直線伺服系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)
| (1)全新的加工工藝，突破傳統(tǒng)的工藝指標(biāo) 軸的高速運(yùn)動(dòng)給傳統(tǒng)的電火花成形工藝帶來(lái)了巨大的變革，這種變革不僅僅限于因高速運(yùn)動(dòng)而縮短了裝夾、校正、精密定位所需的時(shí)間，更重要的是實(shí)現(xiàn)了加工中的高速跳躍(抬刀)。跳躍(抬刀)是電火花成形加工必不可少的措施，在形狀復(fù)雜或深窄型腔加工中，不采取跳躍(抬刀)和沖液等措施幾乎是不能加工的。但是跳躍(抬刀)時(shí)無(wú)放電現(xiàn)象，是電火花加工中的“怠工”現(xiàn)象，影響了加工時(shí)間的利用率?？焖偬S(抬刀)使“怠工”現(xiàn)象時(shí)間縮短，從而提高了時(shí)間的利用率和加工速度。同時(shí)，高速跳躍(抬刀)也為增加跳躍(抬刀)幅度創(chuàng)造了條件，使得加工時(shí)放電間隙的流體作用力得到了充分的改善，完全免除了粗加工時(shí)的沖液處理，并且使加工時(shí)間縮短到原來(lái)的1/2。圖1是一個(gè)用快速跳躍免沖液處理的深窄型腔加工實(shí)例(加工后縱向剖開)，電極的斷面尺寸為1mm×38mm，電極錐度1°，型腔深度70mm，電極材料為石墨，兩個(gè)電極?？偧庸r(shí)間5h，其中粗加工時(shí)間160min，加工后工件表面粗糙度Ra為2μm。
直線伺服系統(tǒng)的優(yōu)越性不僅在深窄型腔的加工工藝指標(biāo)上取得了突破性的進(jìn)展，而且功能領(lǐng)域也空前拓寬。圖1是一個(gè)Y型(三葉型)電極加工深窄型腔的典型加工實(shí)例。Y型(三葉型)電極的厚度僅0.25mm，在人們的傳統(tǒng)觀念中，如此形狀的加工具有相當(dāng)?shù)碾y度。深度超過(guò)10mm被視為禁區(qū)，此加工實(shí)例的加工深度為40mm，它表明直線伺服系統(tǒng)的實(shí)用化，使我們輕而易舉地進(jìn)入了傳統(tǒng)禁區(qū)。 (2)穩(wěn)定精加工的保證，高響應(yīng)速度、高穩(wěn)定加工的伺服系統(tǒng) 直流伺服系統(tǒng)的電火花成形機(jī)中，直線電機(jī)與滑板形成了一體化結(jié)構(gòu)。因此，滑板的移位是直線電機(jī)的直接移位，兩者之間無(wú)任何傳遞環(huán)節(jié)。這樣，在伺服運(yùn)動(dòng)中去除了中間環(huán)節(jié)的損失與響應(yīng)滯后。圖3是直線伺服系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)軸的指令位置與實(shí)際位置的對(duì)比關(guān)系，從中可看出，在電火花加工這種特殊的可逆伺服運(yùn)動(dòng)中，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間僅在毫秒數(shù)量級(jí)。因此，直線電機(jī)的高速響應(yīng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)交直流伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠的系統(tǒng)相比，提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。 眾所周知，在電火花加工的精加工過(guò)程中，電極與工件不接觸，它們之間的有效放電間隙僅十幾微米，傳統(tǒng)的伺服電機(jī)和滾珠絲杠系統(tǒng)在指令脈沖和實(shí)際位置間存在著數(shù)十至上百毫秒的滯后，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、平滑的伺服并保持較高的精加工放電效率是十分困難的。直線伺服系統(tǒng)的優(yōu)越性在電火花小間隙精加工過(guò)程中得到了充分的體現(xiàn)。僅數(shù)毫秒的高速響應(yīng)和大于1g的加速性能，確保了可實(shí)現(xiàn)電火花放電微觀過(guò)程小間隙的持續(xù)性，使精加工脈沖利用率大幅度提高，進(jìn)而使精加工的加工速度在直線伺服系統(tǒng)的平滑伺服運(yùn)動(dòng)中得到了提高。 (3)慢速微進(jìn)給的平滑驅(qū)動(dòng) 電火花成形加工的特點(diǎn)是加工的平均伺服速度緩慢。粗加工時(shí)每小時(shí)進(jìn)給距離只有幾毫米，精加工時(shí)每小時(shí)進(jìn)給距離僅零點(diǎn)幾毫米甚至更慢。這就要求電火花加工伺服具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)特性，以適應(yīng)頻繁的制動(dòng)、反向和保持工具與工件的微小間隙。進(jìn)而要求系統(tǒng)具有平滑的驅(qū)動(dòng)特性，且必須解決通常AC電機(jī)的齒槽效應(yīng)所造成的影響。為此，沙迪克公司的直線伺服系統(tǒng)的控制當(dāng)量和驅(qū)動(dòng)當(dāng)量為0.1μm，同時(shí)在制作直線電機(jī)時(shí)采用了高密稀土類永久磁鐵作為磁場(chǎng)材料。在磁體的分布排列上，采取了錯(cuò)落分布的排列方法(如圖4所示)，加之采用與電機(jī)性能相匹配的、可對(duì)各相電流進(jìn)行細(xì)微控制的變頻交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這一系列方法確保獲得最合理的磁場(chǎng)相位關(guān)系和合理的電流相位關(guān)系，從而******限度地平衡了直線電機(jī)各相電樞繞組之間的推力，克服了動(dòng)態(tài)負(fù)載和大范圍速率變化的難題，使齒槽效應(yīng)的不良影響降到了最低，使伺服運(yùn)動(dòng)達(dá)到平穩(wěn)。 (4)實(shí)現(xiàn)精密控制及長(zhǎng)期精度保持性的綜合措施 直線伺服系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式?jīng)Q定了其伺服單元必須采用直線位置反饋元件作為位置檢測(cè)環(huán)節(jié)，這是唯一的方式。因此，直線伺服系統(tǒng)的控制和驅(qū)動(dòng)只可能是一個(gè)全閉環(huán)的系統(tǒng)，直接檢測(cè)滑板的直線移位，其中沒有絲杠的螺距誤差，沒有絲杠和聯(lián)軸節(jié)的反向間隙誤差，也避免了傳動(dòng)鏈零件的磨損等干擾因素。直線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向也采用了與直線電機(jī)高響應(yīng)速度相適應(yīng)的滾動(dòng)導(dǎo)軌，這些措施的綜合使用，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的精密控制和長(zhǎng)期的精度保持性。 |
