安陽(yáng)安正機(jī)床有限公司
數(shù)控線切割機(jī)床的基本組成包括加工程序、高頻電源,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)及機(jī)床本體。加工程序可由人工編(如早期的3B指令),現(xiàn)在都在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行繪圖(如現(xiàn)在的CAXA,HL,HF,YH等編程軟件),然后生成加工程序。程序的輸入可由數(shù)控系統(tǒng)的面板(單板機(jī))進(jìn)行手工輸入,也可通過(guò)計(jì)算機(jī)的232串行口進(jìn)行傳輸,也可以用計(jì)算機(jī)USB接口進(jìn)行傳輸。以下從機(jī)床本體、數(shù)控系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)單元三個(gè)方面進(jìn)行分析:
數(shù)控系統(tǒng)的選配:
數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的“大腦”,對(duì)機(jī)床控制信息進(jìn)行運(yùn)算及處理。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的原理可分為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)兩大類。
經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng):
經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)從控制方法來(lái)看,一般指開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)是指數(shù)控系統(tǒng)本身不帶位置檢測(cè)裝置,由數(shù)控系統(tǒng)送出數(shù)量盒頻率的指令脈沖,由驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行機(jī)床定位。開環(huán)系統(tǒng)在外部因素影響情況下,機(jī)床不動(dòng)作或動(dòng)作不到位,但系統(tǒng)已當(dāng)機(jī)床到達(dá)了指定位置,此時(shí)機(jī)床的加工精度將大大降低,但因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、反應(yīng)迅速、工作穩(wěn)定、調(diào)試及維修均很方便,加之價(jià)格十分低廉,但受步進(jìn)電機(jī)距頻特性及精度,進(jìn)給速度,力矩三者之間互相制約,性能的提高收到限制。所以經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)目前用于數(shù)控快走絲線切割機(jī)床及一些速度和精度要求不高的經(jīng)濟(jì)型中走絲線切割機(jī)床,在普通快走絲線切割機(jī)床的數(shù)控化改造中也得到廣泛的應(yīng)用。
精密型數(shù)控系統(tǒng)
緊密型數(shù)控系統(tǒng)包括半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)一般指機(jī)床的伺服的位置信號(hào)(光編碼器)反饋到數(shù)控系統(tǒng),系統(tǒng)能自動(dòng)進(jìn)行位置檢測(cè)和誤差比較,可對(duì)部分誤差進(jìn)行補(bǔ)償控制,因此其控制精度比開環(huán)系統(tǒng)要高,但比全閉環(huán)的數(shù)控系統(tǒng)要低。
全閉環(huán)數(shù)控控制系統(tǒng)除包括機(jī)床的伺服電機(jī)的位置反饋,還有機(jī)床工作臺(tái)的位置檢測(cè)裝置(通常用光柵尺)的位置信號(hào)反饋到系統(tǒng),從而形成**位置隨動(dòng)控制,系統(tǒng)在加工過(guò)程中自動(dòng)檢測(cè)并補(bǔ)償所用的位置誤差。
全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的加工精度是比較高的,但這種系統(tǒng)的調(diào)試、維修困難,而且系統(tǒng)的價(jià)格很高,只適用于中、*檔的數(shù)控機(jī)床上。
因?yàn)殚_環(huán)控制系統(tǒng)的價(jià)格比閉環(huán)控制系統(tǒng)要低得多,因此在選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí),要考慮數(shù)控系統(tǒng)占整臺(tái)數(shù)控機(jī)床的價(jià)格成本比例,然后根據(jù)機(jī)床的配置情況及機(jī)床本身的要求,中、低檔機(jī)床采用開環(huán)控制系統(tǒng),中、*檔機(jī)床采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。
驅(qū)動(dòng)單元的選配
驅(qū)動(dòng)單元包括驅(qū)動(dòng)裝置和電機(jī)兩部分,對(duì)驅(qū)動(dòng)單元的選購(gòu)主要在于驅(qū)動(dòng)裝置的選擇,因?yàn)殡姍C(jī)是通用的部件,性能差別只存在于不同的廠家和型號(hào)。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要可分為:反應(yīng)式步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、混合式(也稱永磁反應(yīng)式)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)三大類。
反應(yīng)式步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子無(wú)繞組,由被勵(lì)磁的定子繞組產(chǎn)生反應(yīng)力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行。混合式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子用**磁鋼,由勵(lì)磁和永磁產(chǎn)生的電磁力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行。步進(jìn)電機(jī)受脈沖的控制,通過(guò)改變通電的順序可改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向,改變脈沖的頻率可改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。步進(jìn)電機(jī)有的步距精度,沒(méi)有累積誤差。但步進(jìn)電機(jī)的效率低,拖動(dòng)負(fù)載的能力不大,脈沖當(dāng)量不能太大,調(diào)速范圍不大。目前步進(jìn)電機(jī)可分為兩相、三相、五相等幾種,常用的是五相步進(jìn)電機(jī)。在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間里,步進(jìn)電機(jī)占很大的市場(chǎng),但目前正逐步為伺服電機(jī)所取代。
目前常用的伺服電機(jī)是交流伺服電機(jī),在電機(jī)的軸端裝有光電編碼器,通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)子角度用以變頻控制。從比較低轉(zhuǎn)速到比較高轉(zhuǎn)速,伺服電機(jī)平滑運(yùn)轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小。伺服電機(jī)有較長(zhǎng)的過(guò)載能力,有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。伺服電機(jī)有很小的啟動(dòng)頻率,能很快從比較低轉(zhuǎn)速加速到額定轉(zhuǎn)速。
采用交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器件,可以和直流伺服電機(jī)一樣構(gòu)成精度高,性能高的半閉環(huán)或閉環(huán)控制系統(tǒng)。由于交流伺服電機(jī)內(nèi)是無(wú)刷結(jié)構(gòu),幾乎不需維修,體積相對(duì)較小,有利于轉(zhuǎn)速和功率的提高。目前已經(jīng)在很大范圍內(nèi)取代了直流伺服電機(jī)。采用高速微處理器和專*數(shù)字信號(hào)處理機(jī)(DSP)的全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)出現(xiàn)后,原來(lái)的硬件伺服控制變?yōu)檐浖欧刂疲恍┈F(xiàn)代控制理論中的*進(jìn)算法得到實(shí)現(xiàn),進(jìn)而大大地提高了伺服系統(tǒng)的性能,因此伺服單元能較大的提高加工效率及加工精度,但伺服驅(qū)動(dòng)單元的價(jià)格也較高。隨著伺服控制技術(shù)的逐步提高,目前伺服驅(qū)動(dòng)單元正逐步成為驅(qū)動(dòng)單元的主力軍,伺服驅(qū)動(dòng)單元的價(jià)格也在逐步減低伺服驅(qū)動(dòng)器有兩種。一種采用脈沖控制方式,此種驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)閉環(huán),但不反饋到數(shù)控系統(tǒng),這種驅(qū)動(dòng)器在某種程度上可稱為開環(huán)控制的伺服控制。另一種采用電壓控制方式,通過(guò)電壓的高低進(jìn)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制,電機(jī)的反饋信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)器反饋到數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行位置控制。
在我們選擇驅(qū)動(dòng)單元時(shí),也要考慮驅(qū)動(dòng)單元的價(jià)格在整臺(tái)數(shù)控機(jī)床中的比例。整臺(tái)數(shù)控機(jī)床價(jià)格較低的一般選擇步進(jìn)驅(qū)動(dòng)單元,而價(jià)格較高的機(jī)床選擇伺服驅(qū)動(dòng)單元。但選擇驅(qū)動(dòng)單元的同時(shí),也要考慮驅(qū)動(dòng)單元與數(shù)控系統(tǒng)的匹配問(wèn)題,選擇閉環(huán)控制系統(tǒng)時(shí)*須選擇閉環(huán)的伺服驅(qū)動(dòng)單元。交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。但在一些要求不高的場(chǎng)合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來(lái)做執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。所以,在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素,選用適當(dāng)?shù)目刂齐姍C(jī)。