高利強，牟群力

（寶雞機床集團有限公司，寶雞 721013）

數(shù)控機床主軸編碼器安裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及改進

高利強，牟群力

（寶雞機床集團有限公司，寶雞 721013）

介紹了數(shù)控機床中主軸編碼器的一種直聯(lián)式安裝結(jié)構(gòu)，相對于同步帶傳動或齒輪傳動的外置式安裝結(jié)構(gòu)，直聯(lián)式安裝結(jié)構(gòu)零件少、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高，提高了數(shù)控機床主軸單元的旋轉(zhuǎn)精度。

數(shù)控機床；主軸編碼器；直聯(lián)式安裝結(jié)構(gòu)；外置式安裝結(jié)構(gòu)；齒輪傳動；同步帶傳動

0 引言

在數(shù)控機床的關(guān)鍵部件主軸單元中，需要安裝光電式或磁性環(huán)式旋轉(zhuǎn)編碼器，以達到數(shù)控機床的三項功能：檢測主軸轉(zhuǎn)速、加工螺紋和控制準停。目前，傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)編碼器安裝方式是同步帶或齒輪傳動（傳動比1:1）的外置式結(jié)構(gòu)，這兩種方式雖然能達到主軸單元的三種功能，但同步帶、安裝支座、軸承和齒輪等零件多，不易安裝，成本較高；售后服務(wù)不易維修；外置式結(jié)構(gòu)安裝的旋轉(zhuǎn)編碼器與機床主軸不同心，需要同步帶或齒輪傳動副傳遞機床主軸的運動狀態(tài)，有一定的傳動誤差，因此機床數(shù)控系統(tǒng)檢測到的主軸旋轉(zhuǎn)精度不是很高，可靠性較低。

通過以上情況分析，利用空心軸式旋轉(zhuǎn)編碼器，對編碼器安裝方式優(yōu)化設(shè)計，將同步帶或齒輪傳動的外置式結(jié)構(gòu)改進為直聯(lián)式安裝結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)零件少，易安裝，成本低，可靠性高，提高了數(shù)控機床主軸單元的旋轉(zhuǎn)精度。

1 齒輪傳動外置式編碼器安裝結(jié)構(gòu)

1.1 安裝結(jié)構(gòu)

如圖1為齒輪傳動外置式編碼器安裝結(jié)構(gòu)示意圖，編碼器裝于與機床主軸平行的另一軸系上，通過齒輪嚙合傳動，帶動編碼器旋轉(zhuǎn)，輸出主軸旋轉(zhuǎn)信號至機床數(shù)控系統(tǒng)。

圖1 齒輪傳動外置式編碼器安裝結(jié)構(gòu)

1.2 存在問題

此種安裝結(jié)構(gòu)主要在主軸箱為齒輪變速結(jié)構(gòu)的數(shù)控機床中應(yīng)用，但是還存在以下問題：

由于主軸箱多了一個軸系，如安裝支座、軸承和齒輪等零件，增加了機床生產(chǎn)制造和售后服務(wù)成本；主軸箱內(nèi)部多了一個齒輪嚙合軸系，增加了主軸箱的溫升和噪音的產(chǎn)生環(huán)節(jié)；由于齒輪等零件的磨損等原因，該傳動方式會有誤差產(chǎn)生，因此，機床數(shù)控系統(tǒng)接收到的主軸旋轉(zhuǎn)信息與實際旋轉(zhuǎn)精度有一定的偏差。

圖2 同步帶傳動外置式編碼器安裝結(jié)構(gòu)

2 同步帶傳動外置式編碼器安裝結(jié)構(gòu)

2.1 安裝結(jié)構(gòu)

如圖2為同步帶傳動外置式編碼器安裝結(jié)構(gòu)示意圖，該結(jié)構(gòu)與齒輪傳動外置式編碼器安裝結(jié)構(gòu)類似，只是通過同步帶傳動，帶動編碼器旋轉(zhuǎn)，輸出主軸旋轉(zhuǎn)信號至機床數(shù)控系統(tǒng)。

2.2 存在問題

此種安裝結(jié)構(gòu)主要在無變速結(jié)構(gòu)主軸箱的數(shù)控機床中應(yīng)用，但是也存在以下問題：

與齒輪傳動外置式編碼器安裝結(jié)構(gòu)類似，該安裝結(jié)構(gòu)由于主軸箱多了一個軸系，如安裝支座、軸承、同步帶和同步帶輪等零件，增加了機床生產(chǎn)制造和售后服務(wù)成本；由于同步帶傳動等原因，該傳動方式會有誤差產(chǎn)生，因此，機床數(shù)控系統(tǒng)接收到的主軸旋轉(zhuǎn)信息與實際旋轉(zhuǎn)精度有一定的偏差。

3 直聯(lián)式編碼器安裝結(jié)構(gòu)

3.1 安裝結(jié)構(gòu)

根據(jù)同步帶或齒輪傳動的外置式編碼器安裝結(jié)構(gòu)存在的問題，對編碼器安裝方式進行了優(yōu)化設(shè)計，改進為直聯(lián)式編碼器安裝結(jié)構(gòu)。如圖3為該安裝結(jié)構(gòu)示意圖，編碼器內(nèi)環(huán)套裝于主軸后部，其讀數(shù)頭及支撐環(huán)固定裝配在主軸箱體后部的法蘭上，保證與編碼器內(nèi)環(huán)的同軸度及軸向位置正確。機床主軸轉(zhuǎn)動時，帶動編碼器同步旋轉(zhuǎn)，輸出主軸旋轉(zhuǎn)信號至機床數(shù)控系統(tǒng)。

圖3 直聯(lián)式編碼器安裝結(jié)構(gòu)

3.2 優(yōu)點

此種安裝結(jié)構(gòu)在有齒輪變速結(jié)構(gòu)或無變速結(jié)構(gòu)主軸箱的數(shù)控機床中均可以應(yīng)用。相對于同步帶或齒輪傳動的外置式安裝結(jié)構(gòu)，直聯(lián)式編碼器安裝結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點：

減少了如安裝支座、軸承、齒輪或同步帶和同步帶輪等零件，降低了機床生產(chǎn)制造和售后服務(wù)成本；由于編碼器同軸安裝于機床主軸上，主軸旋轉(zhuǎn)時帶動編碼器同步轉(zhuǎn)動，因此編碼器輸出至機床數(shù)控系統(tǒng)的主軸旋轉(zhuǎn)信息與實際旋轉(zhuǎn)精度無偏差，提高了數(shù)控機床主軸單元的旋轉(zhuǎn)精度。

4 結(jié)論

這種數(shù)控機床主軸直聯(lián)式編碼器安裝方式零件少、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高，提高了數(shù)控機床主軸單元的旋轉(zhuǎn)精度，并已實際應(yīng)用于數(shù)控機床及用戶市場，具有推廣應(yīng)用價值。

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Perfect design and improvement for the installation of the main spindle's encoder on CNC lathe

GAO Li-qiang, MU Qun-li

TG659

：B

1009-0134(2017)06-0089-02

2017-01-20

高利強（1969 -），男，高級工程師，碩士，主要從事中高檔數(shù)控機床的研發(fā)工作。