機床C軸結構的研究

沈陽第一機床廠 (遼寧 110142) 蓋立亞

車削中心中定義的C軸，即繞車削主軸旋轉的伺服軸，是具有分度定位和聯動功能的工件回轉軸。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，實現雙主軸的速度和相位的同步，以完成零件在旋轉過程中的對接。③C軸參與插補對工件進行連續銑削加工。

為此，C軸是車削中心、車銑類產品必備的一項功能。但由于不同產品對其加工精度要求的差異，在設計過程中根據精度的不同，C軸采用了不同的結構形式。C軸系統主要由驅動結構、剎車裝置及反饋裝置3部分組成。

1.C軸驅動結構

目前根據C軸的驅動形式分，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種結構形式，對其特點進行了分析。

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

(2)Cs主軸形式。優點包括:①相比同等規格電主軸，輸出轉矩更大。②結構簡單，生產成本低。其缺點:①同步帶傳動，連續切削時，易產生抖動，影響加工精度。②通過增大傳動比的方式，提升輸出轉矩，導致主軸轉速降低。

(3)Cf主軸形式。優點包括:①C軸由伺服電動機經減速器直接驅動，輸出轉矩很高。②C軸單獨控制，不影響車削主軸的轉速。其缺點:①傳動鏈長，易產生誤差，因此，對加工、裝配工藝要求較高。②需要安裝消隙機構，避免齒輪嚙合產生誤差。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軸剎車即可以實現主軸的抱死或在阻尼狀態下的旋轉。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量。C軸剎車的結構形式有多種，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速和電氣允許轉速是否滿足相應要求。

此外，要提高C軸的精度，保持主軸運轉的連續性和平穩性，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軸的設計、生產調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的精度，從而保證了切削的高精度及穩定性。

4.結語

本文通過對機床C軸功能的介紹，同時分別對構成C軸的3個要素所采用的不同結構形式的特點分析，可以使讀者清晰地了解到每種結構形式所適用的條件。同時，C軸在實際使用中，常會出現精度不準、零件切削時抖動的現象，所以在設計中需注意的環節如下:

(1)C軸剎車機構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矩，但在提高主軸切削的穩定性、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。