摘要: 在數控車削中心 C 軸定位中增加圓光柵全閉環功能，通過定位阻尼增加系統的穩定性。為了提高機床整體加工性能，在伺服主電機 ( 主傳動) 的輸出軸增加 ZF 減速機，不僅使 C 軸作為聯動軸在車削過程中具有低速大扭矩，而且大大提高了機床的加工精度。同時，數控系統采用西門子 828D，通過準確、精密的智能控制使機床加工性能更加完善。
關鍵詞: 數控車削中心; C 軸; 圓光柵; 加工精度
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，有時需要對其旋轉位置有精確定位。這時，開環、半閉環數控系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、數控系統精度決定外，光柵尺的精度也是關鍵性元素之一。光柵尺作為數控系統的位置檢測元件［2］，檢測機床的直線軸或者旋轉軸的實際位移是否與數控系統發出的指令相符。旋轉軸配光柵尺 ( 相當于旋轉編碼器) ，使機床工作精度大大提高，這種配置可以使機床加工具有高分辨率，并且大大提高機床本身的抗干擾性。圓光柵采用的制作材料是玻璃，使系統具有絕緣性、防爆性、抗地磁干擾性、耐高溫等特點，能夠適應多種惡劣環境，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 軸采用半閉環系統進行定位，也就是使用電機編碼器，其 C 軸結構見圖 1、2。
圖 1 車削中心 C 軸結構圖 ( 一)
圖 2 車削中心 C 軸結構圖 ( 二)
2 、圓光柵應用及系統參數設置
2. 1 圓光柵功能介紹
德國海德漢公司生產的內置軸承 ERA 系列角度編碼器采用實心光柵鼓［4］。安裝在機床主軸上可以實現高速主軸，且定位準確、滿足大直徑空心軸要求，軸速最高可達 10 000 min － 1。
ERA4480C 主軸圓光柵尺的信號周期為 40 μm，1Vpp 增量信號，系統精度為 20 000 ± 3. 2' ( 線數) 。此型號光柵尺與西門子 828D 系統配合使用，主軸準確定位可達到 0. 007 8° ( 實測數值)［5］。
2. 2 數控系統參數設置
機床使用的數控系統為 SIEMENS 828D SL，其中 C 軸加入圓光柵時，設置系統參數時需要注意一下參數 30200 是編碼器 的 數 量; 31000 = 1 表 示 的是光柵尺; 30240 ［0］ = 1; 30240 ［1］ = 0。關于其他與光柵尺有關的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
以數控車削中心為研究對象，對 C 軸結構進行優化。
數控車削中心主軸電機傳動結構中，將光柵尺安裝在床頭箱端面［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 軸加入了阻尼 ( C 軸阻尼) 。這種結構 ( 如圖 4 所示) 大大減少了機床在車削過程中的抖動，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，兩邊的加持力度才平衡［7］，C 軸定位精度才越高。
圖 3 結構主視圖
圖 4 結構后視圖
2. 3. 2 試車加工精度分析
對工件進行圓弧加工，工件如圖 5 所示。隨機選擇優化前與優化后工件經三坐標進行檢測。
圖5 零件圖
選用特殊刀具對以上工件內弧進行加工［8］，要求工件加工精度小于等于 0. 01°。
隨機挑選 7 件零件分別在普通機床與優化后的機床上進行車削，前后工件加工精度誤差結果見表 1。
表 1 工件加工精度表 ( °)
3、 結果
從數控車削中心 C 軸結構優化前與優化后數據對比中可以得出: 優化后，工件的加工精度遠遠高于優化前。因此在 C 軸加入光柵尺、通過定位阻尼增加系統穩定性，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 軸定位系統應用在數控車削中心中，機床主軸增加了圓光柵全閉環功能，同時通過定位阻尼增加了系統的穩定性。整個機床在加工過程中，不僅使主軸具有低速大扭矩，同時也提高了機床的加工精度。
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