數控線(xiàn)
切割機床的基本組成包括加工程序、高頻電源、驅動(dòng)系統﹑數控系統及機床本體。加工程序可由人工編寫(xiě)(如早期的3B指令),現在都在計算機上進(jìn)行繪圖(如現在的CAXA,HL,HF,YH等編程軟件),然后生成加工程序。程序的輸入可由數控系統的面板(單板機)進(jìn)行手工輸入,也可通過(guò)計算機的232串行口進(jìn)行傳輸,也可以用計算機USB接口進(jìn)行傳輸。以下從數控系統及驅動(dòng)單元方面著(zhù)重進(jìn)行分析:
一、數控系統的選配
數控系統是數控機床的“大腦”,對機床控制信息進(jìn)行運算及處理。根據數控系統的原理可分為經(jīng)濟型數控系統和標準型數控系統兩大類(lèi)。首先,經(jīng)濟型數控系統從控制方法來(lái)看,一般指開(kāi)環(huán)數控系統。開(kāi)環(huán)數控系統是指數控系統本身不帶位置檢測裝置,由數控系統送出一定數量和頻率的指令脈沖,由驅動(dòng)單元進(jìn)行機床定位。開(kāi)環(huán)系統在外部因素影響的情況下,機床不動(dòng)作或動(dòng)作不到位,但系統已當機床到達了指定位置,此時(shí)機床的加工精度將大大降低。但因其結構簡(jiǎn)單、反應迅速、工作穩定可靠、調試及維修均很方便,加之價(jià)格十分低廉,但受步進(jìn)電機矩頻特性及精度、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)濟型數控系統目前用于數控快走絲線(xiàn)切割及一些速度和精度要求不高的經(jīng)濟型中走絲線(xiàn)切割機床,在普通快走絲機床的數控化改造中也得到廣泛的應用。
其次,精密型數控系統包括半閉環(huán)數控系統和全閉環(huán)數控系統。半閉環(huán)數控系統一般指機床的伺服電機的位置信號(光電編碼器)反饋到數控系統,系統能自動(dòng)進(jìn)行位置檢測和誤差比較,可對部分誤差進(jìn)行補償控制,因此其控制精度比開(kāi)環(huán)數控系統要高,但比全閉環(huán)的數控系統要低。全閉環(huán)數控系統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,從而形成全部位置隨動(dòng)控制,系統在加工過(guò)程中自動(dòng)檢測并補償所有的位置誤差。全閉環(huán)數控系統的加工精度是最高的,但這種系統的調試、維修極其困難,而且系統的價(jià)格很高,只適用于中、高檔的數控機床上。因為開(kāi)環(huán)控制系統的價(jià)格比閉環(huán)控制系統要低得多,因此在選擇數控系統時(shí),要考慮數控系統占整臺數控機床的價(jià)格成本比例,然后根據機床的配置情況及機床本身的要求,中、低檔機床采用開(kāi)環(huán)控制系統,中、高檔機床采用閉環(huán)控制系統。
二、驅動(dòng)單元的選配
驅動(dòng)電機主要可分為:反應式步進(jìn)驅動(dòng)電機、混合式(也稱(chēng)永磁反應式)步進(jìn)驅動(dòng)電機和伺服驅動(dòng)電機三大類(lèi)。 反應式步進(jìn)驅動(dòng)電機的轉子無(wú)繞組,由被勵磁的定子繞組產(chǎn)生反應力矩實(shí)現步進(jìn)運行?;旌鲜讲竭M(jìn)電機的轉子用永久磁鋼,由勵磁和永磁產(chǎn)生的電磁力矩實(shí)現步進(jìn)運行。步進(jìn)電機受脈沖的控制,通過(guò)改變通電的順序可改變電機的旋轉方向,改變脈沖的頻率可改變電機的旋轉速度。步進(jìn)電機有一定的步距精度,沒(méi)有累積誤差。但步進(jìn)電機的效率低,拖動(dòng)負載的能力不大,脈沖當量不能太大,調速范圍不大。目前步進(jìn)電機可分為兩相、三相、五相等幾種,常用的是五相步進(jìn)電機。在過(guò)去很長(cháng)一段時(shí)間里,步進(jìn)電機占很大的市場(chǎng),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(guò)檢測轉子角度用以變頻控制。從最低轉速到最高轉速,伺服電機都能平滑運轉,轉矩波動(dòng)小。伺服電機有較長(cháng)的過(guò)載能力,有較小的轉動(dòng)慣量和大的堵轉轉矩。伺服電機有很小的啟動(dòng)頻率,能很快從最低轉速加速到額定轉速。
采用交流伺服電機作為驅動(dòng)器件,可以和直流伺服電機一樣構成高精度,高性能的半閉環(huán)或閉環(huán)控制系統。由于交流伺服電機內是無(wú)刷結構,幾乎不需維修,體積相對較小,有利于轉速和功率的提高。目前已經(jīng)在很大范圍內取代了直流伺服電機。采用高速微處理器和專(zhuān)用數字信號處理機(DSP)的全數字化交流伺服系統出現后,原來(lái)的硬件伺服控制變?yōu)檐浖欧刂?,一些現代控制理論中的先進(jìn)算法得到實(shí)現,進(jìn)而大大地提高了伺服系統的性能,因此伺服單元能較大的提高加工效率及加工精度,但伺服驅動(dòng)單元的價(jià)格也較高。隨著(zhù)伺服控制技術(shù)的逐步提高,目前伺服驅動(dòng)單元正逐步成為驅動(dòng)單元的主力軍,伺服驅動(dòng)單元的價(jià)格也在逐步減低伺服驅動(dòng)器有兩種。一種采用脈沖控制方式,此種驅動(dòng)器與電機閉環(huán),但不反饋到數控系統,這種驅動(dòng)器在某種程度上可稱(chēng)為開(kāi)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)行電機的轉速控制,電機的反饋信號通過(guò)驅動(dòng)器反饋到數控系統進(jìn)行位置控制。
選擇驅動(dòng)單元時(shí),也要考慮驅動(dòng)單元的價(jià)格在整臺數控機床中的比例。整臺數控機床價(jià)格較低的一般選擇步進(jìn)驅動(dòng)單元,而價(jià)格較高的機床選擇伺服驅動(dòng)單元。但選擇驅動(dòng)單元的同時(shí),也要考慮驅動(dòng)單元與數控系統的匹配問(wèn)題,選擇閉環(huán)控制系統時(shí)必須選擇閉環(huán)的伺服驅動(dòng)單元。交流伺服系統在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機。但在一些要求不高的場(chǎng)合也經(jīng)常用步進(jìn)電機來(lái)做執行電動(dòng)機。所以,在控制系統的設計過(guò)程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素,選用適當的控制電機。