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高速數(shù)控齒輪磨床的一種無噪音磨削主軸 密工程 和機械部 , 學 仙臺 ,980本 摘要 本文作者為汽車工廠發(fā)明了一種高產(chǎn)的 控型 ) 齒輪磨床。 這一數(shù)控機器需要在磨削主軸和運轉(zhuǎn)主軸間保持高度同步性。我們必須使用高壓驅(qū)動電動機和驅(qū)動變壓器來滿足高速磨床的規(guī)格。然而 , 由于高壓驅(qū)動變壓器在 沖寬度調(diào)節(jié) )頻率上會引起很大的電波，并產(chǎn)生強烈噪音，所以很難在主軸之間保持穩(wěn)定的同步云運轉(zhuǎn)。因此，作者試著使用二相型 試著通過一種電流過濾器來減少電波引起的噪音。本文將描述減少噪音的方法及其實驗結(jié)果。 1. 介紹 齒輪研磨需要花費極多的磨削時間，而且在齒輪的大批量生產(chǎn)中會阻礙生產(chǎn)效率的提高。因此，作者為汽車工廠發(fā)明了一種高產(chǎn)的 正是效率最高的齒輪生產(chǎn)工廠。這種機器需要二大高壓 伺服 電動機來驅(qū)動磨削主軸和運轉(zhuǎn)主軸。這兩種驅(qū)動電動機也必須 有高度同步控制且能高速運轉(zhuǎn)。作者使用高壓高速 伺服 電動機來驅(qū)動主軸。舉例來說 , 磨削主軸的驅(qū)動電動機有額定的功率22定的輸出量扭矩 22最大轉(zhuǎn)速 10000r/轉(zhuǎn)主軸的驅(qū)動電動機有額定功率 16定輸出量扭矩 82及最大轉(zhuǎn)速 2000r/ 這些驅(qū)動電動機由 沖寬度調(diào)節(jié) )型變壓驅(qū)動器帶動 ,而這種 于這種強大電波引發(fā)了強烈噪音，將影響控制系統(tǒng)，難以實現(xiàn)高度同步控制。因此，作者試著使用二相型 步鎖槽 ) 制成無噪音高速同步主軸，并試著通過一種電流過濾器來減少電波。目前已做了大量實驗確認無噪音系統(tǒng)的功效。本文將通過實驗結(jié)果來描述減少噪音、制造高速、高度同步性主軸的方法。 2. 磨削主軸的噪音問題比運轉(zhuǎn)主軸問題嚴重，因為磨削主軸的額定電壓比運轉(zhuǎn)主軸大。因此下面我們主要來探討磨削主軸的情況。磨削主軸由無刷驅(qū)動電動機帶動。由于驅(qū)動變壓器的最大輸出電壓最高限于 200v，驅(qū)動電動機的額定功率是22以磁場線圈的電流在波峰必須超過 200A。由于這個強大電流 , 磁場線圈的金屬線直徑變大，由于運轉(zhuǎn) 空間的限制，轉(zhuǎn)動次變少。于是磁場線圈的電感僅限于一個非常小的數(shù)值。一個階段的電感測量值約為 10 25上所述， 因為線圈電感極其小，它的電力時間系數(shù)非常小。這就意味著我們能很好的控制它。然而，這個極其小的電力時間系數(shù)在 個電波就造成了強烈的噪音。強烈噪音給控制系統(tǒng)帶來了嚴重的問題。 為了分析電波，我們進行電動電流的數(shù)字摹擬。圖 l(一 )是用于模擬的簡化同步電動機模型 ,其中線圈電感 圈電阻 直流線電壓 服放大器的 u， ， V， 1（ b）展示了 是通過用頻率為 25電壓而得到的。 圖 2（ a）是一個模擬結(jié)果的實例，伺服放大器的輸出頻率為 300圖 2（ a）所示，電機電流與大的噪音交迭。圖 2（ b）給出了通過比較線圈電流的模擬和標準結(jié)果的詳細情況。而模擬結(jié)果和標準結(jié)果完全吻合。因而模擬結(jié)果表明了電機電流在 這個模擬非常清楚地表明伺服電機和電壓放 大器對線圈感應(yīng)系數(shù)的減小產(chǎn)生了很強的噪音。由于鐵心的磁場特性，如此大功率的電機，線圈電感在高的轉(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重的問題。為了達到高精度同步控制，這也是我們必須克服的問題。 因此，接下來的部分將描述二種不同的方法來克服轉(zhuǎn)換噪音的問題。第 部分將介紹二相型 種方法可以使系統(tǒng)在強的噪音環(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抑制轉(zhuǎn)換噪音的討論和試驗結(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率、高速的入碼器來實現(xiàn)其高度、高速同步控制，因為這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，在上述強烈噪音環(huán)境中很難檢測出該電壓是否不存在噪音問題。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)得到了認證 [2]-[4]。 圖 3是高速數(shù)控齒輪磨床中磨削主軸與運轉(zhuǎn)主軸之間的高速同步系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)圖。其中，兩個驅(qū)動主軸都是由二相型 令脈沖發(fā)電機產(chǎn)生二個脈沖列，它們的頻率比是磨削主軸與運轉(zhuǎn)主軸的速度比。二相型 過使用二相型 速、高度同步控制得以真正實現(xiàn)。二相型 輪轉(zhuǎn)角內(nèi)導入的輸出脈沖被送到驅(qū)動變壓器。 A. 應(yīng)用二相型 我們這次用的驅(qū)動變壓器需要利用一個二相型矩形信號來產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)角同步的三相磁場。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 測儀型內(nèi)插器。于是 ,作者設(shè)計出特殊的內(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]所描述的樣子來設(shè)計的 ,因此一下只對他們進行簡短的描述。 輸入信號是從入碼器獲得的一個二相正弦波 (i &,i)。擺動器 (制的電壓則產(chǎn)生一個二相正弦波 (0 &,0)的追蹤信號。這個 入信號與追蹤信號的相差則由相位檢查器 (計算?；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。 脈沖序列是用一個二進制的計數(shù)器來計數(shù)，這個計數(shù)器的輸出又儲存到一個。這樣二相正弦曲線波以數(shù)字量的形式寫入到 其被訪問時又從這里輸出。 D/弦曲線波是受約束的以至于通過控制相位部位 0來追蹤輸入的二相位正弦曲線信號。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 常通過輸入信號來獲得真正的二相正弦曲線波。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。這種電路也可以當電機改變它的旋轉(zhuǎn)方向時鎖定。 高精度的光傳感器被用于探測軸的旋轉(zhuǎn)角度。磨削心軸的光學縫隙的數(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。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。一個磁性的具有感應(yīng)能力的探頭被用作旋轉(zhuǎn)傳感器。因為感應(yīng)類型的探頭不能 在低速的條件下工作，內(nèi)插器也不能在轉(zhuǎn)速低于 300r/而，這個新的組合起來的系統(tǒng)卻可以在任何低于 10000r/低于 2000r/然，我們也可以使軸反轉(zhuǎn)。 一般說來，以如此的高精度和高頻率來監(jiān)測不可避免的會受到噪音的影響，而且會很難達到穩(wěn)定的控制。然后新的內(nèi)插器可以在沒有任何誤動作的情況下測出回轉(zhuǎn)體的角度。圖 5圖解了一個實例的試驗結(jié)果。在圖 5里，輸入信號就是從傳感器得到的信號，追蹤信號就是 如圖 5所示，從傳感器獲得的信號被強的 噪音干擾，然而，正弦曲線波卻正好為輸入信號的軌跡沒有任何失真。因為它是由 們可以從 V/弦曲線波形是由 V/ B．二相型 伺服控制器也是用二相型 意圖如圖 6。