目前，數(shù)控機(jī)床在加工精度與車削速度上的要求越來(lái)越高。數(shù)控車削中心主軸夾持工件旋轉(zhuǎn)時(shí)，有時(shí)需要對(duì)其旋轉(zhuǎn)位置有精確定位。這時(shí)，開(kāi)環(huán)、半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)就已經(jīng)達(dá)不到加工要求。機(jī)床的加工精度除了由機(jī)床本身的機(jī)械結(jié)構(gòu)、數(shù)控系統(tǒng)精度決定外，光柵尺的精度也是關(guān)鍵性元素之一。光柵尺作為數(shù)控系統(tǒng)的位置檢測(cè)元件[2]，檢測(cè)機(jī)床的直線軸或者旋轉(zhuǎn)軸的實(shí)際位移是否與數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令相符。旋轉(zhuǎn)軸配光柵尺 ( 相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)編碼器) ，使機(jī)床工作精度大大提高，這種配置可以使機(jī)床加工具有高分辨率，并且大大提高機(jī)床本身的抗干擾性。圓光柵采用的制作材料是玻璃，使系統(tǒng)具有絕緣性、防爆性、抗地磁干擾性、耐高溫等特點(diǎn)，能夠適應(yīng)多種惡劣環(huán)境，不影響機(jī)床加工精度[3]。所以，數(shù)控加工中心進(jìn)給軸使用光柵尺進(jìn)行定位很有必要。

　　1 、數(shù)控車削中心

　　普通車削中心 C 軸采用半閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行定位，也就是使用電機(jī)編碼器，其 C 軸結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 1、2?！?

　　圖 1 車削中心 C 軸結(jié)構(gòu)圖 ( 一)　　

　　圖 2 車削中心 C 軸結(jié)構(gòu)圖 ( 二)

　　2 、圓光柵應(yīng)用及系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

　　2. 1 圓光柵功能介紹

　　德國(guó)海德漢公司生產(chǎn)的內(nèi)置軸承 ERA 系列角度編碼器采用實(shí)心光柵鼓[4]。安裝在機(jī)床主軸上可以實(shí)現(xiàn)高速主軸，且定位準(zhǔn)確、滿足大直徑空心軸要求，軸速最高可達(dá) 10 000 min - 1。

　　ERA4480C 主軸圓光柵尺的信號(hào)周期為 40 μm，1Vpp 增量信號(hào)，系統(tǒng)精度為 20 000 ± 3. 2' ( 線數(shù)) 。此型號(hào)光柵尺與西門子 828D 系統(tǒng)配合使用，主軸準(zhǔn)確定位可達(dá)到 0. 007 8° ( 實(shí)測(cè)數(shù)值)[5]。

　　2. 2 數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

　　機(jī)床使用的數(shù)控系統(tǒng)為 SIEMENS 828D SL，其中 C 軸加入圓光柵時(shí)，設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)時(shí)需要注意一下參數(shù) 30200 是編碼器 的 數(shù) 量; 31000 = 1 表 示 的是光柵尺; 30240 [0] = 1; 30240 [1] = 0。關(guān)于其他與光柵尺有關(guān)的參數(shù)需要根據(jù)實(shí)際車削精度作改動(dòng)。

　　2. 3 數(shù)控車削中心應(yīng)用

　　2. 3. 1 機(jī)床結(jié)構(gòu)優(yōu)化

　　以數(shù)控車削中心為研究對(duì)象，對(duì) C 軸結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

　　數(shù)控車削中心主軸電機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中，將光柵尺安裝在床頭箱端面[6]，電機(jī)與主軸傳送帶之間增加ZF 減速機(jī) ( 如圖 3 所示) ，使主軸在低速車削時(shí)具有大扭矩，同時(shí)當(dāng) C 軸車削做回?cái)[運(yùn)動(dòng)時(shí)，定位精度大大提高。除此外，在機(jī)床圓光柵 C 軸加入了阻尼 ( C 軸阻尼) 。這種結(jié)構(gòu) ( 如圖 4 所示) 大大減少了機(jī)床在車削過(guò)程中的抖動(dòng)，機(jī)床可以做到精準(zhǔn)停，停擺精度可以達(dá)到 1% 。阻尼夾持器的安裝需要對(duì)稱，兩邊的加持力度才平衡[7]，C 軸定位精度才越高。　　

　　圖 3 結(jié)構(gòu)主視圖　　

　　圖 4 結(jié)構(gòu)后視圖

　　2. 3. 2 試車加工精度分析

　　對(duì)工件進(jìn)行圓弧加工，工件如圖 5 所示。隨機(jī)選擇優(yōu)化前與優(yōu)化后工件經(jīng)三坐標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)?！　?

　　圖5 零件圖

　　選用特殊刀具對(duì)以上工件內(nèi)弧進(jìn)行加工[8]，要求工件加工精度小于等于 0. 01°。

　　隨機(jī)挑選 7 件零件分別在普通機(jī)床與優(yōu)化后的機(jī)床上進(jìn)行車削，前后工件加工精度誤差結(jié)果見(jiàn)表 1。

　　表 1 工件加工精度表 ( °)　

　　3、 結(jié)果

　　從數(shù)控車削中心 C 軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化前與優(yōu)化后數(shù)據(jù)對(duì)比中可以得出: 優(yōu)化后，工件的加工精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于優(yōu)化前。因此在 C 軸加入光柵尺、通過(guò)定位阻尼增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，可以提高機(jī)床的整體加工性能，大大提高機(jī)床加工精度。

　　4 、結(jié)論

　　將 C 軸定位系統(tǒng)應(yīng)用在數(shù)控車削中心中，機(jī)床主軸增加了圓光柵全閉環(huán)功能，同時(shí)通過(guò)定位阻尼增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。整個(gè)機(jī)床在加工過(guò)程中，不僅使主軸具有低速大扭矩，同時(shí)也提高了機(jī)床的加工精度。

（轉(zhuǎn)載）