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護(hù),，使用壽命更長,。四：直線電機(jī)固有特性及應(yīng)用過程中的應(yīng)對措施 通過以上的分析我們可以大致了解到直線電機(jī)作為驅(qū)動系統(tǒng)特別適合于電加工的特性，具有很多優(yōu)越性,，但雖然直線電機(jī)有很多優(yōu)點,，生產(chǎn)各類直線電機(jī)的專業(yè)公司 也不少，但從市場上買來的直線電機(jī)成品并不適合電加工設(shè)備的要求,，而且根本就買不到適合電加工機(jī)床加工特點的驅(qū)動控制器,，雖然直線電機(jī)的運動特性具有高速，響應(yīng)靈敏的優(yōu)點,，但作為電火花機(jī)床的主軸,，在不斷地上下高速跳躍過程中要達(dá)到準(zhǔn)確的在放電加工處定位，沒有一系列技術(shù)上的措施來支持的話也是不可能做 到的,。況且直線電機(jī)也有其固有的負(fù)面特性,，這些都需要在實際應(yīng)用中加以克服和改善。首先,，直線電機(jī)在使用過程中也會發(fā)熱,，旋轉(zhuǎn)式電機(jī)通過螺桿螺母轉(zhuǎn)換成負(fù)載的直線運動，這種結(jié)構(gòu)本身是一種減速裝置,，采用較小的電機(jī)功率可以帶動較大的負(fù) 載,，因此電機(jī)本身產(chǎn)生的熱量較小，電機(jī)和機(jī)床的接觸部位也不大且安裝部位相對來說也不是很關(guān)鍵,。到是絲杠因摩擦生熱所引起的變形到是問題的關(guān)鍵所在,，而直線電機(jī)則不同,，它運行負(fù)載的變化直接反映到流經(jīng)電機(jī)線圈的電流的變化，電流一大,，線圈和本體就會發(fā)熱,；而且，根據(jù)設(shè)計要求電機(jī)應(yīng)安裝在機(jī)床的重心位置,，部 位非常關(guān)鍵,，溫度上升勢必影響機(jī)床的精度，所以要使用直線電機(jī),，首先要有效地控制電機(jī)的發(fā)熱,，特別是電火花的主軸，推力大,，運行速度高且運動換向頻繁,，負(fù)荷變化大，是最易發(fā)熱的直線電機(jī),，sodick的技術(shù)人員在這方面動了很多腦筋,，成功地發(fā)明了采用汽缸重力平衡機(jī)構(gòu)，有效地降低直線電機(jī)電功率的消耗以及在直線電機(jī)電樞線圈側(cè)內(nèi)部設(shè)計循環(huán)冷卻水道的設(shè)計方按,，使這個問題得以圓滿解決,。傳統(tǒng)的主軸頭重力平衡技術(shù)大多采用重錘結(jié)構(gòu)，而直線電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的加速度 已大大超過了重力加速度g,，重錘結(jié)構(gòu)不能滿足平衡跟蹤，為此采用如圖所示的汽缸重力平衡機(jī)構(gòu),，這種汽缸重力平衡機(jī)構(gòu)不僅用以平衡主軸的自重和負(fù)重（工具電極）,，而且，利用汽壓的保持作用,，在平均伺服速度較低的放電加工時,，使直線電機(jī)僅工作在微功率消耗狀態(tài)，不僅有效控制了熱量的產(chǎn)生,，而且節(jié)省了能源消耗,。 此結(jié)構(gòu)通過實驗證實，即使把直線電機(jī)的加速度提高到1g,，跳躍速度達(dá)40m/min,，作為定子電樞線圈的溫升也不超過室溫2℃，（插圖）完全可以在所設(shè)計 的電火花機(jī)床的全負(fù)荷范圍內(nèi)使用,。 問題之二,，由于直線電機(jī)本體結(jié)構(gòu)是由高 密度的稀土永久磁鐵構(gòu)成，電樞線圈與磁 鐵之間所產(chǎn)生的吸引力可達(dá)電機(jī)最大推力 的4倍之多,，這么大的吸力如果沒有適當(dāng) 措施加以平衡的話,，久而久之勢必引起構(gòu) 件的變形和歪斜,，為此需要提高結(jié)構(gòu)的剛度， 而使設(shè)計者們感到左右為難的是剛度的增加 勢必引起結(jié)構(gòu)重量的增加,，為此還要進(jìn)一步 提高推力,，形成了一個怪圈。經(jīng)過反復(fù)研究論 證,，決定安裝兩個對稱的直線電機(jī),，一方面可 以借此相互抵消磁性吸力另一方面也保持了主軸的平衡性，有利于主軸沿軸向運動的直線性和平滑性,。問題之三，直線電機(jī)的齒槽效應(yīng)扭矩與制動扭矩變化大,，（所謂齒槽效應(yīng)扭矩是指伺服電機(jī)在低速運行時動子相對定子的位置不同,，生產(chǎn)的磁場強(qiáng)弱不同，由于磁場 變化所產(chǎn)生的扭矩,，齒槽是指排列中的磁鐵與磁鐵之間的縫隙,。）這種不均勻的扭矩對精密加工來說是一個很重要的問題，容易造成定位不準(zhǔn)而失去精度,。 Sodick 公司在這一問題上的解決方法是改變磁鐵的常規(guī)排列方法,，把磁鐵排列成與水平方向成一定角度的形式，使得磁極的磁束達(dá)到均勻分布,，并降低了負(fù)載的變動誤差,；其次改進(jìn)了磁極間的節(jié)距精度，使齒槽效應(yīng)力矩產(chǎn)生的節(jié)距誤差保持穩(wěn)定,，進(jìn)而通過把相互對抗的電機(jī)的各相位予以偏置的措施來抵抗和消除齒槽效應(yīng),。這樣，不僅 使各個相位間的推力平衡性得到了提高,，同時還起到了在正常運行過程中抑制負(fù)載變動的作用加上公司自行研制的直線電機(jī)控制器,，可以將流往各相位間的電流實施微細(xì)控制，不僅使有負(fù)面影響的齒槽效應(yīng)得到了有效的控制,，更進(jìn)一步適用于高精度的位置控制,，使得在主軸高速下落的狀態(tài)下能停止在0.1μm以內(nèi)的精度，和以往傳統(tǒng)式機(jī)械結(jié)構(gòu)相比精度等級提高了5～10倍,，沿用sodick公司的一貫做法,，直線電機(jī)驅(qū)動控制器的軟件也是其獨家研制開發(fā)的，多年的技術(shù)發(fā)展為其 提高電火花加工的技術(shù)性能奠定了堅實的基礎(chǔ),。問題之四,，主軸的自鎖問題。為什么要提這樣的問題,，因為在傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)中,，螺母螺桿加上主軸的配重自然就起到了自鎖作用,，你可以在任何位置斷電都不用擔(dān)心 主軸會突然下落，而直線電機(jī)則不同,，一旦斷電,，直線電機(jī)的磁場約束力就會立即消失，不采取措施的話,，主軸頭憑著自重就會掉落下來,，這當(dāng)然是我們所不希望的。解決方法是利用汽缸平衡機(jī)構(gòu)的氣壓保持作用配合夾緊機(jī)構(gòu),，兩者結(jié)合在一起來固定主軸并使其保持平衡,，防止斷電下落現(xiàn)象。 由于以上技術(shù)問題的妥善地解決,，使得sodick公司得以大批量地生產(chǎn)以直線電機(jī)裝備的電加工設(shè)備并投入市場�,，F(xiàn)在在行程850mm以下的電火花加工設(shè)備以及所有型號的線切割設(shè)備上都采用了直線電機(jī)驅(qū)動軸，而在850mm以上包括850型的大型電火花設(shè)備則保留了原有的旋轉(zhuǎn)式電機(jī)+滾珠絲杠的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu),，并 在主軸上配備一直線電機(jī)的輔助軸,，形成復(fù)合軸結(jié)構(gòu)，這里需要說明的是,，之所以在大型機(jī)床上采用這樣的結(jié)構(gòu)完全是出于為用戶在生產(chǎn)中的實用性和經(jīng)濟(jì)性方面的考慮,，大型機(jī)床的加工對象一般為大型工件為主，電極的體積和重量都比較大,，加工精度相對于小型工件來說要求也不一樣,，如果全部采用直線電機(jī)作為驅(qū)動軸的 話，勢必加大電機(jī)的推動功率,，而隨著電機(jī)功率的加大,，設(shè)備的剛度也要增加，結(jié)構(gòu)也要加強(qiáng),，這樣勢必增加機(jī)床的制造成本,，增加用戶的負(fù)擔(dān)，而在不對機(jī)床原有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行大的變動的情況下,，增加一小功率的直線電機(jī)輔助軸,，在加工中實行優(yōu)勢互補(bǔ)，不失為一個既經(jīng)濟(jì)又可行的方法,。五：加工實例分析 下面,，我們將結(jié)合加工實例來看一下直線電機(jī)的應(yīng)用情況。 直線電機(jī)特點1.運行的速度快（36m/min）,；加速度高（1.2g）,，在加工過程中可以有效排除電蝕產(chǎn)物，特別適合于加工窄縫類型腔，加工穩(wěn)定性大幅提高 (圖片12)是利用電極尺寸1×38mm,，錐度為1o的銅電極,，加工深度為70mm的深筋溝槽。用以往的傳統(tǒng)電火花機(jī)床加工這樣的零件是極其困難的,，現(xiàn)在 已經(jīng)變成極好的加工實例,。工件材料為SKD61，粗加工時間：2小時10分,，精加工時間1小時34分,，合計3小時44分。使用2根電極,。加工后經(jīng)測量,，電 極損耗率為0.64%，工件表面粗糙度達(dá)到Ry10μm,。在免沖液加工的條件下,，以往的機(jī)床加工深度接近35mm時幾乎加工不下去，但直線電極的機(jī)床由于 高速抬刀的抽吸作用,，可以有效的排除電蝕產(chǎn)物，快速恢復(fù)極間的絕緣狀態(tài),，與加工的深度基本沒有什么關(guān)系,，不僅保持了適當(dāng)?shù)拈g隙狀態(tài)，還大幅度地縮短了加工時間,。從事塑料模制作的人員都知道,，加強(qiáng)筋的溝槽極為狹窄，為了避免影響成型品的外觀,，一般都把加強(qiáng)筋的厚度設(shè)計得很薄,，象一些高檔小型電器的塑料件的加 強(qiáng)筋的溝槽寬度普遍只有幾十絲，如果考慮到電火花加工電極制作的減寸量,，就會使得電極進(jìn)一步變薄,，溝槽進(jìn)一步變窄，而為了增加塑料件的強(qiáng)度,，往往要把溝槽做得很深,，用以前的加工經(jīng)驗來考慮，這道加工工序?qū)⒄季诱麄�模具加工周期的大部分時間,，甚至為無法加工而傷透腦筋,。因為用以往傳統(tǒng)的電火花機(jī)在加工深徑比 比較大的型腔時最感困惑的問題是電蝕物的排泄問題，正是由于這個問題長期以來得不到有效的解決,，或者說解決的方法沒有突破性的進(jìn)展,，使得電火花不能達(dá)到應(yīng)有的加工效益，甚至無法加工（插圖7）,，更不用說提高加工精度,；提高加工速度了,。在示意圖上我們可以看出，用以往的傳統(tǒng)電火花機(jī)加工窄縫類型腔時,，加工到一定深度后,，電蝕產(chǎn)物開始難以排出，造成加工不穩(wěn)定,，短路現(xiàn)象不時發(fā)生,，甚至發(fā)生電弧放電而燒壞工件和電極，造成電極異常損耗,。為了有效排除放電后產(chǎn)生的 電蝕產(chǎn)物,，我們不得不用輔助沖液法來加強(qiáng)型腔內(nèi)工作液的流速，使之增強(qiáng)排泄效果,。但即使這樣也不能完全解決問題,，型腔太深的話，采用這樣的方法效果有限,；而采取減少放電過程,，增加抬刀時間和抬刀高度來改善加工狀態(tài)的話，勢必造成加工效率成倍下降,，即使可以勉強(qiáng)加工的話,，我們從示意圖中可以看出。由于沖液在 型腔內(nèi)的不均勻性,，使得電蝕產(chǎn)物不能完全從型腔中排出,，殘留在型腔中的加工屑易引起集中放電或二次放電，且這類放電都產(chǎn)生在電蝕產(chǎn)物濃度較大的型腔面上,，造成放電面不一致,，放電間隙也不均勻，使得加工精度變差,。插圖（13）,。為了改善這個現(xiàn)象，往往需要操作者有豐富的經(jīng)驗,，把握沖液的部位和流速,，但也僅能做到改善而已。而直線電機(jī)的效果則不同(插圖8),，我們在加工這類工件時,，可以設(shè)定主軸作高速跳躍運動，充分利用直線電機(jī)高速,，高加速度運行的特性,，在電極以大于1g的加速度高速退出窄縫型腔的同時，由于抽吸效應(yīng)，順勢帶走了大量的電蝕產(chǎn)物,，使型腔瞬時產(chǎn)生負(fù)壓狀態(tài),，處于真空狀的行腔吸引四周的液體順著間隙快速填滿其空間，而當(dāng)電極高速向下運動時形成的沖擊力,，會在型腔內(nèi)形成瞬間高壓,，迫使腔內(nèi)的液體和殘留的加工屑、氣體,、焦油等順著間隙高速排出,，使得在 加工區(qū)域內(nèi)幾無放電殘余物存在，能實行穩(wěn)定持續(xù)的放電加工,。不僅如此,，由于放電通道的凈化，避免了因二次放電或局部拉弧引起的電極異常損耗,，延長了電極的壽命,，提高了加工精度。另一方面,，由于放電正常,，再加上主軸的高速運動，大大宿短了放電加工周期,，使得加工效益得以大幅度的提高,，加工深度和加工時間基本 上成正比例的關(guān)系，因此可以估算出精確的加工時間,。插圖（11）我們可以從兩個方面來加深理解為何采用直線電機(jī)會提高加工效益。 首先從主軸運行狀態(tài)來看,，如圖（18）所示,，絲杠驅(qū)動式主軸由于受減速效應(yīng)的影響，跳躍速度不可能做得很高,，提升和下落所占用的時間和脈沖作用時間的比值 總體上來說大約是1：1,，也就是說實際上有效加工時間只占了總加工時間的一半左右，效率僅為50%,。 而直線電機(jī)由于具有高速運行特性,，并且電機(jī)的運行速度既為主軸的運行速度，所以運行中可以任意設(shè)定主軸的跳躍時間,，在加工某些特定形狀的工件,，比如說加強(qiáng) 筋溝槽等，可以設(shè)定主軸作高速跳躍動作,，瞬間就可完成提升和再定位過程,，這樣有效加工時間在總加工時間中的比例可高達(dá)90%以上，加工效率因此而得以大幅 提高。 從另一方面來看,，插圖（19） 傳統(tǒng)絲杠傳動式機(jī)器由于受排屑不暢的影響,，加工過程中不時有短路現(xiàn)象發(fā)生，為了防止短路而引起不正常的電弧放電現(xiàn)象,，在電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)上設(shè)計了遇短路自動延長脈沖間隔時間,，以此來增加排屑時間，達(dá)到穩(wěn)定加工目的,。而這段時間實際上不是有效的加工狀態(tài),，處于放電休止?fàn)顟B(tài)，這種狀態(tài)所占的比例越大加工效益越低,。直 線電機(jī)由于可以作高速跳躍,，加工區(qū)域的排屑性良好，基本不會產(chǎn)生短路現(xiàn)象,，因此作用在放電部位的脈沖呈一連串非常規(guī)則的狀態(tài),，有效加工時間比例大幅增加，從而相對來講宿短了加工時間,，提高了效益,。以上兩個方面，僅從直線電機(jī)的運行特點上的分析所得出的結(jié)論,，事實上隨著電源本身的不斷改進(jìn)甚至作為電解質(zhì)的加 工液的不斷改良,，也為加工效率的進(jìn)一步提高起到了推波助瀾的作用。我們之所以拿模具加強(qiáng)筋之類的加工實例來說明,，是因為這種類型的加工較能反應(yīng)電火花機(jī)床加工的難點,，也就是電蝕物最難排除的，用普通的電火花機(jī)床最不易得 到穩(wěn)定加工的范例,，象這種形狀的型腔,，除了電火花外，似乎還沒有其他更有效的加工手段來對付,。塑料模在所有的模具中所占的比例越來越大,，而在發(fā)達(dá)國家，這種比例已超過一半,，而普通的型腔模,、鍛造模等過去電火花加工中最擅長的一個領(lǐng)域，現(xiàn)在也已經(jīng)逐漸被高速銑削所代替,，大多數(shù)的模芯型面加工也基本上以銑削加 工為主,，而模芯上的加強(qiáng)筋溝槽的加工時間要占整個模芯的70%之多，在國外也是被認(rèn)為是加工數(shù)量最多,、最難加工的形狀,，另外,，隨著高強(qiáng)度工程塑料的應(yīng)用以 及電器產(chǎn)品的小型化、薄壁化,，也要求在模具設(shè)計上配置若干個薄而深的加強(qiáng)筋,，電火花機(jī)床的生存空間將越來越多的依賴于這種類型的加工。只要這種狹窄溝槽加工好了,，加工其他所謂的復(fù)雜型腔就不會有太大的困難了,。 直線電機(jī)特點2.響應(yīng)性好，動作靈敏,，運行平穩(wěn)且精度高(插圖20) 直線電機(jī)由于取消了賴以轉(zhuǎn)換驅(qū)動方式的絲杠組件,，不存在移動軸背隙的誤差，位置的定位由高性能的位置檢測光柵裝置直接反饋給驅(qū)動單元,，構(gòu)成全閉環(huán)系統(tǒng),，這里我們列舉兩類不同類型的驅(qū)動系統(tǒng)，（插圖6）從圖中可以看出不同驅(qū)動方式的驅(qū)動系統(tǒng)是不同的,，仍以電火花機(jī)床的主軸為例,，傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)式電機(jī)加絲杠型傳動系統(tǒng)，主軸的移動指令由NC中央處理器發(fā) 出,，令回轉(zhuǎn)式電機(jī)轉(zhuǎn)動,，電機(jī)通過絲杠和螺母系 統(tǒng)轉(zhuǎn)換為主軸的直線運動，直到指令所指定的值為止,，在這過程中放電間隙狀態(tài)的檢出裝置一直 處于監(jiān)測工作狀態(tài),，并把監(jiān)測到的結(jié)果反饋給NC 中央處理器，由NC判斷加工間隙的狀態(tài),。而直線 電機(jī)控制系統(tǒng)雖然也由NC裝置發(fā)出移動指令,，但移動的值則是由安裝在主軸頭上的光柵尺直接檢出， 由于主軸頭實際上就是直線電機(jī)的一部分,，所以檢出的結(jié)果和直線電機(jī)運行的結(jié)果完全一致,，就是實際移動量，正確的移動量直接反饋至控制回路而不象絲杠式檢測系統(tǒng)那樣反饋至NC裝置再行進(jìn)行判別,，這個控制回路稱為（SMC）Sodick Motion Controller回路,，是由沙迪克公司自行研制開發(fā)的直線電機(jī)控制驅(qū)動裝置,，也是沙迪克公司直線電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的精髓所在,。直線電機(jī)、SMC控制回路加 上全閉環(huán)的檢測控制系統(tǒng),，三管齊下,，使得0.1um驅(qū)動當(dāng)量的位移量變?yōu)楝F(xiàn)實。以IC封裝注塑模為例,，此類模具看似簡單,，底部為平面而已,，其實要求極高， 國外IC芯片廠家對產(chǎn)品的封裝要求極其嚴(yán)格,，封裝模不僅要確保表面粗糙度Rmax要控制在6～8u,更重要的是形腔深淺度（即平整度）要絕對一致,，且表面品質(zhì)要均質(zhì)，不允許存在不均勻現(xiàn)象,，形腔的尺寸精度要求也極高,，只有這樣才能使模具的質(zhì)量能確保封裝后IC產(chǎn)品的相關(guān)品質(zhì)。以往的電火花加工機(jī),，由于伺服的響應(yīng)有滯后效應(yīng),，不能精確地反映瞬間加工狀態(tài)，要把加工深度控制在2～3μm,，且整個加工面表面品質(zhì)完全一致,，非常困難， 大多數(shù)情況下僅某幾個點位到達(dá)設(shè)定的尺寸而已,，并非大面積的精度尺寸,，而直線電機(jī)則不同，由于其跟蹤反饋系統(tǒng)非常靈敏,，取樣檢測系統(tǒng)可以檢測到μm級以內(nèi) 的間隙電壓變化情況,，控制驅(qū)動裝置可以控制直線電機(jī)做小至0.1μm當(dāng)量的驅(qū)動，從而保證了加工精度的需求,。為了驗證直線電機(jī)的這一特性,，沙迪克公司曾做過這樣的實驗，如圖所示（插圖9）,，這是一個平板狀型腔,，采用無沖液方式加工，且底部面積較大,，為100mm ×100mm,，加工深度為3mm，電極材料為銅,，數(shù)量2個,，粗加工電極單面減寸量0.4mm;精加工電極單面減寸量0.15mm,粗加工時間4小時8分，精加工時間15小時40分,，總加工工時合計19小時48分,。加工后經(jīng)測量表面粗糙度達(dá)到Ry6.5μm,相當(dāng)于▽7。僅用不到20小時的加工時間,，加工這么大個工件,，且達(dá)到這樣的光潔度，應(yīng)該說效率是很高的,，但我們主要目的是來看看它的平整度到底如何,，為了形象有效地加以說明,，他們在整個加工區(qū)域內(nèi)分成9 個部位作為測量點，測量結(jié)果如表所示,，我們看到,，在這么大的面積上，它的不平度誤差僅4μm,，表面粗糙度峰值的變化范圍最大值也僅1.8μm,，可見，其一 致性是相當(dāng)?shù)暮�,。由于能獲得如此均勻的放電表面,，因此可直接用于IC芯片封裝的鑄模上，加工后的模具無須另行處理,。如圖所示是一些用Sodick直線電機(jī) 電火花機(jī)床加工的IC封裝模的實例,。（插圖10）六：直線電機(jī)在線切割機(jī)床上的應(yīng)用： 不少人認(rèn)為直線電機(jī)在電火花機(jī)床上應(yīng)用有較明顯的優(yōu)勢，在線切割機(jī)床上采用直線電機(jī)似乎沒多大必要,，其實這是誤解,，也許持這種觀點的同志，對直線電機(jī)高速運行特性有比較深刻的了解,，通過現(xiàn)場參觀,，加工對比，證實了這種特性應(yīng)用在火花機(jī)上加工深窄縫型腔確有傳統(tǒng)機(jī)床無可比擬的優(yōu)點,，但線切割不同,，它在加工狀 態(tài)下進(jìn)給系統(tǒng)并不做高速運動，即使現(xiàn)代電源每分鐘的切割效率可達(dá)數(shù)百平方毫米,，但粗加工基本上是在恒速進(jìn)給條件下進(jìn)行加工的,，似乎沒有必要采用電火花成型加工一樣的伺服動作，用傳統(tǒng)的絲杠式結(jié)構(gòu)也綽綽有余,，采用直線電機(jī)的優(yōu)越性不明顯,。這種觀點是片面的，我們上面已經(jīng)談到過,，直線電機(jī)有很多優(yōu)點,，除了能作 高速運行特點外，還有諸如沒有反向間隙,，定位和重復(fù)定位精度高,，響應(yīng)靈敏，尤其能響應(yīng)小至0.1um驅(qū)動當(dāng)量的特性為其他傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)所不及,，從加工業(yè)務(wù)看,， 總體上講,，線切割的精度要求比電火花要高,，尤其是切割面的表面質(zhì)量更是顯得尤為重要,，稍有瑕疵便一目了然，因此,，為了達(dá)到優(yōu)異的加工表面及尺寸精度,，仍然需要工作臺的驅(qū)動軸作平滑移動，以往傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的線切割機(jī),，以用純水加工液機(jī)型為例,，要達(dá)到Ry為5的表面粗糙度的表面，一般要經(jīng)過4次加工,，而第二次加工 顯得尤為重要,，留給第三第四次切割的加工余量一般不超過0.02mm，由于要兼顧切割效率,，第一次切割往往采用比較大的加工電流,，以提高切割速度，相對來 說表面質(zhì)量和精度可以稍加忽視,，所以第二次切割不僅要提高表面粗糙度而且還要充當(dāng)整形的作用,。傳統(tǒng)型線切割機(jī)我們在上面曾經(jīng)分析過，在進(jìn)給驅(qū)動過程中存在不同程度的響應(yīng)滯后現(xiàn)象,，對高低突變的窄小表面反應(yīng)遲鈍,，甚至來不及處理就匆匆而過，容易在加工面留下條紋,，需要第三,、第四次甚至更多遍的切割予以修整， 不但延長了加工時間,，降低了加工效益,，而且還增加了加工成本。從加工波形上看,，加大第二次切割時的靠邊量,，如果采用直線電機(jī)，加工波形非常穩(wěn)定,，而傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式電機(jī)加絲杠式結(jié)構(gòu)的機(jī)器則波形狀態(tài)不穩(wěn),，出現(xiàn)雜亂的狀態(tài)，時有短路現(xiàn)象發(fā)生,，被加工工件的表面因此而留下切割條紋,，這是因為直線電機(jī)具有極其靈敏的 響應(yīng)特性，即使加大靠邊量也能穩(wěn)定切割,，所以,，一般來講，兩次切割就有可能達(dá)到普通機(jī)床要4次加工才能達(dá)到的效果,。這是從一個方面來看,，直線電機(jī)在線切割 中應(yīng)用的優(yōu)越性,，我們還可以從另一角度來說明直線電機(jī)的在線切割中應(yīng)用的優(yōu)點。沙迪克公司在線切割上開發(fā)和應(yīng)用直線電機(jī)控制系統(tǒng)的主要目的,，是著重于提高其精度等級,，要實現(xiàn)高精度的加工效果，必須要有高精度的驅(qū)動系統(tǒng),，以往絲杠傳動 式線切割和放電加工機(jī)一樣,，改變運動方向時由于絲杠和螺母間有間隙造成動作的滯后，導(dǎo)致運動軌跡發(fā)生差錯,，這種現(xiàn)象在加工圓的時候特別明顯,，是產(chǎn)生橢圓度的主要原因。用絲杠式線切割機(jī)加工圓,，加工軌跡到達(dá)圓頂點部時,，軸移方向要進(jìn)行換向，由于背隙的存在而使軸動作滯后于指令數(shù)據(jù),，加工軌跡因此而發(fā)生偏差,， 結(jié)果造成圓頂點部分的精度降低，這種情形在加工直徑較小的圓時特別明顯,，事實上,，即使是采用現(xiàn)今最高精度的絲杠式線切割機(jī)，要加工精度為1um的真圓度的 圓也是不可能的,。而直線電機(jī)驅(qū)動的線切割放電加工機(jī),，由于不采用絲杠而直接驅(qū)動，完全消除了傳統(tǒng)絲杠式機(jī)械所特有的背隙誤差,，指令軌跡和實際加工軌跡完全一致,，最大限度地消除了因移位誤差而造成的精度缺陷，圖為用直線電機(jī)線切割加工的圓孔,，經(jīng)測量,，其橢圓度僅為0.43um，另外,，結(jié)合沙迪克公司開發(fā)的 SMC驅(qū)動系統(tǒng),，可以長期保持機(jī)床的精度。 由于直線電機(jī)優(yōu)越的追蹤響應(yīng)性能,，使得即使只有0.1um的余量也能進(jìn)行有效加工,，結(jié)合業(yè)已開發(fā)成功的超精細(xì)加工電源（SUPER PIKA-W）和拐角處理技術(shù)，進(jìn)一步提高了表面粗糙度及形狀精度,，即使用純水作為加工液,，也能做到Ry 0.41um粗糙度的表面，加工精度可達(dá) 2um以內(nèi)。如圖所示,。再說一下拐角處理,，沒有這項技術(shù)，在加工到角度比較銳利的拐角處時,，會產(chǎn)生由于去蝕量的變化導(dǎo)致進(jìn)給速度的變化、放電產(chǎn)生的反作用力導(dǎo)致電極絲的運行軌跡滯后于程序軌跡且伴隨電極絲的振動,、噴流壓力和方向的變化等都會造成拐角加工軌跡的失真,，而這項技術(shù)可以預(yù)先對程序走向進(jìn)行預(yù)跟 蹤，自動判別是否進(jìn)入拐角,，調(diào)整運絲的張力和伺服速度,，自動修正電極絲的滯后，有效控制了電極絲振動等在拐角處易發(fā)生的不利現(xiàn)象,。大幅提高了拐角處的形狀精度插圖（14）,。使得可能發(fā)生的不足之處得以最大限度的改善。七：沙迪克其他最新技術(shù)簡述 由于時間關(guān)系,，以上著重介紹的是沙迪克公司有關(guān)直線電機(jī)技術(shù)在電加工設(shè)備上的應(yīng)用情況,，除此之外，在電加工設(shè)備的其他方面,，沙迪克公司也有很多的獨到之 處,，比如電火花方面的大面積鏡面拋光技術(shù)，豐富的平動軌跡加工技術(shù),，新型硬質(zhì)合金加工電路（STP電路）技術(shù),，可以有效地在硬質(zhì)合金、鈦合金等多種有色金 屬進(jìn)行放電加工,，即使在被大多數(shù)使用者易忽略的加工液上也頗有研究和創(chuàng)新,，最新推出的粉末加工液（WHITE3型）是一種高速加工的添加劑，能覆蓋從粗加 工到精加工的整個加工過程,，不但加工質(zhì)量得以提高,，和通常的加工相比，還大大宿短了精加工的時間,。線切割方面的有關(guān)技術(shù),，表現(xiàn)在電源方面的有高速無電解回路技術(shù)（SUPER BS），有效防止了被加工材料在加工過程中的電化學(xué)腐蝕,，提高了加工精度和表面質(zhì)量,，在加工超硬材料時，能有效防止作為材料結(jié)合劑的鈷元素的溶出,，確保加工后的硬質(zhì)合金表面的硬度保持不變且延長了交換樹脂的使用壽命,。超鏡面電路（SUPER PIKA），利用此電源技術(shù)，可以得到優(yōu)異的表面加工效果,，象SKD11這樣的常用普通模具合金鋼也能達(dá)到Ry0.64um這樣的表面粗糙度,，硬質(zhì)合金材料甚至可以達(dá)到0.48umRy這樣的粗糙度，這用傳統(tǒng)的電源是根本無法實現(xiàn)的,，在控制技術(shù)方面,，在設(shè)計上利用對切割程序的監(jiān)控以及對極間伺服電壓的監(jiān)控，制訂最佳切割能量和路徑,，有效防止了過去因加工件高度的變化但電源能量不跟著變化而引起的斷絲,、加工質(zhì)量變差等現(xiàn)象；其它諸如快速自動接線技術(shù),，進(jìn)電 端點及導(dǎo)線布局改善措施,、快速進(jìn)液及省占地面積設(shè)計，省力方便的加工槽門開關(guān)設(shè)計等,，無一不體現(xiàn)出沙迪克一貫創(chuàng)導(dǎo)的以人為本的設(shè)計和制造理念,，每一項技術(shù)都包含了許多的KNOWHOW，值得我們研究和借鑒,。當(dāng)然上面所談到過的那些加工實例也包含了這些技術(shù)所起的作用,。除了電加工機(jī)械外，沙迪克在注塑機(jī)械,、加工中心等其他機(jī)械方面都有其特色,，特別是最新自行開發(fā)的MC180L型精密小型加工中心（插圖），也采用了本公司自產(chǎn)的直線電機(jī),，主軸回轉(zhuǎn)速度可達(dá) 40000r/min,用來加工高質(zhì)量的電極產(chǎn)品和小型精密零件是最合適不過了,，正因為沙迪克在放電加工領(lǐng)域里的杰出貢獻(xiàn)，近幾年來獲得了日本政府有關(guān)機(jī)關(guān)頒發(fā)的多項獎項,，其中包括日經(jīng)產(chǎn)業(yè)新聞社頒發(fā)的“1999年日經(jīng)優(yōu)秀產(chǎn)品,、服務(wù)獎最優(yōu)秀獎”；日刊工業(yè)新聞社頒發(fā)的“第42屆十大新產(chǎn)品獎”,；日本機(jī)械 振興協(xié)會頒發(fā)的“第30屆中堅·中小企業(yè)新機(jī)械開發(fā)獎會長獎”,；日本國模具技術(shù)協(xié)會頒發(fā)的“第十屆模具技術(shù)協(xié)會獎技術(shù)獎”等等，為SODICK公司贏得了眾多的榮譽(yù),，足以成為值得讓客戶信賴的企業(yè),。 在這里，還要向大家特別介紹的是,，sodick公司已經(jīng)研制開發(fā)成功并不久即將投入市場的新型控制系統(tǒng)—3維立體模型融合型CNC數(shù)控裝置,，命名為LQ系 列數(shù)控系統(tǒng)。 這種世界首創(chuàng)的數(shù)控系統(tǒng),，00000000000000000000000000000000000000000融合了美國著名CAD/CAM軟件公司 SOLIDWORKS的三維造型編程軟件,，為用戶提供了在加工設(shè)備自帶的數(shù)控系統(tǒng)上完成從CAD至CAM整個加工過程的以三維實體模型為基體的完整的設(shè)計 與制造環(huán)境。用戶不僅可以在操作系統(tǒng)上作復(fù)雜的三維造型作業(yè)并完成數(shù)控加工指令，而且可以在加工過程中通過CRT屏幕觀測到與加工位置同步的任何角度的實 時加工模擬圖象,，不象以前的數(shù)控系統(tǒng)那樣只能顯示加工程序,，極大地方便了操作者。 LQ控制系統(tǒng)的開發(fā)背景是,，近年來機(jī)械設(shè)計與模具設(shè)計正在迅速向三維實體模型化潮流過渡,，其原因是按照由三維實體模型獲得的重心等方面的幾何數(shù)據(jù)可以直觀地進(jìn)行諸如強(qiáng)度分析、流體,，振動及熱量的模擬分析,，在實際生產(chǎn)之前對加工性能及加工成本等方面進(jìn)行綜合評價，避免加工失誤,。三維的CAD經(jīng)過多年的開發(fā)和完善,，性能上已適合各類設(shè)計要求,，并迅速得到普及�,，F(xiàn)在CAD軟件在價格上和投放初相比有了較大幅度的下降，且可以在任何具有視窗系統(tǒng)的PC機(jī)上運行,，然 而,，遺憾的是至今為止還沒有能夠使在CAD系統(tǒng)上繪制的三維實體模型直接移植并在下一道實施加工工序的CNC裝置中應(yīng)用，通過對用戶的調(diào)查,，沙迪克公司了 解到最近幾年有半數(shù)以上的用戶需要從兩維向三維過渡,，所以決定采取三維實體模型數(shù)據(jù)來研制“LQ”數(shù)控系統(tǒng)并在能夠?qū)崿F(xiàn)三維加工的機(jī)械設(shè)備上配備這樣的系 統(tǒng)，包括加工中心和電火花成型加工設(shè)備,。大家知道,，沙迪克的電火花機(jī)床的主軸集成了可以做高速回轉(zhuǎn)運動的C軸，借助于三軸聯(lián)動功能,，可以象加工中心那樣做 三維創(chuàng)成加工,，因為電火花成型加工機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)同時要對電源參數(shù)進(jìn)行控制，所以在電火花上應(yīng)用的LQ系統(tǒng)又稱為LQ電源,。L表示沙迪克的線性驅(qū)動技術(shù),， Q則借用英文中具有立體含義的Cube 及代表質(zhì)量的Quality來表示此系統(tǒng)具有高品質(zhì)的三維實體模型功能。對于操作者來說,，掌握LQ電源,，即意味著從開始設(shè)計構(gòu)思的最初階段直至完成加工的整個過程能始終用三維實體模型作為基體，并以此作為依據(jù)進(jìn)行定位,，自動生成加工路徑及加工條件,，甚至還可以用來類似三坐標(biāo)測量儀那樣進(jìn)行三維輪轂的精度檢 測等操作。 LQ電源的最大特點是能使生產(chǎn)狀況一目了然,，從而使整個生產(chǎn)過程簡單化,，避免了加工過程中的浪費現(xiàn)象，使設(shè)備始終處于高效、高品質(zhì)的加工狀態(tài),，所以,，LQ 電源能使加工效率獲得空前提高。4月17日在日本大阪舉行的第13屆國際模具加工技術(shù)展覽會上,，沙迪克公司已經(jīng)展出了配置LQ電源的線性電機(jī)驅(qū)動型電火花成型加工機(jī),，引起用戶的極大興趣，紛紛打聽銷售辦法和日期,，沙迪克公司因此而受到極大的鼓舞,，并將以今年10月在東京舉行的JIMTOF2002為鍥機(jī)， 全面推出LQ型操作系統(tǒng),，預(yù)計此類系統(tǒng)的推出年間僅在日本的訂貨與銷售量就將超過2000臺,。當(dāng)然，到時在中國也將同步推出裝備該操作系統(tǒng)的電火花設(shè)備和 加工中心,，有興趣和意向的客戶請密切關(guān)注,，和沙迪克公司保持聯(lián)系。再向大家介紹一種沙迪克公司最新研制成功被認(rèn)為是目前世界上最高精度的加工機(jī)械,， （NANO-100）,。NANO是日語，翻譯成中文的話是納米的意思,，100則是表示加工范圍,。 沙迪克公司一貫奉行的宗旨是（讓不可能實現(xiàn)的東西成為可能），大力推進(jìn)21世紀(jì)的關(guān)鍵技術(shù)—納米技術(shù),，在線性控制的基礎(chǔ)上開發(fā)出世界最高水準(zhǔn)的超精密線性中心,。這種機(jī)械的支撐部及大量的零部件，采用本公司自產(chǎn)的陶瓷材料,，幾乎沒有熱變形并大大降低了結(jié)構(gòu)重量,，3軸的滑動部位，采用非接觸式4面拘束型陶瓷部 件和空氣導(dǎo)軌,，直線性 就以上所討論的內(nèi)容,，我們大致可以把它歸納為以下四點： 1． 直線電機(jī)具有定位精度高，伺服平穩(wěn),，響應(yīng)靈敏等特性,，更適合于電加工的加工特性； 2． 直線電機(jī)的高速運行特點應(yīng)用于電火花的主軸頭上,，有效解決了加工深徑比大的型腔的排屑性能,，不但提高了加工精度，同時大幅縮短了加工時間,。 3． 采用直線電機(jī)作為驅(qū)動系統(tǒng),，有效克服了傳統(tǒng)絲杠式系統(tǒng)不可避免所存在的背隙,、摩擦損耗及變形等缺陷，設(shè)備的總體精度得以提升,。 4． 雖然目前直線電機(jī)本身制造成本較高,，但綜合下來機(jī)械結(jié)構(gòu)得以簡化，易磨損部件減少到最小限度,，精度可以長期得到保證,。而絲杠式結(jié)構(gòu)則可能5年左右就要對其 絲杠精度進(jìn)行測試和調(diào)整，10年左右如果還想維持原先精度的話,，就有可能要更換絲杠,。最后還需要告訴大家的是，沙迪克在不斷提高技術(shù)含量的同時,，還不斷地挖潛改革,，以降低制造成本，近來推出的AM3L型直線電機(jī)驅(qū)動電火花成型加工機(jī)的價格已足以使國內(nèi)中小企業(yè)甚至個體企業(yè)所能接受,，成為性能價格比較高的模具加工機(jī)械,，深受廣大客戶的喜愛。有興趣和意向的客戶可直接與沙迪克公司在中國的各營 業(yè)點取得聯(lián)系并取得詳細(xì)的技術(shù)咨詢,。沙迪克公司一定會以最大的努力來滿足大家的需求,。最后祝各位身心愉快,、事業(yè)有成,。
R) X* M, j5 y W% g+ `臺灣慶鴻公司，日本三菱公司也相繼推出了直線電機(jī)驅(qū)動慢走絲機(jī)床,。 # A2 z$ L8 ` q+ O6 g5 s: d
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發(fā)表于 2015-8-19 01:12:30
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