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雷尼紹:轉臺精度再創新高

  2019年12月17日  

  數控轉臺對多軸加工中心的性能起著舉足輕重的作用。在機床的整個生命周期中轉臺的精度和可靠性是機床制造商關注的首要問題,為此Matsumoto Machine Corporation (MMK) 采取了一種切實可行、雙管齊下的方法來減少分度誤差,提高性能。通過強化產品校準和編碼器技術,MMK將轉臺精度提升到新高度。

背景
  Matsumoto Machine Corporation于1948年在日本成立,是一家技術領先的供應商,為世界各地的工業機床制造商供應創新型、高質量鉗口卡盤和數控轉臺。

   MMK數控轉臺的一個顯著特點是配裝德國OTT GmbH研發的專利蝸桿與齒輪總成。與雙導程蝸桿齒輪不同,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、壽命長且耐使用的優點。

  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部件 — 柄蝸桿和空心蝸桿 — 由一個大跨距環連接。

  采用這種獨特的結構,只需縮小兩個部件之間的距離即可調整齒輪背隙。這種設計還可確保蝸輪齒只有一側與齒輪接觸,在另一側留有間隙。因此,這種兩件分離式齒輪設計可保證齒輪不會發生咬死問題,即使齒輪背隙為零。

  MMK數控轉臺的另一大優點是工作臺主軸的大直徑通孔。這一特性大大提高了機器的多功能性和剛性,支持更多種類的卡盤和夾具,而且能夠加工更長的工件。

  使用MMK數控轉臺可以在一臺機器上進行大部分金屬加工操作,這樣做的益處頗多。因為只需設定一臺機器和一套夾具,節省了時間和成本,而且由于工件直接在機器之間傳送,因而可減少工件搬運操作、消除公差誤差。

  對于這種復合加工中心,確保數控轉臺在整個使用壽命期間的高精密分度和控制精度至關重要。

挑戰
  無論是將精密設備集成到加工中心中的第三方機床制造商,還是各行各業的最終用戶,都面臨著如何確保精度和性能始終保持一致的難題。
  在與機床的線性XYZ軸一樣,回轉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,從而導致成品缺陷。這些誤差可能是由多種原因造成的,包括機器初始安裝錯誤、碰撞造成的沖擊損壞或者日常使用磨耗。

  MMK在全球以產品質量和設計創新聞名,于是其決定探索如何在數控轉臺的整個生命周期內確保高度精確、可靠地跟蹤和控制轉臺分度,無論機床類型、工件復雜性和工作周期為何。

  與此同時,由于全球數控轉臺市場競爭日益激烈,MMK還希望進一步改進產品質量檢測流程。因此,
  MMK將分度測量作為出廠前質控程序的一個關鍵環節。

解決方案
  為方便機床制造商和用戶精確地追蹤和控制數控轉臺分度,MMK選擇集成雷尼紹TONiC?超小型非接觸式增量式光柵系統。

  TONiC光柵安裝簡單,其超小型讀數頭體積僅為35 mm x 13.5 mm x 10 mm,為MMK提供了一種節省空間的解決方案。它支持的機器工作速度最高可達10 m/s,分辨率可達到1 nm。轉臺上的圓光柵讀數頭設計配用雷尼紹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?光學參考零位。

  RESM圓光柵穩定性高、尺寸小巧、內徑大,具有多種直徑選項,從52 mm到550 mm不等,是一款功能多樣、使用簡便的柵尺,可集成到MMK的各種數控轉臺上。

  為了提高可靠性,防止柵尺性能隨時間推移而不斷降低,TONiC讀數頭采用第三代光學濾波系統,噪聲(抖動)更低,而且動態信號處理使其功能更加強大。動態信號處理可確保典型值為±30 nm的超低電子細分誤差。TONiC光柵與工業標準的控制器兼容,具有一個可分離的模擬或數字接口,該接口為堅固耐用的D型插頭,最遠可置于距離讀數頭10 m的位置。

  MMK選用雷尼紹結構緊湊、質量輕巧的XR20-W回轉軸校準裝置在制造過程中以及出廠前驗證轉臺精度。XR20-W與雷尼紹XL-80激光干涉儀搭配使用,通過遠控方式對被測軸執行非接觸基準測量,精度達到±1角秒。

  XR20-W由伺服控制驅動器驅動,數據采集與軸運動同步,也就是說,在測量期間無需操作人員干預。XR20-W采用鋰電池供電且具有藍牙功能,安裝快速、簡單,可避免被拖曳的電纜線絆倒的危險。

  XR20-W采用模塊化設計和靈活的安裝系統,設定更為簡單,并且可以輕松配置用于各種轉臺、卡盤和主軸。

結果
  MMK將雷尼紹TONiC非接觸式光柵系統集成到數控轉臺上,從而進一步確保了轉臺精度和可靠性,而且實現了優異的整體運動控制性能。數控轉臺配用緊湊型讀數頭和一體式不銹鋼圓光柵后,可適用于各種不同的機床和最終用途,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定的位置信號,具備無與倫比的信號純度和超低的電子細分誤差,可實現更為平穩的速度控制,而且掃描性能和位置穩定性更優。

  MMK將雷尼紹XR20-W無線型回轉軸校準裝置與XL-80激光干涉儀結合使用,與傳統的自準直儀技術相比,產品檢測時間縮短了一半。不僅簡化了測量程序,而且提高了自動化水平。

  XR20-W能夠以任意分度角步距執行精確測量,因此可評估渦輪蝸桿驅動轉臺在執行低至0.001°的超細角步距測量運動時的精度。采用這種方法,可詳細評估并解決運動控制的任何損失或者渦輪蝸桿效率的問題。基于ISO質量標準進行全面分析,以驗證產品性能。

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