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 蘇州市寶瑪數(shù)控設(shè)備有限公司 技術(shù)部（任何轉(zhuǎn)載和發(fā)布，需注明出處，否則追究法律責(zé)任）

（三） 、閉環(huán)張力動(dòng)態(tài)控制的電火花線切割運(yùn)絲機(jī)構(gòu)研制。
在完成了對(duì)各種往復(fù)走絲線切割機(jī)動(dòng)態(tài)鉬絲張力狀況大量測(cè)試分析工作和分別對(duì)國(guó)外開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種單向走絲線切割機(jī)床絲的動(dòng)態(tài)張力狀況測(cè)試之后，發(fā)現(xiàn)閉環(huán)動(dòng)態(tài)控制運(yùn)絲機(jī)構(gòu)對(duì)提高運(yùn)絲精度性能和整機(jī)性能的作用更為明顯。所以國(guó)產(chǎn)往復(fù)走絲線切割機(jī)床可以借鑒國(guó)外單向低速走絲線切割機(jī)床運(yùn)絲機(jī)構(gòu)改進(jìn)的成功經(jīng)驗(yàn)，把目前低水平的運(yùn)絲機(jī)構(gòu)改進(jìn)成閉環(huán)動(dòng)態(tài)張緊力控制的運(yùn)絲機(jī)構(gòu)。
由于往復(fù)高速走絲線切割機(jī)需要往復(fù)雙向循環(huán)運(yùn)絲，并且其*次切割時(shí)運(yùn)絲速度是單向低速走絲線切割運(yùn)絲速度的32-48倍，所以要在此類機(jī)床上的運(yùn)絲機(jī)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)閉環(huán)動(dòng)態(tài)恒張緊力控制的技術(shù)難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)難于在單向低速運(yùn)絲條件下的運(yùn)絲機(jī)構(gòu)。經(jīng)反復(fù)研究分析，認(rèn)為要實(shí)現(xiàn)在往復(fù)雙向和高速運(yùn)絲兩個(gè)條件下的閉環(huán)動(dòng)態(tài)恒張緊力控制，必須要滿足三項(xiàng)技術(shù)要素：
1、 高頻響應(yīng)特性：
為了適應(yīng)于高速運(yùn)絲的條件，要求運(yùn)絲系統(tǒng)中傳感器、張力調(diào)整機(jī)構(gòu)和電子電路等都要具有高頻率響應(yīng)的特性。
2、 全對(duì)稱性：
為了適應(yīng)往復(fù)雙向循環(huán)運(yùn)絲的條件，不但放電間隙那段鉬絲要處于整個(gè)運(yùn)絲機(jī)構(gòu)的中心，并且力傳感器用于檢測(cè)張力的那段鉬絲和張緊力調(diào)整機(jī)構(gòu)所調(diào)整的那段鉬絲，在正、反兩個(gè)方向運(yùn)絲時(shí)，這二段鉬絲張緊力也不能因運(yùn)絲方向改變而發(fā)生改變，即整個(gè)運(yùn)絲機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要使這三段鉬絲的張緊力同樣處于不變的狀態(tài)，運(yùn)絲機(jī)構(gòu)要構(gòu)思成在雙向運(yùn)絲時(shí)的全對(duì)稱性設(shè)計(jì)。
3、 寬頻帶線性調(diào)整：
為了要實(shí)現(xiàn)對(duì)鉬絲張緊力的控制，改變鉬絲彈性拉伸應(yīng)變ε與應(yīng)力δ之間很陡的曲線斜率，要求張緊力傳感器和調(diào)整機(jī)構(gòu)對(duì)鉬絲張緊力的調(diào)整都要具有寬帶線性調(diào)整特征，另外為了彌補(bǔ)張緊力調(diào)整機(jī)構(gòu)受到目前功能部件性能的限制，進(jìn)一步提高其高頻響應(yīng)特性，張緊力傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要對(duì)尖峰狀張力波動(dòng)有高頻吸收的功能。
在2005年江漢大學(xué)申報(bào)了“快走絲線切割機(jī)床擺動(dòng)式恒張力控制裝置”的實(shí)用新型，2008年由四川自貢市嘉特?cái)?shù)控機(jī)械制造公司申報(bào)了“智能張力調(diào)節(jié)裝置”的實(shí)用新型，后來(lái)公司根據(jù)該設(shè)計(jì)了國(guó)內(nèi)*臺(tái)采用閉環(huán)張力控制性能的往復(fù)中速走絲型電火花線切割機(jī)床，在2009年北京機(jī)床上展出，在切割效果上確有很大的進(jìn)展。但是從摘要簡(jiǎn)圖上看，這兩項(xiàng)至少?zèng)]有符合“全對(duì)稱性”和“寬頻帶線性調(diào)整”兩項(xiàng)技術(shù)要素的要求。
經(jīng)醞釀和多次方案比較之后，寶瑪公司終于在2008年設(shè)計(jì)出在目前機(jī)械電子行業(yè)基礎(chǔ)部件性能條件下，基本符合上述三項(xiàng)要素的全對(duì)稱閉環(huán)動(dòng)態(tài)鉬絲張緊力自動(dòng)伺服控制的運(yùn)絲機(jī)構(gòu)。
在該系統(tǒng)中，使用張力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)在放電間隙中那段電極絲的張緊力，傳感器輸出的電量信號(hào)經(jīng)與機(jī)床控制計(jì)算機(jī)通訊電子電路的處理和放大，由張緊力調(diào)整機(jī)構(gòu)對(duì)鉬絲張緊進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整后的鉬絲張緊力再次由傳感器進(jìn)行檢測(cè)，由電子電路再次處理和放大，再次由機(jī)構(gòu)調(diào)整鉬絲的張緊力……從而使鉬絲的張緊力動(dòng)態(tài)地穩(wěn)定在計(jì)算機(jī)預(yù)置程序所設(shè)定的值附近。
這種動(dòng)態(tài)調(diào)整的張緊力符合以下的關(guān)系式：
動(dòng)態(tài)調(diào)整張緊力f（D）=F'－［ｆ（δ）＋Ｎ］-----------------7
在7式中：F'為計(jì)算機(jī)設(shè)定的放電間隙那段鉬絲的張緊力
f（δ）為由于運(yùn)絲部件制造允差在鉬絲作高速運(yùn)動(dòng)時(shí)造成其張緊力動(dòng)態(tài)波動(dòng)力
N為對(duì)稱結(jié)構(gòu)中一半導(dǎo)輪和換向輪內(nèi)軸承的滑動(dòng)摩擦力之和。
這樣放電間隙那段鉬絲動(dòng)態(tài)張緊力F=F'=ｆ（Ｄ）＋ｆ（δ）＋Ｎ。---8
可以看到8式中的物理意義是：這種全對(duì)稱動(dòng)態(tài)鉬絲張緊力閉環(huán)自動(dòng)伺服控制系統(tǒng)實(shí)際上是以高頻率響應(yīng)的伺服控制調(diào)整機(jī)構(gòu)對(duì)鉬絲張緊力的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，來(lái)補(bǔ)償因?yàn)檫\(yùn)絲部件在制造和裝配中誤差或允差造成運(yùn)絲過(guò)程中產(chǎn)生鉬絲動(dòng)態(tài)的應(yīng)力變化。實(shí)質(zhì)上這是一種與單項(xiàng)低速走絲線切割機(jī)床*相同的“以動(dòng)制動(dòng)”好辦法，從而使放電間隙那段鉬絲動(dòng)態(tài)地穩(wěn)定在計(jì)算機(jī)預(yù)置程序所設(shè)定的鉬絲張緊力附近。不過(guò)由于要滿足的是在往復(fù)雙向運(yùn)絲時(shí)（而不是單向運(yùn)絲時(shí)）放電間隙那段鉬絲張緊力的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，其機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要更加復(fù)雜一些，頻率響應(yīng)特性要求要更高一些。
寶瑪公司現(xiàn)設(shè)計(jì)的已獲實(shí)用新型的“閉環(huán)張力動(dòng)態(tài)控制運(yùn)絲機(jī)構(gòu)”其特征如下：
1. 閉環(huán)張力動(dòng)態(tài)控制機(jī)構(gòu)由稱力傳感器和智能伺服控制模塊組成，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成對(duì)稱分布的四輪結(jié)構(gòu)，二輪用于霍爾張力傳感器對(duì)張力的檢測(cè)，二輪用于伺服電機(jī)的張力調(diào)整，其結(jié)構(gòu)特性具有寬頻帶線性調(diào)整特性。
2. 通過(guò)稱力傳感器對(duì)鉬絲張力的檢測(cè)和伺服實(shí)時(shí)閉環(huán)控制，通過(guò)與研制的BMXP線切割編控系統(tǒng)的通訊，“閉環(huán)張力動(dòng)態(tài)控制的電火花線切割運(yùn)絲機(jī)構(gòu)”使張力變化控制頻響提高至毫秒級(jí)，使鉬絲張力始終伺服調(diào)整控制在BMXP線切割編控系統(tǒng)所設(shè)定的恒定張力附近?？朔藱C(jī)械式鉬絲張緊機(jī)構(gòu)張緊頻響低、單邊松絲的弊病。
3. 由于稱力傳感器可以快速的檢測(cè)到加工中斷絲現(xiàn)象，不再需要用兩塊導(dǎo)電塊組成放電中斷絲檢測(cè)的裝置，從而消除了鉬絲的機(jī)械滑動(dòng)摩擦損耗。
4. 具有閉環(huán)動(dòng)態(tài)控制的自動(dòng)上絲和同時(shí)預(yù)緊鉬絲的功能，并且在其后的切割加工中自動(dòng)把放電間隙那段鉬絲的張緊力始終動(dòng)態(tài)穩(wěn)定在計(jì)算機(jī)設(shè)定的張緊力附近，從而不再須要手工緊絲工序，因此使機(jī)床真正達(dá)到歐共體安全標(biāo)準(zhǔn)中zui基礎(chǔ)的“機(jī)械指令”要求。
5. 由于采用了“以動(dòng)致動(dòng)”的鉬絲張緊力閉環(huán)伺服控制的運(yùn)絲系統(tǒng)，基本上切斷了由于機(jī)械裝置和裝配中誤差或允許造成鉬絲張緊力低頻振動(dòng)的傳動(dòng)鏈，從根源上治本地消除了造成此類機(jī)床切割工件表面有“換向條紋”痼疾的主要因素。
6. 運(yùn)絲系統(tǒng)的電子控制電路與智能高頻脈沖電源一樣具備與機(jī)床計(jì)算機(jī)BMXP編控系統(tǒng)互相通訊的能力，通過(guò)計(jì)算機(jī)編制的程序，不但可以控制智能脈沖電源的脈沖參數(shù)，還可以同時(shí)調(diào)整鉬絲的動(dòng)態(tài)張緊力，使新機(jī)床可以參照單向低速走絲線切割機(jī)床*相同的多次切割工藝和“拐角處理”功能，從而大大提高了機(jī)床的切割精度和加工質(zhì)量。
經(jīng)過(guò)上述各項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)，以及下一步嘗試機(jī)床工作臺(tái)位置精度的二維全閉環(huán)光柵位置控制技術(shù)和激光干涉儀對(duì)光柵系統(tǒng)誤差的補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用，同時(shí)隨著可用于多次切割工藝的工作液性能的不斷提高和穩(wěn)定，將有望使國(guó)產(chǎn)往復(fù)走絲線切割機(jī)床完成一次創(chuàng)新性質(zhì)的改進(jìn)工作。從而使這類機(jī)床在模具加工行業(yè)，尤其在型腔切割加工以及塑料模具行業(yè)的發(fā)展起到更大的作用。