機床C軸結(jié)構(gòu)的研究

沈陽第一機床廠 (遼寧 110142) 蓋立亞

車削中心中定義的C軸，即繞車削主軸旋轉(zhuǎn)的伺服軸，是具有分度定位和聯(lián)動功能的工件回轉(zhuǎn)軸。C軸功能的應用主要有3個方面:①當工件需要在徑向上鉆孔、攻螺紋、銑槽或者銑平面時，需要通過C軸的分度定位以及鎖緊功能來完成。②當機床配置副主軸時，可以利用C軸的同步控制，實現(xiàn)雙主軸的速度和相位的同步，以完成零件在旋轉(zhuǎn)過程中的對接。③C軸參與插補對工件進行連續(xù)銑削加工。

為此，C軸是車削中心、車銑類產(chǎn)品必備的一項功能。但由于不同產(chǎn)品對其加工精度要求的差異，在設(shè)計過程中根據(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)動結(jié)構(gòu)、剎車裝置及反饋裝置3部分組成。

1.C軸驅(qū)動結(jié)構(gòu)

目前根據(jù)C軸的驅(qū)動形式分，應用在車床上的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。針對上述3種結(jié)構(gòu)形式，對其特點進行了分析。

(1)電主軸形式。優(yōu)點包括:①電主軸具有啟動快、轉(zhuǎn)速高及振動小的優(yōu)勢。②直驅(qū)結(jié)構(gòu)，無傳動鏈間隙，加工精度高。③采用單獨的水冷系統(tǒng)，有效避免主軸溫升過高。其缺點:①電主軸輸出轉(zhuǎn)矩較小。②降速齒輪箱中無法使用電主軸結(jié)構(gòu)。③成本較高，裝配工藝復雜。

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

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

2.C軸剎車裝置

C軸剎車即可以實現(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鎖緊回轉(zhuǎn)軸。按照剎車的放置位置來分，分為前置剎車和后置剎車2種。

3.C軸反饋裝置

C軸精度直接影響了在加工過程中有C軸運動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，需要校核角度編碼器的機械允許轉(zhuǎn)速和電氣允許轉(zhuǎn)速是否滿足相應要求。

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

4.結(jié)語

本文通過對機床C軸功能的介紹，同時分別對構(gòu)成C軸的3個要素所采用的不同結(jié)構(gòu)形式的特點分析，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，C軸在實際使用中，常會出現(xiàn)精度不準、零件切削時抖動的現(xiàn)象，所以在設(shè)計中需注意的環(huán)節(jié)如下:

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

(2)提高C軸精度，必須減少或消除傳動鏈中的間隙。

(3)最大限度地提高傳動鏈精度。