CN1018723B - 电蚀机床的伺服控制机构 - Google Patents

Abstract

电蚀机床的一种伺服控制设备，该机构根据电蚀电极与工件之间的真实距离以及所要求的距离计算出误差信号，误差信号在变换成驱动装置的控制信号之前先经过低通滤液。

为使动态特性达到最佳情况，本发明的伺服控制机构有一可变的截止频率，该截止频率与加到电蚀电极的加工脉冲的至少一个参数有关。

Description

本发明涉及电蚀机床的调整电蚀电板与工件之间位置的一种伺服控制设备，该伺服控制设备具有一测距装置、一误差信号计算装置、一低通滤波器电路和一驱动装置。测距装置用以确定电蚀电极与工件之间的真实距离，误差信号计算装置根据真实距离与所要求距离之间的差值以计算误差信号，低通滤波器电路加有误差信号，且产生控制信号，驱动装置则根据控制信号跟踪电蚀电极。

从西德公开专利DE-OS2250872已经知道这类伺服控制设备的情况。这种公知的伺服控制设备产生一种表示电蚀电极相对于工件位置的信号，再将该信号与所要求的信号进行比较，得出的误差信号系加到一截止频率固定的低通滤波器上，低通滤波器的输出端则连接到驱动电路上，驱动电路给一电动机构成的驱动装置提供驱动电流，驱动装置是供跟踪电蚀电极用的。在该公知的伺服控制设备中，确定电蚀电极与工件之间真实或实际距离的测距装置建立了离加工电压脉冲与加工电流脉冲之间的引燃时滞的间隔。

加工脉冲的频率可以在例如粗加工和精加工过程中作为电蚀机床所要求的工作状态的函数从兆赫级范围改变到大约10赫级的范围。

在电蚀过程中，除改变加工脉冲的频率外，还可以把电蚀电极与工件之间最佳间距的修正值作为不同加工参数（例如电流幅值，脉冲持续时间、空载电压、加工间隙中液体的导电率等）的函数。随着电蚀电极与工件之间最佳间距值的变化，在特定加工速率下校正标准容差与要求值之间的偏差所需要的时间也发生变化。

因此，进行电蚀加工时即使在给定频率不变的情况下，其余的所谓 保持不变的加工边界条件还是发生了变化，从而使控制特性不变的该公知伺服控制设备的控制电路不能以同样方式满足在电蚀加工过程中发生的各种加工条件变化。

本发明的目的是要进一步改进上述那种类型的伺服控制设备，它能自动调整电极与工件间的距离，使得电蚀电极的跟踪适应瞬时电蚀过程的性质。

就本说明书一开头所述的那种控制设备而论，本发明的目的是通过以下措施来达到的：

令低通滤波器电路具有可变的截止频率，且使该截止频率依赖于加到电蚀电极上的加工脉冲的至少一个参数。

通过使低通滤波器电路的截止频率与加工脉冲的至少一个参数相适应，可以使控制电路在跟踪电极过程中的动态特性满足电蚀过程中变化着的条件。本发明的伺服控制设备不仅可以提高电蚀质量，而且还可以减少工件损坏的风险。

本发明的目的可以进一步通过以下措施来达到：

测定真实距离特别简单的方法是借助于一测距装置，该测距装置测定电蚀电压，并根据该电蚀电压产生表示距离的信号。

适宜影响低通滤波器电路截止频率的参数有加工频率、加工脉冲的脉冲持续时间和加工脉冲的电流幅值。采取以下措施使误差信号与跟踪电蚀电极的驱动机的驱动信号之间发生联系，形成一个对大偏离有快速反应在极小的控制误差范围内有稳定的控制特性的控制系统;

设置相联电路，由该电路使控制信号与各经滤波的误差信号值联系起来，且这种联系是非线性的;

在经滤波的误差信号值小于阈值（VS）的情况下采用第一变换函数（F1）进行联系，在经滤波的误差信号值大于阈值（VS）时，采用第二变换函数（F2）进行联系;

借助于一检索算法确定该阈值（VS），使误差信号的交变分量保持最小;

函数（F2）的斜率由一检索算法确定，使误差信号的交变分量保持最小;

在经滤波的误差信号值小于零但大于一负阈值（VSN）时，采用第三变换函数（F3）进行联系，而当经滤波的误差信号值小于负阈值（VSN）时，采用第四变换函数（F4）进行联系;

阈值VSN借助于一检索算法确定，使误差信号的交变分量保持最小;

采用阈值（VS和VSN）来适配加工脉冲的电气参数;

函数（F4）的斜率借助于一检索算法确定，使误差信号的交变分量保持最小。

特别简单而又不贵的电路结构具有如下特点：

该相联电路包括一可编程计算机;

该相联电路包括一数字信号处理器。

总之，本发明的伺服控制设备能满意地跟随加工条件的变化，自动调整电极与工件间的距离，提高了清除工序和加工表面的质量。

下面就一个非限制性实施例和附图更详细地说明本发明的内容。

图1是伺服控制设备的一个实施例的方框图;

图2a和图2b分别为电蚀电压和电蚀电流随时间而变化的曲线图;

图3a至3d是截止频率随各种不同加工参数变化的相应的关系曲线;

图4表示控制信号与误差信号的关系;

图5a和5b分别为误差信号的交变分量和阈值与时间的关系曲线;

图6是确定阈值的算法的流程图。

如图1所示，本发明伺服控制设备的控制电路包括有一个差动放大器1构成的装置，该装置是根据表示电蚀电极4与工件5之间真实或实 际间距的信号Ⅰ和表示所要求距离的信号S来计算误差信号E的。误差信号E加到计算机2上，计算机2一方面对误差信号E进行数字低通滤波，另一方面将滤波后的信号通过特定关系变换表格变换成控制信号V，再将控制信号V加到驱动电动机6的驱动电路3上，以移动装有电蚀电极4的套筒。

计算机借助于以下公式进行可变截止频率的简单的第一级低通滤国波：

A（K）＝T/（T+2A）×〔E（K）+E（K-1）〕+（2A-T）/（2A+T）×A（K-1）

上式中给定的各值内容如下：

T表示扫描时间;

A＝1/2pi×FG;

pi＝3.1415……;

FG表示低通滤波器的截止频率;

A（K）是滤波器新的输出值;

A（K-1）是滤波器旧的输出值;

E（K）是滤波器新的输入值;

E（K-1）是滤波器旧的输入值。

改变参数A可以改变该数字低通滤波器的截止频率。用计算机2借助于一个变换图表将滤波器输出值A（K）变换成控制信号V，稍后即将参照图4对该变换图表进行说明。

图2a是电蚀或火花间隙电压UFS的路径随时间而变的关系曲线，图2b是火花间隙电流IFS随时间而变化的关系曲线。在引燃时滞TD终了时，火花间隙电压引发电蚀电流。UTDS值对应于计算引燃时滞TD用的阈值电压。在脉冲持续时间T终了时，火花间隙电压UFS降到零。因此火花间隙电流IFS这时也降到零。在加下一个脉冲状的火花间隙电压UFS之前，有一个持续时间为P的暂停。火花间隙电流的平均值以I表示。 加工频率可从脉冲持续时间T与暂停持续时间P的和的倒数求出。

图3a至3d分别表示截止频率FG与加工频率FB（图3a）、脉冲持续时间T（图3b）、暂停持续时间P（图3c）以及平均火花间隙电流I（图3d）的可能的关系曲线。

计算机2含有图3a至3d中所示的一个或多个关系曲线的固定值图表，因而从已知加工参数FB、T、P和I可以计算出所要求的低通滤波器函数的截止频率FG。

从数字低通滤波得出的滤波器输出值A系加到另一个用以将A值与驱动电路3对应的控制信号V联系起来的变换图表中。该变换图表如图4所示由F1至F4四个部分函数呈成，其中函数F1和F3以正阈值VS及负阈值VSN为界，其斜率不大，函数F2和F4在所述阈值外，斜率大。

在控制偏差大的情况下，在数字低滤波器的输出端会产生高值A，这时伺服控制设备必须快速反应将电蚀电极移向工件，因为在这种情况下，火花间隙过长。正负阈值VS、VSN之间的小斜率导致接近最佳电蚀状态的部位处于缓慢而稳定的控制过程。若滤波器的输出值低于负阈值VSN（这表明火花间隙过短），则通过F4曲线部分的高斜率，电蚀电极会很快地收缩以防与工件接触。

伺服动作比起加工频率FB是慢得多，且比加工频率的典型值小，约为加工频率的1/10至1/1000。因此光靠伺服动作是不能使加工过程完全稳定下来的。要使加工过程完全稳定，需要影响加工脉冲的电气参数。若电蚀电极4与工件5处于大致上最佳相对位置时，则本发明的伺服控制系统不会作出不必要的动作，在这种情况下阈值VS和VSN增大，这表明伺服控制系统已达到其能力极限。

这种信息可用作响应快速最优化措施的质量准则。若阈值VS和VSN都高，这表明加工过程本身由于例如平均电蚀火花间隙过小而不稳定，或者清除工序质量差，或者加工表面变化过大。

在这种情况下可以着手使套管作快速缩进动作，或者增加加工脉冲的脉冲持续时间P，或者调节电流的幅值I，或者抑制电流脉冲，或者采取一般周知的描述。

现在就图5a至5b说明如何使阈值VS和VSN适当配合以便使交变分量AAC尽量小的过程。阈值VS和VSN是在各时间间隔TW中重新计算，并将其连续与瞬时过程配合得使经滤波了的误差信号的交变分量AAC保持最小。这个适配过程最好由一软件程序执行，但也可以用数字技术进行。

图6是执行阈值VS和VSN的该最佳化过程用的算法流程图。

在流程的第一步骤A中，将阈值VS和VSN的初始值设定为VSO和VSNO，SIGN设定到+1，并将阈值间隔宽度DVS，DVSN的预置为DVSO、DVSNO。步骤B的时间间隔TW历经两个测定工序。步骤C中读入经滤波的新误差信号A的交变分量AAC，并替代旧的交变分量。

在下一个阶段，间隔宽度的符号函数使正阈值VS和负阈值VSN都增加。在步骤E的时间间隔TW终了时，再次读入交变分量AAC，并将交变分量作为新值ANEU存储起来。在步骤G中将交变分量新值与交变量旧值进行比较。若新值大于旧值，则转到步骤H中用负的符号函数代替正符号函数，否则直接转入步骤Ⅰ。在步骤Ⅰ中，间隔宽度是这样计算出来的：将比例系数KDVS、KDVSN与新旧交变分量AACNEU、AACALT差的绝对值相乘，再加上比例系数。

接着在步骤J中用AACNEU值代替交变分量AACALT原来的值，于是就完成了更新工作，算法流程循环回到D步骤。

换句话说，加工过程是从给定经验阈值开始的，因而经过一段时间之后要计算交变分量，使阈值在正方向上改变，然后再次计算交变分量，将其与前一个分量进行比较。若新值小于旧值，则在同一方向上改变各阈值。但若新值更大，则在相反的方向上改变阈值。

该算法也可适用于确定函数F2和F4的斜率。

Claims (16)

1、一种电蚀机床的用以控制电蚀电极与工件之间位置的伺服控制设备，该伺服控制设备具有一测距装置、一误差信号计算装置、一低通滤波器电路和一驱动装置，测距装置用以确定电蚀电极与工件之间的真实距离，误差信号计算装置根据真实距离与所要求距离之间的差值以计算误差信号，低通滤波器电路加有误差信号，且产生控制信号，驱动装置则根据控制信号跟踪电蚀电极，该伺服控制设备的特征在于，低通滤波器电路具有可变截止频率，且该截止频率依赖于加到电蚀电极(4)上的加工脉冲的至少一个参数。

2、根据权利要求1的伺服控制设备，其特征在于，测距装置测定电蚀电压，并根据该电蚀电压产生表示距离的信号。

3、根据权利要求1或2的伺服控制设备，其特征在于，截止频率是加工频率的函数。

4、根据权利要求1的伺服控制设备，其特征在于，截止频率是加工脉冲的脉冲持续时间的函数。

5、根据权利要求1的伺服控制设备，其特征在于，截止频率是加工脉冲的暂停持续时间的函数。

6、根据权利要求1的伺服控制设备，其特征在于，截止频率是加工脉冲的电流幅值的函数。

7、根据权利要求1的伺服控制设备，其特征在于，设有相联电路，由该电路使控制信号与各经滤波的误差信号联系起来，且这种联系是非线性的。

8、根据权利要求7的伺服控制设备，其特征在于，在经滤波的误差信号值小于阈值（VS）的情况下采用第一变换函数（F1）进行联系，在经滤波的误差信号值大于阈值（VS）时采用第二变换函数（F2）进行联系。

9、根据权利要求8的伺服控制设备，其特征在于，阈值（VS）借助于一检索算法确定，使误差信号的交变分量保持最小。

10、根据权利要求9的伺服控制设备，其特征在于，函数（F2）的斜率由一检索算法确定，使误差信号的交变分量保持最小。

11、根据权利要求1的伺服控制设备，其特征在于，在经滤波的误差信号值小于零但大于一负阈值（VSN）时，采用第三变换函数（F3）进行联系，而当经滤波的误差信号值小于负阈值（VSN）时，采用第四变换函数（F4）进行联系。

12、根据权利要求11的伺服控制设备，其特征在于，阈值VSN借助于一检索算法确定，使误差信号的交变分量保持最小。

13、根据权利要求11的伺服控制设备，其特征在于，采用阈值（VS和VSN）来适配加工脉冲的电气参数。

14、根据权利要求11的伺服控制设备，其特征在于，第四变换函数（F4）的斜率借助于一检索算法确定，使误差信号的交变分量保持最小。

15、根据权利要求7的伺服控制设备，其特征在于，所说相联电路包括一可编程计算机。

16、根据权利要求7的伺服控制设备，其特征在于，所说相联电路包括一数字信号处理器。

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