就目前來說,數(shù)控電火花快走絲線切割機床的驅動單元包括驅動裝置和電機兩部分,對驅動單元的選購主要依據(jù)機床的定位和要求來選擇,電機是通用的部件,性能差別只存在于不同的廠家和型號。
驅動電機主要可分為:反應式步進驅動電機、混合式(也稱永磁反應式)步進驅動電機和伺服驅動電機三大類,目前還有使用直流伺服電機的廠家。
反應式步進驅動電機的轉子無繞組,由被勵磁的定子繞組產(chǎn)生反應力矩實現(xiàn)步進運行?;旌鲜讲竭M電機的轉子用永久磁鋼,由勵磁和永磁產(chǎn)生的電磁力矩實現(xiàn)步進運行。步進電機受脈沖的控制,通過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。步進電機有一定的步距精度,沒有累積誤差。但步進電機的效率低,拖動負載的能力不大,脈沖當量不能太大,調(diào)速范圍不大。目前步進電機可分為兩相、三相、五相等幾種,常用的是五相步進電機。在過去很長一段時間里,步進電機占很大的市場,但目前正逐步為伺服電機所取代,反應式步進電機的優(yōu)點是價格便宜,不需要專門的驅動單元,以前的老式單板機基本都帶有環(huán)分脈沖輸出,外部只需要接功放管和限流電阻就可組成完整的電路。故在以前大部分的單板機線切割中使用,早期的基本都是三相六拍的電機,現(xiàn)在已經(jīng)逐步換成了步距更小的5相10拍電機。反應式電機在目前大部分的低端電火花快走絲線切割機上使用。目前號稱中走絲的線切割常用的是混合式電機,混合式步進電機的優(yōu)點是速度快,反應穩(wěn)定,但是需要配合專門的驅動器,而最低的驅動器也要800-1000每軸。
步進電機是目前市場上用的最多的電火花線切割機驅動電機,但是由于目前常用的線切割機控制器基本都沒有加減速過程的控制,大部分廠家為了保證運動不丟步,都不敢調(diào)的速度太快。大部分會在0.5米/分鐘以下?,F(xiàn)在新型的線切割機控制系統(tǒng)已經(jīng)開始加入了對控制的深度控制,比如增加了加減速運算,電機丟步檢測和停機位置保護等等功能。
目前高端的電火花線切割機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,轉矩波動小。伺服電機有較長的過載能力,有較小的轉動慣量和大的堵轉轉矩。伺服電機有很小的啟動頻率,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(tǒng)。由于交流伺服電機內(nèi)是無刷結構,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(nèi)取代了直流伺服電機。采用高速微處理器和專用數(shù)字信號處理機(DSP)的全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)出現(xiàn)后,原來的硬件伺服控制變?yōu)檐浖欧刂疲恍┈F(xiàn)代控制理論中的先進算法得到實現(xiàn),進而大大地提高了伺服系統(tǒng)的性能,因此伺服單元能較大的提高加工效率及加工精度,但伺服驅動單元的價格也較高。隨著伺服控制技術的逐步提高,目前伺服驅動單元正逐步成為驅動單元的主力軍,伺服驅動單元的價格也在逐步減低
伺服驅動器有兩種。一種采用脈沖控制方式,此種驅動器與電機閉環(huán),但不反饋到數(shù)控系統(tǒng),這種驅動器在某種程度上可稱為開環(huán)控制的伺服控制。另一種采用電壓控制方式,通過電壓的高低進行電機的轉速控制,電機的反饋信號通過驅動器反饋到數(shù)控系統(tǒng)進行位置控制。
選擇驅動單元時,也要考慮驅動單元的價格在整臺數(shù)控機床中的比例。整臺數(shù)控機床價格較低的一般選擇步進驅動單元,而價格較高的機床選擇伺服驅動單元。但選擇驅動單元的同時,也要考慮驅動單元與數(shù)控系統(tǒng)的匹配問題,選擇閉環(huán)控制系統(tǒng)時必須選擇閉環(huán)的伺服驅動單元。交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進電機來做執(zhí)行電動機。所以,在控制系統(tǒng)的設計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素,選用適當?shù)目刂齐姍C。
交流伺服電機的優(yōu)點是響應速度快,反應靈敏,有加減速,可實現(xiàn)高速運動。缺點也顯而易見,單軸成本高昂,一般采用的進口交流伺服電機已經(jīng)從5000元/軸下降到了3000元/軸。
中國獨有的快走絲線切割機之前普及憑借的是價格低廉的優(yōu)勢,但是不可避免的也帶來了配置地下,性能差距大的弱勢,隨著目前中國走過了大躍進式的粗放發(fā)展階段。開始對加工要求逐步提高,高配置的伺服電機和性能卓越的線切割機控制系統(tǒng)開始成為一種發(fā)展趨勢。
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