大功率数控等离子切割机传动单元匹配分析

    近年来，国内大功率数控等离子切割机市场供需呈现两旺，其一方面在于中厚板等离子加工技术的日趋成熟，以美德为代表的类激光/精细数控等离子切割机在加工效率和质量方面都有了显著的改善，逐渐具备了工业化普及推广的商业价值；更重要的则是由于国内下游企业加工生产需求的带动，传统火焰切割方式在效率和使用成本上的先天缺陷使得更多生产型企业不得不尝试更为有效和经济的加工方式。
    与传统的传动方式相比，数控等离子切割机的传动单元主要由两部分构成，其一是传动电机单元，其二是减速机驱动单元。前者的效用在于提供数控等离子切割机床持续稳定的行进动力；后者则为机床割炬的定位精度提供有效保障。

一、数控等离子切割机传动电机单元匹配
    常用的数控等离子切割机传动电机驱动单元以直线电机为代表。
    直线电机是指一种利用电磁感应原理，将电能直接转换成直线运动动能的驱动装置，它是一种能实现往复直线运动的电动机。全世界第一条商业运营线的磁悬浮列车——上海磁浮列车就是采用此原理实现的。
    直线电机的“直接驱动”方式具有更高的动态特性和控制精度，更高的进给速度和加速度，更长的使用寿命，以及更低的振动噪声和更小的磨损。这些特性使其在数控机床领域的应用迅速发展，而数控等离子切割机作为无切削力加工，采用直线电机进给驱动有着无可比拟的优势。
    数控等离子切割机传动直线电机与传统旋转电机相比，具有如下应用优势：
 　　1. 速度快，加速度大；
 　　2. 精度高；
 　　3. 无机械磨损，寿命长；
 　　4. 传动系统结构简单，效率高；
 　　5. 噪音低，运行安静。
    在实际应用方面，大功率数控等离子切割机传动直线电机的广泛推广，取决于直线电机的性能不断提高，成本日益下降，为其广泛的应用创造了条件；另一方面，大功率数控等离子切割机应用行业如钣金行业不断地对切割质量和切割效率提出更高的要求。为此，直线电机驱动的大功率数控等离子切割机应运而生。因其速度快、加速度大、定位精度高，而深受市场上中高端客户的青睐。

二、大功率数控等离子切割机减速电机匹配
    数控等离子切割机减速驱动单元包括驱动装置和减速机两部分，对驱动单元的选购主要在于驱动装置的选择，因为减速机是通用的部件，性能差别只存在于不同的厂家和型号。
 　　驱动单元主要可分为：反应式步进驱动电机、混合式（也称永磁反应式）步进驱动电机和伺服驱动电机三大类。
 　　1. 反应式步进驱动电机的转子无绕组，由被励磁的定子绕组产生反应力矩实现步进运行。混合式步进电机的转子用永久磁钢，由励磁和永磁产生的电磁力矩实现步进运行；
        2. 步进电机受脉冲的控制，通过改变通电的顺序可改变电机的旋转方向，改变脉冲的频率可改变电机的旋转速度。步进电机有一定的步距精度，没有累积误差。但步进电机的效率低，拖动负载的能力不大，脉冲当量不能太大，调速范围不大。
    目前步进电机可分为两相、三相、五相等几种，常用的是五相步进电机。在过去很长一段时间里，步进电机占很大的市场，但目前正逐步为伺服电机所取代。
 　　3. 伺服电机则主要采用交流伺服系统，在电机的轴端装有光电编码器，通过检测转子角度用以变频控制。从最低转速到最高转速，伺服电机都能平滑运转，转矩波动小。伺服电机有较长的过载能力，有较小的转动惯量和大的堵转转矩。伺服电机有很小的启动频率，能很快从最低转速加速到额定转速。

三、大功率数控等离子切割机驱动单元匹配
 　 大功率数控等离子切割机采用交流伺服电机作为驱动器件，可以和直流伺服电机一样构成高精度，高性能的半闭环或闭环控制系统。由于交流伺服电机内是无刷结构，几乎不需维修，体积相对较小，有利于转速和功率的提高。目前已经在很大范围内取代了直流伺服电机。采用高速微处理器和专用数字信号处理机(DSP)的全数字化交流伺服系统出现后，原来的硬件伺服控制变为软件伺服控制，一些现代控制理论中的先进算法得到实现，进而大大地提高了伺服系统的性能，因此伺服单元能较大的提高加工效率及加工精度，但伺服驱动单元的价格也较高。随着伺服控制技术的逐步提高，目前伺服驱动单元正逐步成为驱动单元的主力军，伺服驱动单元的价格也在逐步减低。
 　 大功率数控等离子切割机伺服驱动器有两种：
    1. 采用脉冲控制方式，此种驱动器与电机闭环，但不反馈到数控系统，这种驱动器在某种程度上可称为开环控制的伺服控制。
    2. 采用电压控制方式，通过电压的高低进行电机的转速控制，电机的反馈信号通过驱动器反馈到数控系统进行位置控制。
 　 选择驱动单元时，也要考虑驱动单元的价格在整台数控机床中的比例。整台数控机床价格较低的一般选择步进驱动单元，而价格较高的机床选择伺服驱动单元。但选择驱动单元的同时，也要考虑驱动单元与数控系统的匹配问题，选择闭环控制系统时必须选择闭环的伺服驱动单元。交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。