圖1 L80型齒輪測量中心
采用直驅(qū)力矩電動機與直線電動機技術的齒輪測量中心，不但減少了運動噪聲并降低了損耗，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。
在機械加工與檢測設備上，各個運動軸有著多種傳動方式，如旋轉(zhuǎn)軸的蝸輪蝸桿副傳動、直線軸的絲杠傳動以及同步帶傳動等。這些電動機加傳動部件的傳動方式的缺點是剛性低、效率損耗大且噪聲高等。如今越來越多的機械設備上開始采用直驅(qū)力矩電動機與直線電動機的直聯(lián)驅(qū)動方式，其具有剛性高、響應速度快和控制精度高等特點。
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和高自動化的檢測設備。其通常的結(jié)構是一個高精度旋轉(zhuǎn)主軸和3個高精度直線軸組成，以往的直線軸多采用旋轉(zhuǎn)伺服電動機加絲杠或同步帶的驅(qū)動方式，對于大型齒輪測量中心的主軸驅(qū)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，高速運動時噪聲高，系統(tǒng)穩(wěn)定性低，增加了測量不確定性。隨著直驅(qū)力矩電動機與直線電動機的發(fā)展，齒輪測量中心采用直驅(qū)力矩電動機與直線電動機的技術也日趨成熟，這些使用新電動機技術驅(qū)動方式的應用，不但減少了運動噪聲，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，并減小了測量不確定性。
圖2 科爾摩根KBMS-79X03直驅(qū)力矩電動機
科爾摩根電動機在L系列齒輪測量中上的應用
比較市場上不同品牌電動機的性能與價格，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（以下簡稱“哈量集團”）在L系列齒輪測量中心產(chǎn)品上選用了KBM無框直驅(qū)力矩電動機系列和ICD直線電動機系列配以AKD驅(qū)動器，并取得了很好的效果。
圖3 L45型齒輪測量中心
1、KBM直驅(qū)力矩電動機的應用
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(zhuǎn)主軸負載的工件重量最大可達1000kg，慣量最大時可達90kg.m2，以往采用的是步進或伺服電動機加高精度蝸輪蝸桿副驅(qū)動的方式，但這種驅(qū)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。因此哈量集團通過技術分析選用了科爾摩根KBMS-79X03直驅(qū)力矩電動機（圖2）作為主軸驅(qū)動電動機，主軸采用直接驅(qū)動方式。KBMS-79X03直驅(qū)力矩電動機的持續(xù)扭矩為134N.m，峰值扭矩更達637N.m，可以適應測量機的頻繁啟停工作時對扭矩的要求，而其轉(zhuǎn)子的慣量為0.125kg.m2，也適合測量大慣量工件的要求，KBMS-79X03直驅(qū)力矩電動機磁極采用磁能積較高的釹鐵硼稀土永磁材料，其高效能和高可靠性的優(yōu)點適用于齒輪測量機。在實際生產(chǎn)的調(diào)試中，主軸直驅(qū)力矩電動機直聯(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(diào)節(jié)也更加簡便。KBMS直驅(qū)力矩電動機的使用，不但設備結(jié)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)點使儀器在實際的生產(chǎn)過程中縮短了調(diào)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。基于這些優(yōu)點，哈量集團在L30和L100型齒輪測量中心以及3080型和3060A型齒輪測量機等多款產(chǎn)品上開始應用KBMS系列直驅(qū)力矩電動機。
圖4 科爾摩根直線電動機的IDC系列
2、ICD直線電動機系列應用
L45型齒輪測量中心（圖3）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動機直接驅(qū)動方式的方案，通過對市場上多款直線電動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（圖4）。此款直線電動機的結(jié)構簡單且安裝方便，從而簡化了測量中心直線軸的結(jié)構設計。通過實際的調(diào)試，直線軸在運動時噪聲減小，電動機運行幾乎為靜音，定位不大于3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。對系統(tǒng)比動態(tài)響應曲線，采用科爾摩根直線電動機的直線運動軸的剛性、動態(tài)響應和運動平穩(wěn)性等主要指標比采用電動機帶絲杠及同步帶的直線軸有著大幅度提高，其階躍響應快速性對比如圖5：
圖5 采用絲杠傳動直線軸與采用直線電動機驅(qū)動的直線軸時的階躍響應快速性對比圖
通過對直線軸采用兩種驅(qū)動方式設備測量結(jié)果的比對，采用直線電動機的儀器在測量螺旋線樣板時形狀誤差示值減小了近20%。
綜上所述，哈量集團精密量儀公司采用科爾摩根直驅(qū)力矩電動機和直線電機的L系列齒輪測量中心具有測量精度高、測量速度高和可靠穩(wěn)定性高的技術特點。
