在機械加工與檢測設備上，各個運動軸有著多種的傳動方式，如旋轉軸的蝸輪蝸桿副傳動，直線軸的絲杠傳動、同步帶傳動等等。這些電機加傳動部件的傳動方式的缺點是剛性低、效率損耗大、噪音高等。如今越來越多的機械設備上開始采用直驅力矩電機與直線電機的直聯(lián)驅動方式，其具有剛性高、響應速度快、控制精度高等特點。
一、齒輪測量中心的發(fā)展
齒輪測量中心是目前齒輪生產(chǎn)及使用企業(yè)用于齒輪及齒輪刀具精度指標檢測的一種高精度、高自動化的檢測設備。其通常的結構是一個高精度旋轉主軸和三個高精度直線軸組成，以往的直線軸多采用旋轉伺服電機加絲杠或同步帶的驅動方式，對于大型齒輪測量中心的主軸驅動也多采用高精度蝸輪蝸桿副機構。這些傳統(tǒng)傳動方式的缺點是系統(tǒng)的剛性低，采用閉環(huán)控制時的動態(tài)響應慢，運動精度受蝸輪蝸桿副與絲杠的影響大，高速運動時噪音高，系統(tǒng)穩(wěn)定性低，增加了測量不確定性。隨著直驅力矩電機與直線電機的發(fā)展，齒輪測量中心采用直驅力矩電機與直線電機的技術也日趨成熟，這些使用新電機技術驅動方式的應用，不但減少了運動噪音、降低了損耗，更重要的是大大提高了系統(tǒng)的剛性，提升了控制系統(tǒng)的響應速度，提高了測量速度與系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小了測量不確定性。
二、科爾摩根電機在L系列齒輪測量中上的應用
比較市場上不同品牌電機的性能與價格，基于科爾摩根公司在市場知名度以及產(chǎn)品的高性價比的優(yōu)點，哈量集團精密量儀公司在L系列齒輪測量中心產(chǎn)品上選用了科爾摩根公司的KBM無框直驅力矩電機系列和ICD直線電機系列配以AKD驅動器作為應用，并取得了很好的效果。
1、KBM直驅力矩電機的應用
圖1
圖2
在開發(fā)L80型齒輪測量中心（圖1）過程中，由于在測量外徑達到800mm的工件時，旋轉主軸負載的工件重量最大可達1000KG，慣量最大時可達90 kg.m2，以往采用的是步進或伺服電機加高精度蝸輪蝸桿副驅動的方式，但這種驅動存在著一些無法解決的缺點。而測量儀器要求主軸軸系的精度較高，徑向跳動要求不大于0.0008mm，采用這種傳動方式對蝸輪蝸桿副的要求很高，而且指標保證比較難。因此我們通過技術分析選用了科爾摩根KBMS-79X03直驅力矩電機（圖2）作為主軸驅動電機，主軸采用直接驅動方式。KBMS-79X03直驅力矩電機的持續(xù)扭矩為134Nm，峰值扭矩更達637Nm，可以適應測量機的頻繁啟停工作時對扭矩的要求，而其轉子的慣量為0.125 kg.m2，也適合測量大慣量工件的要求，KBMS-79X03直驅力矩電機磁極采用磁能積較高的釹鐵硼稀土永磁材料，其高效能、高可靠性的優(yōu)點適用于齒輪測量機。在實際生產(chǎn)的調試中，主軸直驅力矩電機直聯(lián)的應用，大大提高了軸系系統(tǒng)剛性，動態(tài)響應特性快，響應曲線上升時間和峰值時間明顯減少，控制系統(tǒng)的PID調節(jié)也更加簡便，KBMS直驅力矩電機的使用，不但設備結構簡化，而且提高了測量速度，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，其主軸的定位不大于3個分辨力（儀器主軸的分辨力0.0001°），重復定位精度不大于0.0002°。這些優(yōu)點使得儀器在實際的生產(chǎn)過程中縮短了調試周期，提高了生產(chǎn)效率，儀器銷售后，經(jīng)多家用戶的使用驗證，儀器的故障率降低?；谶@些優(yōu)點，我們在L30、L100型齒輪測量中心、3080型、3060A型齒輪測量機等多款產(chǎn)品上開始應用KBMS系列直驅力矩電機。
2、ICD直線電機系列應用
圖3
圖4
L45型齒輪測量中心是哈量集團精密量儀公司一款中規(guī)格的產(chǎn)品，為了提升產(chǎn)品的性能指標，在研發(fā)時決定三個直線運動軸采用直線電機直接驅動方式的方案，通過對市場上多款直線電機的性價比以及供貨周期的對比，最終確定選用科爾摩根直線電機的IDC系列。此款直線電機的結構簡單、安裝方便，從而簡化了測量中心直線軸的結構設計。通過實際的調試，直線軸在運動時噪音減小，電機運行幾乎為靜音，定位不大于三個分辨力（儀器直線運動軸分辨力0.0001mm），重復定位精度不大于0.0002mm。對比動態(tài)響應曲線（圖5），采用科爾摩根直線電機的直線運動軸的剛性、動態(tài)響應、運動平穩(wěn)性等主要指標比采用電機帶絲杠、同步帶的直線軸有著大幅度提高，其階躍響應快速性對比為：
采用絲杠傳動直線軸
RiseTime （上升時間）0.036 S
PeakTime （峰值時間）0.499 S
采用直線電機驅動的直線軸
RiseTime （上升時間）0.011 S
PeakTime （峰值時間）0.022 S
圖5
通過對直線軸采用兩種驅動方式設備測量結果的比對，采用直線電機的儀器在測量螺旋線樣板時形狀誤差示值減小了近20%。（圖6）
圖6
綜上所述，哈量集團精密量儀公司采用科爾摩根直驅力矩電機和直線電機的L系列齒輪測量中心具有測量精度高、測量速度高、可靠穩(wěn)定性高的技術特點。
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