隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,機(jī)械制造技術(shù)有了深刻的變化。由于社會(huì)對(duì)產(chǎn)品多樣化的需求更加強(qiáng)烈,多品種、中小批量生產(chǎn)的比重明顯增加,采用傳統(tǒng)的普通加工設(shè)備已難以適應(yīng)率、高質(zhì)量、多樣化的加工要求。機(jī)床數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用,大大縮短了機(jī)械加工的前期準(zhǔn)備時(shí)間,并使機(jī)械加工的全過程自動(dòng)化水平不斷提高,同時(shí)也增強(qiáng)了制造系統(tǒng)適應(yīng)各種生產(chǎn)條件變化的能力。
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寫(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。
在選購數(shù)控線切割機(jī)床時(shí)可從三個(gè)方面考慮,首先是機(jī)床本體能否符合自己的加工要求,機(jī)床的質(zhì)量如何。其次是數(shù)控系統(tǒng),數(shù)控系統(tǒng)有很多種類,選擇合適的系統(tǒng)是選購數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵。zui后是驅(qū)動(dòng)單元,也是機(jī)床控制的關(guān)鍵,不同的驅(qū)動(dòng)單元能達(dá)到的加工精度也不一樣,在選擇驅(qū)動(dòng)單元時(shí),要根據(jù)加工的工件的精度要求選擇合適的驅(qū)動(dòng)單元。
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:
1、機(jī)床本體的選擇
首先機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加工件尺寸和重量要達(dá)到*的匹配。對(duì)于中大型負(fù)載工作臺(tái)采用全支撐加工中心結(jié)構(gòu)。這樣設(shè)計(jì)才能具有足夠的承載﹑剛度、精度、抗振性和精度保持性。其次是進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)要采用滾珠絲杠,滾珠絲杠優(yōu)于三角螺紋絲杠和梯形螺紋絲杠,并且要求絲杠的直徑盡可能大些,增加剛性。再次是導(dǎo)軌,工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌是保證工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)精度的關(guān)鍵,用戶在選型時(shí)應(yīng)高度重視。首先觀察導(dǎo)軌的橫截面的大小,在同等條件下,越粗壯,剛性越好,加工中越不易產(chǎn)生變形,才能保證機(jī)床在長期工作中能得到zui高精度和耐用性。日前市場上常見的導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)有以下幾種:
①鑲鋼滾珠式滾動(dòng)導(dǎo)軌;
②鑲鋼滾柱式滾動(dòng)導(dǎo)軌;
③直線滾動(dòng)導(dǎo)軌。
*種與第二種的區(qū)別在導(dǎo)軌的滾體上,一個(gè)是滾珠一個(gè)是滾柱。滾珠與導(dǎo)軌面是點(diǎn)接觸,滾柱與導(dǎo)軌面是線接觸,所以它的耐磨性和軸承能力都大大優(yōu)于滾珠式。而線性滑軌是一種滾動(dòng)導(dǎo)引,它由鋼珠在滑塊與滑軌之間作無限滾動(dòng)循環(huán),使得負(fù)載平臺(tái)能沿著滑軌輕易的以高精度作線性運(yùn)動(dòng),其摩擦系數(shù)可降至傳統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)引的1/50,使之能輕易地達(dá)到μm級(jí)的定位精度。滑塊與滑軌間的末制單元設(shè)計(jì),使得線形滑軌可同時(shí)承受上下左右等各方向的負(fù)荷,線性滑軌有更平順且低噪音的運(yùn)動(dòng)特性。使之精度保持和承載能力都大大優(yōu)于滾珠和滾柱式。目前在日本沙迪克公司、日本三菱公司、瑞士夏米爾公司、瑞阿奇公司進(jìn)口的機(jī)床中都是采用第三種結(jié)構(gòu),所以通過對(duì)比,用戶在選型時(shí)應(yīng)盡量考慮第三種結(jié)構(gòu)。
2. 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。
2.1 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)送出一定數(shù)量和頻率的指令脈沖,由驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行機(jī)床定位。開環(huán)系統(tǒng)在外部因素影響的情況下,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)簡單、反應(yīng)迅速、工作穩(wěn)定可靠、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)矩頻特性及精度、進(jìn)給速度、力矩三者之間相互制約,性能的提高受到限制。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,在普通快走絲機(jī)床的數(shù)控化改造中也得到廣泛的應(yīng)用。
2.2 精密型數(shù)控系統(tǒng)
精密型數(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)床的伺服電機(jī)的位置信號(hào)(光電編碼器)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)數(shù)控系統(tǒng)要高,但比全閉環(huán)的數(shù)控系統(tǒng)要低。
全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)除包括機(jī)床的伺服電機(jī)的位置反饋外,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),從而形成全部位置隨動(dòng)控制,系統(tǒng)在加工過程中自動(dòng)檢測(cè)并補(bǔ)償所有的位置誤差。
全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的加工精度是zui高的,但這種系統(tǒng)的調(diào)試、維修極其困難,而且系統(tǒng)的價(jià)格很高,只適用于中、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、機(jī)床采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。
3、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)有一定的步距精度,沒有累積誤差。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)。在過去很長一段時(shí)間里,步進(jìn)電機(jī)占很大的市場,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,通過檢測(cè)轉(zhuǎn)子角度用以變頻控制。從zui低轉(zhuǎn)速到zui高轉(zhuǎn)速,伺服電機(jī)都能平滑運(yùn)轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小。伺服電機(jī)有較長的過載能力,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zui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)成高精度,高性能的半閉環(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,原來的硬件伺服控制變?yōu)檐浖欧刂疲恍┈F(xiàn)代控制理論中的先進(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)通過驅(qū)動(dòng)器反饋到數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行位置控制。
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)的匹配問題,選擇閉環(huán)控制系統(tǒng)時(shí)必須選擇閉環(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合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來做執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。所以,在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過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)。
4、功能選擇
以上是根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的加工精度進(jìn)行考慮,除此以外,還要從數(shù)控系統(tǒng)的功能選擇上考慮。
4.1 控制軸
數(shù)控系統(tǒng)控制軸的數(shù)量也是選擇的關(guān)鍵。按控制軸的數(shù)量可分為兩軸聯(lián)動(dòng)、四軸聯(lián)動(dòng)、多軸聯(lián)動(dòng)等。控制軸的數(shù)量越多,機(jī)床所能加工的形狀越復(fù)雜,但其成本就越高。目前線切割割機(jī)床一般用兩個(gè)直線移動(dòng)軸聯(lián)動(dòng),有錐度裝置的附加二個(gè)直線移動(dòng)軸。的系統(tǒng)則聯(lián)動(dòng)的軸更多,代表線切割機(jī)床制造業(yè)zui高境界的是五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng),其中四個(gè)軸分別為XYUV直線移動(dòng)軸,一個(gè)軸為Z軸作上下直線移動(dòng)軸,五軸聯(lián)動(dòng)時(shí)可加工出比較復(fù)雜的空間零件。當(dāng)然這需要的數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)以及軟件的支持,對(duì)機(jī)床的要求也*。
控制軸越多,數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格成幾何級(jí)數(shù)增長。因此,在選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí),要根據(jù)機(jī)床本身的運(yùn)動(dòng)軸進(jìn)行選擇,多余的控制軸并不能提高機(jī)床的控制精度,反而增加了數(shù)控系統(tǒng)的成本。
4.2 圖形顯示
系統(tǒng)的圖形顯示功能,該功能用于模擬零件加工過程,顯示真實(shí)刀具在工件上的切割路徑,可以選擇直角坐標(biāo)系中的一個(gè)平面,也可選擇不同視角的三維立體,可以在加工的同時(shí)作實(shí)時(shí)的顯示,也可在機(jī)械鎖定的方式下作加工過程的快速描繪,是一種檢驗(yàn)零件加工程序,提高編程效率和實(shí)時(shí)監(jiān)視的有效工具。
上述這類問題在數(shù)控線切割機(jī)床的功能配置時(shí)是經(jīng)常遇到的,作為一個(gè)數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)和銷售人員以及投資購買者,都必須清楚了解數(shù)控系統(tǒng)的各種功能用途,根據(jù)機(jī)床的實(shí)際情況為用戶配置經(jīng)濟(jì)合理、功能和價(jià)格比都比較高的數(shù)控機(jī)床,減少不必要的浪費(fèi)。
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