機(jī)床C軸結(jié)構(gòu)的研究

沈陽(yáng)第一機(jī)床廠 (遼寧 110142) 蓋立亞

車(chē)削中心中定義的C軸，即繞車(chē)削主軸旋轉(zhuǎn)的伺服軸，是具有分度定位和聯(lián)動(dòng)功能的工件回轉(zhuǎn)軸。C軸功能的應(yīng)用主要有3個(gè)方面:①當(dāng)工件需要在徑向上鉆孔、攻螺紋、銑槽或者銑平面時(shí)，需要通過(guò)C軸的分度定位以及鎖緊功能來(lái)完成。②當(dāng)機(jī)床配置副主軸時(shí)，可以利用C軸的同步控制，實(shí)現(xiàn)雙主軸的速度和相位的同步，以完成零件在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的對(duì)接。③C軸參與插補(bǔ)對(duì)工件進(jìn)行連續(xù)銑削加工。

為此，C軸是車(chē)削中心、車(chē)銑類(lèi)產(chǎn)品必備的一項(xiàng)功能。但由于不同產(chǎn)品對(duì)其加工精度要求的差異，在設(shè)計(jì)過(guò)程中根據(jù)精度的不同，C軸采用了不同的結(jié)構(gòu)形式。C軸系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、剎車(chē)裝置及反饋裝置3部分組成。

1.C軸驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)

目前根據(jù)C軸的驅(qū)動(dòng)形式分，應(yīng)用在車(chē)床上的C軸主要有3種形式:電主軸形式、Cs主軸形式和Cf主軸形式。針對(duì)上述3種結(jié)構(gòu)形式，對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行了分析。

(1)電主軸形式。優(yōu)點(diǎn)包括:①電主軸具有啟動(dòng)快、轉(zhuǎn)速高及振動(dòng)小的優(yōu)勢(shì)。②直驅(qū)結(jié)構(gòu)，無(wú)傳動(dòng)鏈間隙，加工精度高。③采用單獨(dú)的水冷系統(tǒng)，有效避免主軸溫升過(guò)高。其缺點(diǎn):①電主軸輸出轉(zhuǎn)矩較小。②降速齒輪箱中無(wú)法使用電主軸結(jié)構(gòu)。③成本較高，裝配工藝復(fù)雜。

(2)Cs主軸形式。優(yōu)點(diǎn)包括:①相比同等規(guī)格電主軸，輸出轉(zhuǎn)矩更大。②結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低。其缺點(diǎn):①同步帶傳動(dòng)，連續(xù)切削時(shí)，易產(chǎn)生抖動(dòng)，影響加工精度。②通過(guò)增大傳動(dòng)比的方式，提升輸出轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致主軸轉(zhuǎn)速降低。

(3)Cf主軸形式。優(yōu)點(diǎn)包括:①C軸由伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器直接驅(qū)動(dòng)，輸出轉(zhuǎn)矩很高。②C軸單獨(dú)控制，不影響車(chē)削主軸的轉(zhuǎn)速。其缺點(diǎn):①傳動(dòng)鏈長(zhǎng)，易產(chǎn)生誤差，因此，對(duì)加工、裝配工藝要求較高。②需要安裝消隙機(jī)構(gòu)，避免齒輪嚙合產(chǎn)生誤差。③不適合C軸與車(chē)削主軸頻繁切換的加工形式。

2.C軸剎車(chē)裝置

C軸剎車(chē)即可以實(shí)現(xiàn)主軸的抱死或在阻尼狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)。前者可以完成鉆孔、攻螺紋和銑削加工，后者可以提高主軸的抗振性，提高加工零件的表面質(zhì)量。C軸剎車(chē)的結(jié)構(gòu)形式有多種，但它們的工作原理都是一致的，均是在軸向或者徑向加力來(lái)鎖緊回轉(zhuǎn)軸。按照剎車(chē)的放置位置來(lái)分，分為前置剎車(chē)和后置剎車(chē)2種。

3.C軸反饋裝置

C軸精度直接影響了在加工過(guò)程中有C軸運(yùn)動(dòng)參與的工件的加工精度。為了提高C軸的精度，一般采用閉環(huán)控制，且配有角度編碼器作為反饋元件。常用的角度編碼器有光柵、鋼柵和磁柵等類(lèi)型，在同等尺寸規(guī)格下，光柵精度最高，磁柵最低。在選擇角度編碼器時(shí)，需要校核角度編碼器的機(jī)械允許轉(zhuǎn)速和電氣允許轉(zhuǎn)速是否滿(mǎn)足相應(yīng)要求。

此外，要提高C軸的精度，保持主軸運(yùn)轉(zhuǎn)的連續(xù)性和平穩(wěn)性，就必須減少或消除傳動(dòng)中的間隙，同時(shí)盡可能提高傳動(dòng)精度，只有在C軸的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)調(diào)試過(guò)程中考慮到了這些精度，C軸的整體性能才能達(dá)到一個(gè)較為平穩(wěn)的精度，從而保證了切削的高精度及穩(wěn)定性。

4.結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)機(jī)床C軸功能的介紹，同時(shí)分別對(duì)構(gòu)成C軸的3個(gè)要素所采用的不同結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)分析，可以使讀者清晰地了解到每種結(jié)構(gòu)形式所適用的條件。同時(shí)，C軸在實(shí)際使用中，常會(huì)出現(xiàn)精度不準(zhǔn)、零件切削時(shí)抖動(dòng)的現(xiàn)象，所以在設(shè)計(jì)中需注意的環(huán)節(jié)如下:

(1)C軸剎車(chē)機(jī)構(gòu)要盡量靠近主軸的輸出端，這樣做雖然增加了主電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，但在提高主軸切削的穩(wěn)定性、減少切削振動(dòng)方面好處很多。

(2)提高C軸精度，必須減少或消除傳動(dòng)鏈中的間隙。

(3)最大限度地提高傳動(dòng)鏈精度。