京伺服（kingservo）G系列伺服
在慢走絲加工機(jī)床上的應(yīng)用
1 引言
電火花線切割加工(Wirecut Electrical Discharge Machining，簡(jiǎn)稱WEDM)，有時(shí)又稱線切割。其基本工作原理是利用連續(xù)移動(dòng)的細(xì)金屬絲(稱為電極絲)作電極，對(duì)工件進(jìn)行脈沖火花放電蝕除金屬、切割成型。線切割主要用于加工各種形狀復(fù)雜和精密細(xì)小的工件，例如沖裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、樣板、電火花成型加工用的金屬電極，各種微細(xì)孔槽、窄縫、任意曲線等，具有加工余量小、加工精度高、生產(chǎn)周期短、制造成本低等突出優(yōu)點(diǎn)，已在生產(chǎn)中獲得廣泛的應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)外的電火花線切割機(jī)床已占電加工機(jī)床總數(shù)的60%以上。
2 慢走絲加工機(jī)床
2.1線切割機(jī)床分類
根據(jù)電極絲的運(yùn)行速度不同，電火花線切割機(jī)床通常分為兩類：一類是高速走絲電火
花線切割機(jī)床(WEDM-HS)，其電極絲作高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，一般走絲速度為8～10m/s，電極絲可重復(fù)使用，加工速度較高，但快速走絲容易造成電極絲抖動(dòng)和反向時(shí)停頓，使加工質(zhì)量下降，是我國(guó)生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種，也是我國(guó)**的電火花線切割加工模式;另一類是低速走絲電火花線切割機(jī)床(WEDM-LS)，其電極絲作低速單向運(yùn)動(dòng)，一般走絲速度低于0.2m/s，電極絲放電后不再使用，工作平穩(wěn)、均勻、抖動(dòng)小、加工質(zhì)量較好，但加工速度較低，是國(guó)外生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種。本文介紹的是京伺服（kingservo）G系列伺服在慢走絲加工機(jī)床上的應(yīng)用案例。
2.2線切割機(jī)床結(jié)構(gòu)
慢走絲和快走絲作為加工機(jī)床主要的組成部分包括：
(1)主機(jī)：包括床身、坐標(biāo)工作臺(tái)、走絲機(jī)構(gòu)等;
(2)脈沖電源：把交流電流轉(zhuǎn)換成一定頻率的單向脈沖電流;
(3)控制系統(tǒng)控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)，是本文討論的重點(diǎn);
(4)工作液循環(huán)系統(tǒng)：提供清潔的、有一定壓力的工作液。
3 基于京伺服（kingservo）G系列伺服技術(shù)的運(yùn)動(dòng)控制
3.1硬件介紹
控制部分就是上位機(jī)系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)：
(1)上位機(jī)：是基于PC架構(gòu)的慢走絲機(jī)床專用NC控制器;
(2)伺服系統(tǒng)：兩套京伺服（kingservo）G系列伺服KSDG00421LIP伺服控制器和京伺服（kingservo）KSMA04MI4SP中慣量伺服電機(jī)。
(3)機(jī)械傳動(dòng)：伺服電機(jī)直連螺距為6mm的絲桿。
3.2技術(shù)難點(diǎn)
慢走絲機(jī)床上的伺服應(yīng)用的主要技術(shù)難點(diǎn)就是在0.5~0.2rpm超低速運(yùn)行過(guò)程中保持穩(wěn)的追隨誤差，同時(shí)追隨誤差又必須小于2個(gè)脈沖。這樣的超低速技術(shù)要求實(shí)際上是和慢走絲機(jī)床的加工特點(diǎn)有密切的聯(lián)系的。
慢走絲機(jī)床的電極絲直徑通常0.03~0.35mm，而其加工工件時(shí)中心線在工件上切過(guò)的面積總和*大可達(dá)約為350m㎡/min，慢走絲機(jī)床加工的工件與快走絲不同通常都是既對(duì)加工精度要求很高又有很大的加工厚度。這就對(duì)慢走絲機(jī)床的進(jìn)給速度有很高的要求，速度必須在一定的范圍內(nèi)，過(guò)快的速度會(huì)造成加工不徹底，在工件表面留下深淺不一的粗糙痕跡使表面粗糙度變差，同時(shí)也會(huì)造成電極絲振動(dòng)加大，易造成斷絲!至于伺服系統(tǒng)小于2個(gè)脈沖的追隨誤差，則是因?yàn)榫€切割的加工原理就是正負(fù)電極之間不斷放電灼燒工件表面，就是說(shuō)兩個(gè)電極之間要保持一定的距離，既不能接觸在一起造成短路，又不能距離太遠(yuǎn)造成斷路!
4 中慣量伺服系統(tǒng)調(diào)試
4.1系統(tǒng)調(diào)試
對(duì)于調(diào)試過(guò)程可說(shuō)是難點(diǎn)重重，因?yàn)榭蛻魴C(jī)械整體的負(fù)載就非常的大，而且還要在加工的過(guò)程中在加工槽里注滿水，使得負(fù)載慣量和負(fù)載質(zhì)量更大，增加了伺服的控制難度。為了保證2個(gè)脈沖的追蹤誤差，所以伺服控制器的增益必須維持在一個(gè)較高的水平，但是由于幾乎不允許出現(xiàn)任何的振動(dòng)，那么伺服控制系統(tǒng)的增益還不能夠過(guò)大，也就是說(shuō)在穩(wěn)定的響應(yīng)水平和穩(wěn)定的控制平衡度之間尋找一個(gè)平衡點(diǎn)，這個(gè)平衡點(diǎn)的選取就是我們調(diào)試的關(guān)鍵。
由于該設(shè)備的運(yùn)行速度不能超過(guò)我們調(diào)試軟件估測(cè)負(fù)載慣量所需的運(yùn)行速度200rpm，所以只能通過(guò)不斷的試驗(yàn)，對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，以找到*佳的增益參數(shù)，也就是將伺服參數(shù)中跟增益有關(guān)位置控制增益，位置前饋增益，位置前饋增益平滑常量，速度控制增益，速度積分補(bǔ)償，以及跟共振有關(guān)的共振抑制低通濾波，共振抑制Notchfilter，共振抑制Notchfilter衰減率進(jìn)行不斷的試驗(yàn)設(shè)置和運(yùn)行測(cè)試，位置控制誤差和速度控制誤差的，將這兩個(gè)值調(diào)到很高的位置可以明顯地減小追隨誤差。
剛剛開(kāi)始調(diào)試時(shí)，很快就將伺服的響應(yīng)水平調(diào)整到一個(gè)不使伺服電機(jī)運(yùn)行有振動(dòng)的*高的控制水平，這個(gè)增益水平上伺服電機(jī)的運(yùn)行效果是是伺服系統(tǒng)在0.5rpm的速度下運(yùn)行追隨誤差基本保持在2個(gè)脈沖范圍內(nèi)，但是在運(yùn)行的某幾個(gè)點(diǎn)的時(shí)候，會(huì)跳變到3~4個(gè)脈沖。這是慢走絲設(shè)備運(yùn)行不允許的，必須通過(guò)調(diào)整伺服的增益來(lái)改善這樣的運(yùn)行效果，因?yàn)檫@樣的追隨誤差的跳變是由于在某個(gè)運(yùn)行點(diǎn)上伺服系統(tǒng)的負(fù)載情況發(fā)生改變，而由于伺服系統(tǒng)的響應(yīng)又不夠快，所以才會(huì)出現(xiàn)追隨誤差變大的情況。通過(guò)以上分析，需要實(shí)現(xiàn)的就是提高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)水平又不能使伺服電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)任何的振動(dòng)。
在增調(diào)整已經(jīng)很理想的情況下，開(kāi)始安裝工件試切。在試切過(guò)程發(fā)現(xiàn)一個(gè)很異常的現(xiàn)象，即在x軸以0.3rpm速度進(jìn)給時(shí)，y軸的追蹤誤差會(huì)有一個(gè)不斷的跳變，當(dāng)時(shí)y軸根本沒(méi)有信號(hào)輸入，是不應(yīng)該有任何移動(dòng)的。出現(xiàn)這樣的情況只有兩種可能，一是有信號(hào)干擾，二是發(fā)生了機(jī)械振動(dòng)!通過(guò)判斷是在x軸以一定速度移動(dòng)時(shí)，y軸會(huì)有共振產(chǎn)生!利用我們調(diào)試軟件KSDTOOLS找到共振頻
率，消除共振，調(diào)試完成。
4.2工件測(cè)試
作為加工機(jī)床，一定要通過(guò)加工試切來(lái)證明我們的伺服是否能夠滿足慢走絲機(jī)床的應(yīng)用場(chǎng)合。
5 結(jié)束語(yǔ)
京伺服（kingservo）G系列伺服主要是應(yīng)用在控制系統(tǒng)中進(jìn)給控制方面，伺服運(yùn)動(dòng)性能如何，直接關(guān)系著工件的加工精度和表面粗糙度。客戶原來(lái)使用的是國(guó)外知名品牌的伺服系統(tǒng)，其伺服電機(jī)是采用17位高線數(shù)編碼器，而京伺服（kingservo）G系列伺服則采用的是京伺服（kingservo）G系列伺服系統(tǒng)配套使用的KSMA電機(jī)，其編碼器僅僅是2500線的低線數(shù)的伺服編碼器。應(yīng)用京伺服（kingservo）G系列伺服的慢走絲加工機(jī)床的加工精度和表面粗糙度與客戶原來(lái)采用17位高線數(shù)編碼器的伺服系統(tǒng)的慢走絲機(jī)床相差無(wú)幾。從而使客戶的制造成本在性能不降低的前提下得到了大大的壓縮，提高了其產(chǎn)品在慢走絲加工機(jī)床的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。