線切割機(jī)床的選型
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展匾寝,機(jī)械制造技術(shù)有了深刻的變化踢寂。由于社會對產(chǎn)品多樣化的需求更加強(qiáng)烈俘戈,多品種导盅、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)高效率揍瑟、高質(zhì)量白翻、多樣化的加工要求。機(jī)床數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用绢片,大大縮短了機(jī)械加工的前期準(zhǔn)備時間滤馍,并使機(jī)械加工的全過程自動化水平不斷提高,同時也增強(qiáng)了制造系統(tǒng)適應(yīng)各種生產(chǎn)條件變化的能力底循。
數(shù)控線切割機(jī)床的基本組成包括加工程序巢株、高頻電源、驅(qū)動系統(tǒng)?數(shù)控系統(tǒng)及機(jī)床本體熙涤。加工程序可由人工編寫(如早期的3B指令)阁苞,現(xiàn)在都在計算機(jī)上進(jìn)行繪圖(如現(xiàn)在的CAXA,HL,HF,YH等編程軟件),然后生成加工程序祠挫。程序的輸入可由數(shù)控系統(tǒng)的面板(單板機(jī))進(jìn)行手工輸入那槽,也可通過計算機(jī)的232串行口進(jìn)行傳輸,也可以用計算機(jī)USB接口進(jìn)行傳輸。
在選購數(shù)控線切割機(jī)床時可從三個方面考慮骚灸,首先是機(jī)床本體能否符合自己的加工要求摊咨,機(jī)床的質(zhì)量如何。其次是數(shù)控系統(tǒng)热跨,數(shù)控系統(tǒng)有很多種類氏长,選擇合適的系統(tǒng)是選購數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵。最后是驅(qū)動單元悍暴,也是機(jī)床控制的關(guān)鍵壳荣,不同的驅(qū)動單元能達(dá)到的加工精度也不一樣,在選擇驅(qū)動單元時鹅昭,要根據(jù)加工的工件的精度要求選擇合適的驅(qū)動單元褥甜。
以下從機(jī)床本體?數(shù)控系統(tǒng)及驅(qū)動單元三個方面進(jìn)行分析:
1、機(jī)床本體的選擇
首先機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計與加工件尺寸和重量要達(dá)到最佳的匹配束湃。對于中大型負(fù)載工作臺采用全支撐加工中心結(jié)構(gòu)拯骤。這樣設(shè)計才能具有足夠的承載?剛度、精度袖共、抗振性和精度保持性婚蛮。其次是進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動要采用滾珠絲杠,滾珠絲杠優(yōu)于三角螺紋絲杠和梯形螺紋絲杠敷矫,并且要求絲杠的直徑盡可能大些例获,增加剛性。再次是導(dǎo)軌曹仗,工作臺運(yùn)動導(dǎo)軌是保證工作臺運(yùn)動精度的關(guān)鍵榨汤,用戶在選型時應(yīng)高度重視。首先觀察導(dǎo)軌的橫截面的大小怎茫,在同等條件下收壕,越粗壯,剛性越好轨蛤,加工中越不易產(chǎn)生變形蜜宪,才能保證機(jī)床在長期工作中能得到最高精度和耐用性。日前市場上常見的導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)有以下幾種:①鑲鋼滾珠式滾動導(dǎo)軌祥山;②鑲鋼滾柱式滾動導(dǎo)軌圃验;③直線滾動導(dǎo)軌。
第一種與第二種的區(qū)別在導(dǎo)軌的滾體上缝呕,一個是滾珠一個是滾柱澳窑。滾珠與導(dǎo)軌面是點(diǎn)接觸,滾柱與導(dǎo)軌面是線接觸咆上,所以它的耐磨性和軸承能力都大大優(yōu)于滾珠式祝遗。而線性滑軌是一種滾動導(dǎo)引沉卷,它由鋼珠在滑塊與滑軌之間作無限滾動循環(huán),使得負(fù)載平臺能沿著滑軌輕易的以高精度作線性運(yùn)動说拾,其摩擦系數(shù)可降至傳統(tǒng)滑動導(dǎo)引的1/50凰拇,使之能輕易地達(dá)到μm級的定位精度』裙悖滑塊與滑軌間的末制單元設(shè)計堡脱,使得線形滑軌可同時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)動特性音族。使之精度保持和承載能力都大大優(yōu)于滾珠和滾柱式光蜀。目前在日本沙迪克公司、日本三菱公司宇团、瑞士夏米爾公司估态、瑞阿奇公司進(jìn)口的機(jī)床中都是采用第三種結(jié)構(gòu),所以通過對比纺倍,用戶在選型時應(yīng)盡量考慮第三種結(jié)構(gòu)嗡身。
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”,對機(jī)床控制信息進(jìn)行運(yùn)算及處理讲仰。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)兩大類慕趴。
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)鄙陡。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冕房,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(jìn)行機(jī)床定位趁矾。開環(huán)系統(tǒng)在外部因素影響的情況下耙册,機(jī)床不動作或動作不到位,但系統(tǒng)已當(dāng)機(jī)床到達(dá)了指定位置毫捣,此時機(jī)床的加工精度將大大降低觅玻。但因其結(jié)構(gòu)簡單、反應(yīng)迅速培漏、工作穩(wěn)定可靠、調(diào)試及維修均很方便胡本,加之價格十分低廉牌柄,但受步進(jìn)電機(jī)矩頻特性及精度、進(jìn)給速度粮锻、力矩三者之間相互制約粥蜘,性能的提高受到限制。所以刃拼,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)床渔缅,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)用任肯。
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(光電編碼器)反饋到數(shù)控系統(tǒng)演湘,系統(tǒng)能自動進(jìn)行位置檢測和誤差比較绿窿,可對部分誤差進(jìn)行補(bǔ)償控制,因此其控制精度比開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)要高窃裙,但比全閉環(huán)的數(shù)控系統(tǒng)要低纹轩。
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)床工作臺的位置檢測裝置(通常用光柵尺)的位置信號反饋到系統(tǒng)宦噩,從而形成全部位置隨動控制缅科,系統(tǒng)在加工過程中自動檢測并補(bǔ)償所有的位置誤差。
全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的加工精度是最高的衰拄,但這種系統(tǒng)的調(diào)試耗跛、維修極其困難,而且系統(tǒng)的價格很高攒发,只適用于中调塌、高檔的數(shù)控機(jī)床上。
因?yàn)殚_環(huán)控制系統(tǒng)的價格比閉環(huán)控制系統(tǒng)要低得多晨继,因此在選擇數(shù)控系統(tǒng)時烟阐,要考慮數(shù)控系統(tǒng)占整臺數(shù)控機(jī)床的價格成本比例,然后根據(jù)機(jī)床的配置情況及機(jī)床本身的要求紊扬,中蜒茄、低檔機(jī)床采用開環(huán)控制系統(tǒng),中餐屎、高檔機(jī)床采用閉環(huán)控制系統(tǒng)檀葛。
3、驅(qū)動單元的選配
驅(qū)動單元包括驅(qū)動裝置和電機(jī)兩部分腹缩,對驅(qū)動單元的選購主要在于驅(qū)動裝置的選擇屿聋,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藏鹊。
驅(qū)動電機(jī)主要可分為:反應(yīng)式步進(jìn)驅(qū)動電機(jī)润讥、混合式(也稱永磁反應(yīng)式)步進(jìn)驅(qū)動電機(jī)和伺服驅(qū)動電機(jī)三大類。
反應(yīng)式步進(jìn)驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)子無繞組仅莲,由被勵磁的定子繞組產(chǎn)生反應(yīng)力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行跛脾。混合式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子用永久磁鋼辉茴,由勵磁和永磁產(chǎn)生的電磁力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行癣跟。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)方向女骗,改變脈沖的頻率可改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度景顷。步進(jìn)電機(jī)有一定的步距精度誓籽,沒有累積誤差。但步進(jìn)電機(jī)的效率低强男,拖動負(fù)載的能力不大洪业,脈沖當(dāng)量不能太大,調(diào)速范圍不大肤币。目前步進(jìn)電機(jī)可分為兩相裂更、三相、五相等幾種夏哭,常用的是五相步進(jìn)電機(jī)检柬。在過去很長一段時間里,步進(jìn)電機(jī)占很大的市場竖配,但目前正逐步為伺服電機(jī)所取代何址。
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进胯,通過檢測轉(zhuǎn)子角度用以變頻控制用爪。從最低轉(zhuǎn)速到最高轉(zhuǎn)速,伺服電機(jī)都能平滑運(yùn)轉(zhuǎn)胁镐,轉(zhuǎn)矩波動小偎血。伺服電機(jī)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)矩盯漂。伺服電機(jī)有很小的啟動頻率颇玷,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(jī)作為驅(qū)動器件就缆,可以和直流伺服電機(jī)一樣構(gòu)成高精度帖渠,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)资担,幾乎不需維修旬效,體積相對較小,有利于轉(zhuǎn)速和功率的提高踱孕。目前已經(jīng)在很大范圍內(nèi)取代了直流伺服電機(jī)讯匈。采用高速微處理器和專用數(shù)字信號處理機(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)檐浖欧刂平埃恍┈F(xiàn)代控制理論中的先進(jìn)算法得到實(shí)現(xiàn)师赂,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班痹,但伺服驅(qū)動單元的價格也較高。隨著伺服控制技術(shù)的逐步提高梦铭,目前伺服驅(qū)動單元正逐步成為驅(qū)動單元的主力軍蔚抖,伺服驅(qū)動單元的價格也在逐步減低辙哪。
伺服驅(qū)動器有兩種。一種采用脈沖控制方式孔尸,此種驅(qū)動器與電機(jī)閉環(huán)沽澜,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)控制的伺服控制竟闪。另一種采用電壓控制方式离福,通過電壓的高低進(jìn)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制,電機(jī)的反饋信號通過驅(qū)動器反饋到數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行位置控制炼蛤。
選擇驅(qū)動單元時妖爷,也要考慮驅(qū)動單元的價格在整臺數(shù)控機(jī)床中的比例。整臺數(shù)控機(jī)床價格較低的一般選擇步進(jìn)驅(qū)動單元理朋,而價格較高的機(jī)床選擇伺服驅(qū)動單元絮识。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)的匹配問題嗽上,選擇閉環(huán)控制系統(tǒng)時必須選擇閉環(huán)的伺服驅(qū)動單元次舌。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)行電動機(jī)兽愤。所以彼念,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浅萧,選用適當(dāng)?shù)目刂齐姍C(jī)逐沙。
4、功能選擇
以上是根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的加工精度進(jìn)行考慮郭宪,除此以外燃灿,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)鍵息扶。按控制軸的數(shù)量可分為兩軸聯(lián)動敦璧、四軸聯(lián)動、多軸聯(lián)動等纫脚∽昵伲控制軸的數(shù)量越多,機(jī)床所能加工的形狀越復(fù)雜况颈,但其成本就越高堕圾。目前線切割割機(jī)床一般用兩個直線移動軸聯(lián)動,有錐度裝置的附加二個直線移動軸勾奇。高檔的系統(tǒng)則聯(lián)動的軸更多谁昵,代表線切割機(jī)床制造業(yè)最高境界的是五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng),其中四個軸分別為XYUV直線移動軸摆野,一個軸為Z軸作上下直線移動軸夭寺,五軸聯(lián)動時可加工出比較復(fù)雜的空間零件凛驮。當(dāng)然這需要高檔的數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)以及軟件的支持条辟,對機(jī)床的要求也極高黔夭。
控制軸越多,數(shù)控系統(tǒng)的價格成幾何級數(shù)增長羽嫡。因此本姥,在選擇數(shù)控系統(tǒng)時,要根據(jù)機(jī)床本身的運(yùn)動軸進(jìn)行選擇杭棵,多余的控制軸并不能提高機(jī)床的控制精度婚惫,反而增加了數(shù)控系統(tǒng)的成本。
系統(tǒng)的圖形顯示功能颜屠,該功能用于模擬零件加工過程辰妙,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)系中的一個平面甫窟,也可選擇不同視角的三維立體密浑,可以在加工的同時作實(shí)時的顯示,也可在機(jī)械鎖定的方式下作加工過程的快速描繪粗井,是一種檢驗(yàn)零件加工程序秤暮,提高編程效率和實(shí)時監(jiān)視的有效工具。
上述這類問題在數(shù)控線切割機(jī)床的功能配置時是經(jīng)常遇到的趁吭,作為一個數(shù)控機(jī)床的設(shè)計和銷售人員以及投資購買者歧织,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)合理咖杉、功能和價格比都比較高的數(shù)控機(jī)床地混,減少不必要的浪費(fèi)
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