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。
在完成了對各種往復(fù)走絲線切割機(jī)動態(tài)鉬絲張力狀況大量測試分析工作和分別對國外開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種單向走絲線切割機(jī)床絲的動態(tài)張力狀況測試之后，發(fā)現(xiàn)閉環(huán)動態(tài)控制運(yùn)絲機(jī)構(gòu)對提高運(yùn)絲精度性能和整機(jī)性能的作用更為明顯。所以國產(chǎn)往復(fù)走絲線切割機(jī)床可以借鑒國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)絲兩個條件下的閉環(huán)動態(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運(yùn)絲機(jī)構(gòu)的中心，并且力傳感器用于檢測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、反兩個方向運(yùn)絲時，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，即整個運(yùn)絲機(jī)構(gòu)的設(shè)計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)絲時的全對稱性設(shè)計。
3、寬頻帶線性調(diào)整：
為了要實(shí)現(xiàn)對鉬絲張緊力的控制，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)計需要對尖峰狀張力波動有高頻吸收的功能。
在2005年江漢大學(xué)申報了“快走絲線切割機(jī)床擺動式恒張力控制裝置”的實(shí)用新型，2008年由四川自貢市嘉特數(shù)控機(jī)械制造公司申報了“智能張力調(diào)節(jié)裝置”的實(shí)用新型，后來公司根據(jù)該設(shè)計了國內(nèi)*臺采用閉環(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。但是從摘要簡圖上看，這兩項(xiàng)至少沒有符合“全對稱性”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)要素的全對稱閉環(huán)動態(tài)鉬絲張緊力自動伺服控制的運(yùn)絲機(jī)構(gòu)。
在該系統(tǒng)中，使用張力傳感器實(shí)時監(jiān)測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經(jīng)與機(jī)床控制計算機(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，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態(tài)地穩(wěn)定在計算機(jī)預(yù)置程序所設(shè)定的值附近。
這種動態(tài)調(diào)整的張緊力符合以下的關(guān)系式：
動態(tài)調(diào)整張緊力f（d）=f'－［ｆ（δ）＋ｎ］-----------------7
在7式中：f'為計算機(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)動時造成其張緊力動態(tài)波動力
n為對稱結(jié)構(gòu)中一半導(dǎo)輪和換向輪內(nèi)軸承的滑動摩擦力之和。
這樣放電間隙那段鉬絲動態(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：這種全對稱動態(tài)鉬絲張緊力閉環(huán)自動伺服控制系統(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)對鉬絲張緊力的動態(tài)調(diào)節(jié)，來補(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)絲過程中產(chǎn)生鉬絲動態(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“以動制動”好辦法，從而使放電間隙那段鉬絲動態(tài)地穩(wěn)定在計算機(jī)預(yù)置程序所設(shè)定的鉬絲張緊力附近。不過由于要滿足的是在往復(fù)雙向運(yùn)絲時（而不是單向運(yùn)絲時）放電間隙那段鉬絲張緊力的動態(tài)穩(wěn)定，其機(jī)構(gòu)設(shè)計要更加復(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)計的已獲實(shí)用新型的“閉環(huán)張力動態(tài)控制運(yùn)絲機(jī)構(gòu)”其特征如下：
1.閉環(huán)張力動態(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)計成對稱分布的四輪結(jié)構(gòu)，二輪用于霍爾張力傳感器對張力的檢測，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.通過稱力傳感器對鉬絲張力的檢測和伺服實(shí)時閉環(huán)控制，通過與研制的bmxp線切割編控系統(tǒng)的通訊，“閉環(huán)張力動態(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，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。克服了機(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的裝置，從而消除了鉬絲的機(jī)械滑動摩擦損耗。
4.具有閉環(huán)動態(tài)控制的自動上絲和同時預(yù)緊鉬絲的功能，并且在其后的切割加工中自動把放電間隙那段鉬絲的張緊力始終動態(tài)穩(wěn)定在計算機(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“以動致動”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的傳動鏈，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)床計算機(jī)bmxp編控系統(tǒng)互相通訊的能力，通過計算機(jī)編制的程序，不但可以控制智能脈沖電源的脈沖參數(shù)，還可以同時調(diào)整鉬絲的動態(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)過上述各項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)，以及下一步嘗試機(jī)床工作臺位置精度的二維全閉環(huán)光柵位置控制技術(shù)和激光干涉儀對光柵系統(tǒng)誤差的補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用，同時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。