力矩電動機及直線電動機在齒輪磨床數控改造中的應用*

趙 榕

(漢江工具有限責任公司，陜西 漢中723002)

Y7432 齒輪磨床主要用于插齒刀及剃齒刀齒形面的磨削加工，在使用中問題集中在分齒和漸開線展成運動上。分齒通過交換齒輪驅動等分板定位，精度由等分板齒槽保證;漸開線展成運動通過基圓盤做純滾動實現。不同規格插齒刀的磨削需要更換相對應的交換齒輪、等分板、基圓盤。等分板、基圓盤的誤差直接影響到插齒刀的磨削質量，并且該誤差很難修正。

機床的分齒機構定位精度直接決定著被磨削刀具等分精度，漸開線展成運動精度直接決定著被磨削刀具漸開線齒形面精度，該兩項精度是刀具的重要精度指標。

1 同步直線電動機驅動的性能特點

同步直線電動機是一種將電能直接轉換成直線運動機械能而不需通過中間任何轉換裝置的電動機。它具有系統結構簡單、磨損少、噪聲低、組合性強、維護方便等優點。用同步直線電動機驅動的直線軸具有以下特點:

(1)高速響應:系統中取消了響應時間常數較大的滾珠絲杠、聯軸器等機械傳動件，使得整個閉環系統動態響應性能大大提高，具有極小的推力波動性，非常靈敏快捷。

(2)定位精度高:同步電動機發熱量低，沒有傳統絲杠磨損問題，通過直線位置檢測反饋(全閉環)控制，可大大提高機床的定位精度及重復定位精度的穩定性。

(3)加速度大:電動機直接驅動運動機械部件，可輕易獲得更高的加速度。

(4)低噪音:由于系統中取消了響應時間常數較大的滾珠絲杠、聯軸器等機械傳動件，采用滾動直線導軌，使得運動噪音大大降低。

(5)效率高:由于沒有中間傳動環節，消除了機械摩擦時的能量損耗。

機床采用直線電動機驅動技術，克服了傳統驅動方式的許多缺陷，使機床精度性能指標得以提高。

2 同步力矩電動機驅動的性能特點

同步力矩電動機與一般鼠籠式交流異步電動機的運轉原理相同，只是結構、特性不同。

同步力矩電動機反應速度快，轉速波動小，能在大轉矩低轉速下穩定運行，機械特性和調節特性線性度好，具有高耦合剛度。

同步力矩電動機可設計成直接驅動連接方式，力矩電動機的轉子直接驅動旋轉部件的運動，沒有中間的傳動環節，取消了齒輪箱、蝸輪蝸桿、同步帶等機械傳動裝置，沒有反向間隙，沒有磨損，實現了機械負載與電動機轉子的直接連接。這樣的連接方式能夠提供高動態性能，消除傳動的間隙與傳動系統滯后現象，可提供機床加工需要的高剛性。電動機轉子采用稀土永磁材料，具有更小的發熱量，從而提高機床系統的運行精度。

力矩電動機軸系配合高精度編碼器做位置檢測反饋控制，可以實現高的回轉定位精度及高的回轉跟隨精度。

3 齒輪磨床的數控改造

利用先進的直線電動機、力矩電動機成熟技術，漢江工具有限責任公司對Y7125、Y7420、Y7432 型號的齒輪磨床進行了數控改造。

3.1 配置

控制系統采用德國博世力士樂公司的MTX -micro 數控系統。

主軸驅動采用MST160E-0050 力矩電動機(額定扭矩105 Nm，最大扭矩270 Nm)。配置西班牙發格公司圓光柵尺，型號為HP 36000D 200，測量精度±2″。

展成滑座驅動采用MLP100A -0090 直線電動機(額定扭矩1180 N，最大扭矩3750 N)。有效行程240 mm。配置西班牙發格公司長度光柵尺，型號為SP 270 -3 測量精度0.001 mm。

3.2 機械改造

對機床進行大修，按出廠精度要求恢復各項幾何精度。

分齒機構采用高精度、高剛性機械主軸結構，內置力矩電動機直接驅動。

展成滑座機構采用高強度鑄鐵制造，選配高精度、高剛性的德國博世力士樂公司直線導軌，采用直線電動機直接驅動。

3.3 效果

按以上結構、材料、精度標準改造后的齒輪磨床，精度可達到如下指標:系統最小分辯率0.001;分齒精度相鄰誤差小于0.002°;累積誤差小于0.003°;主軸回轉跳動誤差小于0. 003 mm;直線度誤差小于0.002 mm/150 mm;定位精度誤差小于0.005 mm;重復定位精度誤差小于0.002 mm;磨削精度可穩定在4級齒輪精度標準。

同等規格的數控齒輪磨床價格在200 萬元左右，而用普通齒輪磨床進行數控改造只需投入36 萬元。

4 結語

利用先進機構及成熟的數控技術對機床進行數控改造，可大大改善機床性能、提高精度、提高加工效率。

采用德國博世力士樂公司的MTX-micro 數控系統，采用直線電動機、力矩電動機控制技術，對齒輪磨床分齒和展成運動機構進行數控改造，是提高機床運動精度的有效途徑，有利于插齒刀及剃齒刀齒形面的磨削加工精度的提高。

漢江工具有限責任公司利用該技術對齒輪磨床進行了數控改造。經過2 年多的使用，該機床能滿足插齒刀精磨工序各項精度指標，機床各項性能及精度情況良好。

［1］葉云丘. 直線電機原理與運用［M］. 6 版. 北京:機械工業出版社，2000.

［2］Bosch Rexroth Group. Project planning manual-Rexroth IndraDyn Tsynchronous torque motors［M］. 5th ed. Germany:Bosch Rexroth AG，2008.

［3］Bosch Rexroth Group. Project planning manual-Rexroth IndraDyn Lsynchronous linear motors［M］. 3rd ed. Germany:Bosch Rexroth AG，2008.

［4］Bosch Rexroth Group. Project Planning manual -Rexroth IndraDrive -驅動控制器控制部分［M］. 2nd ed. Germany:Bosch Rexroth AG.Project Planning Manual，2004.