唐 婷*

(成都工業(yè)學(xué)院 電氣與電子工程系，成都 611730)

電火花線切割機(jī)床電氣系統(tǒng)主要控制切割臺(tái)上的儲(chǔ)絲筒電機(jī)啟停及往返行程自動(dòng)控制、冷卻電機(jī)啟停、高頻脈沖輸出、斷絲與加工結(jié)束自動(dòng)停機(jī)等。目前線切割機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)較為復(fù)雜、落后，電器老化后，設(shè)備故障頻繁且不易修復(fù)，這不僅影響線切割機(jī)床功能、性能的提高，也會(huì)影響機(jī)床的自動(dòng)化程度。本文采用電子開關(guān)類型元件取代機(jī)械式行程開關(guān)轉(zhuǎn)向，以解決換向時(shí)的弧光放電問題。

1 線切割機(jī)床電氣系統(tǒng)的控制功能

線切割機(jī)床電氣系統(tǒng)的框圖如圖1所示。

圖1 電氣控制系統(tǒng)框圖

往復(fù)走絲線切割機(jī)床在加工時(shí)，必須使儲(chǔ)絲筒電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)電極絲按一定線速度在行程范圍內(nèi)快速移動(dòng)，其速度一般為7～10 m/s。因此對(duì)儲(chǔ)絲筒電機(jī)起動(dòng)、停止、往返行程自動(dòng)換向必須進(jìn)行準(zhǔn)確的控制，以達(dá)到穩(wěn)定恒速地運(yùn)轉(zhuǎn)。

在電火花線切割加工過程中，需要穩(wěn)定地供給乳化液，以冷卻電極絲和工件并排除電蝕物。冷卻電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是保障乳化液在電極絲和工件上噴射的必要條件。

脈沖電源只有同時(shí)滿足以下3個(gè)條件才能輸出脈沖，進(jìn)行放電加工:1)在儲(chǔ)絲筒運(yùn)轉(zhuǎn)且?guī)?dòng)電極絲快速移動(dòng)時(shí);2)有乳化液噴射;3)不在儲(chǔ)絲筒換向期間。即儲(chǔ)絲筒不運(yùn)轉(zhuǎn)或儲(chǔ)絲筒換向時(shí)無高頻輸出，不能進(jìn)行正常切割。

在加工中，由于電極絲損耗到一定程度斷絲或因意外因素造成斷絲，機(jī)床運(yùn)行應(yīng)立即自動(dòng)停機(jī)，中止切割加工，避免引起電極絲纏亂，從而可繼續(xù)利用剩余的電極絲。當(dāng)加工程序執(zhí)行完畢，應(yīng)自動(dòng)停機(jī)，避免機(jī)床空運(yùn)轉(zhuǎn)和達(dá)到安全省電的目的。

2 電氣系統(tǒng)分類

電氣系統(tǒng)根據(jù)其使用電源的不同，可分交流三相和單相電源。采用交流三相電源的電氣系統(tǒng)是對(duì)三相交流儲(chǔ)絲筒電機(jī)、三相冷卻電機(jī)進(jìn)行控制;采用單相電源的電氣系統(tǒng)是對(duì)單相交流儲(chǔ)絲筒電機(jī)和單相交流冷卻電機(jī)進(jìn)行控制。這2種類型的電氣系統(tǒng)對(duì)高頻脈沖的輸出控制、斷絲與程序結(jié)束自動(dòng)停機(jī)相同。

3 三相交流線切割機(jī)床電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 方案確定

普通機(jī)床電氣系統(tǒng)基本采用2個(gè)接觸器和機(jī)械式行程開關(guān)控制換向，電器元件易老化，故障率高，維護(hù)困難。本設(shè)計(jì)采用電子開關(guān)類型的新器件取代傳統(tǒng)的接觸器和機(jī)械式行程開關(guān)換向。

3.2 主電路設(shè)計(jì)

采用三相交流電源供電的電氣系統(tǒng)，其主電路如圖2所示。

圖2 三相交流線切割機(jī)床主電路

3.2.1 儲(chǔ)絲筒電機(jī)換向

選用4支雙向可控硅T1～T4作為換向電子開關(guān)，每只可控硅的輸入、輸出端并聯(lián)RC吸收電路，用于吸收和削弱通斷瞬間產(chǎn)生的反向尖峰?？煽毓栎敵龆舜?支限流電阻并接入電機(jī)三相繞組，限制電機(jī)起動(dòng)電流過大。儲(chǔ)絲筒電機(jī)采用雙向可控硅電子開關(guān)控制，可實(shí)現(xiàn)無接觸點(diǎn)、無火花換向。

3.2.2 儲(chǔ)絲筒電機(jī)降壓起動(dòng)

三相自耦變壓器星形連結(jié)，使儲(chǔ)絲筒電機(jī)工作在降壓起動(dòng)狀態(tài)，減小頻繁的起動(dòng)電流，防止電機(jī)過載，減小電機(jī)溫升，提高雙向可控硅耐壓富裕量，有利于可控硅和電機(jī)的長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行。

3.2.3 冷卻電機(jī)

三相電源經(jīng)開關(guān)QS1、熔斷器FU2、接觸器KM2和熱繼電器FR2接入冷卻電機(jī)，具有短路和過載保護(hù)功能。

3.3 控制電路設(shè)計(jì)

3.3.1 儲(chǔ)絲筒電機(jī)控制

圖3 控制電路

圖4 行程、斷絲與程序結(jié)束自動(dòng)停機(jī)控制電路

1)儲(chǔ)絲筒電機(jī)啟?？刂?。如圖3(a)所示，按下起動(dòng)按鈕SB3，儲(chǔ)絲筒電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)相電源U3經(jīng)開關(guān)QS2提供220 V電壓，由二極管FR601向電容C充電。當(dāng)按下急停按鈕或儲(chǔ)絲筒停止按鈕時(shí)、以及超行開關(guān)斷開時(shí)、或斷絲與程序結(jié)束信號(hào)(END)使KA6常閉觸點(diǎn)斷開時(shí)，均會(huì)引起停機(jī)，C的充電電流經(jīng)KM1的2組常閉觸點(diǎn)向電機(jī)繞組放電，該電流經(jīng)制動(dòng)回路產(chǎn)生不能旋轉(zhuǎn)的靜止磁場(chǎng)，其制動(dòng)力矩迫使電機(jī)轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)。2)往返行程自動(dòng)控制。采用2只接近開關(guān)SQ1、SQ2，如圖4所示，安裝在儲(chǔ)絲筒部件下方的左右極限位置上，接近開關(guān)與儲(chǔ)絲筒拖板上的左右金屬塊配合使用，檢測(cè)行程的起點(diǎn)和終點(diǎn)，在可調(diào)行程范圍內(nèi)自動(dòng)往復(fù)運(yùn)行。該接近開關(guān)為高頻振蕩式NPN型電子開關(guān)，具有非接觸式金屬感應(yīng)觸發(fā)、動(dòng)作靈敏、重復(fù)精度高、長(zhǎng)期工作穩(wěn)定可靠、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

按下起動(dòng)按鈕SB3，儲(chǔ)絲筒電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，由于換向電路的繼電器KA3未吸合，可控硅T1和T2導(dǎo)通，電機(jī)獲得A、B、C相序的三相電壓而正轉(zhuǎn)，使儲(chǔ)絲筒拖板向右方向運(yùn)行。當(dāng)儲(chǔ)絲筒拖板上的左邊金屬條塊覆蓋SQ1端面時(shí)，SQ1導(dǎo)通使 KA1吸合，KA4接通+12V，KA3吸合自鎖，LED指示燈點(diǎn)亮。KA3的吸合使 T1、T2阻斷，T3、T4導(dǎo)通，電機(jī)獲得 A、C、B 相序的三相電壓而反向運(yùn)轉(zhuǎn)，使儲(chǔ)絲筒拖板向左運(yùn)行。當(dāng)拖板上的右邊金屬條塊覆蓋SQ2端面時(shí)，SQ2導(dǎo)通，KA5吸合，+12 V電壓斷開，KA3失電釋放，T3、T4阻斷，T1、T2導(dǎo)通，電機(jī)又得到 A、B、C 相序的三相電壓而正轉(zhuǎn)，使儲(chǔ)絲筒拖板又向右運(yùn)行。由此完成行程內(nèi)的自動(dòng)往返連續(xù)運(yùn)行。

SQ1和SQ2端面與金屬條塊之間一般應(yīng)有2 mm間距，間距過大會(huì)使接近開關(guān)失靈，間距過小甚至無間距會(huì)使接近開關(guān)損壞，進(jìn)而造成儲(chǔ)絲筒超出行程范圍，導(dǎo)致電極絲斷絲和儲(chǔ)絲部件的絲杠、螺母損壞。因此，電路上設(shè)置有超行程開關(guān)SQ3，如圖4所示，一旦有超行程現(xiàn)象發(fā)生，SQ3斷開電源，使KM1、KM2因失電而釋放，儲(chǔ)絲筒電機(jī)、冷卻電機(jī)均停止運(yùn)轉(zhuǎn)，起到安全控制作用。

3.3.2 冷卻電機(jī)控制

冷卻電機(jī)的控制電路如圖3所示，按下起動(dòng)按鈕SB5，冷卻電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn);按下停止按鈕SB4，冷卻電機(jī)停止。

3.3.3 高頻脈沖輸出控制

采用DC繼電器控制高頻脈沖的輸出，其線包一端接輸入電壓12 V的正極，另一端接入機(jī)床電氣電路(圖3(b)中的31端)，該線路通過串聯(lián)的KM1、KM2常開觸點(diǎn)和KA4、KA5的常開觸點(diǎn)接到12 V負(fù)極(35端)構(gòu)成回路。使DC繼電器只有在儲(chǔ)絲筒電機(jī)和冷卻電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)、并且不在換向期間吸合時(shí)(即31、32、33、34、35 各觸點(diǎn)均閉合)，才能輸出控制脈沖。

3.3.4 斷絲與程序結(jié)束自動(dòng)停機(jī)控制

圖4中斷絲與程序結(jié)束自動(dòng)停機(jī)(END)電路由DC 繼電器KA6、NPN 三極管BG1、二極管D1～D3、電阻R、電容C組成。KA6的一對(duì)常閉觸點(diǎn)串入KM1和KM2電路中，控制KM1和KM2的吸合與釋放，即控制絲筒電機(jī)和冷卻電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)與停機(jī)。

斷絲信號(hào)由29端輸入，正常加工時(shí)29端經(jīng)電極絲接地，此時(shí)加工程序未結(jié)束，30端無正電壓，BG1截止，KA6不吸合，機(jī)床正常加工運(yùn)行;當(dāng)加工程序結(jié)束，微機(jī)控制器輸出正電壓或正脈沖使BG1導(dǎo)通，KA6吸合，機(jī)床停機(jī)。

若在正常加工中出現(xiàn)電極絲斷絲，29端會(huì)與地?cái)嚅_，BG1導(dǎo)通，KA6吸合，機(jī)床實(shí)現(xiàn)停機(jī)保護(hù)。

4 結(jié)語

本文采用電子開關(guān)類型的新器件取代傳統(tǒng)的接觸器和機(jī)械式行程開關(guān)換向，電路具有簡(jiǎn)潔、直觀、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。通過實(shí)際運(yùn)行，該設(shè)計(jì)完全滿足生產(chǎn)要求，并且有效地克服了接觸器和機(jī)械式行程開關(guān)在負(fù)載電路較大或頻繁換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生弧光放電，以及高溫易燒損觸頭、彈簧易疲勞、易損易壞、壽命短的缺點(diǎn)，提高了電氣系統(tǒng)長(zhǎng)期使用的可靠性。

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