淺析四軸數控火花機的研發（上）

針對模具制造技術的發展要求，設計開發四軸數控火花成型機，該設備具有結構簡潔、性能可靠、系統可拓展性強等優點。

近年來，直線電機直接驅動、電主軸技術發展很快，德國、日本等已成功地將直線電機、電主軸應用到機床結構中，本設計采用圖2b所示的方案，主軸進給運動采用THK精密直線滾動導軌導向，西門子直線電機直接驅動，主軸的旋轉由電主軸直接驅動。去掉了滾珠絲杠及其支承裝置，這樣主軸箱的結構更加緊湊。由于省去了中間部件，減輕了主軸箱的重量，傳動精度更高，高速運動性能更好。

1 精密電火花成形機的運動系統設計

機床工作臺運動系統通常都采用滾動導軌導向、直流伺服(或步進電機)驅動，滾珠絲杠傳動，目前，國內外的數控電火花成形機床大多都采用這種傳動方案，在技術上較成熟。現有的三軸數控電火花成形機大多采用的是圖2。

所示的方案，主軸部件安裝在溜板上，采用直流或交流伺服電機直接驅動，主軸進給運動采用滾動導軌導向，直流或交流伺服電機驅動，滾珠絲杠傳動，帶動溜板進給。這種結構為了承受主軸高速跳躍所產生的沖擊力，采用較粗的滾珠絲杠和較大的軸承，使主軸的重量加大，為了提高主軸的高速性能，選用大功率和高轉速的電機。
                                                          

 
圖2 主軸驅動方案

2 精密電火花成形機控制系統結構

本文設計的精密電火花成形機控制系統總體結構如圖3所示。方案采用基于工業PC的開放式數控，系統由伺服驅動控制一、脈沖電源控制、放電間隙狀態檢測與控制、工作液循環系統控制等部分組成，為了縮短研發周期，采用固高科技的GT-400-SV型4軸電機控制卡進行4軸電機控制，采用凌華科技的ACL-8112型多功能DAQ卡進行脈沖電源控制與加工狀態的數據采集。

伺服精度控制是伺服控制系統中的關鍵，在控系統的實際應用中，有開環、半閉環和全閉環3種控制形式。國外進口的高精度數徑電火花成形機一般采用圖4a所示的閉環控制方案，特點是精度高，但系統的結構復雜、調試維修難度大，價格也較貴。

本設計中，工作臺采用滾珠絲杠傳動，有較高的動精度，綜合考慮經濟成本等方面的因素，工作臺的伺服控制采用圖4b所示的半閉環控制方案，而主軸的伺服控制精度對加工過程有較大影響，因此主軸進給伺服采用全閉環控制方案，如圖5所示，由于本設計采用直線電機直接驅動，減少了中間環節，降低了調試的難度。

未完：待續
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