Лінійні Двигуни проти Кулькових Гвинтів в електроерозії

Лінійні двигуни дають більшу швидкість.
Але електроерозійний (електроіскровий) процес дуже повільний.
Які переваги у лінійних приводів проти традиційних КГП,
якщо швидкість в ЕІ обробці не потрібна?

Точність EDM є динамічною точністю, а не точністю позиціонування.

Навіщо електроерозійному верстату лінійні двигуни?

Для електроерозійного процесу важлива не власне швидкість, а точність та швидкодія приводів. А якщо точніше, кінематична точність, помножена на швидкодію – те, що називається динамічною точністю. І тут планарні лінійні приводи поза усякою конкуренцією!

Навіщо надшвидкі лінійні двигуни у повільному електроерозійному процесі?

Привід із кулько-гвинтовою парою (КГП)
та ремінним редуктором
швейцарського електроерозійного верстата.

Дві основні частини лінійного двигуна (ЛД) Sodick:
блок електромагнітних (ЕМ) котушок
та панель постійних рідкісноземельних NeFeB магнітів.

У верстатах для електророзрядної обробки з кульково-гвинтовим приводом обмеження в сервовідгуку заважають стабільному підтриманню оптимального іскрового проміжку. Як наслідок, процес працює в приблизних умовах, що призводить до нижчої ефективності різання, точності та якості поверхні.

EDM accuracy is a dynamic accuracy, not a positioning accuracy.

Для електроіскрового процесу важлива не власне швидкість, а динамічна точність.

Що потрібно від приводу ЕІ верстата насамперед? Давайте розберемося:

Електроіскрова обробка – процес безконтактний, іскрові розряди йдуть у міжелектродному зазорі. Характеристики розрядів і всього процесу дуже залежать від величини цього зазору. Трохи більше зазор – розряди слабкі, ще більше – взагалі зникають. Зазор менший – нестабільність, дуга, припали і т.д. Тут як у свічці запалювання (автолюбителі зі стажем знають), але на порядок складніше, бо сам процес набагато складніший! Так ось, динамічна підтримка величини зазору – а зазор в ЕІ процесі безперервно змінюється – це і є найголовніше завдання приводу в ЕІ верстаті.

В ідеалі для якісного та продуктивного ЕІ процесу привід повинен коригувати зазор десятки разів на секунду, позиціонуючи електрод з точністю в мікрон або ще точніше.

Чи можуть це робити з такою ж точністю традиційні приводи з кулько-гвинтовими парами (КГП), якщо навіть у найкращих із них зазор (і, відповідно, люфти!) як мінімум 4 мкм? А якщо у приводі із КГП для здешевлення ще й ремінний чи зубчастий редуктор?

Електроіскровий (електроерозійний) процес
у багатьох випадках це послідовність мікропереміщень.
У прошивної електроерозії мікропереміщення потрібні для так званих
орбітальних осциляцій, а часто й для релаксацій електрода.

У дрото-вирізній електроерозії обхід будь-якого складного криволінійного контуру
– це ланцюжки мікропереміщень.

Чи можуть приводи з КГП коректно відпрацьовувати мікропереміщення
в 1…2 мікрони (або субмікронні), якщо зазори і, відповідно,
люфти в них у кілька разів більші?

Порівняйте та вирішіть для себе самі, що краще для електроіскрових верстатів:

Приводи з КГП – це громіздкі конструкції зі складним ланцюгом багатоступінчастого перетворення енергії у обертальний рух і далі обертального руху в лінійний – з люфтами, великою зоною нечутливості та нерівномірностями подач. Від командного імпульсу до початку руху при старті та кожному реверсі велика затримка. А якщо в такому приводі ще й редуктори (ременні, зубчасті), то затримки переростаюсь майже в простої:

командний імпульс

енергія взаємодії
магнітних полів

обертання ротора двигуна

(робота ремінного або зубчастого редуктора
з усіма люфтами, якщо такий є)

обертання гвинта КГП

вибір люфту КГП

лінійний рух
(переміщення гайки КГП)

Від команди до виконання –
дистанція величезного масштабу!

КГП приводи – це незмінно низька динаміка, затримка від моменту подачі енергії до початку руху. ЕІ верстат із КГП практично не працює з оптимальним зазором, режими обробки апроксимовані, постійні втрати швидкості та якості. Все це посилюється, якщо між електродвигуном і гвинтом КГП є ремінний або зубчастий редуктор, як у багатьох верстатах “не-Содік”.

Лінійні приводи з планарними лінійними двигунами – гранично проста конструкція з безконтактною передачею зусилля, прямий привід без будь-якого кінематичного ланцюга перетворення енергії в рух і обертального руху в лінійний, без люфтів, зони нечутливості та нерівномірностей подач.
По суті, рухома частина лінійного двигуна – це одночасно і рушій.
Все, що відбувається при відпрацюванні кожного переміщення, це:

командний імпульс

енергія взаємодії
магнітних полів

лінійний рух

І це все!
Від команди до виконання – миті!

Простіше кажучи, маємо:

імпульс

⇓

енергія

⇓

рух

Лінійні приводи Sodick

коригують зазор до 1000 разів на секунду
з дискретністю подач 0,1 мкм
(Швидкодія зворотного зв’язку
у лінійних верстатах – до 1 мкс,
роздільна здатність лінійок – 10 нм або 5 нм).

Люфти «вилазять» при кожному старті, реверсі та зупинці руху. Нагадаємо: люфти у КГП приводах погіршують пружні деформації, теплові деформації, кінематичні похибки частин приводу – втрати від тертя, скручування гвинта КГП. Ви можете заперечити, що, мовляв, це нісенітниця, але саме цю нісенітницю, яка називається мікрони, ми й ловимо на наших електроіскрових (електроерозійних) верстатах! ККД кулько-гвинтових пар хоч і вище, ніж у інших механізмів перетворення обертального руху на поступальний, але в кращому випадку досягає 90%.
І це – не 100%.

Лінійні приводи – прямі приводи, позбавлені всіх пороків КГП. У лінійних приводах виключено багатоступінчасте перетворення енергії в рух, виключені будь-які фактори виникнення люфтів і нерівномірних подач. Лінійні приводи Sodick здатні коригувати зазор 500 разів на секунду з дискретністю подач 0,1 мкм. В результаті: оптимальний зазор практично в будь-який момент електроерозійного процесу, незмінно оптимальні режими, стабільно максимальне знімання, висока продуктивність електроерозійної обробки та якість поверхні!