力矩电动机及直线电动机在齿轮磨床数控改造中的应用*

2014-01-30赵榕

制造技术与机床 2014年5期

赵榕

(汉江工具有限责任公司，陕西汉中723002)

Y7432 齿轮磨床主要用于插齿刀及剃齿刀齿形面的磨削加工，在使用中问题集中在分齿和渐开线展成运动上。分齿通过交换齿轮驱动等分板定位，精度由等分板齿槽保证;渐开线展成运动通过基圆盘做纯滚动实现。不同规格插齿刀的磨削需要更换相对应的交换齿轮、等分板、基圆盘。等分板、基圆盘的误差直接影响到插齿刀的磨削质量，并且该误差很难修正。

机床的分齿机构定位精度直接决定着被磨削刀具等分精度，渐开线展成运动精度直接决定着被磨削刀具渐开线齿形面精度，该两项精度是刀具的重要精度指标。

1 同步直线电动机驱动的性能特点

同步直线电动机是一种将电能直接转换成直线运动机械能而不需通过中间任何转换装置的电动机。它具有系统结构简单、磨损少、噪声低、组合性强、维护方便等优点。用同步直线电动机驱动的直线轴具有以下特点:

(1)高速响应:系统中取消了响应时间常数较大的滚珠丝杠、联轴器等机械传动件，使得整个闭环系统动态响应性能大大提高，具有极小的推力波动性，非常灵敏快捷。

(2)定位精度高:同步电动机发热量低，没有传统丝杠磨损问题，通过直线位置检测反馈(全闭环)控制，可大大提高机床的定位精度及重复定位精度的稳定性。

(3)加速度大:电动机直接驱动运动机械部件，可轻易获得更高的加速度。

(4)低噪音:由于系统中取消了响应时间常数较大的滚珠丝杠、联轴器等机械传动件，采用滚动直线导轨，使得运动噪音大大降低。

(5)效率高:由于没有中间传动环节，消除了机械摩擦时的能量损耗。

机床采用直线电动机驱动技术，克服了传统驱动方式的许多缺陷，使机床精度性能指标得以提高。

2 同步力矩电动机驱动的性能特点

同步力矩电动机与一般鼠笼式交流异步电动机的运转原理相同，只是结构、特性不同。

同步力矩电动机反应速度快，转速波动小，能在大转矩低转速下稳定运行，机械特性和调节特性线性度好，具有高耦合刚度。

同步力矩电动机可设计成直接驱动连接方式，力矩电动机的转子直接驱动旋转部件的运动，没有中间的传动环节，取消了齿轮箱、蜗轮蜗杆、同步带等机械传动装置，没有反向间隙，没有磨损，实现了机械负载与电动机转子的直接连接。这样的连接方式能够提供高动态性能，消除传动的间隙与传动系统滞后现象，可提供机床加工需要的高刚性。电动机转子采用稀土永磁材料，具有更小的发热量，从而提高机床系统的运行精度。

力矩电动机轴系配合高精度编码器做位置检测反馈控制，可以实现高的回转定位精度及高的回转跟随精度。

3 齿轮磨床的数控改造

利用先进的直线电动机、力矩电动机成熟技术，汉江工具有限责任公司对Y7125、Y7420、Y7432 型号的齿轮磨床进行了数控改造。

3.1 配置

控制系统采用德国博世力士乐公司的MTX -micro 数控系统。

主轴驱动采用MST160E-0050 力矩电动机(额定扭矩105 Nm，最大扭矩270 Nm)。配置西班牙发格公司圆光栅尺，型号为HP 36000D 200，测量精度±2″。

展成滑座驱动采用MLP100A -0090 直线电动机(额定扭矩1180 N，最大扭矩3750 N)。有效行程240 mm。配置西班牙发格公司长度光栅尺，型号为SP 270 -3 测量精度0.001 mm。

3.2 机械改造

对机床进行大修，按出厂精度要求恢复各项几何精度。

分齿机构采用高精度、高刚性机械主轴结构，内置力矩电动机直接驱动。

展成滑座机构采用高强度铸铁制造，选配高精度、高刚性的德国博世力士乐公司直线导轨，采用直线电动机直接驱动。

3.3 效果

按以上结构、材料、精度标准改造后的齿轮磨床，精度可达到如下指标:系统最小分辩率0.001;分齿精度相邻误差小于0.002°;累积误差小于0.003°;主轴回转跳动误差小于0. 003 mm;直线度误差小于0.002 mm/150 mm;定位精度误差小于0.005 mm;重复定位精度误差小于0.002 mm;磨削精度可稳定在4级齿轮精度标准。

同等规格的数控齿轮磨床价格在200 万元左右，而用普通齿轮磨床进行数控改造只需投入36 万元。