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、汽車等制造領域,特別是精密模具制造業(yè)的迅速發(fā)展,對數(shù)控電火花線切割機床的精度提出了更高的要求。雖然國內(nèi)外研究人員和設備制造商采用信息化、智能化等各種技術手段,不斷提高脈沖電源主機結構、運絲系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)等的技術水平,在提升機床加工效率、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到理想的效果。

電火花線切割機床的機械固有特性,控制系統(tǒng)的開環(huán)結構,X、Y軸拖板(工作臺)的機械驅動結構(由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出步進信號,步進電機驅動齒輪經(jīng)絲杠轉換成位移),絲杠的非線性(自身精度)、磨損,齒輪的裝配間隙以及導軌磨損與步進電機失步等因素,都會引起位移誤差,使線切割機床工作臺不可能達到精密的位移要求(位移精度1μm),最終影響切割精度。為此,研制開發(fā)了一種線切割全閉環(huán)控制裝置,其原理結構如圖1。

圖1 線切割全閉環(huán)控制裝置原理結構方框圖

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軸步進信號與機床X、Y軸拖板的光柵尺位移信號,經(jīng)光電隔離后,由內(nèi)部單片微機對步進信號進行辨向、計數(shù);對光柵尺信號進行倍頻、辨向、計數(shù)、抗干擾處理,然后將步進信號輸入的計數(shù)單元與光柵尺位移信號的計數(shù)單元,逐步進行比較運算,判斷機床工作臺(X、Y拖板)位移是否到位,再進行插補處理,通過模式開關選擇相應的步進電機驅動方式(三相六拍、五相十拍等),輸出相應的步進驅動信號,經(jīng)光電隔離后由步進驅動電源驅動步進電機。對機床位移逐步跟蹤補償,以達到機床 X、Y軸拖板的位移精度要求,實現(xiàn)線切割機床數(shù)控系統(tǒng)的全閉環(huán)控制。

單片微機內(nèi)部程序流程圖如圖2。

本裝置與機床控制系統(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:

(1)通用性,能兼容國內(nèi)各種型號線切割控制器及編控軟件,實現(xiàn)全閉環(huán)控制。

(2)精度高,能使線切割機床X、Y軸拖板位移精度達到≦5μm。

(3)多種步進電機驅動方式輸出(三相六拍、五相十拍、五相十拍節(jié)電等)。

(4)故障模式(當光柵尺或光柵信號出現(xiàn)故障時,實現(xiàn)原有的開環(huán)控制模式)。

(5)可分別對X、Y輸出信號進行反向選擇,實現(xiàn)步進電機的反方向運轉。

本裝置經(jīng)一年多時間的研制開發(fā),現(xiàn)已形成較完善的產(chǎn)品樣機,已申請實用新型專利(201020258641.4)。經(jīng)用戶實際聯(lián)機應用,各項技術指標均達到設計要求,能使線切割機床X、Y軸拖板位移精度達到≦5μm,是線切割機床生產(chǎn)廠家配套與舊機床改造的理想控制裝置。