力矩電動機驅動的砂輪自動更換系統試驗臺調試和檢測*

徐漢新

(上海機床廠有限公司，上海 200093)

國家科技重大專項軸套類精密復合數控磨床需要砂輪自動更換系統，而砂輪自動更換系統一般采用以下兩種形式:(1)基于力矩電動機驅動的;(2)齒牙盤加伺服電動機驅動的。本文介紹的砂輪自動更換系統試驗臺是基于力矩電動機驅動的，該試驗臺的外形如圖1所示。

該試驗臺由體殼、主軸、軸承、力矩電動機、角度編碼器等組成。砂輪自動更換系統的精度直接關系到軸套類精密復合數控磨床的質量。對該試驗臺進行性能測試主要考核定位精度、重復定位精度指標。要求如下:(1)雙向定位精度A為5″;(2)單項定位精度A↑或A↓為5″;(3)單項重復定位精度R↑或R↓為3″;(4)雙向定位系統偏差E為5″;(5)單向定位系統偏差E↑或E↓為5″;(6)雙向平均位置偏差范圍M為4″;(7)反向差值B為3″。

從檢測指標可知，對試驗臺的定位精度以及重復定位精度要求很高，所以該試驗臺的設計、安裝、調試和檢測都很重要。本文主要介紹如何調試和檢測這試驗臺的。

我們采用西門子840D數控系統及其力矩電動機1FW61300PB10IJD2一套，HEIDENHAIN角度編碼器，其型號為:RON285－18000，如圖2所示。

1 調試

電動機及其測量系統正確安裝，其參數正確設置后，該力矩電動機的標準參數進入(MD1407=57.7，MD32200=1，此時，電動機的剛度很小，而且有尖叫聲，其幅頻特性和相頻特性如圖3。此處應該添加濾波器進退行處理，設參數 MD1200［0］=4，MD1201［0］=EH，這樣最多可加3個低通濾波器。

通過對圖3分析，加第一個低通濾波器:MD1213［0］=960 Hz，MD1214［0］=500 Hz，MD1213［0］=50 Hz。該低通濾波器生效后，電動機不再發出尖叫聲，此時幅頻特性和相頻特性如圖4。

增大力矩電動機該軸的速度增益MD1407=300，電動機尖叫聲再起，此時幅頻特性和相頻特性如圖5。從圖上可知噪聲點的頻率。

加第二個低通濾波器:MD1216［0］=984 Hz，MD1217［0］=100 Hz，MD1218［0］=50 Hz。該低通濾波器生效后，電動機尖叫聲消去，此時幅頻特性和相頻特性如圖6。

再增大力矩電動機該軸的速度增益MD1407=600，又產生噪聲，此時幅頻特性和相頻特性如圖7。必須再加1個低通濾波器來消除噪聲。

加第三個低通濾波器:MD1219［0］=1 226 Hz，MD1220［0］=500 Hz，MD1221［0］=100 Hz。該低通濾波器生效后，電動機尖叫聲又消去，此時幅頻特性和相頻特性如圖8。

調試西門子力矩電動機，得到以下經驗:通過好的伺服優化，可將力矩電動機該軸的速度增益MD1407擴大至10倍左右。

另外，適當加大電動機的位置增益MD32200=4，則得幅頻特性和相頻特性如圖9，該曲線的特性會更好些。

通過反復伺服優化，消除了噪聲，增大了力矩電動機該軸的速度增益(MD1407)及位置增益(MD32200)，使力矩電動機的精度和剛度得到提高。

2 測試

測試方法:

當使用標準分度臺時，分度臺置于砂輪架上，使其回轉軸線平行并靠近砂輪架的回轉軸線，反射鏡面對準置于機床固定部位上的自準直儀的光學軸線。標準分度臺先隨砂輪架轉一分度角，再將標準分度臺轉回同樣角度，使反射鏡返回原位，并面對光學軸線，然后檢驗角度偏差。

該試驗臺的檢測采用RENISHAW XL－80激光干涉儀測量系統，見圖10。新型XL－80系統具有許多新功能，靈活性更強，使用更便捷;而關鍵的性能指標，如線性精度(±0.5 μm)、最大測量速度(4 m/s)和數據采集率(50 Hz)均獲得提高。XL－80激光干涉儀測量系統的測量過程可通過裝有專用軟件的計算機來顯示，其測量結果，如圖11。

表1 RENISHAW XL－80激光干涉儀測量系統的測量結果表

把測量得來的數據填入表1，可得測試結果。本試驗臺主要考核的定位精度和重復定位精度指標都合格。

3 結語

通過對力矩電動機的幅頻特性及相頻特性的分析，根據分析結果添加低通濾波器，并調節相應參數，進行調試、檢測，從而得到合理的優化參數和理想的電動機性能曲線。結果證明，該方法是可行的，有一定實用參考價值。