摘要: 在數控車削（xuē）中心（xīn） C 軸定（dìng）位中增加圓光柵全閉環功能，通（tōng）過定位阻尼增加係（xì）統的穩定性。為了提高機床整體加工性能（néng），在伺服主電機 ( 主傳動) 的輸出軸增加（jiā） ZF 減速機，不僅使 C 軸作為聯動軸在車削過程中具（jù）有低速（sù）大扭矩，而且大大提高了機床的加工精度。同（tóng）時，數控（kòng）係統采用西門子 828D，通過（guò）準確、精密的智能控製使機床加工性（xìng）能（néng）更加（jiā）完善。
 
       關鍵詞（cí）: 數控車削中心（xīn）; C 軸; 圓光柵; 加（jiā）工精度
 
       目前，數控機床在加工精度與車削速度上的要求（qiú）越來越（yuè）高。數控車削中心主軸（zhóu）夾持工件旋轉時，有時需要對其旋轉位置有精確（què）定位。這時，開環、半閉環（huán）數控係統就已（yǐ）經達不到加工要求。機床的加工精度除了由機床本身的機械結構、數（shù）控係統精度決定外，光柵尺的精度也是（shì）關鍵性元素（sù）之一。光（guāng）柵尺作為數控係統的位置檢測元件［2］，檢測機床的直線軸或者旋轉軸的實際（jì）位移是否與數控係統發出的指令相符。旋轉（zhuǎn）軸配光柵尺 ( 相當於旋轉編碼器) ，使機床工作（zuò）精度大大提高，這種配（pèi）置可以使機床加工具有高分辨（biàn）率（lǜ），並且大大提高機床（chuáng）本身的抗幹擾性。圓光柵采用（yòng）的製（zhì）作材料是玻璃，使係統具有絕緣性、防爆性、抗地磁幹擾性、耐高溫等特點，能夠適應多種惡劣環境，不影響機床加工精度［3］。所以（yǐ），數控加工中心進給軸使用光柵尺進行（háng）定位很有必要。
 
      1 、數控車削中心
 
      普通車削中心 C 軸采用半閉環係統進行定（dìng）位，也就是使用電機編碼器，其 C 軸結構見圖（tú） 1、2。
 

     
                    圖（tú） 1 車削中心（xīn） C 軸結構圖 ( 一)
  
             

                 圖 2 車削中心 C 軸結構圖 ( 二)
   
      2 、圓光柵應用（yòng）及係（xì）統參數設置
 
      2. 1 圓光柵功（gōng）能介紹
 
      德國海德（dé）漢公司生產的內置軸承 ERA 係（xì）列角度編碼器采用實心光柵鼓［4］。安裝在機床（chuáng）主（zhǔ）軸上可以實現高速主（zhǔ）軸，且定位準確、滿足大直徑（jìng）空心軸要求，軸速最高可達 10 000 min － 1。
 
      ERA4480C 主（zhǔ）軸圓（yuán）光柵尺的信號周（zhōu）期為 40 μm，1Vpp 增量信號，係統精度為 20 000 ± 3. 2' ( 線數) 。此型號光（guāng）柵尺與西門子 828D 係統配合使用，主軸準確定位可達到 0. 007 8° ( 實測數（shù）值)［5］。
 
      2. 2 數控係統參數設置
 
      機床使用的數控係統為 SIEMENS 828D SL，其中（zhōng） C 軸加入圓光柵時，設置係統參數時需要注意一下參數（shù） 30200 是編碼器 的 數 量; 31000 = 1 表 示 的是光柵（shān）尺; 30240 ［0］ = 1; 30240 ［1］ = 0。關於其他與光柵尺有關（guān）的參數需要根據實際車削精度作改動。
 
      2. 3 數控車削中（zhōng）心應用（yòng）
 
      2. 3. 1 機床結構優化
 
      以數控（kòng）車削中（zhōng）心為研究對象，對 C 軸（zhóu）結構進行（háng）優化。
 
      數控車削中心主軸電機傳動結構中，將光柵尺安裝在床頭箱（xiāng）端（duān）麵［6］，電（diàn）機與主軸傳送帶之間增（zēng）加ZF 減速機 ( 如圖 3 所示) ，使主軸在低速車削時具有大扭矩，同時當 C 軸車削做回擺運動時，定位精度大大提（tí）高。除此外，在機（jī）床圓（yuán）光（guāng）柵 C 軸加入了阻尼 ( C 軸阻尼) 。這種結構 ( 如圖 4 所示) 大大減少了機床在（zài）車（chē）削過程中的抖動，機床可以做到精準停，停擺精度可（kě）以達到 1% 。阻尼夾持器的（de）安裝（zhuāng）需要對稱（chēng），兩邊的加持力度才平衡［7］，C 軸定位精（jīng）度才越高。
 

     
                       圖 3 結構主視圖
 

                        圖 4 結構後（hòu）視圖
   
      2. 3. 2 試車加工精度分析
 
      對工件進行圓弧加工，工件如圖 5 所示。隨機選擇優化前與優化後工（gōng）件經（jīng）三坐標進行檢測。
  

      
  
                                       圖5 零件圖
   
      選用特殊刀具對以上工（gōng）件內弧進行加工（gōng）［8］，要求工件加工精度小於等（děng）於 0. 01°。
 
      隨機挑選 7 件零件分別在普通機床與優化後的機床上進行車（chē）削，前後（hòu）工件加工（gōng）精度誤差結果見表 1。
 
                        表 1 工件加工精度表 ( °)

      3、 結果
 
      從數控車削中心 C 軸結構優化前與優化後數據對比中可以得出: 優化（huà）後，工件的加工精度遠遠（yuǎn）高於優（yōu）化前。因（yīn）此在 C 軸加入光（guāng）柵尺（chǐ）、通過（guò）定位阻（zǔ）尼增加係統穩定性，可以提高機床的整體加工性能，大大提高機床加工精度。

      4 、結論
 
      將 C 軸定位係統應用在數控車（chē）削中（zhōng）心中，機床主軸增加了圓光柵全閉環功能，同時通過定位（wèi）阻尼增加了係統的穩定性。整（zhěng）個機床在加工過程中，不僅使主軸具有低速大扭矩（jǔ），同（tóng）時也提高了機床的加工精度。