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高速數(shù)控齒輪磨床的一種無(wú)噪音磨削主軸 密工程 和機(jī)械部 , 學(xué) 仙臺(tái) ,980本 摘要 本文作者為汽車(chē)工廠(chǎng)發(fā)明了一種高產(chǎn)的 控型 ) 齒輪磨床。 這一數(shù)控機(jī)器需要在磨削主軸和運(yùn)轉(zhuǎn)主軸間保持高度同步性。我們必須使用高壓驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)變壓器來(lái)滿(mǎn)足高速磨床的規(guī)格。然而 , 由于高壓驅(qū)動(dòng)變壓器在 沖寬度調(diào)節(jié) )頻率上會(huì)引起很大的電波，并產(chǎn)生強(qiáng)烈噪音，所以很難在主軸之間保持穩(wěn)定的同步云運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，作者試著使用二相型 試著通過(guò)一種電流過(guò)濾器來(lái)減少電波引起的噪音。本文將描述減少噪音的方法及其實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 1. 介紹 齒輪研磨需要花費(fèi)極多的磨削時(shí)間，而且在齒輪的大批量生產(chǎn)中會(huì)阻礙生產(chǎn)效率的提高。因此，作者為汽車(chē)工廠(chǎng)發(fā)明了一種高產(chǎn)的 正是效率最高的齒輪生產(chǎn)工廠(chǎng)。這種機(jī)器需要二大高壓 伺服 電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)磨削主軸和運(yùn)轉(zhuǎn)主軸。這兩種驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)也必須 有高度同步控制且能高速運(yùn)轉(zhuǎn)。作者使用高壓高速 伺服 電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)主軸。舉例來(lái)說(shuō) , 磨削主軸的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)有額定的功率22定的輸出量扭矩 22最大轉(zhuǎn)速 10000r/轉(zhuǎn)主軸的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)有額定功率 16定輸出量扭矩 82及最大轉(zhuǎn)速 2000r/ 這些驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)由 沖寬度調(diào)節(jié) )型變壓驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng) ,而這種 于這種強(qiáng)大電波引發(fā)了強(qiáng)烈噪音，將影響控制系統(tǒng)，難以實(shí)現(xiàn)高度同步控制。因此，作者試著使用二相型 步鎖槽 ) 制成無(wú)噪音高速同步主軸，并試著通過(guò)一種電流過(guò)濾器來(lái)減少電波。目前已做了大量實(shí)驗(yàn)確認(rèn)無(wú)噪音系統(tǒng)的功效。本文將通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)描述減少噪音、制造高速、高度同步性主軸的方法。 2. 磨削主軸的噪音問(wèn)題比運(yùn)轉(zhuǎn)主軸問(wèn)題嚴(yán)重，因?yàn)槟ハ髦鬏S的額定電壓比運(yùn)轉(zhuǎn)主軸大。因此下面我們主要來(lái)探討磨削主軸的情況。磨削主軸由無(wú)刷驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。由于驅(qū)動(dòng)變壓器的最大輸出電壓最高限于 200v，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的額定功率是22以磁場(chǎng)線(xiàn)圈的電流在波峰必須超過(guò) 200A。由于這個(gè)強(qiáng)大電流 , 磁場(chǎng)線(xiàn)圈的金屬線(xiàn)直徑變大，由于運(yùn)轉(zhuǎn) 空間的限制，轉(zhuǎn)動(dòng)次變少。于是磁場(chǎng)線(xiàn)圈的電感僅限于一個(gè)非常小的數(shù)值。一個(gè)階段的電感測(cè)量值約為 10 25上所述， 因?yàn)榫€(xiàn)圈電感極其小，它的電力時(shí)間系數(shù)非常小。這就意味著我們能很好的控制它。然而，這個(gè)極其小的電力時(shí)間系數(shù)在 個(gè)電波就造成了強(qiáng)烈的噪音。強(qiáng)烈噪音給控制系統(tǒng)帶來(lái)了嚴(yán)重的問(wèn)題。 為了分析電波，我們進(jìn)行電動(dòng)電流的數(shù)字摹擬。圖 l(一 )是用于模擬的簡(jiǎn)化同步電動(dòng)機(jī)模型 ,其中線(xiàn)圈電感 圈電阻 直流線(xiàn)電壓 服放大器的 u， ， V， 1（ b）展示了 是通過(guò)用頻率為 25電壓而得到的。 圖 2（ a）是一個(gè)模擬結(jié)果的實(shí)例，伺服放大器的輸出頻率為 300圖 2（ a）所示，電機(jī)電流與大的噪音交迭。圖 2（ b）給出了通過(guò)比較線(xiàn)圈電流的模擬和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果的詳細(xì)情況。而模擬結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果完全吻合。因而模擬結(jié)果表明了電機(jī)電流在 這個(gè)模擬非常清楚地表明伺服電機(jī)和電壓放 大器對(duì)線(xiàn)圈感應(yīng)系數(shù)的減小產(chǎn)生了很強(qiáng)的噪音。由于鐵心的磁場(chǎng)特性，如此大功率的電機(jī)，線(xiàn)圈電感在高的轉(zhuǎn)換頻率下急劇減小。由轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的噪音是這種數(shù)控磨床的一格非常嚴(yán)重的問(wèn)題。為了達(dá)到高精度同步控制，這也是我們必須克服的問(wèn)題。 因此，接下來(lái)的部分將描述二種不同的方法來(lái)克服轉(zhuǎn)換噪音的問(wèn)題。第 部分將介紹二相型 種方法可以使系統(tǒng)在強(qiáng)的噪音環(huán)境下獲得高精度和高速同步控制。第 部分將給出使用大功率濾波器來(lái)抑制轉(zhuǎn)換噪音的討論和試驗(yàn)結(jié)果。 3. 二相型 這種齒輪磨床需要高度、高速同步控制。通常，我們都使用一種高辨識(shí)率、高速的入碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)其高度、高速同步控制，因?yàn)檫@種入碼器能輸出二相正弦電波。然而 ,由于這種二相正弦電波的電壓非常小，在上述強(qiáng)烈噪音環(huán)境中很難檢測(cè)出該電壓是否不存在噪音問(wèn)題。這就意味著我們不能夠使用傳統(tǒng)的高度同步系統(tǒng)。因此，作者在這里的同步系統(tǒng)中采用了二相型 次提出使用二相型 l]，它消除噪音的能力已經(jīng)得到了認(rèn)證 [2]-[4]。 圖 3是高速數(shù)控齒輪磨床中磨削主軸與運(yùn)轉(zhuǎn)主軸之間的高速同步系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)圖。其中，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)主軸都是由二相型 令脈沖發(fā)電機(jī)產(chǎn)生二個(gè)脈沖列，它們的頻率比是磨削主軸與運(yùn)轉(zhuǎn)主軸的速度比。二相型 過(guò)使用二相型 速、高度同步控制得以真正實(shí)現(xiàn)。二相型 輪轉(zhuǎn)角內(nèi)導(dǎo)入的輸出脈沖被送到驅(qū)動(dòng)變壓器。 A. 應(yīng)用二相型 我們這次用的驅(qū)動(dòng)變壓器需要利用一個(gè)二相型矩形信號(hào)來(lái)產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)角同步的三相磁場(chǎng)。然而 ,由于電流感應(yīng)引起的噪音，我們不能使用傳統(tǒng)的比 測(cè)儀型內(nèi)插器。于是 ,作者設(shè)計(jì)出特殊的內(nèi)插器，如圖 4所示，使用二相型 一內(nèi)插器的電路主要依照 [3]所描述的樣子來(lái)設(shè)計(jì)的 ,因此一下只對(duì)他們進(jìn)行簡(jiǎn)短的描述。 輸入信號(hào)是從入碼器獲得的一個(gè)二相正弦波 (i &,i)。擺動(dòng)器 (制的電壓則產(chǎn)生一個(gè)二相正弦波 (0 &,0)的追蹤信號(hào)。這個(gè) 入信號(hào)與追蹤信號(hào)的相差則由相位檢查器 (計(jì)算?；芈窞V波器 (移相位檢查器的輸出結(jié)果，輸入到 含在 ，并發(fā)送到輸入電壓。 脈沖序列是用一個(gè)二進(jìn)制的計(jì)數(shù)器來(lái)計(jì)數(shù)，這個(gè)計(jì)數(shù)器的輸出又儲(chǔ)存到一個(gè)。這樣二相正弦曲線(xiàn)波以數(shù)字量的形式寫(xiě)入到 其被訪(fǎng)問(wèn)時(shí)又從這里輸出。 D/弦曲線(xiàn)波是受約束的以至于通過(guò)控制相位部位 0來(lái)追蹤輸入的二相位正弦曲線(xiàn)信號(hào)。這就意味著 鎖定狀態(tài)下，從 V/是譯碼器的旋轉(zhuǎn)角度。 二相型 常通過(guò)輸入信號(hào)來(lái)獲得真正的二相正弦曲線(xiàn)波。這就意味著它有卓越的噪音抑制特性和寬范圍的輸入頻率。這種電路也可以當(dāng)電機(jī)改變它的旋轉(zhuǎn)方向時(shí)鎖定。 高精度的光傳感器被用于探測(cè)軸的旋轉(zhuǎn)角度。磨削心軸的光學(xué)縫隙的數(shù)量為1800，工作軸的數(shù)量是 9000。我們可以從傳感器那里獲得二相正弦曲線(xiàn)波。發(fā)展的內(nèi)插器把他們分成 128份，并輸出二相矩形脈沖信號(hào)。因此分別分解成每份和 最大頻率上升到 沖提供給功率放大器也用于監(jiān)控同步控制。在 [3]里。一個(gè)磁性的具有感應(yīng)能力的探頭被用作旋轉(zhuǎn)傳感器。因?yàn)楦袘?yīng)類(lèi)型的探頭不能 在低速的條件下工作，內(nèi)插器也不能在轉(zhuǎn)速低于 300r/而，這個(gè)新的組合起來(lái)的系統(tǒng)卻可以在任何低于 10000r/低于 2000r/然，我們也可以使軸反轉(zhuǎn)。 一般說(shuō)來(lái)，以如此的高精度和高頻率來(lái)監(jiān)測(cè)不可避免的會(huì)受到噪音的影響，而且會(huì)很難達(dá)到穩(wěn)定的控制。然后新的內(nèi)插器可以在沒(méi)有任何誤動(dòng)作的情況下測(cè)出回轉(zhuǎn)體的角度。圖 5圖解了一個(gè)實(shí)例的試驗(yàn)結(jié)果。在圖 5里，輸入信號(hào)就是從傳感器得到的信號(hào)，追蹤信號(hào)就是 如圖 5所示，從傳感器獲得的信號(hào)被強(qiáng)的 噪音干擾，然而，正弦曲線(xiàn)波卻正好為輸入信號(hào)的軌跡沒(méi)有任何失真。因?yàn)樗怯?們可以從 V/弦曲線(xiàn)波形是由 V/ B．二相型 伺服控制器也是用二相型 意圖如圖 6。