“绝对”出色的旋转工作台

2015年10月

双轴直驱旋转工作台
机床在现今工业领域具有不可或缺的地位。由于近年来5轴机床的普及，工业产品，特别是一些要求精细加工的产品，其设计的灵活性大大提升。以往不能实现批量生产的复杂设计，现在都能一一实现，而且效率和质量更高。我们每天使用的智能手机和平板电脑等电子产品的金属机身，都是通过这些先进的机床加工而成的。目前多轴复合机床的技术发展渐趋成熟，对旋转工作台（简称转台）的精度和速度的要求不断提升。ITRI — 台湾工业研究院（简称工研院）看准未来市场的庞大需求，自主开发了双轴转台，配置雷尼绍RESOLUTE™系列绝对式圆光栅，通过Panasonic串行协议连接到内部开发的控制器上，协助业界开发具竞争力的转台方案。（扩展阅读：雷尼绍CCMT2016专题）

转台在机床上的价值

ITRI's 5-axis machining center
转台是机床中一个十分重要的附加组件，当需要加工具有复杂曲面的工件时尤其如此。厂商应对不同的加工需求开发各种不同结构的转台。

转台的使用可扩展加工中心的加工自由度，提供第4轴、第5轴旋转轴。传统的3轴加工中心没有配置转台，工件被固定在加工台面上，每次的加工面只有顶面，而5轴加工中心，通过旋转台的移动，工件只需装夹一次即可完成5面体的加工，大大缩短装卸工件的时间。台湾工业研究院资深工程师陈冠文先生解释转台的结构：“市场上的转台种类繁多，有单轴、双轴摇篮、多心轴式等等。结构主要由本体、主轴承、工作盘面、传动系统、伺服电机、光栅及刹车系统所组成。为了降低成本，大部分组件都是我们自主开发或在本地采购。经过多年努力，整体成本目前已较众多国际品牌大幅降低50%以上，而我们的最终目标就是把这些技术和生产方案转移到本地的厂商，协助他们开发具竞争力的转台。”

工研院开发的转台配有旋转轴和倾斜轴，两者均采用自主开发的直驱电机，优点在于其高转矩、高刚性、低磨耗及无反向间隙等，前者容许360度转向，后者转动范围为170度。两轴均配置RESOLUTE RESA圆光栅，提供23 Bit分辨率，连接Panasonic伺服驱动和工研院自主开发的控制器。转台两轴整体定位精度和重复精度分别为±10角秒和±5角秒，系统最小分辨率达0.001度。盘面直径为250 mm，提供扭力为170/300 Nm（旋转轴）和245/440 Nm（倾斜轴）。

RESOLUTE绝对式光栅

ITRI rotary table tilt axis RESOLUTE RESA
直驱电机机构设计的特性促使光栅一般内藏在电机内，由于电机内部空间有限，故对光栅读数头的体积有严格的要求，设计必须紧凑。陈冠文先生说道：“我们在光栅选型时，体积是重要的考虑因素之一，而且必须选开放式的光栅，原因是封闭式光栅有封装外壳，体积过于庞大，一般不适合安装在直驱电机的机构上。另外加工中心的工作环境一般十分严峻，充斥大量切削残屑、油渍等污染物，不过由于光栅内藏在电机内，故对开放式光栅来说不是问题。RESOLUTE的防护等级达IP64，足以应付一般污染，就算是光栅意外被冷却液或削屑弄脏，清洁后即可正常工作。”

雷尼绍RESOLUTE绝对式光栅设计紧凑，读数头尺寸仅36 x 14.9 x 16.5 mm，是市场上少数高规格但体积轻巧的光栅，支持多种工业串行协议。读数头采用先进光学滤波镜组，有效过滤因光栅尺上的污染物而造成的噪声，维持超低的噪声等级（抖动达10纳米RMS）以促成绝佳的位置稳定性，同时从根本着手使用强化型的检测机制，实现仅±40纳米的极低细分误差 (SDE)，促使机床加工出表面更加光滑的工件。

提升生产效率

RESOLUTE圆光栅在旋转轴上
时间就是金钱，特别是在现今产品生命周期缩短，产品多样化的激烈竞争年代。生产商在追求产品的质量以满足客户要求的同时，必须不断提升生产效率，务求新产品能尽快推出市场，这就要求相应提升生产设备的效率加以配合。陈冠文先生说道：“转台速度的提升能显著降低整体生产成本，要知道有些规模庞大的生产线每天有数以万计的设备投产，或大或小的任何停顿和延误都会造成整体成本的上升。绝对式光栅其中一个特点就是每次启动时实时采集绝对位置，无须返回原点，而且在电源重启或更换断刀后能在停顿位置继续执行先前的工作，不像增量式光栅需要重新返回原点重启，这无疑大大缩短了整体生产时间。”

定制化方案

转台精度检测结果（使用雷尼绍XL-80激光干涉仪）
工研院一直致力于开发业界新技术，如其他创新者一样，在开发过程中难免会碰到一些挑战。陈冠文先生说道：“我们当初的计划就是要做一款具竞争力的转台，鉴于工研院与Panasonic多年友好关系和对其产品的经验，我们选择采用Panasonic伺服驱动。不过当时市场上并没有能满足我们规格要求同时兼容Panasonic串行协议的开放绝对式圆光栅。我们只好尝试联络光栅厂商查询定制化方案，幸好最后与雷尼绍达成共识，他们愿意为我们开发相关的RESOLUTE绝对式圆光栅，经过Panasonic、工研院与雷尼绍三方的努力，最后得以成功开发出台湾地区第一台采用Panasonic串行协议的直驱转台。与雷尼绍合作多年，有感他们的售后支持一直做得十分到位，而RESOLUTE光栅的表现与我们采用过的SiGNUM™系列增量式光栅和XL-80激光干涉仪同样出色。”

公司简介

ITRI senior engineers
工业技术研究院成立于1973年，是国际级的应用科技研发机构，拥有近6000位科技研发精英，其宗旨是以科技研发带动产业发展，创造经济价值，增进社会福祉。成立四十年来，累积超过2万件专利，培育及孵化260家公司。工研院提供全方位的研发合作与商业顾问服务，包括新技术与新产品委托开发、小型试量产、制程改善、校准测量，以及技术转移、知识产权增值服务等，并设置开放实验室及孵化中心，积极培育及推动创业公司发展，加速产业技术开发及孕育新兴高科技产业。

(暂不可见)/encoders

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