蘇州市寶瑪數(shù)控設備有限公司 技術(shù)部（任何轉(zhuǎn)載和發(fā)布，需注明出處，否則追究法律責任）

（三） 、閉環(huán)張力動態(tài)控制的電火花線切割運絲機構(gòu)研制。
在完成了對各種往復走絲線切割機動態(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)控制運絲機構(gòu)對提高運絲精度性能和整機性能的作用更為明顯。所以國產(chǎn)往復走絲線切割機床可以借鑒國外單向低速走絲線切割機床運絲機構(gòu)改進的成功經(jīng)驗，把目前低水平的運絲機構(gòu)改進成閉環(huán)動態(tài)張緊力控制的運絲機構(gòu)。
由于往復高速走絲線切割機需要往復雙向循環(huán)運絲，并且其*次切割時運絲速度是單向低速走絲線切割運絲速度的32-48倍，所以要在此類機床上的運絲機構(gòu)上實現(xiàn)閉環(huán)動態(tài)恒張緊力控制的技術(shù)難度要遠遠難于在單向低速運絲條件下的運絲機構(gòu)。經(jīng)反復研究分析，認為要實現(xiàn)在往復雙向和高速運絲兩個條件下的閉環(huán)動態(tài)恒張緊力控制，必須要滿足三項技術(shù)要素：
1、 高頻響應特性：
為了適應于高速運絲的條件，要求運絲系統(tǒng)中傳感器、張力調(diào)整機構(gòu)和電子電路等都要具有高頻率響應的特性。
2、 全對稱性：
為了適應往復雙向循環(huán)運絲的條件，不但放電間隙那段鉬絲要處于整個運絲機構(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)整機構(gòu)所調(diào)整的那段鉬絲，在正、反兩個方向運絲時，這二段鉬絲張緊力也不能因運絲方向改變而發(fā)生改變，即整個運絲機構(gòu)的設計要使這三段鉬絲的張緊力同樣處于不變的狀態(tài)，運絲機構(gòu)要構(gòu)思成在雙向運絲時的全對稱性設計。
3、 寬頻帶線性調(diào)整：
為了要實現(xiàn)對鉬絲張緊力的控制，改變鉬絲彈性拉伸應變ε與應力δ之間很陡的曲線斜率，要求張緊力傳感器和調(diào)整機構(gòu)對鉬絲張緊力的調(diào)整都要具有寬帶線性調(diào)整特征，另外為了彌補張緊力調(diào)整機構(gòu)受到目前功能部件性能的限制，進一步提高其高頻響應特性，張緊力傳感器的結(jié)構(gòu)設計需要對尖峰狀張力波動有高頻吸收的功能。
在2005年江漢大學申報了“快走絲線切割機床擺動式恒張力控制裝置”的實用新型，2008年由四川自貢市嘉特數(shù)控機械制造公司申報了“智能張力調(diào)節(jié)裝置”的實用新型，后來公司根據(jù)該設計了國內(nèi)*臺采用閉環(huán)張力控制性能的往復中速走絲型電火花線切割機床，在2009年北京機床上展出，在切割效果上確有很大的進展。但是從摘要簡圖上看，這兩項至少沒有符合“全對稱性”和“寬頻帶線性調(diào)整”兩項技術(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年設計出在目前機械電子行業(yè)基礎部件性能條件下，基本符合上述三項要素的全對稱閉環(huán)動態(tài)鉬絲張緊力自動伺服控制的運絲機構(gòu)。
在該系統(tǒng)中，使用張力傳感器實時監(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)與機床控制計算機通訊電子電路的處理和放大，由張緊力調(diào)整機構(gòu)對鉬絲張緊進行調(diào)整。調(diào)整后的鉬絲張緊力再次由傳感器進行檢測，由電子電路再次處理和放大，再次由機構(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)定在計算機預置程序所設定的值附近。
這種動態(tài)調(diào)整的張緊力符合以下的關系式：
動態(tài)調(diào)整張緊力f（D）=F'－［ｆ（δ）＋Ｎ］-----------------7
在7式中：F'為計算機設定的放電間隙那段鉬絲的張緊力
f（δ）為由于運絲部件制造允差在鉬絲作高速運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)實際上是以高頻率響應的伺服控制調(diào)整機構(gòu)對鉬絲張緊力的動態(tài)調(diào)節(jié)，來補償因為運絲部件在制造和裝配中誤差或允差造成運絲過程中產(chǎn)生鉬絲動態(tài)的應力變化。實質(zhì)上這是一種與單項低速走絲線切割機床*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)定在計算機預置程序所設定的鉬絲張緊力附近。不過由于要滿足的是在往復雙向運絲時（而不是單向運絲時）放電間隙那段鉬絲張緊力的動態(tài)穩(wěn)定，其機構(gòu)設計要更加復雜一些，頻率響應特性要求要更高一些。
寶瑪公司現(xiàn)設計的已獲實用新型的“閉環(huán)張力動態(tài)控制運絲機構(gòu)”其特征如下：
1. 閉環(huán)張力動態(tài)控制機構(gòu)由稱力傳感器和智能伺服控制模塊組成，機械結(jié)構(gòu)設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絲機構(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)所設定的恒定張力附近。克服了機械式鉬絲張緊機構(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，不再需要用兩塊導電塊組成放電中斷絲檢測的裝置，從而消除了鉬絲的機械滑動摩擦損耗。
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)定在計算機設定的張緊力附近，從而不再須要手工緊絲工序，因此使機床真正達到歐共體安全標準中zui基礎的“機械指令”要求。
5. 由于采用了“以動致動”的鉬絲張緊力閉環(huán)伺服控制的運絲系統(tǒng)，基本上切斷了由于機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床切割工件表面有“換向條紋”痼疾的主要因素。
6. 運絲系統(tǒng)的電子控制電路與智能高頻脈沖電源一樣具備與機床計算機BMXP編控系統(tǒng)互相通訊的能力，通過計算機編制的程序，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，使新機床可以參照單向低速走絲線切割機床*相同的多次切割工藝和“拐角處理”功能，從而大大提高了機床的切割精度和加工質(zhì)量。
經(jīng)過上述各項技術(shù)改進，以及下一步嘗試機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)誤差的補償技術(shù)的應用，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)往復走絲線切割機床完成一次創(chuàng)新性質(zhì)的改進工作。從而使這類機床在模具加工行業(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。