线切割电机选择对加工的影响

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线切割电机选择对加工的影响

On 四月 29, 2013, Posted by , in 技术资料, With No Comments

国产的快走丝数控线切割机床驱动单元包括驱动装置和电机两部分,对驱动单元的选购主要依据机床的定位和要求来选择,电机是通用的部件,性能差别只存在于不同的厂家和型号。

驱动电机主要可分为:反应式步进驱动电机、混合式(也称永磁反应式)步进驱动电机和伺服驱动电机三大类,目前还有使用直流伺服电机的厂家,比如北京安德就一直在使用直流电机。

反应式步进驱动电机的转子无绕组,由被励磁的定子绕组产生反应力矩实现步进运行。混合式步进电机的转子用永久磁钢,由励磁和永磁产生的电磁力矩实现步进运行。步进电机受脉冲的控制,通过改变通电的顺序可改变电机的旋转方向,改变脉冲的频率可改变电机的旋转速度。步进电机有一定的步距精度,没有累积误差。但步进电机的效率低,拖动负载的能力不大,脉冲当量不能太大,调速范围不大。目前步进电机可分为两相、三相、五相等几种,常用的是五相步进电机。在过去很长一段时间里,步进电机占很大的市场,但目前正逐步为伺服电机所取代,反应式步进电机的优点是价格便宜,不需要专门的驱动单元,以前的老式单板机基本都带有环分脉冲输出,外部只需要接功放管和限流电阻就可组成完整的电路。故在以前大部分的单板机线切割中使用,早期的基本都是三相六拍的电机,现在已经逐步换成了步距更小的5相10拍电机。反应式电机在目前大部分的低端线切割上使用。目前号称中走丝的线切割常用的是混合式电机,混合式步进电机的优点是速度快,反应稳定,但是需要配合专门的驱动器,而最低的驱动器也要800-1000每轴。

步进电机是目前市场上用的最多的线切割驱动电机,但是由于目前常用的线切割控制器基本都没有加减速过程的控制,大部分厂家为了保证运动不丢步,都不敢调的速度太快。大部分会在0.5米/分钟以下。现在新型的线切割控制系统已经开始加入了对控制的深度控制,比如增加了加减速运算,电机丢步检测和停机位置保护等等功能,比如采用北京沃非特科技出的智能线切割控制系统的机床,用混合式步进电机可以在目前4mm的丝杠上实现2米/分钟以上的运动速度,保证了位移的快速准确,这类控制系统将会是线切割机床的下一带发展趋势。

目前高端线切割常用的伺服电机是交流伺服电机,在电机的轴端装有光电编码器,通过检测转子角度用以变频控制。从最低转速到最高转速,伺服电机都能平滑运转,转矩波动小。伺服电机有较长的过载能力,有较小的转动惯量和大的堵转转矩。伺服电机有很小的启动频率,能很快从最低转速加速到额定转速。

采用交流伺服电机作为驱动器件,可以和直流伺服电机一样构成高精度,高性能的半闭环或闭环控制系统。由于交流伺服电机内是无刷结构,几乎不需维修,体积相对较小,有利于转速和功率的提高。目前已经在很大范围内取代了直流伺服电机。采用高速微处理器和专用数字信号处理机(DSP)的全数字化交流伺服系统出现后,原来的硬件伺服控制变为软件伺服控制,一些现代控制理论中的先进算法得到实现,进而大大地提高了伺服系统的性能,因此伺服单元能较大的提高加工效率及加工精度,但伺服驱动单元的价格也较高。随着伺服控制技术的逐步提高,目前伺服驱动单元正逐步成为驱动单元的主力军,伺服驱动单元的价格也在逐步减低

伺服驱动器有两种。一种采用脉冲控制方式,此种驱动器与电机闭环,但不反馈到数控系统,这种驱动器在某种程度上可称为开环控制的伺服控制。另一种采用电压控制方式,通过电压的高低进行电机的转速控制,电机的反馈信号通过驱动器反馈到数控系统进行位置控制。

选择驱动单元时,也要考虑驱动单元的价格在整台数控机床中的比例。整台数控机床价格较低的一般选择步进驱动单元,而价格较高的机床选择伺服驱动单元。但选择驱动单元的同时,也要考虑驱动单元与数控系统的匹配问题,选择闭环控制系统时必须选择闭环的伺服驱动单元。交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以,在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素,选用适当的控制电机。

交流伺服电机的优点是响应速度快,反应灵敏,有加减速,可实现高速运动。缺点也显而易见,单轴成本高昂,一般采用的进口交流伺服电机已经从5000元/轴下降到了3000元/轴。

中国独有的快走丝机床之前普及凭借的是价格低廉的优势,但是不可避免的也带来了配置地下,性能差距大的弱势,随着目前中国走过了大跃进式的粗放发展阶段。开始对加工要求逐步提高,高配置的伺服电机和性能卓越的线切割控制系统开始成为一种发展趋势。

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