重新思考索引器和旋转桌

许多植物经理和店主梦想拥有最新的水平加工中心（HMC），其所有功能，优点和复杂的能力。While typical HMC features such as an automatic pallet changer and a 100+ cutting tool magazine are valuable, perhaps the most valuable characteristic is the HMC’s ability to machine on more than one side of the workpiece due to a built-in indexer or full fourth axis.

在需要在彼此的表面上没有90或180度的情况下，索引或第四轴旋转几乎是生产该件的复杂工件。即使在墓碑上放置距离所有表面90或180度的矩形工件，HMC内置的第四轮轴也会产生生产率优势。即使在多个部分的一侧加工不是必需的，这也是如此。

任何时候你都可以增加“运行周期”，在一个操作中做更多的切割，避免处理工件，生产率就会提高。工件精度也提高了。解夹和重新装夹工件以呈现不同的表面给刀具总是会引入一些误差。

低投资

水平加工中心的高成本与今天的垂直加工中心的不可思议的价值相比，使许多商店无法达到水平加工中心。幸运的是，今天有几家优质配件供应商，允许VMC商店配备索引器、第四轴和墓碑。这些附加组件确实可以工作，并且以一小部分的价格提供了HMC的许多好处。

早期的旋转桌子和索引器没有当今模型的准确性，刚性或控制灵活性。许多尝试过去使用索引者的商店对旧型号的性能感到失望，并放弃了它们支持多种操作，多个保持夹具和工件的多个手动。他们决定手册，多运行过程优于试图使用无效的早期模型分度器和旋转桌。今天，情况是不同的。制造商现在提供非常准确，非常僵硬的单位，具有各种控制和接口选项。

什么是适合你的？

最好的indexer和控制系统为您取决于您需要做的工作。和大多数事情一样，不同的设计会牺牲某些功能来获得其他功能。除非您了解这些权衡，否则您将面临选择非最佳系统以满足需求的风险。让我们看看哪些是可用的，检查不同的功能，并讨论每种设计的优缺点。一旦你理解了这些选项，你就可以根据你的需求来评估它们，然后再考虑价格和供应商。

首先，很明显，所有应用都没有一个型号。理想的“适合所有应用程序”系统：

• 具有最高的绝对指数定位精度，
• 无限定位(36万个位置)
• 具有非常快速的索引速度，
• 当处于抵抗切割力的位置时，最大的保持能力，
• 易于改装到任何机器和CNC控制，
• 从一个VMC轻松移植到另一个VMC，
• 不需要额外的编程，
• 机器运营商不可能允许“崩溃”和
• 从供应商那里获得最低的价格，提供最好的服务和支持。

当然，这种系统不存在。添加“供应商的最低价格，提供最佳服务和支持”组件，它可能永远不会存在。

规格可能是误导性的

指数人员领域的术语不是标准的。诸如第四轴，分度器，旋转台等的术语由不同的机床和配件公司互换使用。所以，在选择和购买时，您必须在假设您知道您将得到的内容之前提出一些问题。另外，请注意“精度”，“高精度”等术语，“精确”，“和”刚性“等术语。是“制动扭矩”规格，一些绝对断开的规格或扭矩发生一些“不可接受”的旋转偏转量？是“十弧度”精度规范每一度认证，或者只有每15度检查一次？没有行业标准规范和测试。因此，请提出问题并处理您有信心的供应商，或者通过保证性能来购买零件。

我们将从机械硬件开始，并稍后讨论电子控制选项。至少有三种常见的机械分子/旋转台类型。

蜗轮式转盘

这些桌子提供无限定位以及旋转切割的可能性。由CNC或辅助伺服控制直接控制的伺服电动机旋转蠕虫螺钉，该蠕虫螺钉驱动旋转台主轴上的蠕虫轮。

这些系统的绝对位置准确性是蠕虫套装（蠕虫螺钉和蠕虫轮）的质量（精确和精度），伺服系统的准确性和分辨率以及伺服序列反馈的手段的函数。大多数这些伺服系统利用编码器直接监视电动机的位置而不是旋转主轴。为消除蠕虫仪和伺服系统中的任何不准确性，一些高端系统在旋转主轴上直接使用玻璃秤或其他编码器，以监测实际的旋转主轴位置。图1（右侧）显示了典型的蠕虫旋转台横截面。

好处：

• 无限的定位和处理任何可能出现的工作的灵活性，使它们成为许多工作商店的选择。
• 如果直接由机床的CNC控制，它们通常被称为“全第四轴”。完整的第四轴的优点只有一个数控程序,不需要编程的运营商在商店的地板上,最低崩溃由于操作失误的可能性,并且能够使同步旋转,X, Y或Z移动做真正的螺旋铣操作所需的一些奇异的工件。
• 许多制造商提供了许多型号和尺寸。

缺点：

• 位置准确性的索赔通常误导，因为没有行业标准。虽然一些制造商每一度测试和认证绝对位置精度，但大多数都没有正常说明他们的规格含义。除了直接在旋转主轴上直接玻璃秤的昂贵系统，还可以进行任何准确性规格，在它有一个新表受到任何“崩溃”，这并不罕见。甚至看起来小的撞车甚至可能会损坏蠕虫套。
• 典型的无限定位蠕虫系统利用摩擦制动器来保持针对切割力的位置。当切割力直接施加在旋转主轴中心线上时，摩擦制动器通常适用于大多数工作。然而，当切割力施加到远离中心线的工件上时，例如在墓碑夹具的部件的边缘上，旋转主轴上的所得扭矩可能导致它偏转。当重切割产生高推力力时，该结果特别可能是特别的。

面齿轮型索引器

这些指数只提供离散的定位。根据齿面齿轮上的齿数，索引的最小增量可能是15度，5度或1度。无论最小增量是多少，只有角为最小增量倍数的工件才可能被加工。

分度器中使用的面齿轮机构类似于那些在数控车床的转塔中最常见的机构，它的功能必须非常精确和非常严格地分度，以承受车床转塔遇到的高切削力。面齿轮机构一般分为两类，两件式和三件式设计。两件式设计要求分度器的面板“提升”，以脱离面齿轮。三件式设计保持了与两件式相同的精度和刚性，而不需要“抬起”面板。在图2(在右边)，注意巨大的面齿轮锁分度器主轴在位置。

好处：

• 假设它是一种质量面齿轮组，绝对位置精度非常好，并且几乎尽管有可能发生的任何“崩溃”，但几乎仍然保持着索引器的寿命。可提供真正的绝对角度定位的单位5秒或更小。这些单元是最高精度工作的理想选择，例如从一侧的线路钻孔一半，然后从另一侧索引180度和线路镗孔。
• 刚性极高。A 72齿面面（5度最小指数增量）与任何车床炮塔一样刚性。

缺点：

• 它只以5,15度或最小增量的增量索引为该特定模型的索引。
• 仅当外侧支撑件包括滑动接头时，两个件式面齿轮系统才能与尾座或墓碑有舷外支撑。
• 一些面齿轮系统使用伺服驱动来实现近似位置，然后依靠面齿轮进行最终的准确定位。这些系统是双向且快速的。可以使用一个简单的命令编程任何随机移动。其他一些系统使用气动活塞旋转到近似位置。通常，这些系统仅在一个方向上旋转。所有移动必须相等，可能需要暂停以利用更多的一个M代码信号来实现位置。这些工作，但程序可以繁琐，设置和操作。由于操作员错误，它们更容易崩溃，然后伺服驱动单元。

射击引脚索引器

这些指数人员正在成为过去的东西。它们具有充气活塞驱动的增量面齿轮指数器的所有缺点。此外，与面部齿轮单元相比，它们既不是特别准确的也不是刚性的。索引位置通常限制为15度的增量。位置由孔中的销或更常由环中的凹槽中的凹部中的销控制。

控制问题

无论您是选择无限定位的虫子旋转系统还是面部设备，都是您工作的最佳机械设计，您的下一个决定涉及如何控制旋转轴。

用气动增量索引器，您可能无法选择。您的计算机的CNC将通过通过M代码与特殊索引器控制通信来控制索引器。

如果你选择一个伺服驱动系统，你有三种选择:1)直接“全第四轴”，只使用机器的CNC, 2)一个M-code命令从CNC到一个单独的旋转控制，或3)。RS-232通信之间的机器的CNC和单独的旋转控制。这些选择各有利弊。

全四轴控制

单一的，四轴数控是最容易使用和提供最多的控制。四轴数控最适合某些类型的工件。全四轴控制系统通常与新机器一起交付。可以对系统进行改造;然而，改造是复杂和昂贵的。单一四轴控制的优点很多，缺点主要与成本有关。

好处：

• 所有的程序都是在一个CNC处理。不需要单独的转盘控制的车间编程。
• 单CNC不断地跟踪所有三个线性轴（X，Y，Z）和旋转轴。这提供了具有同时旋转和X，Y或Z移动的精确螺旋切割的能力。
• 如果加工循环中断并在循环的中间重新启动，则机会较低，由于操作员错误，崩溃将发生崩溃。

缺点：

• 虽然一些机器制造商具有旋转台的全部四轴控制，但大约10％的机器的10％，大多数收费超过20％。
• 很少有机器制造商使它容易改造一个完整的四轴转盘。对大多数建筑商来说，改造是一个复杂的过程，成本通常超过基本机器价格的30%。
• 旋转轴的电动机必须与CNC的伺服驱动匹配。由于电缆连接不是从一台机器构建器到另一台机器构建器的标准，所以旋转表通常不能用于多个机器。
• 有些应用可能需要面齿轮系统的精度和刚度。然而，许多机器制造商不提供面齿轮系统与全四轴控制，尽管这样的系统是可行的。

m驱动系统

M代码致动系统通过将标准的三轴CNC与具有自己单独的旋转伺服电机的旋转台或面齿轮分子器组合，提供第四运动轴。输入旋转程序并存储在单独的旋转伺服电池中。CNC通过M代码与旋转控制通信。当旋转控制接收到M代码信号时，它执行存储在其存储器中的下一个旋转移动，然后将信号发送回CNC，告诉其移动已经完成。

典型地，扶轮计划包括许多独立的扶轮行动。一个移动可能是一个简单的指数，以全速定位。另一种可能是较慢的旋转移动来加工工件上的沟槽或其他特征。图3(右)显示了一个典型的旋转伺服控制系统。

好处：

• 高质量的M码控制系统可从几家供应商处获得，价格约为100％的基本机器价格。（例如，5C旋转系统为6,000美元; 6英寸面板系统为7,000美元; 9英寸系统为10,000美元;等等）。
• 这些系统只需要一个m代码，110V电源和一条航空线路，就可以安装在几乎任何数控机床上，通常停机时间不到一天。
• 只要下一台机器可以发出M代码，系统可以从一台机器移动到另一台机器。具有多台机器和多个旋转系统的商店可以为每项工作选择最佳系统，而无论机器如何。例如，可以使用小型分度器来避免切割工具干扰问题并最小化索引时间。大型索引器可用于大部件。当需要最大的精度和刚性并且通过5度指数的倍数可以容纳工作时，可以使用面部齿轮分子器。

缺点：

• 机器操作员需要将旋转程序进入旋转伺服电机，如果它已经存储在旋转控制的内存中，则选择合适的程序。这需要一些时间，并且有错误。
• 如果加工循环在中期中断，例如检查工件特征或更换磨损的切削工具，则操作员必须务必将旋转程序和数控程序备份到保持两个程序的点同步。该步骤可能会令人困惑，并且任何错误都可能导致“崩溃”，带有切割工具的切割工具将旋转到错误位置的工件。
• 虽然可以同时进行旋转和X, Y或Z动作，但不推荐。如果您有耐心，并能够承担报废一些零件，您可以使用试验和错误，以找到正确的旋转速度匹配的直线移动，并确定匹配的起点。

rs - 232控制

最近开发的，RS-232通信之间的三轴数控和旋转伺服控制提供的优势，全四轴和m代码操作。RS-232是连接外围设备到计算机的常用的标准电气接口。个人计算机通常使用RS-232通信协议向打印机发送信息。RS-232通信的另一个常见用途是将PC机连接到外部调制解调器。

几乎所有CNC单元都有一个RS-232端口，通常用于在计算机系统和CNC之间交换CNC程序。最近，CNCS使用RS-232连接以与机器人和旋转表通信。为了与旋转表的控制进行通信，将特殊的代码线插入CNC程序中。这行代码通过RS-232端口发送了一系列数字和字母到旋转表控制，将代码串转换为旋转移动。

三轴CNC和旋转伺服控制之间的RS-232通信提供了全球全部四轴和M代码操作的大部分时间。线性和旋转移动都存储在CNC中作为工件程序的一部分。当需要旋转移动时，CNC通过RS-232线向旋转控制发送该命令（旋转速度和旋转速度和旋转角度）。
旋转控制执行一个移动，并返回一个信号给CNC，表明这个移动已经完成。然后CNC命令它的下一个线性移动。独立的旋转伺服控制只是作为数控系统的一个奴隶。机器操作员在早上打开旋转控制开关，而不需要在一天的其余时间处理它。图4(在右边)显示了一个倾斜转台系统，利用两个旋转伺服控制与RS-232，提供五轴能力，从一个标准的三轴数控。

好处：

• 所有的编程都是在三轴数控系统中进行的。不需要单独的车间编程或程序选择。
• 与全四轴控制一样，崩溃几乎不太可能。始终选择正确的旋转程序，因为它是存储在机器CNC中的总工件程序的一部分。注意：旋转移动应在“绝对位置”中编程，以便如果加工循环中断，操作员可以将CNC程序备份到旋转移动前方，然后安全地恢复程序。
• 与M代码操作一样，旋转系统可以在任何机器之间共享，可以通过RS-232或通过M代码进行通信。
• 改装很容易，只要机器的数控具有RS-232端口和适当的通信软件，这可能已经驻留在数控或可从机器制造商。
• 成本谦虚高于仅限M代码系统，但提供了通过RS-232或M代码操作的灵活性。
• 与RS-232，两个旋转控制可以操作大多数三轴cnc只有一个RS-232端口。五轴能力与倾斜转盘设置可以改装到三轴机器大约25000美元(一个新的，全五轴VMC选项通常定价95000美元)。

缺点：

• 与m码控制一样，不推荐同时旋转和X、Y或Z动作。
• 必须更新没有RS-232端口和适当通信软件的cnc。大多数相对较新的机器可能都是这样装备的。
• 编程比以真正的四轴控制更复杂，对于五轴工作，对真正的四轴控制有很大复杂。

做出正确的选择

您需要做的工作和您拥有或打算购买的机器将影响您选择的旋转轴。这些指导方针总结了你应该考虑的问题。

1. 当你购买一台新机器时，无论你要加工什么样的工件，都要知道建造者提供的所有东西的价格。如果建造者提供了一个高质量的全四轴系统，无限定位旋转工作台的价格约10%的基础机器，这个系统可能是你的最佳选择。
2. 如果您的工件可以利用面部齿轮系统的准确性和刚性，并且可以使用5度最小增量，由RS-232或M码控制的面部齿轮系统是一个不错的选择。一些建筑商提供具有真正的四轴控制的面齿轮系统。
3. 如果你正在做各种需要同时旋转和线性螺旋运动的工作，你可能会想要一个真正的四轴系统，而不管成本。但是，当您正在改造现有的机器，并且只有几个工作需要这些迁移时，特别是如果这些工作需要长期运行，并且您能够负担一些额外的编程和设置时间，那么您应该考虑价格更经济的RS-232或M-code系统。如果你买不起真正的第四轴，这些系统是值得考虑的。
4. 如果您正在改装现有机器，特别是如果您有几个并且想要更好地进行旋转工作，那么其中一个，请与构建器一起检查升级到全四个轴的成本。您可以得出结论，RS-232或M代码的成本和灵活性将使其中一个是最佳选择。

添加一个扶轮轴VMC是值得的你是否想做完整的四轴同步加工的工件,简单的索引需要加工的零件表面不互相在90度,或墓碑处理的矩形部分受益于一个更长的无人加工周期。今天，有许多好的选择。如果你正在购买一台新机器，让制造商报价它提供的可选系统。如果你要改造现有的机器，联系要么原始供应商或公司，提供完整的indexer和转盘系统。改造是非常实惠的。(例如，SMW Systems的系统，包括安装和培训，每英寸面板直径的成本通常略高于1000美元。)MMS

关于作者：Ken Harrison是一家执业的专业机械工程师，是SMW Systems，Inc。的产品经理。在加利福尼亚州Santa Fe Springs，