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(fù)合數(shù)控磨床需要砂輪自動更換系統(tǒng)，而砂輪自動更換系統(tǒng)一般采用以下兩種形式:(1)基于力矩電動機驅(qū)動的;(2)齒牙盤加伺服電動機驅(qū)動的。本文介紹的砂輪自動更換系統(tǒng)試驗臺是基于力矩電動機驅(qū)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(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。對該試驗臺進(jìn)行性能測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)單項定位精度A↑或A↓為5″;(3)單項重復(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″。

從檢測指標(biāo)可知，對試驗臺的定位精度以及重復(fù)定位精度要求很高，所以該試驗臺的設(shè)計、安裝、調(diào)試和檢測都很重要。本文主要介紹如何調(diào)試和檢測這試驗臺的。

我們采用西門子840D數(shù)控系統(tǒng)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(diào)試

電動機及其測量系統(tǒng)正確安裝，其參數(shù)正確設(shè)置后，該力矩電動機的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)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(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(fā)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(chǎn)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(diào)試西門子力矩電動機，得到以下經(jīng)驗:通過好的伺服優(yōu)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(dāng)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(fù)伺服優(yōu)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(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)分度臺時，分度臺置于砂輪架上，使其回轉(zhuǎn)軸線平行并靠近砂輪架的回轉(zhuǎn)軸線，反射鏡面對準(zhǔn)置于機床固定部位上的自準(zhǔn)直儀的光學(xué)軸線。標(biāo)準(zhǔn)分度臺先隨砂輪架轉(zhuǎn)一分度角，再將標(biāo)準(zhǔn)分度臺轉(zhuǎn)回同樣角度，使反射鏡返回原位，并面對光學(xué)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(tǒng)，見圖10。新型XL－80系統(tǒng)具有許多新功能，靈活性更強，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激光干涉儀測量系統(tǒng)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(jié)果，如圖11。

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

把測量得來的數(shù)據(jù)填入表1，可得測試結(jié)果。本試驗臺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

通過對力矩電動機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，從而得到合理的優(yōu)化參數(shù)和理想的電動機性能曲線。結(jié)果證明，該方法是可行的，有一定實用參考價值。