机床C轴结构的研究

沈阳第一机床厂 (辽宁 110142) 盖立亚

车削中心中定义的C轴，即绕车削主轴旋转的伺服轴，是具有分度定位和联动功能的工件回转轴。C轴功能的应用主要有3个方面:①当工件需要在径向上钻孔、攻螺纹、铣槽或者铣平面时，需要通过C轴的分度定位以及锁紧功能来完成。②当机床配置副主轴时，可以利用C轴的同步控制，实现双主轴的速度和相位的同步，以完成零件在旋转过程中的对接。③C轴参与插补对工件进行连续铣削加工。

为此，C轴是车削中心、车铣类产品必备的一项功能。但由于不同产品对其加工精度要求的差异，在设计过程中根据精度的不同，C轴采用了不同的结构形式。C轴系统主要由驱动结构、刹车装置及反馈装置3部分组成。

1.C轴驱动结构

目前根据C轴的驱动形式分，应用在车床上的C轴主要有3种形式:电主轴形式、Cs主轴形式和Cf主轴形式。针对上述3种结构形式，对其特点进行了分析。

(1)电主轴形式。优点包括:①电主轴具有启动快、转速高及振动小的优势。②直驱结构，无传动链间隙，加工精度高。③采用单独的水冷系统，有效避免主轴温升过高。其缺点:①电主轴输出转矩较小。②降速齿轮箱中无法使用电主轴结构。③成本较高，装配工艺复杂。

(2)Cs主轴形式。优点包括:①相比同等规格电主轴，输出转矩更大。②结构简单，生产成本低。其缺点:①同步带传动，连续切削时，易产生抖动，影响加工精度。②通过增大传动比的方式，提升输出转矩，导致主轴转速降低。

(3)Cf主轴形式。优点包括:①C轴由伺服电动机经减速器直接驱动，输出转矩很高。②C轴单独控制，不影响车削主轴的转速。其缺点:①传动链长，易产生误差，因此，对加工、装配工艺要求较高。②需要安装消隙机构，避免齿轮啮合产生误差。③不适合C轴与车削主轴频繁切换的加工形式。

2.C轴刹车装置

C轴刹车即可以实现主轴的抱死或在阻尼状态下的旋转。前者可以完成钻孔、攻螺纹和铣削加工，后者可以提高主轴的抗振性，提高加工零件的表面质量。C轴刹车的结构形式有多种，但它们的工作原理都是一致的，均是在轴向或者径向加力来锁紧回转轴。按照刹车的放置位置来分，分为前置刹车和后置刹车2种。

3.C轴反馈装置

C轴精度直接影响了在加工过程中有C轴运动参与的工件的加工精度。为了提高C轴的精度，一般采用闭环控制，且配有角度编码器作为反馈元件。常用的角度编码器有光栅、钢栅和磁栅等类型，在同等尺寸规格下，光栅精度最高，磁栅最低。在选择角度编码器时，需要校核角度编码器的机械允许转速和电气允许转速是否满足相应要求。

此外，要提高C轴的精度，保持主轴运转的连续性和平稳性，就必须减少或消除传动中的间隙，同时尽可能提高传动精度，只有在C轴的设计、生产调试过程中考虑到了这些精度，C轴的整体性能才能达到一个较为平稳的精度，从而保证了切削的高精度及稳定性。

4.结语

本文通过对机床C轴功能的介绍，同时分别对构成C轴的3个要素所采用的不同结构形式的特点分析，可以使读者清晰地了解到每种结构形式所适用的条件。同时，C轴在实际使用中，常会出现精度不准、零件切削时抖动的现象，所以在设计中需注意的环节如下:

(1)C轴刹车机构要尽量靠近主轴的输出端，这样做虽然增加了主电动机的输出转矩，但在提高主轴切削的稳定性、减少切削振动方面好处很多。

(2)提高C轴精度，必须减少或消除传动链中的间隙。

(3)最大限度地提高传动链精度。