蔡永一,張向春

(溫州市飛虹電子儀器廠,浙江溫州 325029)

隨著航天航空、軍工、汽車等制造領(lǐng)域,特別是精密模具制造業(yè)的迅速發(fā)展,對(duì)數(shù)控電火花線切割機(jī)床的精度提出了更高的要求。雖然國(guó)內(nèi)外研究人員和設(shè)備制造商采用信息化、智能化等各種技術(shù)手段,不斷提高脈沖電源主機(jī)結(jié)構(gòu)、運(yùn)絲系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)等的技術(shù)水平,在提升機(jī)床加工效率、切割精度、表面質(zhì)量等方面取得了一定的成效,但切割精度始終難以達(dá)到理想的效果。

電火花線切割機(jī)床的機(jī)械固有特性,控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu),X、Y軸拖板(工作臺(tái))的機(jī)械驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)(由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出步進(jìn)信號(hào),步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪經(jīng)絲杠轉(zhuǎn)換成位移),絲杠的非線性(自身精度)、磨損,齒輪的裝配間隙以及導(dǎo)軌磨損與步進(jìn)電機(jī)失步等因素,都會(huì)引起位移誤差,使線切割機(jī)床工作臺(tái)不可能達(dá)到精密的位移要求(位移精度1μm),最終影響切割精度。為此,研制開(kāi)發(fā)了一種線切割全閉環(huán)控制裝置,其原理結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 線切割全閉環(huán)控制裝置原理結(jié)構(gòu)方框圖

本裝置原理是采集現(xiàn)有線切割編控系統(tǒng)(或線切割控制器)輸出的 X、Y軸步進(jìn)信號(hào)與機(jī)床X、Y軸拖板的光柵尺位移信號(hào),經(jīng)光電隔離后,由內(nèi)部單片微機(jī)對(duì)步進(jìn)信號(hào)進(jìn)行辨向、計(jì)數(shù);對(duì)光柵尺信號(hào)進(jìn)行倍頻、辨向、計(jì)數(shù)、抗干擾處理,然后將步進(jìn)信號(hào)輸入的計(jì)數(shù)單元與光柵尺位移信號(hào)的計(jì)數(shù)單元,逐步進(jìn)行比較運(yùn)算,判斷機(jī)床工作臺(tái)(X、Y拖板)位移是否到位,再進(jìn)行插補(bǔ)處理,通過(guò)模式開(kāi)關(guān)選擇相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式(三相六拍、五相十拍等),輸出相應(yīng)的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)信號(hào),經(jīng)光電隔離后由步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。對(duì)機(jī)床位移逐步跟蹤補(bǔ)償,以達(dá)到機(jī)床 X、Y軸拖板的位移精度要求,實(shí)現(xiàn)線切割機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的全閉環(huán)控制。

單片微機(jī)內(nèi)部程序流程圖如圖2。

本裝置與機(jī)床控制系統(tǒng)連接方框圖如圖3。本裝置外形如圖4。

圖2 程序流程圖

圖3 控制裝置與機(jī)床控制系統(tǒng)連接方框圖

圖4 線切割全閉環(huán)控制裝置外形

本裝置具有以下幾大特點(diǎn):

(1)通用性,能兼容國(guó)內(nèi)各種型號(hào)線切割控制器及編控軟件,實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制。

(2)精度高,能使線切割機(jī)床X、Y軸拖板位移精度達(dá)到≦5μm。

(3)多種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式輸出(三相六拍、五相十拍、五相十拍節(jié)電等)。

(4)故障模式(當(dāng)光柵尺或光柵信號(hào)出現(xiàn)故障時(shí),實(shí)現(xiàn)原有的開(kāi)環(huán)控制模式)。

(5)可分別對(duì)X、Y輸出信號(hào)進(jìn)行反向選擇,實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的反方向運(yùn)轉(zhuǎn)。

本裝置經(jīng)一年多時(shí)間的研制開(kāi)發(fā),現(xiàn)已形成較完善的產(chǎn)品樣機(jī),已申請(qǐng)實(shí)用新型專利(201020258641.4)。經(jīng)用戶實(shí)際聯(lián)機(jī)應(yīng)用,各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求,能使線切割機(jī)床X、Y軸拖板位移精度達(dá)到≦5μm,是線切割機(jī)床生產(chǎn)廠家配套與舊機(jī)床改造的理想控制裝置。