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帶（dài） C 軸光柵尺的數控車削中心應用分析（xī）

2017-5-31 來源：德州德隆（lóng） ( 集團) 機床有（yǒu）限責任公司作者：鄭翠翠，李樂（lè）

摘要: 在數控（kòng）車削中心 C 軸定位（wèi）中增（zēng）加（jiā）圓光柵全閉環功能，通過定位阻尼（ní）增加係統的穩定性。為了提高機床整體加工性能，在伺服主電機 ( 主傳動) 的輸（shū）出軸增加 ZF 減速機，不僅使 C 軸作為（wéi）聯動軸在車削過程中（zhōng）具（jù）有（yǒu）低速大扭矩，而且（qiě）大大提高了機床的加（jiā）工精度。同時，數控（kòng）係統采用西門子 828D，通過準確（què）、精密的智能控製使機床加（jiā）工性能更加完善。

關鍵詞: 數控車削中心; C 軸; 圓光柵; 加工精度（dù）

目前，數控機床在加工精度與車削速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（yǒu）時需要對其（qí）旋轉（zhuǎn）位置有精確定位。這（zhè）時，開環、半閉環數控係（xì）統就已經達不到加工要求。機床的（de）加工精度除了由機床本身的機械結構、數（shù）控係（xì）統精度決定（dìng）外（wài），光柵尺的精度（dù）也是關鍵性元素之（zhī）一。光柵尺作（zuò）為數控係統的位置檢測元件［2］，檢測機床的直（zhí）線軸或者旋轉軸的實際位移（yí）是否（fǒu）與數控係統發出的指令相符（fú）。

旋轉軸配光（guāng）柵尺 ( 相當於（yú）旋（xuán）轉編碼器) ，使機床工作精度大大提高，這種（zhǒng）配置可以使機床加工具有（yǒu）高（gāo）分（fèn）辨（biàn）率，並且大大提高機床本身（shēn）的抗幹擾性。圓光柵（shān）采用的製作材料是玻璃，使（shǐ）係統（tǒng）具有絕（jué）緣性、防爆性、抗地磁幹擾性、耐高溫等特（tè）點，能夠適（shì）應多種惡劣環境，不影響機床加工精度［3］。所以，數控加工中心進給（gěi）軸使用光柵尺進行定位很有必要。

1. 數控車削中心普（pǔ）通車削中心

C 軸采用半閉環係統進（jìn）行定位，也就是使用電機編碼器（qì），其 C 軸（zhóu）結構見圖 1、2。

圖 1 車削中心 C 軸結構圖 (一)

圖 2 車削中心（xīn） C 軸結構圖 (二)

2.圓光柵（shān）應用及係（xì）統（tǒng）參數設置

2. 1 圓光柵（shān）功（gōng）能介紹（shào）

德國海德漢公司生產的（de）內置軸承 ERA 係列角度編碼器采用（yòng）實（shí）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、滿足大直徑空心軸要求，軸速最高可（kě）達 10 000 min－ 1。ERA4480C 主軸圓光柵尺的信號周期為（wéi） 40 μm，1Vpp 增量信號，係統精度為 20 000 ± 3. 2' ( 線（xiàn）數) 。此型號光柵尺與西門子 828D 係統配合使用，主軸準確（què）定位可達到 0. 007 8° ( 實（shí）測數值)［5］。

2. 2 數控係統參數設置

機床使用的數控係（xì）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（xià）參數 30200 是編碼器（qì）的數量; 31000 = 1 表示的是光柵尺（chǐ）; 30240 ［0］ = 1; 30240 ［1］ = 0。關於其他與（yǔ）光（guāng）柵尺有關的（de）參數需要根據實際車削精度作改動。

2. 3 數控車削中心應用

2. 3. 1 機床結構優化

以數控（kòng）車削中心為研究對象，對 C 軸結構進行（háng）優化。數控車削中心主軸電機傳動結構中，將光柵尺安裝（zhuāng）在床頭箱端麵［6］，電機與（yǔ）主軸傳送帶之間增（zēng）加ZF 減速機（jī） ( 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，定位精度大大提高。除此外，在機床圓光柵 C 軸（zhóu）加入（rù）了阻尼 ( C 軸阻尼（ní）) 。這種結構 ( 如圖（tú） 4 所示) 大大減少了機床在車削過程中的抖（dǒu）動，機床可以做到精準停，停擺精度可以達到 1% 。阻尼夾持器的安裝需要對稱（chēng），兩邊的加持力度才平衡［7］，C 軸定位精度才越高。

圖 3 結構（gòu）主視圖

圖 4 結構後視圖

2. 3. 2 試車加工精度分析

對工（gōng）件進行圓弧加工，工件如（rú）圖 5 所示。隨機選擇優化前與優化後工件經三坐標進行檢（jiǎn）測。5圖 5 零件圖選用特殊刀具對（duì）以上工件內弧進行加工（gōng）［8］，要求工件加工精度小於等於（yú） 0. 01°。隨（suí）機挑選

7 件零件分別在普通機（jī）床與優（yōu）化後的機床上（shàng）進行車削，前後工（gōng）件加工精度誤差（chà）結果見表 1。表 1 工件加工精度（dù）表 ( °)

3.結（jié）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: 優化後，工件的加工精度遠遠高於優（yōu）化前。因此在 C 軸加（jiā）入光柵尺、通過定位（wèi）阻尼增加係統穩定性，可以提高機床的整體加工性能，大（dà）大提高機床加工精度。

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