簡介：
在整個(gè)電火花加工過程中，電火花線的切削加工是關(guān)鍵。該裝置采用線電極(也稱為線電極)，沿給定的幾何軌跡和金屬脈沖放電腐蝕原理對(duì)工件進(jìn)行加工。中國20世紀(jì)70年代興起了高速線切割機(jī)床，并逐步在高精度、復(fù)雜形狀的金屬零件特別是模具上得到廣泛應(yīng)用。快走絲線切割機(jī)床電氣控制系統(tǒng)一般分為微機(jī)控制部分、高頻電源部分和繞線電機(jī)控制部分。線軸電機(jī)控制部分控制電機(jī)和線軸，驅(qū)動(dòng)鉬絲快速、積極地啟動(dòng)、運(yùn)行和停止，并提供各種相應(yīng)的保護(hù)功能。其他類型機(jī)床的電氣控制通常采用繼電器控制方式，也是實(shí)用的，但這種控制方式存在以下一系列問題:
(1)繼電器接觸器動(dòng)作頻繁，損耗較大；中間轉(zhuǎn)換控制復(fù)雜，故障可能性高。
(2)電機(jī)正反轉(zhuǎn)頻繁全壓啟動(dòng)，啟動(dòng)電流大，對(duì)螺桿筒機(jī)械部分影響較大。
(3)接觸器觸頭頻繁開合，噪音大。
這些問題的主要后果是降低了整個(gè)加工的可靠性，增加了燒絲等問題，必然導(dǎo)致二次加工，最終影響產(chǎn)品質(zhì)量，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)上述問題，采用低功率變頻產(chǎn)品對(duì)原有控制方式進(jìn)行改進(jìn)，原因如下:
(1)成熟的變頻技術(shù)產(chǎn)品，性能可靠，已廣泛應(yīng)用于異步電機(jī)的各種控制系統(tǒng)。
(2)利用外部控制輸入端、反映運(yùn)行狀態(tài)的輸出端和強(qiáng)大的編碼功能，可以根據(jù)不同的被控對(duì)象和控制方式靈活選擇設(shè)置，免去了復(fù)雜的中間轉(zhuǎn)換控制。
(3)電機(jī)的啟停時(shí)間和電流可以分別通過手動(dòng)編碼或自動(dòng)設(shè)定來完成，減少了原來模式下啟動(dòng)電流大、機(jī)械沖擊大的弊端。
(4)主電路的相序切換由內(nèi)部的集成控制電路完成(無接觸切換)。此外，還具備一個(gè)DC制動(dòng)功能，設(shè)置為當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為0時(shí)，制動(dòng)過程可以自動(dòng)解除，避免電機(jī)因操作不當(dāng)而承受不必要的大電流。
(5)還可以自行彌補(bǔ)電網(wǎng)的電壓波動(dòng)，設(shè)置自動(dòng)延時(shí)關(guān)機(jī)、來電連續(xù)處理等功能，可以進(jìn)一步提高自動(dòng)化程度。
該機(jī)床采用SKI650系列機(jī)床專用型產(chǎn)品，功率范圍0.18 ~ 15kw；無速度傳感器磁通矢量控制:六個(gè)可變邏輯輸入端、三個(gè)可配置模擬輸入端和三個(gè)邏輯/模擬輸出端提供控制和保護(hù)功能。
一、線行走機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)
高速線切割機(jī)走絲機(jī)構(gòu)是影響其加工質(zhì)量和加工穩(wěn)定性的關(guān)鍵部件。送絲機(jī)構(gòu)的作用是驅(qū)動(dòng)電極絲以一定的線速度前后移動(dòng)，將電極絲整齊地排列在儲(chǔ)線筒上。儲(chǔ)線筒本身的高速正反轉(zhuǎn)是通過電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的。電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)螺桿筒，再通過同步帶帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使滑架往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過調(diào)節(jié)換向左右保險(xiǎn)杠之間的距離，即可實(shí)現(xiàn)滑架的移動(dòng)行程。機(jī)床的送絲機(jī)構(gòu)如下所示。
二.絲管變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)環(huán)節(jié)組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下所示:
(1)主電路
系統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換采用Ad/DC整流電路和IGBT逆變電路。
(2)控制電路
控制電路主要用于接收外部信號(hào)，發(fā)送控制命令和PWM波形。
(3)驅(qū)動(dòng)電路
使用IGBT智能電源模塊。
(4)保護(hù)電路
為了保護(hù)動(dòng)作的快速性和實(shí)時(shí)性，采用了硬件電路和軟件子程序相結(jié)合的監(jiān)控方式。如果發(fā)生故障，如電機(jī)短路，硬件電路會(huì)立即產(chǎn)生信號(hào)，關(guān)閉波形發(fā)生器并在中斷子程序中設(shè)置保護(hù)，使程序回到初始狀態(tài)。
三、變頻調(diào)速系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)
儲(chǔ)線套由三相交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過變頻技術(shù)調(diào)速旋鈕，電機(jī)的速度可以無限調(diào)節(jié)。
1、主電路設(shè)計(jì)
三相交流電壓經(jīng)二極管整流模塊和大電容濾波后送入由6個(gè)igbts組成的三相逆變器。選擇第三代IGBT和續(xù)流二極管作為系統(tǒng)的功率器件，由逆變器發(fā)出的變頻交流電壓供給電機(jī)調(diào)速。
2、控制電路設(shè)計(jì)
采用數(shù)字信號(hào)處理器作為控制器，可以減少外圍設(shè)備的數(shù)量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在本設(shè)計(jì)中，主要使用了1MS32OC24Ox DSP的PWM輸出端口、板載A/D端口和捕獲接口CAP。DSP的六路PWM信號(hào)經(jīng)緩沖器反相后送到驅(qū)動(dòng)電路板驅(qū)動(dòng)IPM。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖下所示。
對(duì)模數(shù)采樣口的輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。直接輸入信號(hào)為幅度為0 ~ 5V的DC電壓信號(hào)，能夠滿足DSP對(duì)輸入模擬信號(hào)的要求。交流電機(jī)的矢量控制需要對(duì)交流電機(jī)的速度進(jìn)行采樣。
3、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)中采用了IGBT智能電源模塊。它是一個(gè)大規(guī)模集成模塊，不僅集成了功率開關(guān)器件和驅(qū)動(dòng)電路，還包括過壓、過流、過熱等故障檢測電路，可以將故障保護(hù)信號(hào)發(fā)送給CPU或DSP進(jìn)行處理。
4、保護(hù)電路設(shè)計(jì)
當(dāng)IGBT用于功率轉(zhuǎn)換時(shí)，很容易引起過電壓和過電流故障，導(dǎo)致器件損壞。因此，在IGBT工作時(shí)，必須采取完整的保護(hù)措施。這些保護(hù)措施主要包括過壓保護(hù)、過流保護(hù)和過溫保護(hù)。IPM集成了非常細(xì)致的保護(hù)電路，從電流保護(hù)、電壓保護(hù)到熱保護(hù)。
結(jié)語：
電火花線切割加工機(jī)床集高效率、高精度、高靈活性于一體，要求電機(jī)控制系統(tǒng)調(diào)速范圍寬、加減速性能好、速度精度高、特殊功能強(qiáng)(如高速定位)。因此要求數(shù)控機(jī)床變頻器在走絲機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)了三相異步電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速，具有節(jié)能、不污染電網(wǎng)、調(diào)速范圍寬、調(diào)速機(jī)構(gòu)硬等優(yōu)點(diǎn)。
