（機(jī)械制造及其自動化專業(yè)論文）慢走絲線切割機(jī)床走絲系統(tǒng)的研究與開發(fā).pdf

摘要 摘要 本文是結(jié)合低速走絲電火花線切割機(jī)床的開發(fā)而進(jìn)行的研究，相對 低速走絲線切割機(jī)床而言，走絲系統(tǒng)的重要性不言而喻，可以說低速走 絲線切割機(jī)床就是圍繞電極絲在做文章，走絲系統(tǒng)上的各個環(huán)節(jié)都體現(xiàn) 了機(jī)床的水平與質(zhì)量，走絲速度和張力控制是否合適，直接影響加工工 件的表面質(zhì)量。尤其是近年來，隨著微細(xì)、高精度加工的需要，對低速 走絲電火花線切割機(jī)床的走絲系統(tǒng)提出了更高的要求，因此研制走絲系 統(tǒng)具有現(xiàn)實的意義。 本文在查閱了大量國內(nèi)外相關(guān)低速走絲線切割加工文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上， 分析了電火花線切割加工的理論基礎(chǔ)，綜述了低速走絲線切割機(jī)床及其 走絲系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r。在對走絲機(jī)構(gòu)的工作原理進(jìn)行分析和研究的基礎(chǔ) 上，提出了絲速采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制，絲張力采用磁粉制動器加載式 開環(huán)控制的整體設(shè)計方案；建立了以p c 機(jī)為主控制單元，以基于p c i 總線 的運動控制卡和基于i s a 總線的d a 輸出卡建立的功能模塊為轉(zhuǎn)換輸入輸 出，以磁粉制動器為張力執(zhí)行元件、步進(jìn)電機(jī)為絲速控制系統(tǒng)的執(zhí)行元 件的開環(huán)控制系統(tǒng)；分析了走絲控制系統(tǒng)主要組成元件的工作原理，建 立走絲控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，得出了張力控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。 設(shè)計并制作了走絲系統(tǒng)的機(jī)械裝置，在關(guān)鍵部件研制上，設(shè)計了張 力輪和張力壓緊輪之間的壓緊力自動調(diào)節(jié)裝置，以及收絲輪和收絲壓力 輪的壓緊力調(diào)節(jié)裝置。 設(shè)計并調(diào)試了控制系統(tǒng)的穩(wěn)壓電路、磁粉制動器的驅(qū)動電路，同時 基于v b 6 o 編寫了實時控制程序，實現(xiàn)了走絲系統(tǒng)的自動化控制。 對走絲系統(tǒng)內(nèi)、外進(jìn)行了參數(shù)設(shè)定后，對整個系統(tǒng)調(diào)試。經(jīng)測試， 走絲控制系統(tǒng)能夠進(jìn)行實時控制，證明本方案可行。 關(guān)鍵詞：低速走絲電火花線切割機(jī)床；走絲系統(tǒng)；機(jī)構(gòu)設(shè)計；恒速恒張 力控制。 奎：! ；些查蘭；：蘭翟圭謄竺堡蘭 a b s t r a e t t h i sa r t j c l e m a i n l ya b o u t t h er e s e a r c ho nt h e d e v e l o p m e n t0 ft h e w e d m - l s ，t ow e d m l s ，t h ew i r e f e e ds ys t e mi sv e r yi m p o r t a n t e v e r y p a r to ft h ew i r e f e e d s ys t e mh a sr e f l e e t e d t h el e v e la n dq u a l i t yo ft h e m a c h i n et 0 0 1 t h es p e e do ft h ew i r ea n dt h et e n s i o ni n f l u e n c et h es u r f a c e q u a l i t yo fp r o c e s s i n gw o r kp i e c ed i r e c t l y w i t ht h ed e v e l o p i n go fm i c r oa n d h i g hp r e c i s em a n u f a c t u r e ，m o r er e q u e s t so nt h es t a b i l i t yoft h ew i r e - f e e d i n g s ys t e ma r ec a l l e do n ，t h e r e f o r e ，i th a sr e a l i s t i cm e a n i n g st or e s e a r c ho nt h e w i r e - f e e d i n gs y s t e m t h en e wd e v e l o p m e n t so fw e d m l sa n dw i r e - f e e d i n g s y s t e m f o r w e d m l sa r es t a t e df i r s t l yi nt h i sp a p e ro nb a s i so fal o to fd o m e s t i ca n d o v e r s e a st e c h n i q u el i t e r a t u r eo nw e d m l s a f t e ra n a l y z e da n dr e s e a r c h i n g o nt h ew o r k i n gt h e o r yo fw i r e f e e d i n gd e v i c e ，am e t h o dt oc o n t r o io p e nl o o p t e n s i o nu s i n gm a g n e t i cp o w d e rb r a k ea n dw i r ef e e d i n gs p e e da d o p t i n gs t e p m o t ora r ep u t t e df o r w a r d ；aw i r e - f e e d i n gs y s t e misr e s e a r c h e dw i t hp ca s m a i nc o n t r o l l i n gu n i t ，t h ek i n e t i cc o n t r 0 1c a r do fp c ib u sa n dd ao u t p u t c a r d0fi s ab u sa sc o n v e r t i n gi o ，t h em a g n e t i cp o w d e rb r a k ea sp e r f o r m i n g d e v i c ea n dt h es t e pm o t o ra st h ew i r ef e e d i n gm o t o r ；t h ew o r k i n gt h e o r yo f m a i n p a r t o ft h ew i r e f e e d i n gs y s t e ma r ea n a l y z e d ，am a t hm o d e lo f w i r e - f e e d i n gs y s t e m i ss e t u p a n da s y s t e mt r a n s f o r m i n g f u n c t i o ni s p r e s e n t e d t h em e c h a n i cp a r t0 fw i r e - f e e d i n g s y s t e m i s d e v e l o p e d o nt h e r e s e a r c ho fk e yp a r t s ，t h ed e v i c et o a u t o m a t i c a l l ya d j u s tp r e s s u r eb e t w e e n t h et e n s i o np u l l e ya n dt h et e n s i o np r e ss i n gp u l l e y ，a n dt h ed e v i c et oa d j u s t t h ep r e s s u r eb e t w e e nt h er e c o v e r yp u l l e ya n dt h e p r e s s i n gp u l l e y a r e d e s i g n e d t h ec o n t e n tv o l t a g ec i r c u i ta n dc i r c u i tt od r i v em a g n e t i cp o w d e rb r a k e i i a r ed e s i g n e da n dd e b u g g e d ，ar e a l t i m ec o n t r 0 1s o f t w a r eb a s e do nv b 6 0 h a sb e e nw r i t t e n ，t h ew i r e - f e e d i n gs y s t e mi sc o n t r o l l e da u t o m a t i c a l l yh a v e r e a l i z e d a f t erc o n f i r m i n gt h ei n s i d ea n do u t s i d ep a r a m e t e r so ft h ew i r e - f e e d i n g s y s t e m ，t h eg e n e r a ld e b u g g i n gisc a r r i e d t h r o u g ht e s t i n g ，t h ew i r e - f e e d i n g c o n t r o l l i n gs y s t e mc anc a r r yo nr e a l - t i m ec o n t r 0 1a n dc o n t r 0 1m e t h o di s c o n f i r m e d k e y w o r d ：l o w - s p e e dw e d m ，w i r ef e e d i n gs y s t e m ，m e c h a n i s md es i g n s ， c o n t e n ts p e e da n dt e n s i o nc o n t r o1 i i i 獨創(chuàng)性聲明 獨創(chuàng)性申明 秉承學(xué)校嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)與優(yōu)良的科學(xué)道德，本人聲明所呈交的論文是我個人在 導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果盡我所知，除了文中特別加以 標(biāo)注和致謝的地方外，論文不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，不包含 本人或其他用途使用過的成果與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均 已在論文中作了明確的說明，并表示了謝意 本學(xué)位論文成果是本人在廣東工業(yè)大學(xué)讀書期間在導(dǎo)師的指導(dǎo)下取得的，論 文成果歸廣東工業(yè)大學(xué)所有 申請學(xué)位論文與資料若有不實之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任，特此聲明。 6 1 師簽疊嘶 ，、i 論文作者簽字：皆專、蔓邛 2 0 0 7 年5 月2 0 日 1 1 引言 第一章緒論 1 9 4 3 年，前蘇聯(lián)學(xué)者拉扎連珂夫婦發(fā)明了電火花加工【l 】，2 0 世紀(jì)5 0 年代初傳 入我國，我國開始研究和應(yīng)用電火花加工技術(shù)6 0 年代初期，我國研制成功靠模 仿型電火花線切割加工設(shè)備，能夠切割尺寸小，形狀復(fù)雜、材料特殊的沖模和零 件 經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，電火花加工技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航天、航空、電子、 原子能、計算機(jī)技術(shù)、儀器儀表、電機(jī)電器、精密機(jī)械、汽車拖拉機(jī)、輕工等行 業(yè)。在加工過程中，電極和工件之間不直接接觸，幾乎沒有切削力，因此在加工 高強(qiáng)度、高熔點、高硬度、高脆性、高韌性等難于切削新材料顯示了極強(qiáng)的優(yōu)越 性電火花加工主要分為成型加工和線切割加工。兩者都是利用工具電極與工件 產(chǎn)生火花放電，蝕除工件，不同的是電火花成型加工需要設(shè)計和制造工具電極， 放電加工后，工件被蝕除出與工具電極嚴(yán)格一致的型腔；而電火花線切割是利用 電極絲( 一般為銅絲或鉬i t ) 與工件之間的相對運動，產(chǎn)生火花放電，使工件切割 成型【2 1 。 1 1 1 電火花線切割機(jī)床簡介 電火花線切割機(jī)按電極絲傳送的速度不同分為高速走絲和低速走絲兩種，近 年來，也有在高速和低速的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的中速和高低速復(fù)合走絲機(jī)床以及自 旋式電火花線切割機(jī)床，但由于起步較晚，這些機(jī)床還不普遍p j 一般情況下，我 們把送絲速度高于8 m s 稱為高速線切割機(jī)床( h s w e d m ) ，這是我國主要的機(jī) 種，而低于1 5 m m i n 稱為低速走絲線切割機(jī)床( l s w e d m ) ，這是國外生產(chǎn)的主 要機(jī)種高速走絲線切割機(jī)電極絲采用的是上下循環(huán)輪流送絲方式，電極絲重復(fù) 使用，電極絲導(dǎo)向采用紅寶石導(dǎo)輪，工作時電極絲與導(dǎo)輪高速摩擦而逐漸變細(xì)，進(jìn)而 廣東丁業(yè)大學(xué)t 學(xué)碩十學(xué)位論文 導(dǎo)致電極絲與導(dǎo)輪之間的間隙過大，加之電極絲的傳送速度高引發(fā)電極絲發(fā)生抖 動所以采用高速走絲線切割加工的模具其型面比較租糙，r a 值一般在1 ，5 2 5u m 之間。但由于其走絲速度快，有利于排屑，適合大厚度、大電流切割。低速走 絲線切割機(jī)其導(dǎo)絲嘴采用耐磨的金剛石材料，它與電極絲的配合間隙僅為 o 0 0 1 0 0 0 2 m m ，同時電極絲的傳送為單向輸送不循環(huán)一次性使用，因而低速走絲 線切割不存在電極絲變細(xì)的情況；又由于低速走絲速度相對較慢，電極絲抖動幅極 小【3 】；而且低速走絲線切割的脈沖電源各個參數(shù)調(diào)節(jié)范圍寬；伺服進(jìn)給系統(tǒng)一般 為四軸聯(lián)動甚至為五軸聯(lián)動，能切割錐面，上下異形面，扭轉(zhuǎn)曲面。帶尖角內(nèi)角 過渡曲面，切割過程中要求實時更新伺服進(jìn)給速度，以達(dá)到與工件蝕除速度基本 同步，因此低速走絲機(jī)適用于精密模具和精密機(jī)械零件的加工，所加工的模具型 腔最佳表面粗糙度值低，加工尺寸精度可控制在幾個微米之內(nèi)1 4 l 。 1 2 低速走絲電火花線切割技術(shù)的國內(nèi)外研究概況 1 2 1 國外研究現(xiàn)狀【5 i 國外低速走絲線切割機(jī)床主要的生產(chǎn)廠家有瑞士的阿奇、夏米爾公司，日本 三菱和沙迪克公司，目前他們的產(chǎn)品基本占領(lǐng)了大部分國際市場 ( 1 ) 最大加工效率國外l s w e d m 的最大加工效率停留在3 0 0 m m 2 m i n 已 有多年。國外的脈沖電源都采用無電阻高效節(jié)能型窄脈寬高峰值電流脈沖電源， 這種脈沖電源低能耗，低損耗，加工精度高，表面質(zhì)量好。最大加工效率依賴于 窄脈寬高峰值電流脈沖電源的開發(fā)，國外在窄脈寬的情況下，其最大峰值電流 ；1 2 0 0 a ，高峰值電流與其它條件配合( 各種控制方式、供液條件、復(fù)合電極絲 等) ，可使最大加工效率達(dá)到4 0 0 5 0 0 t a r a 2 r a i n 。例如，瑞士阿奇公司的a g i e c u t p r o g e s s 機(jī)床采用數(shù)字化的i p g 智能電源，用0 0 3 3 m m 的電極絲，其最大加工效 率可達(dá)5 0 0 r a m 2 r a i n 以上；日本三菱電機(jī)公司的f a v 機(jī)床，采用m o 3 6 m m 的電極絲， 加工效率也可達(dá)到5 0 0 m m 2 m i n ：日本沙迪克公司開發(fā)的l q 3 3 w 新電源，在a q 3 2 5 l 機(jī)床上，用心o 3 0 r a m 的復(fù)合電極絲，加工效率可達(dá)4 0 0 r a m 2 r a i n 等等?？傊瑖?目前最大加工效率在4 0 0 5 0 0 m m 2 m i n ，又有了新進(jìn)展目前最有價值的最大加工 2 第一章緒論 效率要數(shù)瑞士阿奇公司的a g i ec u tp r o g e s s 機(jī)床，該機(jī)床開發(fā)的電源使用標(biāo)準(zhǔn) 電極絲在加工效率達(dá)到3 5 0 5 0 0m m 2 m i n 的情況下，r a 可達(dá)到0 8 t t m ，這種高效粗 加工，對于最終實現(xiàn)精密加工的多次切割來說，可節(jié)省約5 0 的加工時間，減少 約4 0 的濾芯消耗，4 0 的樹脂消耗，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益 ( 2 ) 變截面加工效率 日本三菱公司的f a 系列機(jī)床采用了加工電源控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由工件厚度檢 測器、加工狀態(tài)檢測器和脈沖能量輸出控制器等部分組成，以適應(yīng)加工截面的變 化，尤其適合臺階形、中空形、薄形等零件加工，能有效防止斷絲，提高加工效 率最大能晟控制專家系統(tǒng)只要輸入電極絲直徑和類型、工件材料即可自動進(jìn)行 最佳加工。根據(jù)加工過程中不同的加工厚度自動增減加工能量，以保持最高加工 效率。應(yīng)用這種專家系統(tǒng)效率一般能提高3 0 左右 ( 3 ) l s w e d m 加工表面質(zhì)量的新突破 l s w e d m 的加工表面質(zhì)量是影響l s w e d m 發(fā)展的關(guān)鍵，也就是l s w e d m 能否 直接進(jìn)入精密加工領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。加工表面質(zhì)量除表面粗糙度和幾何形貌( 尺 寸精度) 外，在l s w e d m 中還應(yīng)包括二個方面：一是l s w e d m 加工表層的化學(xué)、 物理、力學(xué)性能，主要包括表層金相組織、表層的顯微硬度、殘余應(yīng)力及宏觀和 微觀裂紋等，即所謂表面“變質(zhì)層”；二是由于l s w e d m 采用水質(zhì)工作液，在脈沖 電源的作用下產(chǎn)生的電化學(xué)反應(yīng)在工件表面形成的表面“軟化層”，也稱表面“變質(zhì) 層”這二個方面的“變質(zhì)層”直接影響模具壽命和性能( 耐磨性、酎腐蝕性、疲勞 強(qiáng)度) 等。隨著l s w e d m 的發(fā)展，表面質(zhì)量的改善有了新的突破，其技術(shù)進(jìn)步主 要體現(xiàn)在以下二個方面。 優(yōu)化放電能量的新型電源 電火花加工時，金屬材料蝕除分為熔化和氣化二種，寬脈寬( 放電時間長) 易造成熔化放電加工，使加工表面形貌變差、“變質(zhì)層”加厚、內(nèi)應(yīng)力加大，易產(chǎn) 生裂紋；而當(dāng)脈寬小到一定值時，易成為氣化放電加工，氣化放電加工變質(zhì)層很 小，內(nèi)應(yīng)力也減小，并可避免表面裂紋的產(chǎn)生，改善了表面質(zhì)量因此為了保持 相同的加工效率，在放電能量相同的原則下，采取壓縮放電時間和增大峰值電流 的方法，這種優(yōu)化脈沖能量的方法，使表面質(zhì)量得到很大改善 防電解( a e ) 脈沖電源 優(yōu)化放電能量只能改善一個方面的表面質(zhì)量，如表面粗糙度、形貌、內(nèi)應(yīng)力、 廣東i j 業(yè)大學(xué) ：學(xué)碩十學(xué)位論文 裂紋等等。不過l s w e d m 采用水質(zhì)工作液，雖然采用的是“去離子”水，但還存 在一定數(shù)量離子，在脈沖電源的作用下產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)工件接正極時，在電 場的作用下，氫氧根負(fù)離子( o h ) 會在工件上不斷沉積，使鐵、鋁、銅、鋅、 鈦、碳化鎢等材料氧化、腐蝕，造成所謂的“軟化層”。在使用硬質(zhì)合金工件時， 硬質(zhì)合金中的結(jié)合劑鈷成為離子狀態(tài)溶解在水中，同樣形成“軟化層”。 開發(fā)的a e 脈沖電源。一系列的生產(chǎn)實踐證明是控制工件表面電化學(xué)反應(yīng)最有 效的方法。a e 電源是其交變脈沖使平均電壓為零的脈沖電源，由于交變脈沖使o h 離子在工作液中處于振蕩狀態(tài)。不趨向于工件及電極絲，這樣可防止工件表面的 銹蝕氧化，硬質(zhì)合金的鈷結(jié)合劑也不會流失，與優(yōu)化放電能量配合，可使表面“變 質(zhì)層”控制在1 m 以下，這樣l s w e d m 加工的硬質(zhì)合金模具壽命可達(dá)到機(jī)械磨削的 水平。 ( 4 ) 機(jī)床結(jié)構(gòu) 典型的精密機(jī)床結(jié)構(gòu)要數(shù)瑞士阿奇公司的a g i ec u tv e r t e x 機(jī)床。該機(jī)床采 用了類似三坐標(biāo)測量機(jī)的三點吸振支撐結(jié)構(gòu)，各軸的運動不影響其它軸的精度； 各運動軸采用直線光柵尺與編碼器雙測量反饋伺服系統(tǒng)，其位置檢測控制精度達(dá) 到o 1 t t m 。機(jī)床上所有的發(fā)熱源都安裝了溫度傳感器，具有循環(huán)氣冷、水冷或熱 隔離結(jié)構(gòu)，消除了溫升對機(jī)床精度的影響。機(jī)床不但熱容量大，而且剛性好，因 此載荷的變化對機(jī)床精度影響極小。機(jī)床的x 、y 、u 、v 軸的平均定位精度允差 p a 為o 8 t t m ，平均重復(fù)定位精度允差p s 為o 4 t t m 該機(jī)床具有雙絲自動交換系統(tǒng)， 最細(xì)電極絲為0 0 0 2 r a m ，可進(jìn)行精確自動穿絲，穿絲孔的直徑只需比電極絲大5 t t m 即可。為了滿足0 0 0 2 r a m 電極絲的精密切割加工，機(jī)床上設(shè)置了兩個電極絲探測 器檢測絲的運行狀態(tài)，以精確控制絲的張力、吸收振動和隔絕外界干擾等。機(jī)床 還能自動調(diào)整上下導(dǎo)向器的偏移量來自動補(bǔ)償加工中電極絲上下?lián)p耗不同，以及 沖液造成的垂直度偏差。該機(jī)床還推出了錐度切割新功能，有效地提高錐度切割 精度等等。日本s o d i e k 公司在電火花線切割機(jī)床的伺服系統(tǒng)上使用直線馬達(dá)驅(qū)動， 使精加工脈沖的利用率大幅度提高。直線運動的導(dǎo)向也采用了與直線電機(jī)高響應(yīng) 速度相適應(yīng)的滾動導(dǎo)軌，這些措施的綜合使用。實現(xiàn)了機(jī)床的精密控制和長期的精 度保持性。 ( 5 ) 細(xì)絲切割加工技術(shù) 細(xì)絲切割屬于精密加工技術(shù)過去的細(xì)絲切割絲直徑為m o 0 5 r a m ，現(xiàn)在已 4 第一章緒論 達(dá)到0 0 0 2 r a m 細(xì)絲切割加工中的自動穿絲功能十分重要，目前已能對o o 0 2 m m 的細(xì)絲進(jìn)行自動穿絲在沖壓模加工中。細(xì)絲用于內(nèi)清角加工，用o o 0 2 m m 的 細(xì)絲，可加工出內(nèi)角半徑為1 5 t i m 的內(nèi)清角。在i c 行業(yè)中，集成電路框架模的 細(xì)絲切割加工，有其重要的應(yīng)用價值目前集成電路引線腳已多達(dá)l o o 根以上。 其引線的線腳間距很小，模具材料一般為硬質(zhì)合金，所以適合細(xì)絲加工其它如 微型接插件，微型馬達(dá)鐵芯、微型齒輪等模具加工 另外，瑞士阿奇公司已將數(shù)據(jù)通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到線切割加工，遠(yuǎn)程計算 機(jī)可以通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)登陸到本地機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)，實現(xiàn)各種文件傳輸并能實際 操作機(jī)床，實行遠(yuǎn)程切割加工 1 2 2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國低速走絲線切割機(jī)床的研制與生產(chǎn)都比較晚，直到2 0 世紀(jì)8 0 年代才開一 始，生產(chǎn)廠家很少，代表性的廠家是蘇州三光科技有限公司、北京阿奇夏米爾工 業(yè)電子有限公司、蘇州電加工機(jī)床研究所、漢川機(jī)床股份有限公司等 蘇州三光科技有限公司，在機(jī)床本體部分，采用工作臺固定而立柱移動的形 式，由于伺服電機(jī)的負(fù)荷變成了恒定負(fù)載，提高了運行的定位精度。運絲系統(tǒng)由 日本進(jìn)口的伺服馬達(dá)、磁粉離合器、收絲馬達(dá)等組成，可準(zhǔn)確地調(diào)整因微小抖動 而帶來的走絲系統(tǒng)的不穩(wěn)定，保證走絲系統(tǒng)的平穩(wěn)送絲部分用的是日本進(jìn)口反 向可逆電機(jī)，防止在正常加工狀態(tài)下由于突然斷絲而帶來的電極絲纏繞。收絲系 統(tǒng)采用導(dǎo)管式收絲結(jié)構(gòu)，穿絲時通過高壓液體的快速流動導(dǎo)引電極線方便、快速 地完成穿絲工作，可靠性高，長期使用無磨損上下噴嘴本體采用大理石和陶瓷 件固定，消除熱變形同時可有效防止由于操作員粗心撞壞線架而帶來的重大損失， 僅僅更換下臂頭部即可恢復(fù)。導(dǎo)向部分采用金剛石導(dǎo)向器，保證了加工精度及耐 磨性通過上、下同軸式噴流結(jié)構(gòu)，改善了排屑及冷卻的效果，獲得極高的加工 效率伺服系統(tǒng)由進(jìn)口高精度直線光柵尺和進(jìn)口交流伺服電機(jī)構(gòu)成，采用基于 c p l d 的全閉環(huán)控制技術(shù)，直接檢測導(dǎo)軌的實際位移量，通過反饋系統(tǒng)對機(jī)床進(jìn)行 動態(tài)螺距補(bǔ)償。使機(jī)床運動精度更高且持久不變立柱部分采用中心負(fù)重的形式， 形成左右對稱的結(jié)構(gòu)，將熱變形對機(jī)床精度影響降到最小，并便于工件的安裝和 輔助操作1 6 1 。 廣東i ：業(yè)大學(xué)1 i 學(xué)碩+ 學(xué)位論文 北京阿奇工業(yè)電子有限公司生產(chǎn)的低速走絲線切割機(jī)床主機(jī)剛性強(qiáng)，熱穩(wěn)定 性好，自動沖液采用變頻控制，切割效率高。它所生產(chǎn)的c a 2 0 浸水式精密數(shù)控慢 走絲線切割機(jī)床，最佳表面粗糙度r a i 一，這時磁粉制動器的輸出轉(zhuǎn)矩不 再隨著激勵電流的增大而線性增大，這是因為激勵電流飽和而形成飽和區(qū)，當(dāng)激 勵電流下降時，轉(zhuǎn)矩不是沿著原始曲線下降，而是沿著另一條略高于原始曲線的 1 7 廣東工業(yè)大學(xué)t 學(xué)碩+ 學(xué)位論文 曲線下降，這是因為導(dǎo)磁材料有剩磁和磁滯特性。 2 5 2 滑差工作特性 當(dāng)激勵電流保持不變時，轉(zhuǎn)矩將會穩(wěn)定的傳達(dá)( 如圖2 4 ) 。不會受滑差速 度( 主動組件與從動組件之間的差速) 所影響。這就是磁粉制動器的恒轉(zhuǎn)矩特性。 磁粉制動器在滑差工作時，扭矩的傳遞主要是靠磁粉之間的摩擦力轉(zhuǎn)化的剪切 力。也就是說，磁粉制動器的靜摩擦轉(zhuǎn)矩與動摩擦轉(zhuǎn)矩?zé)o分別，因此可穩(wěn)定地傳 達(dá)恒定的轉(zhuǎn)矩此特性用在張力控制上，用戶只需調(diào)整激勵電流便能準(zhǔn)確地控制 傳達(dá)的轉(zhuǎn)矩，從而有效地控制卷料的張力。 滑差工作狀態(tài)是磁粉制動器應(yīng)用得最多的工作狀態(tài)，此外，磁粉制動器還有 兩種工作狀態(tài)，即“同步”工作狀態(tài)和“全滑差”工作狀態(tài)。 2 5 3 動作特性 2 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 01 2 0 0 泔差速度v m p 激磁電漉( 1 0 0 ) 激磁電流( ) 激磁電流( 6 魄) 激磁電流( 4 幃) 激磁電流( 2 脯) 圖2 4 力矩一一滑差速度曲線 f i g2 4t h ec u f v eo ft o r q u e - - s l i ps p e e d 磁粉制動器的動作特性主要是指勵磁線圈加階躍電壓之后的激勵電流以及 轉(zhuǎn)矩等的過渡過程。圖2 5 是磁粉制動器的動作特性圖。磁粉制動器的激勵電流 的過渡過程是由于激磁回路中存在著線圈電阻，電源的內(nèi)阻以及線圈本身的電感 量。當(dāng)磁粉線圈加一階躍的電壓之后，由于本身電感的存在，激勵電流不可能一 下子發(fā)生突變，所以有一個逐漸增大的過程。電流增大越快，制動器的快速性就 加 o 薹|田霹 蘭三主彗蘭! 蟄士堅耋圣鑒主墊至蠶竺 越好激勵電流根據(jù)由激勵線圈電感量l 和電阻r 共同決定時間t ( t = l r ) ，按 指數(shù)函數(shù)上升，與滑差轉(zhuǎn)速無關(guān)轉(zhuǎn)矩的過渡過程雖然在電流建立初始階段，由 于漏磁以及靜特性的非靈敏區(qū)的影響，有一小段時間基本不動作，但是其后就隨 著電流、磁通的增長也近似按指數(shù)規(guī)律增長 ， i 室薯囊矗 l 衛(wèi)猷疊m ，r 刪 m 刁曲幢。 一 k f 羊鬯， 耐一 計t 呷螽 一 ”一 l 時- _ 拉嘲一t 蠢曩譬舛 圖2 5 磁粉制動器的動作特性曲線 f i g2 5p e r f o r m a n c ec h a r a c t e r i s t i cc u r v e 此特性配合制動器熱容量大的特點，對緩沖停止、高速停止具有較為理想的 特性t 特別是要求快速制動時，可通過在激勵線圈上串聯(lián)電阻，以減少時間常數(shù)， 或者只在扭矩時間常數(shù)的時問內(nèi)施加額定電壓的2 3 倍電壓進(jìn)行過激勵，可加速 扭矩的啟動。 2 6 磁粉離合器和制動器的選用 選定磁粉離合器制動器時，需計算所使用的扭矩、轉(zhuǎn)速和滑差功率( 發(fā)熱量) ， 并確認(rèn)所有指標(biāo)都在允許值范圍內(nèi) ( 1 ) 扭矩 需計算使用扭矩的最大值、最小值，并確認(rèn)計算值是否在可控制的范圍內(nèi)。 磁粉離合器制動器的扭矩可控制范圍在額定扭矩到產(chǎn)品窆轉(zhuǎn)扭矩的范圍之間 ( 額定扭矩的1 0 1 0 0 ) ( 2 ) 轉(zhuǎn)速 最高轉(zhuǎn)速無論是磁粉離合器還是制動器都需要控制在允許轉(zhuǎn)速以下此外， 1 9 廣東工業(yè)大學(xué)1 = 學(xué)碩十學(xué)位論文 磁粉制動器的最低轉(zhuǎn)速一般要控制在1 5 r r a i n 以上，磁粉離合器其輸入和輸出轉(zhuǎn) 速之差也需要設(shè)置在1 5 r r a i n 以上( 即無論磁粉離合器還是磁粉制動器滑差轉(zhuǎn)速 都需要在1 5 r r a i n 以上) ?；钷D(zhuǎn)速較低，會使內(nèi)部磁粉分布惡化，導(dǎo)致無法得 到穩(wěn)定的扭矩性能，或者會延長啟動后達(dá)到規(guī)定扭矩所需的時間。 ( 3 ) 滑差功率( 發(fā)熱量) 由于磁粉離合器制動器通常是在連續(xù)滑差狀態(tài)下使用，受滑差熱影響，磁粉 離合器制動器的溫度會上升。溫度上升值受使用零部件耐熱溫度的限制，因此 一般廠家都根據(jù)不同機(jī)型規(guī)定了允許連續(xù)滑差功率( 發(fā)熱量的允許值) 即，在 該允許值范圍內(nèi)運行時，可以在長時間穩(wěn)定的狀態(tài)下使用磁粉離合器制動器。 相反，超過該允許連續(xù)滑差功率使用，會導(dǎo)致磁粉離合器制動器損壞 滑差功率( 發(fā)熱量) p ( w ) 計算公式： p = 三竺r m ( w ) ( 2 2 ) 6 0 式中，t ：扭矩( n m ) ； n r ：磁粉離合器制動器的滑差轉(zhuǎn)速( r r a i n ) 。 當(dāng)用于間歇工作狀態(tài)下，且每次動作的滑差功率為已知時，可按下式換算成 平均滑差功率來選擇： p 劃肇凈( 2 _ 3 ) 式中p ：磁粉制動器額定功率 p ，：t i 時間內(nèi)的滑差功率，w ； 2 , t 2 時間內(nèi)的滑差功率，w ； 孔 動作周期。 2 7 本章小結(jié) 本章詳細(xì)闡述了電火花線切割加工的基本原理和特點以及張力執(zhí)行元件磁 粉制動器的結(jié)構(gòu)原理和特性，在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了電火花加工工藝及其影響 加工工藝的因素和磁粉制動器的選用方法。 第四章裝各軟硬件設(shè)計 第三章裝置的方案設(shè)計 走絲系統(tǒng)是低速走絲電火花線切割機(jī)床的重要組成部分，加工時，走絲系統(tǒng) 即要保證電極絲運行過程中不發(fā)生振動和斷絲，還要保證穿絲快捷，滿足高效生 產(chǎn)的要求。 3 1 走絲系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 低速走絲電火花線切割加工機(jī)床走絲系統(tǒng)的要求主要有： l 走絲系統(tǒng)工作穩(wěn)定需要從走絲機(jī)構(gòu)的設(shè)計、張力的精確控制等方面盡量 避免電極絲運動中的不穩(wěn)定現(xiàn)象。 2 張力控制精確張力的精確控制包括兩個方面：一個是張力大小的精確控 制；一個是張力分布的均勻性。一般要求電極絲的張力應(yīng)該控銅在2 2 0 n ，張力 太大容易斷絲，太小影響加工精度。 3 走絲機(jī)構(gòu)的高可靠性?？煽啃灾饕轻槍ψ呓z機(jī)構(gòu)各部件的使用壽命而 言，低速走絲電火花線切割加工走絲機(jī)構(gòu)各部件無論尺寸精度還是裝配精度都有 很高的要求，因此對工作環(huán)境、操作過程以及維護(hù)都有許多嚴(yán)格的要求，否則會 減少走絲系統(tǒng)的使用壽命，或降低走絲系統(tǒng)工作的可靠性 4 穿絲方便可靠要求走絲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，穿絲方便 總的來講，走絲系統(tǒng)應(yīng)使電極絲在加工區(qū)能精確定位，能保證恒定張力，能 恒速運行，能夠自動穿絲 裝置控制系統(tǒng)主要對電極絲運行速度和張力的穩(wěn)定性進(jìn)行控制。在低速走絲 線切割時，電極絲的走絲速度直接影響著加工工件的形狀和精度絲速較慢，絲 用量減少，成本降低，但容易斷絲，切割速度下降，工件直線度差；絲速較快， 絲的使用量增加，成本增加速度輪電機(jī)決定了電極絲運行速度的穩(wěn)定性，因此 需要對速度輪電機(jī)進(jìn)行恒速控制：在加工過程中，電極絲受到放電作用力、電磁 力、靜電引力以及摩擦力等的影響，張力會有波動，影響加工精度，因此需要對 電極絲進(jìn)行恒張力控制。 2 l 廣東工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩七學(xué)位論文 在結(jié)合實際情況的基礎(chǔ)上，通過對低速走絲電火花線切割加工特點的分析， 設(shè)計并制作了一套走絲系統(tǒng)，如圖3 1 所示： 圖3 1 裝置總體圖 f i g3 it h ed i a g r a mo fw i r e - f e e d i n gs y s t e m 該裝備主要分為機(jī)械本體和電氣兩大部分，機(jī)械本體部分主要有：放絲機(jī)構(gòu)， 張力輪機(jī)構(gòu)、導(dǎo)絲部分、收絲輪機(jī)構(gòu)以及一些輔助裝置部分：電氣部分包括核心 控制系統(tǒng)、恒張力走絲控制電路等，如圖3 2 所示： 裝置總體設(shè)計 機(jī)械部分 電氣部分 【 放絲機(jī)構(gòu) 張力輪機(jī)構(gòu) 導(dǎo)絲部分 收絲輪部分 l 輔助裝置 核心控制部分 走絲控制電路 圖3 2 裝置各部分組成 f i g3 2c o m p o n e n t so fs e t u p 走絲系統(tǒng)的工作過程：電極絲從儲絲簡被抽出，經(jīng)導(dǎo)向輪部分牽入張力輪 機(jī)構(gòu)，形成張力，再經(jīng)由上下導(dǎo)絲嘴，最后的廢絲經(jīng)收絲輪拉出到廢絲處理機(jī) 構(gòu) 第四章裝備軟硬件設(shè)計 3 2 低速走絲線切割機(jī)床張力裝置及種類 低速走絲線切割加工中，走絲系統(tǒng)的控制方法可分為直接張力控制和間接 張力控制，前者是用張力傳感器等張力元件直接測出絲的張力，并作為張力反 饋元件，構(gòu)成閉環(huán)控制，后者是用間接的方式測出張力，通過對張力模型進(jìn)行 靜態(tài)和動態(tài)的分析，找出張力變化的因素，然后通過對這些因素進(jìn)行控制，間 接實現(xiàn)系統(tǒng)的恒張力控制 低速走絲線切割機(jī)床的電極絲張緊加載常見有以下幾種【2 l ； ( 1 ) 磁粉制動器加載式 當(dāng)電極絲由硬特性的系統(tǒng)拖動勻速走絲時，一個磁粉制動器在后面加載， 將電極絲繃緊，達(dá)到要求的張力 2 6 1 激磁電流和傳遞轉(zhuǎn)矩基本成線性關(guān)系，通 過改變激磁電流的大小可以任意調(diào)節(jié)和控制轉(zhuǎn)矩的大小。磁粉制動器具有響應(yīng)速 度快、價格相對便宜、結(jié)構(gòu)簡單、無沖擊、無振動、無噪音、無污染、控制簡單 等優(yōu)點( 如圖3 3 ) 。 圖3 3 磁粉制動器加載式簡圖 f i g3 3d i a g r a mo fm a g n e t i cp a r t i c l ed e t e n tl o a dm a n n e r 圖中：1 絲筒2 、3 、導(dǎo)絲輪4 張力輪5 磁粉制動器6 張力檢測輪7 上 導(dǎo)絲嘴8 加工件9 下導(dǎo)絲嘴1 0 拉絲輪 ( 2 ) 雙機(jī)轉(zhuǎn)速差加載式。 圖3 4 為雙電機(jī)轉(zhuǎn)速差式恒張力走絲系統(tǒng)原理示意圖采用兩個調(diào)速電機(jī)， 分別聯(lián)接在放絲輪和拉絲輪上，利用兩個電機(jī)微弱的速度差來形成張力，放絲電 機(jī)速度較慢，即每轉(zhuǎn)少放出電極絲的長度等于該張力下相當(dāng)于張力輪周長的電極 廣東工業(yè)大學(xué)t 學(xué)碩士學(xué)位論文 絲的伸長量。這個速度差與電極絲的材質(zhì)、直徑和電極絲要求的張力有關(guān)，所以 在走絲過程中加了一個張力傳感器，當(dāng)加工過程中出現(xiàn)張力跳動時，安裝在走絲 3 4 雙機(jī)轉(zhuǎn)速差式恒張力走絲系統(tǒng)原理圖 f i g3 4s c h e m a t i cd i a g r a mo f d o u b l em o t o r sr o t a t i o n a ls p e e dd i f f e r e n c et y p e c o n s t a n tt e n s i o nw i n d i n gs y s t e m 機(jī)構(gòu)中的張力傳感器就會檢測出來，把信號傳給走絲控制電路，由走絲控制電路 來控制電機(jī)1 和電機(jī)2 的轉(zhuǎn)速，從而控制電極絲的移動速度和張力大小，實現(xiàn)電極 絲的恒張力控制。 ( 3 ) 電機(jī)加載式 永磁式直流電機(jī)是一種能夠長期處于啟動( 堵轉(zhuǎn)) 狀態(tài)下工作得控制電極， 是由伺服電動機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)結(jié)合起來而成的特殊電機(jī)。其工作原理和直流電機(jī) 相同。利用力矩電機(jī)具有能長期工作在堵轉(zhuǎn)狀態(tài)的性能?？捎啥罗D(zhuǎn)力矩提供卷繞 材料張力，通過控制堵轉(zhuǎn)力矩大小來控制張力。在結(jié)構(gòu)上，直流力矩電機(jī)為了能 在相同的體積和電樞電壓下產(chǎn)生較大的力矩和較低的轉(zhuǎn)速，一般都做成扁平形。 定子是由軟磁性材料做成的帶槽的圓環(huán)，槽中鑲?cè)胗谰么配撟鳛橹鞔艌鲈础＾D(zhuǎn)子 鐵心由導(dǎo)磁沖片疊壓而成，槽中防治電樞繞組，槽楔由銅板做成，兩端伸出槽外， 一段用于電樞繞組接線，另一端兼作換向片，電刷裝在電刷架上。 與其他張力執(zhí)行元件相比，直流力矩電機(jī)的主要特點是： 反應(yīng)速度快，直流力矩電動機(jī)的機(jī)電時間常數(shù)小，約十幾毫秒至幾十毫 秒； 能在堵轉(zhuǎn)和低速下運行，堵轉(zhuǎn)情況下能產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)矩而不損傷： 機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好； 可以不經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動負(fù)載，從而避免了傳動誤差，提高可傳動 第四章裝備軟硬件設(shè)計 精度 低速走絲電火花線切割在加工是以半柔性的極細(xì)金屬絲作為工具電極，并通 過電極與工件之間的脈沖放電作用來進(jìn)行加工的，電極絲在加工區(qū)受放電力、電 磁力等作用，會沿加工進(jìn)給的反方向彎曲并產(chǎn)生一定的繞度。如圖3 5 所示，如 電極絲張力不恒定，則加工過程中繞度值是變化的且繞度值的變化將隨張力的 減小而增大。這種絲的彎曲偏移隨 著走絲時張力的變化而飄動，造成 加工尺寸誤差和切割表面凸凹不 平同時由于機(jī)床制造和安裝精度 等問題，也會使得電極絲運行時張 力不均勻，產(chǎn)生振動研究表明， 電極絲的張力對工件的質(zhì)量和切 割速度影響很大，在其它條件不變 的情況下，張力越大，加工表面質(zhì)量 就越好。分析其原因，一方面是增大 圖3 5 電極絲的實際位置 f i g3 5t h er e a lp o s i t i o no f w i r e 電極絲的張力可減小動態(tài)電極絲的繞度值另一方面，增大張力可提高電極絲的 固有頻率，避開走絲系統(tǒng)其它部件的振動頻率，防止共振，減少電極絲橫向和縱 向振幅。 因此，走絲控制系統(tǒng)要求在運動中能有效控制電極絲的張力，保持張力始終 恒定，本裝備張力控制采用響應(yīng)速度快、價格便宜、結(jié)構(gòu)簡單、無沖擊、無振動、 無噪音、無污染、控制簡單磁粉制動器加載式 3 3 控制系統(tǒng)方案 低速走絲線切割機(jī)床因為精密加工的要求，要求走絲控制系統(tǒng)應(yīng)具備精度 高、反應(yīng)靈敏等特點本裝備速度控制方案是步進(jìn)電作為走絲電機(jī)，開環(huán)控制的 方式：恒張力控制采用磁粉制動器加載式控制系統(tǒng)的整體方框圖如圖3 6 示。 本裝備控制系統(tǒng)以計算機(jī)為主控單元；運動控制卡d m c l 0 0 0 控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動 器輸出脈沖，從而控制步進(jìn)電機(jī)的運動；d a 轉(zhuǎn)換器輸出模擬電壓信號控制磁粉 制動器的驅(qū)動電路電壓的變化，實現(xiàn)恒張力的控制；采用v b 6 0 作為軟件的開發(fā) 廣東工業(yè)大學(xué)t 學(xué)碩十學(xué)位論文 工具，開發(fā)配合加工的控制軟件。 由圖可以本控制系統(tǒng)的主要組成部分有： ( 1 ) p c 機(jī)； ( 2 )運動控制卡 ( 3 )步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器 ( 4 )d ，a 輸出卡 ( 5 )磁粉制動器 3 6 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 f i g3 6t h ef r a m eo fc o n t r o ls y s t e m 磁粉制動器的結(jié)構(gòu)、原理以及它的特性在第二章已做介紹，下面對控制系 統(tǒng)的其它主要組成部分作一個簡單的介紹，并說明其主要的選擇原則 3 3 1 控制系統(tǒng)主控單元的選擇 控制系統(tǒng)的性能如何、是否實用、能否有擴(kuò)展的可能，很大程度取決于主 要控制單元的選擇。所以選擇適當(dāng)?shù)目刂茊卧情_發(fā)控制系統(tǒng)的第一步?？梢宰?為控制單元的主要有單片機(jī)、d s p 、和工控機(jī)，這幾種方式各有優(yōu)缺點 2 v 1 第四章裝備軟硬件設(shè)計 單片機(jī)較易實現(xiàn)數(shù)字控制，成本低、尺寸小。結(jié)構(gòu)易布置但開發(fā)周期相對 較長，且對于一些比較復(fù)雜的控制，計算量往往很大，直接影響控制精度，一般 用于下位機(jī)和小型控制l 同時單片機(jī)易受外界的干擾，以及強(qiáng)電、磁場、電脈沖 工作環(huán)境的影響 d s p 是一種獨特的微處理器，它適合用于數(shù)字信號的處理，強(qiáng)調(diào)運算處理 的實時性，具有精確、可靠性好、體積小，功耗低等優(yōu)點但其硬件研發(fā)成本高、 開發(fā)周期長、延續(xù)性差、對用戶軟硬件能力要求高等缺點基于p c 機(jī)構(gòu)建的控 制平臺恰恰能滿足這一要求其強(qiáng)大的數(shù)值運算于實時處理能力。為走絲控制系 統(tǒng)性能的提高提供了可靠的保障，使用p c 機(jī)的控制平臺主要優(yōu)點是【2 ； l o 友好界面，p c 平臺控制系統(tǒng)受到機(jī)器操作員的普遍歡迎與單片機(jī)和 p l c 方案的界面相比，p c 機(jī)( 顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)，通訊端口、硬盤，軟驅(qū)等) 具有無可比擬的輸入輸出能力 2 0 功能強(qiáng)大，由于p c 機(jī)的強(qiáng)大功能控制卡的先進(jìn)技術(shù)，基于p c 機(jī)的運動 控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)和p l c 系統(tǒng)所無法應(yīng)付的無數(shù)高級功能 3 0 開發(fā)便利，用戶可使用v b 、v c 、c + + b u i d c r 等高級編程語言，快速開 發(fā)人機(jī)界面、調(diào)用成熟可靠的運動函數(shù)，在幾天或幾周時間內(nèi)完成強(qiáng)大控制軟件 的開發(fā)。修改和添加功能十分便利，而且開發(fā)好的軟件極易移植到類似的機(jī)器中。 4 0 成本優(yōu)勢，由于p c 機(jī)成本持續(xù)下跌且一般控制卡具有很高的性價比， 使得由此構(gòu)成的基于p c 機(jī)和控制卡的控制系統(tǒng)在大多數(shù)運動控制場合中具有 良好的綜合成本優(yōu)勢當(dāng)然，p c 機(jī)平臺在體積、抗環(huán)境干擾地穩(wěn)定性上，相 對單片機(jī)和d s p 平臺有一定的劣勢。但是就研究階段作為控制器實驗平臺而 言，是很好的選擇。 3 3 2 運動控制卡 運動控制卡是一種安裝在p c 機(jī)中專門用于電機(jī)控制的板卡，它與p c 機(jī)構(gòu)成主 從式控制結(jié)構(gòu)：p c 機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)界面的管理和其它管理工作( 如鍵盤和鼠標(biāo)的輸 入、圖形顯示、網(wǎng)絡(luò)通訊等) ；而控制卡負(fù)責(zé)運動控制方面的所有細(xì)節(jié)( 如升降 速處理、脈沖輸出、直線圓弧插補(bǔ)等) 控制卡原理結(jié)構(gòu)見圖3 7 本控制系統(tǒng)運動控制卡采用深圳雷賽d m c l 0 0 0 型運動控制卡，走絲系統(tǒng)所 廣東丁業(yè)大學(xué)【= 學(xué)碩士學(xué)位論文 有的運動控制，都是以該卡作為基礎(chǔ)進(jìn)行開發(fā)的。該卡直接連接到計算機(jī)的p c i 總線上，通過配套的6 8 針電纜線和接線板連接到電機(jī)驅(qū)動器，能同時控制l 一4 軸運動，輸出脈沖范圍為l 4 0 0 k p p s ，能實現(xiàn)圓弧和直線插補(bǔ)，可編程中斷源， 多軸 圖3 7 運動控制卡結(jié)構(gòu)原理圖 f i 9 3 7s c h e m a t i cd i a g r a mo fk i n e t i cc o n t r o la p p a r a t u s 同時起停，運動中可實時變速，高集成、高可靠性等優(yōu)點，能夠滿足本裝備的運 動控制要求該卡的驅(qū)動程序中配有函數(shù)庫模塊，在v b 編程中，只要添加該模 塊，即可在其內(nèi)部函數(shù)庫中調(diào)用函數(shù)，在相關(guān)的函數(shù)中輸入?yún)?shù)，如驅(qū)動軸號、 起動速度、加速時間、驅(qū)動速度、加速模式( 梯形加速或s 形加速) 、運動模式 等，即可實現(xiàn)各軸不同運動控制 3 3 3 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的是一種控制用的特種電 機(jī)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度( 稱為“步距角”) 一步一步運行的，其特點是只有 周期性的誤差而沒有積累誤差，所以廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。其運行由步進(jìn)電 機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動，驅(qū)動器把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，控 制系統(tǒng)每發(fā)出一個脈沖信號，通過驅(qū)動器就能夠使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個步距角，因 而可以通過控制脈沖信號的個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同 時還可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，達(dá)到調(diào)速的目的。 因而在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈 第四章裝備軟硬件設(shè)計 沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距 角。使用、控制步進(jìn)電機(jī)必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框 圖如圖3 8 所示【2 9 卜1 3 0 i i 圖3 8 步進(jìn)電機(jī)控制方框圖 f i 9 3 8t h ef r a m eo fc o n t r o l l i n gs t e pm o t o r 與伺服電機(jī)相比。步進(jìn)電機(jī)的控制精度較低。在高速驅(qū)動時力矩下降，起 點速度過高時容易丟步，在本演示裝備中，起動、驅(qū)動速度低，所需力矩也不 大，所以步迸電機(jī)所具有的缺點不突出，且其價格便宜 本裝備選用的是日本東方u p k 5 9 6 一n a 型步進(jìn)電機(jī)，它的保持轉(zhuǎn)矩是 2 i n m ，驅(qū)動器為u d k 一5 1 1 4 n ，它具有半步細(xì)分功能，最少輸出步距是o 3 6 度 3 3 4d a 模塊 d a 轉(zhuǎn)換器就是將離散的數(shù)字編碼信號轉(zhuǎn)化為連續(xù)的模擬信號的裝置。目前 常見的d a 模塊中，有權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)d a 、倒梯形電阻網(wǎng)絡(luò)d a 、權(quán)電流型d a 、權(quán) 電容網(wǎng)絡(luò)d a 轉(zhuǎn)換器以及開關(guān)樹型d a 等幾種類型【3 1 1 此外，在d a 模塊數(shù)字量 的輸入方式上，又