徐漢新

(上海機(jī)床廠有限公司，上海 200093)

國(guó)家科技重大專項(xiàng)軸套類精密復(fù)合數(shù)控磨床需要砂輪自動(dòng)更換系統(tǒng)，而砂輪自動(dòng)更換系統(tǒng)一般采用以下兩種形式:(1)基于力矩電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的;(2)齒牙盤加伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的。本文介紹的砂輪自動(dòng)更換系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)是基于力矩電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的，該試驗(yàn)臺(tái)的外形如圖1所示。

該試驗(yàn)臺(tái)由體殼、主軸、軸承、力矩電動(dòng)機(jī)、角度編碼器等組成。砂輪自動(dòng)更換系統(tǒng)的精度直接關(guān)系到軸套類精密復(fù)合數(shù)控磨床的質(zhì)量。對(duì)該試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行性能測(cè)試主要考核定位精度、重復(fù)定位精度指標(biāo)。要求如下:(1)雙向定位精度A為5″;(2)單項(xiàng)定位精度A↑或A↓為5″;(3)單項(xiàng)重復(fù)定位精度R↑或R↓為3″;(4)雙向定位系統(tǒng)偏差E為5″;(5)單向定位系統(tǒng)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(cè)指標(biāo)可知，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的定位精度以及重復(fù)定位精度要求很高，所以該試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和檢測(cè)都很重要。本文主要介紹如何調(diào)試和檢測(cè)這試驗(yàn)臺(tái)的。

我們采用西門子840D數(shù)控系統(tǒng)及其力矩電動(dòng)機(jī)1FW61300PB10IJD2一套，HEIDENHAIN角度編碼器，其型號(hào)為:RON285－18000，如圖2所示。

1 調(diào)試

電動(dòng)機(jī)及其測(cè)量系統(tǒng)正確安裝，其參數(shù)正確設(shè)置后，該力矩電動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)入(MD1407=57.7，MD32200=1，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)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(yīng)該添加濾波器進(jìn)退行處理，設(shè)參數(shù) MD1200［0］=4，MD1201［0］=EH，這樣最多可加3個(gè)低通濾波器。

通過(guò)對(duì)圖3分析，加第一個(gè)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(dòng)機(jī)不再發(fā)出尖叫聲，此時(shí)幅頻特性和相頻特性如圖4。

增大力矩電動(dòng)機(jī)該軸的速度增益MD1407=300，電動(dòng)機(jī)尖叫聲再起，此時(shí)幅頻特性和相頻特性如圖5。從圖上可知噪聲點(diǎn)的頻率。

加第二個(gè)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(dòng)機(jī)尖叫聲消去，此時(shí)幅頻特性和相頻特性如圖6。

再增大力矩電動(dòng)機(jī)該軸的速度增益MD1407=600，又產(chǎn)生噪聲，此時(shí)幅頻特性和相頻特性如圖7。必須再加1個(gè)低通濾波器來(lái)消除噪聲。

加第三個(gè)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(dòng)機(jī)尖叫聲又消去，此時(shí)幅頻特性和相頻特性如圖8。

調(diào)試西門子力矩電動(dòng)機(jī)，得到以下經(jīng)驗(yàn):通過(guò)好的伺服優(yōu)化，可將力矩電動(dòng)機(jī)該軸的速度增益MD1407擴(kuò)大至10倍左右。

另外，適當(dāng)加大電動(dòng)機(jī)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(huì)更好些。

通過(guò)反復(fù)伺服優(yōu)化，消除了噪聲，增大了力矩電動(dòng)機(jī)該軸的速度增益(MD1407)及位置增益(MD32200)，使力矩電動(dòng)機(jī)的精度和剛度得到提高。

2 測(cè)試

測(cè)試方法:

當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)分度臺(tái)時(shí)，分度臺(tái)置于砂輪架上，使其回轉(zhuǎn)軸線平行并靠近砂輪架的回轉(zhuǎn)軸線，反射鏡面對(duì)準(zhǔn)置于機(jī)床固定部位上的自準(zhǔn)直儀的光學(xué)軸線。標(biāo)準(zhǔn)分度臺(tái)先隨砂輪架轉(zhuǎn)一分度角，再將標(biāo)準(zhǔn)分度臺(tái)轉(zhuǎn)回同樣角度，使反射鏡返回原位，并面對(duì)光學(xué)軸線，然后檢驗(yàn)角度偏差。

該試驗(yàn)臺(tái)的檢測(cè)采用RENISHAW XL－80激光干涉儀測(cè)量系統(tǒng)，見(jiàn)圖10。新型XL－80系統(tǒng)具有許多新功能，靈活性更強(qiáng)，使用更便捷;而關(guān)鍵的性能指標(biāo)，如線性精度(±0.5 μm)、最大測(cè)量速度(4 m/s)和數(shù)據(jù)采集率(50 Hz)均獲得提高。XL－80激光干涉儀測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量過(guò)程可通過(guò)裝有專用軟件的計(jì)算機(jī)來(lái)顯示，其測(cè)量結(jié)果，如圖11。

表1 RENISHAW XL－80激光干涉儀測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果表

把測(cè)量得來(lái)的數(shù)據(jù)填入表1，可得測(cè)試結(jié)果。本試驗(yàn)臺(tái)主要考核的定位精度和重復(fù)定位精度指標(biāo)都合格。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)力矩電動(dòng)機(jī)的幅頻特性及相頻特性的分析，根據(jù)分析結(jié)果添加低通濾波器，并調(diào)節(jié)相應(yīng)參數(shù)，進(jìn)行調(diào)試、檢測(cè)，從而得到合理的優(yōu)化參數(shù)和理想的電動(dòng)機(jī)性能曲線。結(jié)果證明，該方法是可行的，有一定實(shí)用參考價(jià)值。