機床在現(xiàn)今工業(yè)領(lǐng)域具有不可或缺的地位。由于近年來5軸機床的普及，工業(yè)產(chǎn)品，特別是一些要求精細加工的產(chǎn)品，其設(shè)計的靈活性大大提升。以往不能實現(xiàn)批量生產(chǎn)的復(fù)雜設(shè)計，現(xiàn)在都能一一實現(xiàn)，而且效率和質(zhì)量更高。我們每天使用的智能手機和平板電腦等電子產(chǎn)品的金屬機身，都是通過這些先進的機床加工而成的。目前多軸復(fù)合機床的技術(shù)發(fā)展?jié)u趨成熟，對旋轉(zhuǎn)工作臺（簡稱轉(zhuǎn)臺）的精度和速度的要求不斷提升。ITRI -臺灣工業(yè)研究院（簡稱工研院）看準(zhǔn)未來市場的龐大需求，自主開發(fā)了雙軸轉(zhuǎn)臺，配置雷尼紹RESOLUTE系列絕對式圓光柵，通過Panasonic串行協(xié)議連接到內(nèi)部開發(fā)的控制器上，協(xié)助業(yè)界開發(fā)具競爭力的轉(zhuǎn)臺方案。
RESOLUTE圓光柵在旋轉(zhuǎn)軸上
轉(zhuǎn)臺在機床上的價值
轉(zhuǎn)臺是機床中一個十分重要的附加組件，當(dāng)需要加工具有復(fù)雜曲面的工件時尤其如此。廠商應(yīng)對不同的加工需求開發(fā)各種不同結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)臺。
轉(zhuǎn)臺的使用可擴展加工中心的加工自由度，提供第4軸、第5軸旋轉(zhuǎn)軸。傳統(tǒng)的3軸加工中心沒有配置轉(zhuǎn)臺，工件被固定在加工臺面上，每次的加工面只有頂面，而5軸加工中心，通過旋轉(zhuǎn)臺的移動，工件只需裝夾一次即可完成5面體的加工，大大縮短裝卸工件的時間。臺灣工業(yè)研究院資深工程師陳冠文先生解釋轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)："市場上的轉(zhuǎn)臺種類繁多，有單軸、雙軸搖籃、多心軸式等等。結(jié)構(gòu)主要由本體、主軸承、工作盤面、傳動系統(tǒng)、伺服電機、光柵及剎車系統(tǒng)所組成。為了降低成本，大部分組件都是我們自主開發(fā)或在本地采購。經(jīng)過多年努力，整體成本目前已較眾多國際品牌大幅降低50%以上，而我們的最終目標(biāo)就是把這些技術(shù)和生產(chǎn)方案轉(zhuǎn)移到本地的廠商，協(xié)助他們開發(fā)具競爭力的轉(zhuǎn)臺。"
工研院開發(fā)的轉(zhuǎn)臺配有旋轉(zhuǎn)軸和傾斜軸，兩者均采用自主開發(fā)的直驅(qū)電機，優(yōu)點在于其高轉(zhuǎn)矩、高剛性、低磨耗及無反向間隙等，前者容許360度轉(zhuǎn)向，后者轉(zhuǎn)動范圍為170度。兩軸均配置RESOLUTE RESA圓光柵，提供23 Bit分辨率，連接Panasonic伺服驅(qū)動和工研院自主開發(fā)的控制器。轉(zhuǎn)臺兩軸整體定位精度和重復(fù)精度分別為±10角秒和±5角秒，系統(tǒng)最小分辨率達0.001度。盤面直徑為250 mm，提供扭力為170/300 Nm（旋轉(zhuǎn)軸）和245/440 Nm（傾斜軸）。
轉(zhuǎn)臺精度檢測結(jié)果（使用雷尼紹XL-80激光干涉儀）
RESOLUTE絕對式光柵
直驅(qū)電機機構(gòu)設(shè)計的特性促使光柵一般內(nèi)藏在電機內(nèi)，由于電機內(nèi)部空間有限，故對光柵讀數(shù)頭的體積有嚴(yán)格的要求，設(shè)計必須緊湊。陳冠文先生說道："我們在光柵選型時，體積是重要的考慮因素之一，而且必須選開放式的光柵，原因是封閉式光柵有封裝外殼，體積過于龐大，一般不適合安裝在直驅(qū)電機的機構(gòu)上。另外加工中心的工作環(huán)境一般十分嚴(yán)峻，充斥大量切削殘屑、油漬等污染物，不過由于光柵內(nèi)藏在電機內(nèi)，故對開放式光柵來說不是問題。RESOLUTE的防護等級達IP64，足以應(yīng)付一般污染，就算是光柵意外被冷卻液或削屑弄臟，清潔后即可正常工作。"
雙軸直驅(qū)旋轉(zhuǎn)工作臺
雷尼紹RESOLUTE絕對式光柵設(shè)計緊湊，讀數(shù)頭尺寸僅36 x 14.9 x 16.5 mm，是市場上少數(shù)高規(guī)格但體積輕巧的光柵，支持多種工業(yè)串行協(xié)議。讀數(shù)頭采用先進光學(xué)濾波鏡組，有效過濾因光柵尺上的污染物而造成的噪聲，維持超低的噪聲等級（抖動達10納米RMS）以促成絕佳的位置穩(wěn)定性，同時從根本著手使用強化型的檢測機制，實現(xiàn)僅±40納米的極低細分誤差 (SDE)，促使機床加工出表面更加光滑的工件。
左起：工研院經(jīng)理陳俊皓先生、資深工程師陳冠文先生和王懋先生
提升生產(chǎn)效率
時間就是金錢，特別是在現(xiàn)今產(chǎn)品生命周期縮短，產(chǎn)品多樣化的激烈競爭年代。生產(chǎn)商在追求產(chǎn)品的質(zhì)量以滿足客戶要求的同時，必須不斷提升生產(chǎn)效率，務(wù)求新產(chǎn)品能盡快推出市場，這就要求相應(yīng)提升生產(chǎn)設(shè)備的效率加以配合。陳冠文先生說道："轉(zhuǎn)臺速度的提升能顯著降低整體生產(chǎn)成本，要知道有些規(guī)模龐大的生產(chǎn)線每天有數(shù)以萬計的設(shè)備投產(chǎn)，或大或小的任何停頓和延誤都會造成整體成本的上升。絕對式光柵其中一個特點就是每次啟動時實時采集絕對位置，無須返回原點，而且在電源重啟或更換斷刀后能在停頓位置繼續(xù)執(zhí)行先前的工作，不像增量式光柵需要重新返回原點重啟，這無疑大大縮短了整體生產(chǎn)時間。"
旋轉(zhuǎn)工作臺安裝在機床上
定制化方案
工研院一直致力于開發(fā)業(yè)界新技術(shù)，如其他創(chuàng)新者一樣，在開發(fā)過程中難免會碰到一些挑戰(zhàn)。陳冠文先生說道："我們當(dāng)初的計劃就是要做一款具競爭力的轉(zhuǎn)臺，鑒于工研院與Panasonic多年友好關(guān)系和對其產(chǎn)品的經(jīng)驗，我們選擇采用Panasonic伺服驅(qū)動。不過當(dāng)時市場上并沒有能滿足我們規(guī)格要求同時兼容Panasonic串行協(xié)議的開放絕對式圓光柵。我們只好嘗試聯(lián)絡(luò)光柵廠商查詢定制化方案，幸好最后與雷尼紹達成共識，他們愿意為我們開發(fā)相關(guān)的RESOLUTE絕對式圓光柵，經(jīng)過Panasonic、工研院與雷尼紹三方的努力，最后得以成功開發(fā)出臺灣地區(qū)第一臺采用Panasonic串行協(xié)議的直驅(qū)轉(zhuǎn)臺。與雷尼紹合作多年，有感他們的售后支持一直做得十分到位，而RESOLUTE光柵的表現(xiàn)與我們采用過的SiGNUM系列增量式光柵和XL-80激光干涉儀同樣出色。"
RESOLUTE圓光柵在傾斜軸上
