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護(hù)，使用壽命更長(zhǎng)。四：直線電機(jī)固有特性及應(yīng)用過(guò)程中的應(yīng)對(duì)措施 通過(guò)以上的分析我們可以大致了解到直線電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)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(diǎn)，生產(chǎn)各類直線電機(jī)的專業(yè)公司 也不少，但從市場(chǎng)上買來(lái)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(diǎn)的驅(qū)動(dòng)控制器，雖然直線電機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性具有高速，響應(yīng)靈敏的優(yōu)點(diǎn)，但作為電火花機(jī)床的主軸，在不斷地上下高速跳躍過(guò)程中要達(dá)到準(zhǔn)確的在放電加工處定位，沒(méi)有一系列技術(shù)上的措施來(lái)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(shí)際應(yīng)用中加以克服和改善。首先，直線電機(jī)在使用過(guò)程中也會(huì)發(fā)熱，旋轉(zhuǎn)式電機(jī)通過(guò)螺桿螺母轉(zhuǎn)換成負(fù)載的直線運(yùn)動(dòng)，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(dòng)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(duì)來(lái)說(shuō)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(wèn)題的關(guān)鍵所在，而直線電機(jī)則不同，它運(yùn)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(huì)發(fā)熱；而且，根據(jù)設(shè)計(jì)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(shì)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(yùn)行速度高且運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(jì)循環(huán)冷卻水道的設(shè)計(jì)方按，使這個(gè)問(wèn)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(dòng)系統(tǒng)的加速度 已大大超過(guò)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(shí)，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(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，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(guò)室溫2℃，（插圖）完全可以在所設(shè)計(jì) 的電火花機(jī)床的全負(fù)荷范圍內(nèi)使用。 問(wèn)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(méi)有適當(dāng) 措施加以平衡的話，久而久之勢(shì)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(jì)者們感到左右為難的是剛度的增加 勢(shì)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(gè)怪圈。經(jīng)過(guò)反復(fù)研究論 證，決定安裝兩個(gè)對(duì)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(yùn)動(dòng)的直線性和平滑性。問(wèn)題之三，直線電機(jī)的齒槽效應(yīng)扭矩與制動(dòng)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(yùn)行時(shí)動(dòng)子相對(duì)定子的位置不同，生產(chǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)弱不同，由于磁場(chǎng) 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(duì)精密加工來(lái)說(shuō)是一個(gè)很重要的問(wèn)題，容易造成定位不準(zhǔn)而失去精度。 Sodick 公司在這一問(wèn)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(dòng)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(guò)把相互對(duì)抗的電機(jī)的各相位予以偏置的措施來(lái)抵抗和消除齒槽效應(yīng)。這樣，不僅 使各個(gè)相位間的推力平衡性得到了提高，同時(shí)還起到了在正常運(yùn)行過(guò)程中抑制負(fù)載變動(dòng)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(shí)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(jí)提高了5～10倍，沿用sodick公司的一貫做法，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的軟件也是其獨(dú)家研制開(kāi)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。問(wèn)題之四，主軸的自鎖問(wèn)題。為什么要提這樣的問(wèn)題，因?yàn)樵趥鹘y(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(huì)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(chǎng)約束力就會(huì)立即消失，不采取措施的話，主軸頭憑著自重就會(huì)掉落下來(lái)，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(lái)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(wèn)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(chǎng)。現(xiàn)在在行程850mm以下的電火花加工設(shè)備以及所有型號(hào)的線切割設(shè)備上都采用了直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(shuō)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(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性方面的考慮，大型機(jī)床的加工對(duì)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(duì)于小型工件來(lái)說(shuō)要求也不一樣，如果全部采用直線電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)軸的 話，勢(shì)必加大電機(jī)的推動(dòng)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(shì)必增加機(jī)床的制造成本，增加用戶的負(fù)擔(dān)，而在不對(duì)機(jī)床原有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行大的變動(dòng)的情況下，增加一小功率的直線電機(jī)輔助軸，在加工中實(shí)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，不失為一個(gè)既經(jīng)濟(jì)又可行的方法。五：加工實(shí)例分析 下面，我們將結(jié)合加工實(shí)例來(lái)看一下直線電機(jī)的應(yīng)用情況。 直線電機(jī)特點(diǎn)1.運(yùn)行的速度快（36m/min）；加速度高（1.2g），在加工過(guò)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(shí)例。工件材料為SKD61，粗加工時(shí)間：2小時(shí)10分，精加工時(shí)間1小時(shí)34分，合計(jì)3小時(shí)44分。使用2根電極。加工后經(jīng)測(cè)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(shí)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(méi)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(shí)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(jì)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(huì)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(yàn)來(lái)考慮，這道加工工序?qū)⒄季诱麄�(gè)模具加工周期的大部分時(shí)間，甚至為無(wú)法加工而傷透腦筋。因?yàn)橛靡酝鶄鹘y(tǒng)的電火花機(jī)在加工深徑比 比較大的型腔時(shí)最感困惑的問(wèn)題是電蝕物的排泄問(wèn)題，正是由于這個(gè)問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)得不到有效的解決，或者說(shuō)解決的方法沒(méi)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(wú)法加工（插圖7），更不用說(shuō)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(shí)，加工到一定深度后，電蝕產(chǎn)物開(kāi)始難以排出，造成加工不穩(wěn)定，短路現(xiàn)象不時(shí)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(lái)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(wèn)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(guò)程，增加抬刀時(shí)間和抬刀高度來(lái)改善加工狀態(tài)的話，勢(shì)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(gè)現(xiàn)象，往往需要操作者有豐富的經(jīng)驗(yàn)，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?cè)诩庸み@類工件時(shí)，可以設(shè)定主軸作高速跳躍運(yùn)動(dòng)，充分利用直線電機(jī)高速，高加速度運(yùn)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(shí)，由于抽吸效應(yīng)，順勢(shì)帶走了大量的電蝕產(chǎn)物，使型腔瞬時(shí)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(yùn)動(dòng)時(shí)形成的沖擊力，會(huì)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(wú)放電殘余物存在，能實(shí)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(zhǎng)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(yùn)動(dòng)，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(shí)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(shí)間。插圖（11）我們可以從兩個(gè)方面來(lái)加深理解為何采用直線電機(jī)會(huì)提高加工效益。 首先從主軸運(yùn)行狀態(tài)來(lái)看，如圖（18）所示，絲杠驅(qū)動(dòng)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(shí)間和脈沖作用時(shí)間的比值 總體上來(lái)說(shuō)大約是1：1，也就是說(shuō)實(shí)際上有效加工時(shí)間只占了總加工時(shí)間的一半左右，效率僅為50%。 而直線電機(jī)由于具有高速運(yùn)行特性，并且電機(jī)的運(yùn)行速度既為主軸的運(yùn)行速度，所以運(yùn)行中可以任意設(shè)定主軸的跳躍時(shí)間，在加工某些特定形狀的工件，比如說(shuō)加強(qiáng) 筋溝槽等，可以設(shè)定主軸作高速跳躍動(dòng)作，瞬間就可完成提升和再定位過(guò)程，這樣有效加工時(shí)間在總加工時(shí)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(lái)看，插圖（19） 傳統(tǒng)絲杠傳動(dòng)式機(jī)器由于受排屑不暢的影響，加工過(guò)程中不時(shí)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(jì)了遇短路自動(dòng)延長(zhǎng)脈沖間隔時(shí)間，以此來(lái)增加排屑時(shí)間，達(dá)到穩(wěn)定加工目的。而這段時(shí)間實(shí)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(huì)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(shí)間比例大幅增加，從而相對(duì)來(lái)講宿短了加工時(shí)間，提高了效益。以上兩個(gè)方面，僅從直線電機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)上的分析所得出的結(jié)論，事實(shí)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(shí)例來(lái)說(shuō)明，是因?yàn)檫@種類型的加工較能反應(yīng)電火花機(jī)床加工的難點(diǎn)，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(méi)有其他更有效的加工手段來(lái)對(duì)付。塑料模在所有的模具中所占的比例越來(lái)越大，而在發(fā)達(dá)國(guó)家，這種比例已超過(guò)一半，而普通的型腔模、鍛造模等過(guò)去電火花加工中最擅長(zhǎng)的一個(gè)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(shí)間要占整個(gè)模芯的70%之多，在國(guó)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(jì)上配置若干個(gè)薄而深的加強(qiáng)筋，電火花機(jī)床的生存空間將越來(lái)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(huì)有太大的困難了。 直線電機(jī)特點(diǎn)2.響應(yīng)性好，動(dòng)作靈敏，運(yùn)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(dòng)方式的絲杠組件，不存在移動(dòng)軸背隙的誤差，位置的定位由高性能的位置檢測(cè)光柵裝置直接反饋給驅(qū)動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)，（插圖6）從圖中可以看出不同驅(qū)動(dòng)方式的驅(qū)動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)，主軸的移動(dòng)指令由NC中央處理器發(fā) 出，令回轉(zhuǎn)式電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)通過(guò)絲杠和螺母系 統(tǒng)轉(zhuǎn)換為主軸的直線運(yùn)動(dòng)，直到指令所指定的值為止，在這過(guò)程中放電間隙狀態(tài)的檢出裝置一直 處于監(jiān)測(cè)工作狀態(tài)，并把監(jiān)測(cè)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(dòng)指令，但移動(dòng)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(shí)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(yùn)行的結(jié)果完全一致，就是實(shí)際移動(dòng)量，正確的移動(dòng)量直接反饋至控制回路而不象絲杠式檢測(cè)系統(tǒng)那樣反饋至NC裝置再行進(jìn)行判別，這個(gè)控制回路稱為（SMC）Sodick Motion Controller回路，是由沙迪克公司自行研制開(kāi)發(fā)的直線電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)裝置，也是沙迪克公司直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(cè)控制系統(tǒng)，三管齊下，使得0.1um驅(qū)動(dòng)當(dāng)量的位移量變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。以IC封裝注塑模為例，此類模具看似簡(jiǎn)單，底部為平面而已，其實(shí)要求極高， 國(guó)外IC芯片廠家對(duì)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(duì)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(gè)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(gè)點(diǎn)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(cè)系統(tǒng)可以檢測(cè)到μm級(jí)以內(nèi) 的間隙電壓變化情況，控制驅(qū)動(dòng)裝置可以控制直線電機(jī)做小至0.1μm當(dāng)量的驅(qū)動(dòng)，從而保證了加工精度的需求。為了驗(yàn)證直線電機(jī)的這一特性，沙迪克公司曾做過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)，如圖所示（插圖9），這是一個(gè)平板狀型腔，采用無(wú)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(gè)，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(shí)間4小時(shí)8分，精加工時(shí)間15小時(shí)40分，總加工工時(shí)合計(jì)19小時(shí)48分。加工后經(jīng)測(cè)量表面粗糙度達(dá)到Ry6.5μm,相當(dāng)于▽7。僅用不到20小時(shí)的加工時(shí)間，加工這么大個(gè)工件，且達(dá)到這樣的光潔度，應(yīng)該說(shuō)效率是很高的，但我們主要目的是來(lái)看看它的平整度到底如何，為了形象有效地加以說(shuō)明，他們?cè)谡麄�(gè)加工區(qū)域內(nèi)分成9 個(gè)部位作為測(cè)量點(diǎn)，測(cè)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(jiàn)，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(wú)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(shí)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(shì)，在線切割機(jī)床上采用直線電機(jī)似乎沒(méi)多大必要，其實(shí)這是誤解，也許持這種觀點(diǎn)的同志，對(duì)直線電機(jī)高速運(yùn)行特性有比較深刻的了解，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)參觀，加工對(duì)比，證實(shí)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(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，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(yùn)動(dòng)，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(méi)有必要采用電火花成型加工一樣的伺服動(dòng)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(diǎn)是片面的，我們上面已經(jīng)談到過(guò)，直線電機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)，除了能作 高速運(yùn)行特點(diǎn)外，還有諸如沒(méi)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(dòng)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(tái)的驅(qū)動(dòng)軸作平滑移動(dòng)，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(guò)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(guò)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(duì)來(lái) 說(shuō)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?cè)谏厦嬖?jīng)分析過(guò)，在進(jìn)給驅(qū)動(dòng)過(guò)程中存在不同程度的響應(yīng)滯后現(xiàn)象，對(duì)高低突變的窄小表面反應(yīng)遲鈍，甚至來(lái)不及處理就匆匆而過(guò)，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(zhǎng)了加工時(shí)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(shí)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(shí)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?yàn)橹本�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(lái)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(gè)方面來(lái)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(lái)說(shuō)明直線電機(jī)的在線切割中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。沙迪克公司在線切割上開(kāi)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(jí)，要實(shí)現(xiàn)高精度的加工效果，必須要有高精度的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以往絲杠傳動(dòng) 式線切割和放電加工機(jī)一樣，改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)由于絲杠和螺母間有間隙造成動(dòng)作的滯后，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生差錯(cuò)，這種現(xiàn)象在加工圓的時(shí)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(diǎn)部時(shí)，軸移方向要進(jìn)行換向，由于背隙的存在而使軸動(dòng)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(diǎn)部分的精度降低，這種情形在加工直徑較小的圓時(shí)特別明顯，事實(shí)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(dòng)的線切割放電加工機(jī)，由于不采用絲杠而直接驅(qū)動(dòng)，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(shí)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(cè)量，其橢圓度僅為0.43um，另外，結(jié)合沙迪克公司開(kāi)發(fā)的 SMC驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可以長(zhǎng)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(kāi)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(shuō)一下拐角處理，沒(méi)有這項(xiàng)技術(shù)，在加工到角度比較銳利的拐角處時(shí)，會(huì)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(yùn)行軌跡滯后于程序軌跡且伴隨電極絲的振動(dòng)、噴流壓力和方向的變化等都會(huì)造成拐角加工軌跡的失真，而這項(xiàng)技術(shù)可以預(yù)先對(duì)程序走向進(jìn)行預(yù)跟 蹤，自動(dòng)判別是否進(jìn)入拐角，調(diào)整運(yùn)絲的張力和伺服速度，自動(dòng)修正電極絲的滯后，有效控制了電極絲振動(dòng)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(jiǎn)述 由于時(shí)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(dú)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(dòng)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(gè)加工過(guò)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(shí)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(wú)電解回路技術(shù)（SUPER BS），有效防止了被加工材料在加工過(guò)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(shí)，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(zhǎng)了交換樹(shù)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(wú)法實(shí)現(xiàn)的，在控制技術(shù)方面，在設(shè)計(jì)上利用對(duì)切割程序的監(jiān)控以及對(duì)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(guò)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(dòng)接線技術(shù)，進(jìn)電 端點(diǎn)及導(dǎo)線布局改善措施、快速進(jìn)液及省占地面積設(shè)計(jì)，省力方便的加工槽門開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)等，無(wú)一不體現(xiàn)出沙迪克一貫創(chuàng)導(dǎo)的以人為本的設(shè)計(jì)和制造理念，每一項(xiàng)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(guò)的那些加工實(shí)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(kāi)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(lái)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(guò)了，正因?yàn)樯车峡嗽诜烹娂庸ゎI(lǐng)域里的杰出貢獻(xiàn)，近幾年來(lái)獲得了日本政府有關(guān)機(jī)關(guān)頒發(fā)的多項(xiàng)獎(jiǎng)項(xiàng)，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(jiǎng)最優(yōu)秀獎(jiǎng)”；日刊工業(yè)新聞社頒發(fā)的“第42屆十大新產(chǎn)品獎(jiǎng)”；日本機(jī)械 振興協(xié)會(huì)頒發(fā)的“第30屆中堅(jiān)·中小企業(yè)新機(jī)械開(kāi)發(fā)獎(jiǎng)會(huì)長(zhǎng)獎(jiǎng)”；日本國(guó)模具技術(shù)協(xié)會(huì)頒發(fā)的“第十屆模具技術(shù)協(xié)會(huì)獎(jiǎng)技術(shù)獎(jiǎng)”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(kāi)發(fā)成功并不久即將投入市場(chǎng)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L(zhǎng)Q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(guó)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(gè)加工過(guò)程的以三維實(shí)體模型為基體的完整的設(shè)計(jì) 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(guò)程中通過(guò)CRT屏幕觀測(cè)到與加工位置同步的任何角度的實(shí) 時(shí)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(kāi)發(fā)背景是，近年來(lái)機(jī)械設(shè)計(jì)與模具設(shè)計(jì)正在迅速向三維實(shí)體模型化潮流過(guò)渡，其原因是按照由三維實(shí)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(dòng)及熱量的模擬分析，在實(shí)際生產(chǎn)之前對(duì)加工性能及加工成本等方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，避免加工失誤。三維的CAD經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)發(fā)和完善，性能上已適合各類設(shè)計(jì)要求，并迅速得到普及�，F(xiàn)在CAD軟件在價(jià)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(yùn)行，然 而，遺憾的是至今為止還沒(méi)有能夠使在CAD系統(tǒng)上繪制的三維實(shí)體模型直接移植并在下一道實(shí)施加工工序的CNC裝置中應(yīng)用，通過(guò)對(duì)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(guò)渡，所以決定采取三維實(shí)體模型數(shù)據(jù)來(lái)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(yùn)動(dòng)的C軸，借助于三軸聯(lián)動(dòng)功能，可以象加工中心那樣做 三維創(chuàng)成加工，因?yàn)殡娀鸹ǔ尚图庸C(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)同時(shí)要對(duì)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L(zhǎng)Q電源。L表示沙迪克的線性驅(qū)動(dòng)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(lái)表示此系統(tǒng)具有高品質(zhì)的三維實(shí)體模型功能。對(duì)于操作者來(lái)說(shuō)，掌握LQ電源，即意味著從開(kāi)始設(shè)計(jì)構(gòu)思的最初階段直至完成加工的整個(gè)過(guò)程能始終用三維實(shí)體模型作為基體，并以此作為依據(jù)進(jìn)行定位，自動(dòng)生成加工路徑及加工條件，甚至還可以用來(lái)類似三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x那樣進(jìn)行三維輪轂的精度檢 測(cè)等操作。 LQ電源的最大特點(diǎn)是能使生產(chǎn)狀況一目了然，從而使整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單化，避免了加工過(guò)程中的浪費(fèi)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(guó)際模具加工技術(shù)展覽會(huì)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(dòng)型電火花成型加工機(jī)，引起用戶的極大興趣，紛紛打聽(tīng)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(jì)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(guò)2000臺(tái)。當(dāng)然，到時(shí)在中國(guó)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(qǐng)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(yǔ)，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(shí)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(kāi)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(méi)有熱變形并大大降低了結(jié)構(gòu)重量，3軸的滑動(dòng)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(diǎn)： 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(yùn)行特點(diǎn)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(shí)大幅縮短了加工時(shí)間。 3． 采用直線電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)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(lái)機(jī)械結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化，易磨損部件減少到最小限度，精度可以長(zhǎng)期得到保證。而絲杠式結(jié)構(gòu)則可能5年左右就要對(duì)其 絲杠精度進(jìn)行測(cè)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(shí)，還不斷地挖潛改革，以降低制造成本，近來(lái)推出的AM3L型直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)電火花成型加工機(jī)的價(jià)格已足以使國(guó)內(nèi)中小企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)所能接受，成為性能價(jià)格比較高的模具加工機(jī)械，深受廣大客戶的喜愛(ài)。有興趣和意向的客戶可直接與沙迪克公司在中國(guó)的各營(yíng) 業(yè)點(diǎn)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(huì)以最大的努力來(lái)滿足大家的需求。最后祝各位身心愉快、事業(yè)有成。
4 W; b9 O M( e6 X臺(tái)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(dòng)慢走絲機(jī)床。
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發(fā)表于 2015-8-19 01:12:30
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