對(duì)線(xiàn)切割機(jī)床選型認(rèn)識(shí)
數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)床的基本組成包括加工程序、高頻電源、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)﹑數(shù)控系統(tǒng)及機(jī)
床本體。加工程序可由人工編寫(xiě)（如早期的 3B 指令），現(xiàn)在都在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行
繪圖（如現(xiàn)在的 CAXA,HL,HF,YH 等編程軟件），然后生成加工程序。程序的輸入
可由數(shù)控系統(tǒng)的面板（單板機(jī)）進(jìn)行手工輸入，也可通過(guò)計(jì)算機(jī)的 232 串行口進(jìn)
行傳輸，也可以用計(jì)算機(jī) USB 接口進(jìn)行傳輸。
在選購(gòu)數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)床時(shí)可從三個(gè)方面考慮，首先是機(jī)床本體能否符合自己
的加工要求，機(jī)床的質(zhì)量如何。其次是數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)有很多種類(lèi)，選擇合
適的系統(tǒng)是選購(gòu)數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵。最后是驅(qū)動(dòng)單元，也是機(jī)床控制的關(guān)鍵，不同
的驅(qū)動(dòng)單元能達(dá)到的加工精度也不一樣，在選擇驅(qū)動(dòng)單元時(shí)，要根據(jù)加工的工件
的精度要求選擇合適的驅(qū)動(dòng)單元。
以下從機(jī)床本體﹑數(shù)控系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)單元三個(gè)方面進(jìn)行分析：
1 、機(jī)床本體的選擇
首先機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加工件尺寸和重量要達(dá)到最佳的匹配。對(duì)于中大型負(fù)載
工作臺(tái)采用全支撐加工中心結(jié)構(gòu)。這樣設(shè)計(jì)才能具有足夠的承載﹑剛度、精度、
抗振性和精度保持性。其次是進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)要采用滾珠絲杠，滾珠絲杠優(yōu)
于三角螺紋絲杠和梯形螺紋絲杠，并且要求絲杠的直徑盡可能大些，增加剛性。
再次是導(dǎo)軌，工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌是保證工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)精度的關(guān)鍵，用戶(hù)在選型時(shí)應(yīng)高
度重視。首先觀(guān)察導(dǎo)軌的橫截面的大小，在同等條件下，越粗壯，剛性越好，加
工中越不易產(chǎn)生變形，才能保證機(jī)床在長(zhǎng)期工作中能得到最高精度和耐用性。日
前市場(chǎng)上常見(jiàn)的導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)有以下幾種：
①鑲鋼滾珠式滾動(dòng)導(dǎo)軌；
②鑲鋼滾柱式滾動(dòng)導(dǎo)軌；
③直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌。
第一種與第二種的區(qū)別在導(dǎo)軌的滾體上，一個(gè)是滾珠一個(gè)是滾柱。滾珠與導(dǎo)
軌面是點(diǎn)接觸，滾柱與導(dǎo)軌面是線(xiàn)接觸，所以它的耐磨性和軸承能力都大大優(yōu)于
滾珠式。而線(xiàn)性滑軌是一種滾動(dòng)導(dǎo)引，它由鋼珠在滑塊與滑軌之間作無(wú)限滾動(dòng)循
環(huán)，使得負(fù)載平臺(tái)能沿著滑軌輕易的以高精度作線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)，其摩擦系數(shù)可降至傳
統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)引的 1 ／ 50 ，使之能輕易地達(dá)到μ m 級(jí)的定位精度?；瑝K與滑軌間
的末制單元設(shè)計(jì)，使得線(xiàn)形滑軌可同時(shí)承受上下左右等各方向的負(fù)荷，線(xiàn)性滑軌
有更平順且低噪音的運(yùn)動(dòng)特性。使之精度保持和承載能力都大大優(yōu)于滾珠和滾柱
式。目前在日本沙迪克公司、日本三菱公司、瑞士夏米爾公司、瑞阿奇公司進(jìn)口
的機(jī)床中都是采用第三種結(jié)構(gòu)，所以通過(guò)對(duì)比，用戶(hù)在選型時(shí)應(yīng)盡量考慮第三種
結(jié)構(gòu)。
2. 數(shù)控系統(tǒng)的選配
數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的“大腦”，對(duì)機(jī)床控制信息進(jìn)行運(yùn)算及處理。根據(jù)數(shù)
控系統(tǒng)的原理可分為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)兩大類(lèi)。
2.1 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)
經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)從控制方法來(lái)看，一般指開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)是指
數(shù)控系統(tǒng)本身不帶位置檢測(cè)裝置，由數(shù)控系統(tǒng)送出一定數(shù)量和頻率的指令脈沖，
由驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行機(jī)床定位。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)在外部因素影響的情況下，機(jī)床不動(dòng)作或動(dòng)
作不到位，但系統(tǒng)已當(dāng)機(jī)床到達(dá)了指定位置，此時(shí)機(jī)床的加工精度將大大降低。
但因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、反應(yīng)迅速、工作穩(wěn)定可靠、調(diào)試及維修均很方便，加之價(jià)格十
分低廉，但受步進(jìn)電機(jī)矩頻特性及精度、進(jìn)給速度、力矩三者之間相互制約，性
能的提高受到限制。所以，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)目前用于數(shù)控快走絲線(xiàn)切割及一些速
度和精度要求不高的經(jīng)濟(jì)型中走絲線(xiàn)切割機(jī)床，在普通快走絲機(jī)床的數(shù)控化改造
中也得到廣泛的應(yīng)用。
2.2 精密型數(shù)控系統(tǒng)
精密型數(shù)控系統(tǒng)包括半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。
半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)一般指機(jī)床的伺服電機(jī)的位置信號(hào)（光電編碼器）反饋到數(shù)
控系統(tǒng)，系統(tǒng)能自動(dòng)進(jìn)行位置檢測(cè)和誤差比較，可對(duì)部分誤差進(jìn)行補(bǔ)償控制，因
此其控制精度比開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)要高，但比全閉環(huán)的數(shù)控系統(tǒng)要低。
全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)除包括機(jī)床的伺服電機(jī)的位置反饋外，還有機(jī)床工作臺(tái)的位
置檢測(cè)裝置（通常用光柵尺）的位置信號(hào)反饋到系統(tǒng)，從而形成全部位置隨動(dòng)控
制，系統(tǒng)在加工過(guò)程中自動(dòng)檢測(cè)并補(bǔ)償所有的位置誤差。
全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的加工精度是最高的，但這種系統(tǒng)的調(diào)試、維修極其困難，
而且系統(tǒng)的價(jià)格很高，只適用于中、高檔的數(shù)控機(jī)床上。
因?yàn)殚_(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的價(jià)格比閉環(huán)控制系統(tǒng)要低得多，因此在選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)
，要考慮數(shù)控系統(tǒng)占整臺(tái)數(shù)控機(jī)床的價(jià)格成本比例，然后根據(jù)機(jī)床的配置情況及
機(jī)床本身的要求，中、低檔機(jī)床采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，中、高檔機(jī)床采用閉環(huán)控制
系統(tǒng)。
3 、驅(qū)動(dòng)單元的選配
驅(qū)動(dòng)單元包括驅(qū)動(dòng)裝置和電機(jī)兩部分，對(duì)驅(qū)動(dòng)單元的選購(gòu)主要在于驅(qū)動(dòng)裝置
的選擇，因?yàn)殡姍C(jī)是通用的部件，性能差別只存在于不同的廠(chǎng)家和型號(hào)。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要可分為：反應(yīng)式步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、混合式（也稱(chēng)永磁反應(yīng)式）步
進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)三大類(lèi)。
反應(yīng)式步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子無(wú)繞組，由被勵(lì)磁的定子繞組產(chǎn)生反應(yīng)力矩實(shí)現(xiàn)
步進(jìn)運(yùn)行?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子用永久磁鋼，由勵(lì)磁和永磁產(chǎn)生的電磁力矩實(shí)
現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行。步進(jìn)電機(jī)受脈沖的控制，通過(guò)改變通電的順序可改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方
向，改變脈沖的頻率可改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。步進(jìn)電機(jī)有一定的步距精度，沒(méi)有
累積誤差。但步進(jìn)電機(jī)的效率低，拖動(dòng)負(fù)載的能力不大，脈沖當(dāng)量不能太大，調(diào)
速范圍不大。目前步進(jìn)電機(jī)可分為兩相、三相、五相等幾種，常用的是五相步進(jìn)
電機(jī)。在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間里，步進(jìn)電機(jī)占很大的市場(chǎng)，但目前正逐步為伺服電
機(jī)所取代。
目前常用的伺服電機(jī)是交流伺服電機(jī)，在電機(jī)的軸端裝有光電編碼器，通過(guò)
檢測(cè)轉(zhuǎn)子角度用以變頻控制。從最低轉(zhuǎn)速到最高轉(zhuǎn)速，伺服電機(jī)都能平滑運(yùn)轉(zhuǎn)，
轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小。伺服電機(jī)有較長(zhǎng)的過(guò)載能力，有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。
伺服電機(jī)有很小的啟動(dòng)頻率，能很快從最低轉(zhuǎn)速加速到額定轉(zhuǎn)速。
采用交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器件，可以和直流伺服電機(jī)一樣構(gòu)成高精度，高
性能的半閉環(huán)或閉環(huán)控制系統(tǒng)。由于交流伺服電機(jī)內(nèi)是無(wú)刷結(jié)構(gòu)，幾乎不需維修
，體積相對(duì)較小，有利于轉(zhuǎn)速和功率的提高。目前已經(jīng)在很大范圍內(nèi)取代了直流
伺服電機(jī)。采用高速微處理器和專(zhuān)用數(shù)字信號(hào)處理機(jī)（ DSP ）的全數(shù)字化交流伺
服系統(tǒng)出現(xiàn)后，原來(lái)的硬件伺服控制變?yōu)檐浖欧刂疲恍┈F(xiàn)代控制理論中的
先進(jìn)算法得到實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而大大地提高了伺服系統(tǒng)的性能，因此伺服單元能較大的
提高加工效率及加工精度，但伺服驅(qū)動(dòng)單元的價(jià)格也較高。隨著伺服控制技術(shù)的
逐步提高，目前伺服驅(qū)動(dòng)單元正逐步成為驅(qū)動(dòng)單元的主力軍，伺服驅(qū)動(dòng)單元的價(jià)
格也在逐步減低
伺服驅(qū)動(dòng)器有兩種。一種采用脈沖控制方式，此種驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)閉環(huán)，但不
反饋到數(shù)控系統(tǒng)，這種驅(qū)動(dòng)器在某種程度上可稱(chēng)為開(kāi)環(huán)控制的伺服控制。另一種
采用電壓控制方式，通過(guò)電壓的高低進(jìn)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，電機(jī)的反饋信號(hào)通過(guò)
驅(qū)動(dòng)器反饋到數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行位置控制。
選擇驅(qū)動(dòng)單元時(shí)，也要考慮驅(qū)動(dòng)單元的價(jià)格在整臺(tái)數(shù)控機(jī)床中的比例。整臺(tái)
數(shù)控機(jī)床價(jià)格較低的一般選擇步進(jìn)驅(qū)動(dòng)單元，而價(jià)格較高的機(jī)床選擇伺服驅(qū)動(dòng)單
元。但選擇驅(qū)動(dòng)單元的同時(shí)，也要考慮驅(qū)動(dòng)單元與數(shù)控系統(tǒng)的匹配問(wèn)題，選擇閉
環(huán)控制系統(tǒng)時(shí)必須選擇閉環(huán)的伺服驅(qū)動(dòng)單元。交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)
于步進(jìn)電機(jī)。但在一些要求不高的場(chǎng)合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來(lái)做執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。所以
，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適
當(dāng)?shù)目刂齐姍C(jī)。
