架第一百分表于花盘边缘的圆周方向，同时架监控蜗杆支架轴向跳动的第二百分表和径向跳动的第三百分表；转台逆时针走一段行程后，反方向摇动脉冲发生器，直至第一百分表变化，读取第一百分表空行程即得到转台的综合反向间隙；分别手动逆时针和顺时针扳动工作台面，手松开后记录第一百分表两个方向上的读数，其差值换算到蜗轮分度圆后即得到蜗轮蜗杆啮合侧隙；计算转台综合反向间隙与蜗轮蜗杆啮合侧隙之差为蜗杆传动系统的反向间隙；

c)包括检测芯轴间隙的步骤：在底座的圆周方向均布四个液压锁紧油缸，将其中一个油缸作为标定油缸；在标定油缸的正上方沿着转台的径向架第四百分表，在静压芯轴不工作而卸荷主导轨正常工作的情况下，先后在标定油缸和与其相对的一个油缸中通压力油，读取第四百分表的差值得到芯轴间隙；

d)包括检测芯轴外圆与底座主导轨安装垂直度的步骤：将底座与芯轴的装配体置于立车上，在主导轨上架设一个百分表C，控制主导轨跳动在0.03mm以内，此时的主导轨面作为水平基准；在立车刀架上设有百分表支架，百分表支架上架有2块水平设置的百分表A和百分表B，百分表A和百分表B的距离等于芯轴的有效高度，其测量头接触芯轴外圆，立车旋转一周后百分表A和百分表B的变化幅值分别记为ΔA和ΔB，得到芯轴外圆与底座主导轨的垂直度为|ΔA-ΔB|/2。

所述步骤b)中反向间隙的测量按12等份测量点进行分度，均匀测量值，误差控制在0.02mm以内，同时，监测第二百分表和第三百分表不能有变化。

还包括采用与步骤d)相同的方法检测蜗轮毂内孔与花盘主导轨的垂直度的步骤。

数控静压转台的精度检测装置及方法，主要针对影响转台分度精度及重复定位精度的几项关键指标：浮起量、反向间隙、芯轴间隙及垂直度，能够实现精确可靠的检测。本发明所检测的数控静回转台由4大部件组成：支承部件、分度旋转部件、蜗杆部件及径向液压夹紧装置；支承部件由底座4和芯轴1组成，分度旋转部件由花盘3和蜗轮毂2组成，蜗杆部件主要由蜗杆支架8及蜗杆9组成，液压夹紧装置由液压锁紧油缸5和夹紧块组成；转台的径向定位依靠芯轴1外圆和蜗轮毂2内孔组成的恒流静压轴承，直径方向油膜厚度0.06～0.10mm，油腔压力1.5～2MPa；轴向定位依靠底座4及花盘3的恒流静压开式导轨，由变频器实现多头泵流量的无级调节，油膜厚度0.02～0.04mm；采用双导程蜗轮蜗杆进行精密分度，啮合间隙0.02～0.04mm，轴向夹紧依靠固定在底座4上的4个均布的液压夹紧装置。

本发明的数控静压转台的精度检测装置及方法进一步的技术方案是所述的静压转台采用恒流导轨进行轴向支承，油膜厚度与导轨结构参数、承载大小、封油特性、油液性质相关；为了更好控制油膜厚度及油膜刚性，通过泄漏率检测装置得出主导轨的泄漏率，作为衡量主导轨飞刮质量的检测指标之一；所述的泄漏率检测装置由变频器、多头泵和百分表组成，空载时导轨泄漏率控制在30％以内。

本发明的数控静压转台的精度检测装置及方法进一步的技术方案是所述的转台综合反向间隙，包括蜗轮蜗杆啮合侧隙和蜗杆传动系统的反向间隙，蜗轮蜗杆反向间隙0.02～0.04mm，占转台综合反向间隙的1/2～2/3，转台任意位置的误差在0.02mm以内。利用手扳台面法检测转台蜗轮蜗杆啮合侧隙，借助手摇脉冲发生器法检测转台综合反向间隙，方法简单。

本发明的数控静压转台的精度检测装置及方法进一步的技术方案是所述的芯轴间隙检测借助于转台的4个液压夹紧装置，检测装置就地取材，不增加任何辅助装置；考虑加工误差、装配误差以及油膜刚度的要求，芯轴间隙在直径方向上取0.06～0.10mm。

本发明的数控静压转台的精度检测装置及方法进一步的技术方案是所述的芯轴外圆与底座主导轨安装垂直度可以借助双百分表差值法进行检测，立车旋转一周后两个百分表的变化幅值之差分别记为ΔA和ΔB，则芯轴外圆与底座主导轨的垂直度为|ΔA-ΔB|/2。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比较，本发明的精度检测装置及方法主要针对影响转台分度精度及重复定位精度的几项关键技术指标：浮起量、反向间隙、芯轴间隙及垂直度，实现精确检测，提高转台装配精度的和检测效率。本发明的恒流静压导轨的泄漏率及其检测装置、反向间隙及芯轴间隙检测方法、芯轴外圆及主导轨垂直度检测装置能够提高转台精度指标的检测效率0.5～1倍，方法简单可靠。经检测合格的静压转台空载时恒流静压导轨泄漏率30％，转台综合反向间隙3”，分度精度6”，重复定位精度3”，具有较好的高速平稳性和低速稳定性，平均无故障运行时间(MTBF)达1720小时。

本发明的转台精度测试方法简单可靠，装置操作方便，为转台精度测试和调整提供依据；本发明的精度测试装置及方法同样适合于其他转台和数控装备。

附图说明

图1为本发明所检测的静压转台的结构示意图。

图2为本发明检测泄漏率的液压原理图。

图3为本发明的反向间隙及芯轴间隙的检测示意图。

图4为本发明的芯轴外圆与主导轨垂直度的检测示意图。

图中部件说明：图中部件说明：1、芯轴，2、蜗轮毂，3、花盘，4、底座，5、液压锁紧油缸，6、蜗轮，7、蜗轮压盖，8、蜗杆支架，9、蜗杆，10、百分表支架。

底座4及芯轴1刚性连接，底座4的主导轨与芯轴1的外圆垂直度0.025mm；花盘3与蜗轮毂2刚性连接、蜗轮6与蜗轮毂2过盈连接、蜗轮压盖7与蜗轮毂2刚性连接，花盘3的主导轨与蜗轮毂2的内孔垂直度0.025mm；底座4和花盘3的主副导轨合研，保证接触斑点12～16点/25X25mm²；蜗杆9安装在蜗杆支架8内，蜗杆支架11、液压锁紧油缸5与底座4刚性连接。

具体实施方式

下面结合附图对本发明技术内容作说明：

图1表示检测转台的结构示意图，底座4和花盘3之间的主导轨采用恒流静压供油方式，均分为6个油腔；图2表示主导轨恒流静压油腔泄漏量的检测液压原理图，泄漏量与导轨浮起的理论流量之和即为进油量，“泄漏率η_l”是泄漏量占总进油量的百分比，是一个随着花盘底座相对位置、承载、油温、卸荷压力、流量等因素变化的多元函数。为了便于检测，只考虑油膜厚度与流量的关系；在空载情况下，通过变频器控制多头泵变频电机的转速，从而调节底座4和花盘3之间的主导轨的恒流静压油腔每点的进油量，进油量越大油膜越厚。在转台空载时，油腔压力只与浮起部件的重量、油腔结构、油液动力粘度相关，与流量的改变无关，进油量与油膜厚度满足下述公式：

$Q_i=Q_l+{\mathrm{Ah}}_i^3$

式中：Q_i——进油口的流量，与多头泵电机计算转速成正比

      Q_l——泄漏的流量，理论上与进油量无关，与油腔压力有关

——油膜厚度为h_i时的理论流量

第一组测量数据(电机转速100％)：多头泵流量Q₀，油膜厚度h₀；

第一组测量数据(电机转速B％)：多头泵流量B％Q₀，油膜厚度h₁；

记录理论油膜厚度附近的两组数据，则泄漏量：

$Q_l=\frac{B\%h_0^3-h_1^3}{h_0^3-h_1^3}{Q}_0={\mathrm{\η}}_l\·Q_0$

上式中主导轨的理论油膜厚度h₀取0.02～0.04mm。B为1-100％之间的任意数值。

为便于检验，取转台空载时的理论油膜厚度对应的泄漏率为计算泄漏率，一般取30％。如果主导轨面采用刮研，一般要求12～16点/25X25mm²；当采用磨削加工导轨面时，导轨面的平直度、扭曲度和平行度不得超过导轨间隙的1/4～1/3。

图3表示本发明的反向间隙的检测方法。通常所描述的反向间隙是指转台综合反向间隙，包括蜗轮蜗杆啮合侧隙和蜗杆传动系统的反向间隙，蜗轮蜗杆啮合侧隙0.02～0.04mm，占转台综合反向间隙的1/2～2/3。它们的检测方法有一定区别：在转台正常工作状态，架第一百分表01于花盘边缘的圆周方向，同时架好监控蜗杆支架8轴向跳动的第二百分表02和径向跳动的第三百分表03；转台逆时针(+C方向)走一段行程后，反方向摇动脉冲发生器，直至第一百分表01变化，这时的空行程即为转台的综合反向间隙；分别手动逆时针(+C方向)和顺时针(-C方向)扳动工作台面，手松开后记录第一百分表01两个方向上的读数，其差值换算到蜗轮分度圆后即得到蜗轮蜗杆啮合侧隙；而蜗杆传动系统的反向间隙为转台综合反向间隙与蜗轮蜗杆啮合侧隙之差。需要注意：反向间隙的测量一般要按12等份测量点进行分度，测量值必须均匀，误差0.02mm以内，否则转台精度会大大降低；同时，第二百分表02和第三百分表03不能有变化，否则测出的结果误差很大。

图3也包含本发明的芯轴间隙检测方法。芯轴间隙对转台径向刚性和抗倾覆力矩的能力有很大影响；考虑加工误差、装配误差以及油膜刚度的要求，芯轴间隙通常在直径方向上取0.06～0.10mm。在底座4的圆周方向均布四个液压锁紧油缸5，分别记为第一油缸5-1、第二油缸5-2、第三油缸5-3和第四油缸5-4，将第三油缸5-3作为标定油缸；在标定油缸的正上方沿着转台的径向架第四百分表04，在静压芯轴1不工作而卸荷主导轨正常工作的情况下，先后在标定油缸和与其相对的第一油缸5-1中通压力油，读出第四百分表04的差值得到芯轴间隙，要求花盘圆周方向6等份测量并观察其均匀性。芯轴外圆与蜗轮毂内孔的配合公差及形位公差，芯轴外圆与底座主导轨安装垂直度、蜗轮毂内孔与花盘主导轨的垂直度都会影响芯轴间隙；其中，芯轴外圆与蜗轮毂内孔的配合及形位公差主要靠数控机床保证，而芯轴外圆与底座主导轨垂直度、蜗轮毂内孔与花盘主导轨的垂直度需要专用装置进行检测。

图4表示芯轴外圆与底座主导轨安装垂直度的检测方法，蜗轮毂内孔与花盘主导轨的垂直度的检测方法与其类似，不再赘述。底座4与芯轴1的装配体置于立车上，以底座4的主导轨为基准，表C跳动0.03mm以内；百分表支架10上架有2块百分表A和百分表B，立车旋转一周后两块表的周期差值分别记为ΔA和ΔB，百分表A和百分表B的测量头接触芯轴1外圆，则芯轴外圆与底座主导轨的垂直度为|Δ4-ΔB|/2。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。

Claims (5)

1.一种数控静压转台的精度检测装置，其特征在于：

包括主导轨恒流静压油腔的泄漏量检测装置，主导轨恒流静压油腔的泄漏量检测装置包括控制多头泵电机转速的变频器、控制主导轨恒流静压油腔进油量的多头泵；

还包括反向间隙及芯轴间隙检测装置，反向间隙及芯轴间隙检测装置包括架设在于花盘边缘的圆周方向的第一百分表、用于监控蜗杆支架轴向跳动的第二百分表和用于监控蜗杆支架径向跳动的第三百分表；

还包括芯轴外圆与底座主导轨安装垂直度检测装置，芯轴外圆与底座主导轨安装垂直度检测装置包括架设在主导轨上侧并与主导轨面接触的百分表，在立车刀架上架设的百分表支架，在百分表支架上架有2块水平设置并与芯轴圆柱表面接触的百分表。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述反向间隙及芯轴间隙检测装置还包括在底座的圆周方向均布的四个液压锁紧油缸，在其中一个油缸的正上方沿着转台的径向架设有第四百分表。

3.一种数控静压转台的精度检测方法，其特征在于：

a)包括检测主导轨恒流静压油腔的泄漏量的步骤：

在空载情况下，通过变频器控制多头泵变频电机的转速，从而调节底座和花盘之间的主导轨的恒流静压油腔每点的进油量，控制多头泵变频电机的转速为100％：测量得到多头泵流量Q₀以及油膜厚度h₀；控制多头泵变频电机的转速为B％：测量得到多头泵流量B％Q₀以及油膜厚度h₁；其中油膜厚度值近似取为转台主导轨浮起量的多点测量算术平均值。

通过泄漏量公式：

$Q_l=\frac{B\%h_0^3-h_1^3}{h_0^3-h_1^3}{Q}_0={\mathrm{\η}}_l\·Q_0$

得到主导轨恒流静压油腔的泄漏量和泄漏率；

b)包括检测反向间隙的步骤：包括检测蜗轮蜗杆啮合侧隙和蜗杆传动系统的反向间隙，在转台正常工作状态，架第一百分表于花盘边缘的圆周方向，同时架好监控蜗杆支架轴向跳动的第二百分表和径向跳动的第三百分表；转台逆时针走一段行程后，反方向摇动脉冲发生器，直至第一百分表变化，读取第一百分表空行程即得到转台的综合反向间隙；分别手动逆时针和顺时针扳动工作台面，手松开后记录第一百分表两个方向上的读数，其差值换算到蜗轮分度圆后即得到蜗轮蜗杆啮合侧隙；计算转台综合反向间隙与蜗轮蜗杆啮合侧隙之差得到蜗杆传动系统的反向间隙；

c)包括检测芯轴间隙的步骤：在底座的圆周方向均布四个液压锁紧油缸，将其中一个油缸作为标定油缸；在标定油缸的正上方沿着转台的径向架第四百分表，在静压芯轴不工作而卸荷主导轨正常工作的情况下，先后在标定油缸和与其相对的一个油缸中通压力油，读取第四百分表的差值得到芯轴间隙；

d)包括检测芯轴外圆与底座主导轨安装垂直度的步骤：将底座与芯轴的装配体置于立车上，以底座的主导轨为基准，在主导轨上架设一个百分表，通过该百分表监控导轨跳动在0.03mm以内；在立车刀架上架设百分表支架，百分表支架上架有2块水平设置的百分表A和百分表B，其测量头接触芯轴外圆，立车旋转一周后百分表A和百分表B的变化幅值分别记为ΔA和ΔB，得到芯轴外圆与底座主导轨的垂直度为|ΔA-ΔB|/2。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤b中反向间隙的测量按12等份测量点进行分度，均匀测量值，误差控制在0.02mm以内，同时，监测第二百分表和第三百分表不能有变化。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：还包括采用与步骤d相同的方法检测蜗轮毂内孔与花盘主导轨的垂直度的步骤。

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