BWS伺服在慢走丝加工机床上的应用

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1 引言

电火花线切割加工(Wire cut Electrical Discharge Machining,简称WEDM),有时又称线切割。其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝(称为电极丝)作电极,对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。线切割主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件,例如冲裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等,成形刀具、样板、电火花成型加工用的金属电极,各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等,具有加工余量小、加工精度高、生产周期短、制造成本低等突出优点,已在生产中获得广泛的应用,目前国内外的电火花线切割机床已占电加工机床总数的60%以上。

2 慢走丝加工机床

2.1 线切割机床分类

根据电极丝的运行速度不同,电火花线切割机床通常分为两类:一类是高速走丝电火花线切割机床(WEDM-HS),其电极丝作高速往复运动,一般走丝速度为 8~10m/s,电极丝可重复使用,加工速度较高,但快速走丝容易造成电极丝抖动和反向时停顿,使加工质量下降,是我国生产和使用的主要机种,也是我国独创的电火花线切割加工模式;另一类是低速走丝电火花线切割机床(WEDM-LS),其电极丝作低速单向运动,一般走丝速度低于0.2m/s,电极丝放电后不再使用,工作平稳、均匀、抖动小、加工质量较好,但加工速度较低,是国外生产和使用的主要机种。本文介绍的是台达ASD-AB伺服在慢走丝加工机床上的应用案例。慢走丝加工机床如图1所示。慢走丝机床加工的工件图如图2所示。

2.2 线切割机床结构

慢走丝和快走丝作为加工机床主要的组成部分包括:

(1)主机:包括床身、坐标工作台、走丝机构等;

(2)脉冲电源:把交流电流转换成一定频率的单向脉冲电流;

(3)控制系统控制机床运动,是本文讨论的重点;

(4)工作液循环系统:提供清洁的、有一定压力的工作液。


图1慢走丝加工机床



图2 慢走丝机床加工的工件图

3 基于台达伺服技术的运动控制

3.1 硬件介绍

控制部分就是上位机系统和伺服系统:

(1)上位机:是基于PC架构的慢走丝机床专用NC控制器;

(2)伺服系统:两套“BWS”,BWS-BBH伺服控制器和BWS-BH大惯量伺服电机。

(3)机械传动:伺服电机直连螺距为6mm的丝杆。

3.2 技术难点

慢走丝机床上的伺服应用的主要技术难点就是在0.5~0.2rpm超低速运行过程中保持稳的追随误差,同时追随误差又必须小于2个脉冲。这样的超低速技术要求实际上是和慢走丝机床的加工特点有密切的联系的。慢走丝机床的电极丝直径通常0.03~0.35mm,而其加工工件时中心线在工件上切过的面积总和最大可达约为350m㎡/min,慢走丝机床加工的工件与快走丝不同通常都是既对加工精度要求很高又有很大的加工厚度。这就对慢走丝机床的进给速度有很高的要求,速度必须在一定的范围内,过快的速度会造成加工不彻底,在工件表面留下深浅不一的粗糙痕迹使表面粗糙度变差,同时也会造成电极丝振动加大,易造成断丝!至于伺服系统小于2个脉冲的追随误差,则是因为线切割的加工原理就是正负电极之间不断放电灼烧工件表面,就是说两个电极之间要保持一定的距离,既不能接触在一起造成短路,又不能距离太远造成断路!

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