摘要: 在數控車削中（zhōng）心 C 軸定位中增加圓光柵全閉（bì）環功能，通過定位阻（zǔ）尼增加係統的穩（wěn）定性。為了提高機床整體（tǐ）加工性能，在伺服主電機 ( 主傳動) 的輸出軸增加 ZF 減（jiǎn）速（sù）機，不僅使 C 軸作為聯動軸在車削過程中具有低速大扭矩，而且（qiě）大大提高了機床的加工精度。同時，數控係統采用西門子（zǐ） 828D，通過準確、精密的智能控製使機（jī）床加工性能更加完善。
 
       關（guān）鍵詞: 數控車削中心; C 軸（zhóu）; 圓光柵; 加工精度
 
       目前，數控（kòng）機（jī）床在加工精度與車削速度上的要（yào）求越來越高。數控車削中（zhōng）心主軸夾持工件旋轉時，有時需要對其旋轉位（wèi）置有精確定位。這時，開（kāi）環、半閉環數控係統（tǒng）就已經達不到（dào）加工要求。機床的加工精（jīng）度除了由機（jī）床本身的機械結構、數控（kòng）係統精度決定（dìng）外，光柵尺的精度也是關鍵性元素之一。光柵尺（chǐ）作為數控係（xì）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位（wèi）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（qì）) ，使機床工作精度大大提高，這種配置（zhì）可以使機床加工具有高（gāo）分（fèn）辨率，並且大大提高機床本身的抗（kàng）幹擾性。圓光柵采用的製作材料是玻璃，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（jī）床加工精度［3］。所以，數控加工中（zhōng）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（zhōng）心 C 軸采用半閉環係統進行定位，也就是使用電機編碼（mǎ）器（qì），其 C 軸結構見圖 1、2。
 

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

                 圖 2 車削中心 C 軸結構圖 ( 二)
   
      2 、圓光（guāng）柵應用及係統參數設置
 
      2. 1 圓光柵功能介紹
 
      德國海德漢公司生（shēng）產的（de）內置軸承 ERA 係列角度編碼器（qì）采用實心光柵鼓［4］。安裝在機床主軸上可以實現高速主軸，且定位準確（què）、滿足（zú）大直徑空（kōng）心軸要求，軸速最高可達（dá） 10 000 min － 1。
 
      ERA4480C 主軸圓光（guāng）柵尺的信號周期為 40 μm，1Vpp 增量（liàng）信號，係統精度為 20 000 ± 3. 2' ( 線數) 。此型號光柵尺與（yǔ）西門子 828D 係統配合使用（yòng），主軸準確定位可達（dá）到 0. 007 8° ( 實測數值)［5］。
 
      2. 2 數控係統參（cān）數設置
 
      機床使用的數控係統為 SIEMENS 828D SL，其（qí）中 C 軸加入圓光柵時，設置係統參數時（shí）需要注意一下參數 30200 是編碼器 的 數 量（liàng）; 31000 = 1 表 示 的是光柵尺; 30240 ［0］ = 1; 30240 ［1］ = 0。關於其他與光柵尺有關（guān）的參數需要（yào）根據實際車削精（jīng）度作改動。
 
      2. 3 數控車削中（zhōng）心應（yīng）用
 
      2. 3. 1 機床結構優化
 
      以數控車削中心為研（yán）究對象，對 C 軸結構進行優化。
 
      數控車削中（zhōng）心主軸電機傳動結構中，將光柵尺安裝（zhuāng）在床頭箱端麵［6］，電機（jī）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，同時當 C 軸車削做回擺（bǎi）運動時，定位精度大（dà）大提高。除此外，在機床圓光柵 C 軸加入了阻（zǔ）尼 ( C 軸（zhóu）阻尼) 。這（zhè）種結構 ( 如圖 4 所示) 大大減少了機（jī）床在車削過程中（zhōng）的（de）抖動（dòng），機床可（kě）以做到精準停，停擺精度可以達到 1% 。阻（zǔ）尼夾（jiá）持器的安裝需要對稱，兩邊的加持力度才平衡［7］，C 軸定位精度才越高（gāo）。
 

     
                       圖 3 結構主視圖
 

                        圖 4 結構後視圖
   
      2. 3. 2 試車加工精（jīng）度分（fèn）析
 
      對工件進行圓弧加工，工件如圖 5 所示。隨機選擇優化（huà）前與優化後工件經三坐標進行檢測。
  

      
  
                                       圖5 零件（jiàn）圖
   
      選用（yòng）特（tè）殊刀具對以上工（gōng）件（jiàn）內弧進行加工［8］，要求（qiú）工件加工精度小於等於 0. 01°。
 
      隨機挑選 7 件零件分（fèn）別在普通機床與優化後（hòu）的機床上進行車削，前後工件加工精度誤差結果見表 1。
 
                        表 1 工件（jiàn）加（jiā）工精度表 ( °)

      3、 結果
 
      從數控車削中心 C 軸（zhóu）結構優化前與優化後數據對（duì）比中可以得出（chū）: 優化後，工（gōng）件的加工精度遠遠高於優化前。因此在 C 軸加入光柵（shān）尺、通過（guò）定位阻尼增加係統穩定性，可（kě）以（yǐ）提（tí）高機床（chuáng）的整體加工性能，大大提高機床加工精度。

      4 、結（jié）論
 
      將 C 軸定位係統應用在數控車削中心中，機（jī）床主軸增加了圓光柵全閉環功能，同時通（tōng）過定位阻尼增加了係統的穩定性（xìng）。整個機床在加工過程中（zhōng），不僅（jǐn）使主（zhǔ）軸具有低速大扭矩（jǔ），同時也提高了機床的加工精度（dù）。