數(shù)控線
切割機床的基本組成包括加工程序、高頻電源、驅(qū)動系統(tǒng)﹑數(shù)控系統(tǒng)及機床本體。加工程序可由人工編寫(如早期的3B指令),現(xiàn)在都在計算機上進行繪圖(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)進行手工輸入,也可通過計算機的232串行口進行傳輸,也可以用計算機USB接口進行傳輸。以下從數(shù)控系統(tǒng)及驅(qū)動單元方面著重進行分析:
一、數(shù)控系統(tǒng)的選配
數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的“大腦”,對機床控制信息進行運算及處理。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的原理可分為經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)兩大類。首先,經(jīng)濟型數(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)動單元進行機床定位。開環(huán)系統(tǒng)在外部因素影響的情況下,機床不動作或動作不到位,但系統(tǒng)已當(dāng)機床到達(dá)了指定位置,此時機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,加之價格十分低廉,但受步進電機矩頻特性及精度、進給速度、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)濟型中走絲線切割機床,在普通快走絲機床的數(shù)控化改造中也得到廣泛的應(yīng)用。
其次,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)一般指機床的伺服電機的位置信號(光電編碼器)反饋到數(shù)控系統(tǒng),系統(tǒng)能自動進行位置檢測和誤差比較,可對部分誤差進行補償控制,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)除包括機床的伺服電機的位置反饋外,還有機床工作臺的位置檢測裝置(通常用光柵尺)的位置信號反饋到系統(tǒng),從而形成全部位置隨動控制,系統(tǒng)在加工過程中自動檢測并補償所有的位置誤差。全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的加工精度是最高的,但這種系統(tǒng)的調(diào)試、維修極其困難,而且系統(tǒng)的價格很高,只適用于中、高檔的數(shù)控機床上。因為開環(huán)控制系統(tǒng)的價格比閉環(huán)控制系統(tǒng)要低得多,因此在選擇數(shù)控系統(tǒng)時,要考慮數(shù)控系統(tǒng)占整臺數(shù)控機床的價格成本比例,然后根據(jù)機床的配置情況及機床本身的要求,中、低檔機床采用開環(huán)控制系統(tǒng),中、高檔機床采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。
二、驅(qū)動單元的選配
驅(qū)動電機主要可分為:反應(yīng)式步進驅(qū)動電機、混合式(也稱永磁反應(yīng)式)步進驅(qū)動電機和伺服驅(qū)動電機三大類。 反應(yīng)式步進驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)子無繞組,由被勵磁的定子繞組產(chǎn)生反應(yīng)力矩實現(xiàn)步進運行?;旌鲜讲竭M電機的轉(zhuǎn)子用永久磁鋼,由勵磁和永磁產(chǎn)生的電磁力矩實現(xiàn)步進運行。步進電機受脈沖的控制,通過改變通電的順序可改變電機的旋轉(zhuǎn)方向,改變脈沖的頻率可改變電機的旋轉(zhuǎn)速度。步進電機有一定的步距精度,沒有累積誤差。但步進電機的效率低,拖動負(fù)載的能力不大,脈沖當(dāng)量不能太大,調(diào)速范圍不大。目前步進電機可分為兩相、三相、五相等幾種,常用的是五相步進電機。在過去很長一段時間里,步進電機占很大的市場,但目前正逐步為伺服電機所取代。
目前常用的伺服電機是交流伺服電機,在電機的軸端裝有光電編碼器,通過檢測轉(zhuǎn)子角度用以變頻控制。從最低轉(zhuǎn)速到最高轉(zhuǎn)速,伺服電機都能平滑運轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)矩波動小。伺服電機有較長的過載能力,有較小的轉(zhuǎn)動慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。伺服電機有很小的啟動頻率,能很快從最低轉(zhuǎn)速加速到額定轉(zhuǎn)速。
采用交流伺服電機作為驅(qū)動器件,可以和直流伺服電機一樣構(gòu)成高精度,高性能的半閉環(huán)或閉環(huán)控制系統(tǒng)。由于交流伺服電機內(nèi)是無刷結(jié)構(gòu),幾乎不需維修,體積相對較小,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。采用高速微處理器和專用數(shù)字信號處理機(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?,一些現(xiàn)代控制理論中的先進算法得到實現(xiàn),進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)動單元的價格也較高。隨著伺服控制技術(shù)的逐步提高,目前伺服驅(qū)動單元正逐步成為驅(qū)動單元的主力軍,伺服驅(qū)動單元的價格也在逐步減低伺服驅(qū)動器有兩種。一種采用脈沖控制方式,此種驅(qū)動器與電機閉環(huán),但不反饋到數(shù)控系統(tǒng),這種驅(qū)動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,通過電壓的高低進行電機的轉(zhuǎn)速控制,電機的反饋信號通過驅(qū)動器反饋到數(shù)控系統(tǒng)進行位置控制。
選擇驅(qū)動單元時,也要考慮驅(qū)動單元的價格在整臺數(shù)控機床中的比例。整臺數(shù)控機床價格較低的一般選擇步進驅(qū)動單元,而價格較高的機床選擇伺服驅(qū)動單元。但選擇驅(qū)動單元的同時,也要考慮驅(qū)動單元與數(shù)控系統(tǒng)的匹配問題,選擇閉環(huán)控制系統(tǒng)時必須選擇閉環(huán)的伺服驅(qū)動單元。交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進電機來做執(zhí)行電動機。所以,在控制系統(tǒng)的設(shè)計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。