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力士樂直線導軌與直線伺服系統配套的相關技術
力士樂直線導軌直線伺服系統電火花成形機的問世及其所顯示出的巨大功能潛力,無疑對成千上萬的用戶形成了強大的吸引力,并必然刺激各制造商爭相開發和更新產品以爭奪市場。
但是,直線伺服系統機床的商品化過程除必須解決本文前述的有關技術難點外,還必須解決一系列與直線伺服系統配套的相關技術。
垂直滑板(Z軸)的重力平衡和鎖軸
因直線伺服系統的高速運動特性和高加速特性,決定了該系統不能以重錘的方式作為重力平衡裝置。其原因在于當滑板(Z軸)的運動加速度大于1g的時候,重錘的自由下落不可能跟蹤滑板的上升運動,即失去了平衡作用。因此,沙迪克公司的Z軸平衡裝置采用了氣缸式的機構(如圖5),依靠氣缸中的氣壓實現重力平衡。這一裝置有如下優點:①機床處于工作狀態時,因氣壓的平衡裝置對滑板重力的支承作用,電機工作在微功耗狀態,只有在快速跳躍時,電機才進入到大功率的運行狀態;②氣壓平衡使垂直軸的鎖軸功能可靠化。驅動器失電后,垂直滑板重力瞬時處于自由下落狀態,傳統的電磁鎖軸此時因動作滯后而極易導致滑板的誤移動,對保持位置和加工精度的影響始終是十分困擾人的,氣壓平衡裝置和氣壓夾緊將使鎖定可靠。
力士樂直線導軌主軸自重及其承重
力士樂直線導軌直線伺服系統的高速運動特性和高加速特性,使主軸自重和懸掛在主軸頭上的工具電極在加速瞬間發生“超重”或“失重”現象。如在加工時的某瞬時,主軸以a的加速度作快速跳躍運動,則此時質量為m的工具電極的瞬時重力W=m(g+a)。重力的變化必然給系統的驅動造成巨大壓力。因此,在確保主軸頭剛度的同時,兼顧減輕主軸的自重則顯得至關重要。具有重量輕、熱變形小的人工合成陶瓷材料是實現上述目標的優選材料。但值得注意的是,產品的實用化過程表明,與直線驅動系統相配套的直線導軌的高速響應性及嚴格對稱分布的磁場力,對平滑的驅動和防止滑板受力位移更為重要。因此,位于主軸兩側的一對直線電機和一對直線導軌的位置設計和安置調試工藝必須正確,以達到力的抵消,有利于獲得直線度高、平滑性好的驅動。
重力的變化對驅動系統的輸出力和主軸承重的夾緊力提出了更高的要求。沙迪克公司制造的直線電機系統輸出力可達3000N,直線電機的驅動原理與傳統的AC電機相同,可迅速完成與CNC軟件匹配的設計開發。與直線電機伺服系統相配套的夾具在與傳統系統的承重相同的情況下,結構設計更堅固、夾緊力及安全余量更大,可全面適應從zui小幾微米的細絲電極、窄筋電極至zui重50kg大型電極的平滑穩定的伺服加工。