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齒輪加工機床

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帶 C 軸光柵尺的數控車削中心應用分析
2017-8-16  來源: 德州德隆 ( 集團) 機床有限責任公司  作者(zhě):鄭翠翠(cuì),李樂


       摘要: 在數控(kòng)車削中心 C 軸定位中增加圓光柵全閉環功能,通過定位阻尼增(zēng)加係統的穩定性。為了提高機床整體加工性能,在伺服主(zhǔ)電機 ( 主傳動) 的(de)輸出軸增加 ZF 減速機,不僅使 C 軸作為聯動軸(zhóu)在車削過程中具有低速大扭矩(jǔ),而且大大提(tí)高了(le)機床的加工精度。同時,數控係統采用西門子 828D,通(tōng)過準(zhǔn)確、精密的智能控製使機(jī)床(chuáng)加工性能更加完善。
 
       關鍵詞: 數控車削中心(xīn); C 軸; 圓光柵; 加工精度
 
       目(mù)前,數控(kòng)機床(chuáng)在加工(gōng)精度與車削速(sù)度上的要求越來越高。數控車削中心主軸夾持工件旋轉時,有時需要對其旋轉位置有精確定位。這時,開環、半閉環數控係統就已經達不到加工要求。機床的加工精度除了由機床本身的機械結構、數控係統精度決定外,光柵尺的精度也是關鍵性(xìng)元素之一。光柵尺(chǐ)作為數控係統的位置檢測元件[2],檢測機床的直(zhí)線軸或者旋(xuán)轉軸(zhóu)的實際位移是(shì)否與數控係統(tǒng)發(fā)出的指令相符。旋轉軸配光柵尺 ( 相當於旋轉編碼器) ,使機床(chuáng)工(gōng)作精度大大提高,這種配置可以使機床加工(gōng)具有高分辨率,並且大(dà)大提高機床本身的抗幹擾性。圓光柵采用的製作材料是玻璃,使係統(tǒng)具有絕緣性、防爆(bào)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(jī)床加工精度[3]。所以,數控加工中心進給軸使用光柵尺進行定位很有必要。
 
      1 、數控車削中心
 
      普通車削中心 C 軸采用半閉環(huán)係統進行定位,也就是使用電機編碼器,其 C 軸結構見圖 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 、圓光柵應用及係統參數(shù)設置
 
      2. 1 圓光柵功能介(jiè)紹
 
      德國海德漢(hàn)公(gōng)司生(shēng)產的內置軸承 ERA 係列角度編碼器采(cǎi)用實心光柵鼓[4]。安裝在機床(chuáng)主軸上可以實現高速主軸,且(qiě)定位準確、滿足(zú)大直徑空心(xīn)軸(zhóu)要求,軸速最高可達 10 000 min - 1。
 
      ERA4480C 主軸圓光柵尺的信(xìn)號周期為 40 μm,1Vpp 增量信號,係(xì)統精度為 20 000 ± 3. 2' ( 線數) 。此型號(hào)光柵尺與西(xī)門子 828D 係(xì)統配合使用,主軸準確定(dìng)位(wèi)可達到 0. 007 8° ( 實測數值)[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 C 軸加入圓光柵時,設置係統參數時需要注意一下參數 30200 是編碼器 的 數 量(liàng); 31000 = 1 表 示(shì) 的是光(guāng)柵尺; 30240 [0] = 1; 30240 [1] = 0。關於(yú)其他與光柵尺有關的(de)參數需要(yào)根據實際車削精度(dù)作改(gǎi)動。
 
      2. 3 數控(kòng)車削中心應用
 
      2. 3. 1 機床結構優化
 
      以(yǐ)數控車削中心為研究對象,對(duì) C 軸結構進行優化。
 
      數控車削中心主軸電機傳動結構中,將光柵(shān)尺安裝在床頭箱端麵[6],電機與主軸傳送帶之間增加ZF 減速機 ( 如圖 3 所示) ,使主軸在低速(sù)車削時具有大扭矩(jǔ),同時(shí)當 C 軸車削做回擺運動時(shí),定位精度大大提高。除(chú)此外,在機床圓光(guāng)柵 C 軸加入了阻尼 ( C 軸阻尼) 。這種結構(gòu) ( 如圖 4 所示) 大大減少了機床在車削過程中(zhōng)的抖動,機(jī)床可以(yǐ)做到(dào)精準停,停擺精度可以達到 1% 。阻尼夾持器的(de)安裝需要對稱,兩邊的加持力度才平衡[7],C 軸定(dìng)位精度才越高。
 

     
                       圖 3 結構(gòu)主(zhǔ)視圖
 

      

                        圖 4 結構後視(shì)圖
   
      2. 3. 2 試車加工精度分析
 
      對工件進行(háng)圓弧加工(gōng),工件如圖 5 所示。隨機選擇優化前與優化後工件經三坐標進行檢測。
  

      
  
                                       圖5 零件圖
   
      選(xuǎn)用特殊刀具對以上工件內弧進行加工[8],要求工件加工(gōng)精(jīng)度小於等於(yú) 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削,前後工件加工精(jīng)度誤差結果見表 1。
 
                        表 1 工件加工精度表 ( °)

     

      3、 結果
 
      從數控(kòng)車削(xuē)中心 C 軸結構優化前與優化後數據對比中可以得出: 優化後,工件的加工精度遠遠高於優化前。因此在(zài) C 軸加入光柵(shān)尺、通過定位阻尼增加係統穩定性,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削中心中,機床主軸(zhóu)增加了圓光柵全閉環功能,同時通過定位阻尼增加了係統的穩(wěn)定性。整個機床在加工過程中,不僅使主軸(zhóu)具有低速大扭矩,同時也提(tí)高了機床的加工精度。

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