针对模具制造技术的发展要求，设计开发四轴数控火花成型机，该设备具有结构简洁、性能可靠、系统可拓展性强等优点。

近年来，直线电机直接驱动、电主轴技术发展很快，德国、日本等已成功地将直线电机、电主轴应用到机床结构中，本设计采用图2b所示的方案，主轴进给运动采用THK精密直线滚动导轨导向，西门子直线电机直接驱动，主轴的旋转由电主轴直接驱动。去掉了滚珠丝杠及其支承装置，这样主轴箱的结构更加紧凑。由于省去了中间部件，减轻了主轴箱的重量，传动精度更高，高速运动性能更好。

1 精密电火花成形机的运动系统设计

机床工作台运动系统通常都采用滚动导轨导向、直流伺服(或步进电机)驱动，滚珠丝杠传动，目前，国内外的数控电火花成形机床大多都采用这种传动方案，在技术上较成熟。现有的三轴数控电火花成形机大多采用的是图2。

所示的方案，主轴部件安装在溜板上，采用直流或交流伺服电机直接驱动，主轴进给运动采用滚动导轨导向，直流或交流伺服电机驱动，滚珠丝杠传动，带动溜板进给。这种结构为了承受主轴高速跳跃所产生的冲击力，采用较粗的滚珠丝杠和较大的轴承，使主轴的重量加大，为了提高主轴的高速性能，选用大功率和高转速的电机。
                                                          

 
图2 主轴驱动方案

2 精密电火花成形机控制系统结构

本文设计的精密电火花成形机控制系统总体结构如图3所示。方案采用基于工业PC的开放式数控，系统由伺服驱动控制一、脉冲电源控制、放电间隙状态检测与控制、工作液循环系统控制等部分组成，为了缩短研发周期，采用固高科技的GT-400-SV型4轴电机控制卡进行4轴电机控制，采用凌华科技的ACL-8112型多功能DAQ卡进行脉冲电源控制与加工状态的数据采集。

伺服精度控制是伺服控制系统中的关键，在控系统的实际应用中，有开环、半闭环和全闭环3种控制形式。国外进口的高精度数径电火花成形机一般采用图4a所示的闭环控制方案，特点是精度高，但系统的结构复杂、调试维修难度大，价格也较贵。

本设计中，工作台采用滚珠丝杠传动，有较高的动精度，综合考虑经济成本等方面的因素，工作台的伺服控制采用图4b所示的半闭环控制方案，而主轴的伺服控制精度对加工过程有较大影响，因此主轴进给伺服采用全闭环控制方案，如图5所示，由于本设计采用直线电机直接驱动，减少了中间环节，降低了调试的难度。

未完：待续
本文经由苏州中航长风数控科技有限公司