CN102728910B - 振动进给与高频分组脉冲电参数的分时控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种振动进给与高频分组脉冲电参数的分时控制系统及控制方法，属于电解加工过程控制技术领域。本发明分时控制系统包括微机控制系统、主轴振动系统、伺服进给系统、高频脉冲电源、开关电路、功率放大电路和过流保护电路。本发明控制方法通过微机控制系统设定高频脉冲电源参数（包括频率、占空比和幅值）、电磁振动装置的振动频率和振幅以及比较速度值，并控制实现伺服进给/回退运动、主轴振动运动和高频分组脉冲电参数的合理匹配，实现电解加工过程中振动进给与高频分组脉冲电参数的分时控制，有效提高电解加工过程稳定性和加工精度。该项技术对于精密微细电解加工具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种振动进给与高频分组脉冲电参数的分时控制系统及控制方法，属于电解加工过程控制技术领域。
背景技术
电解加工是利用电化学阳极溶解的原理实现金属材料成型的加工。在机械工业、航空工业、汽车工业、发电设备业中，从一般零件如齿轮、模具到叶片、叶轮、异型孔、枪炮管膛线等难加工零件的加工中均获得了广泛的应用。
电解加工过程中，间隙中电场形成的杂散电流会对工件造成杂散腐蚀，降低加工精度；微小加工间隙内流场条件恶劣，电解产物难以排出，电解液更新困难，则影响加工效率和稳定性。振动进给脉冲电流电解加工能综合改善流场，提高加工精度并使加工过程稳定进行。其基本工作原理为：阴极在进给的同时往复振动，当阴极靠近工件时通电，实现小间隙加工；随后阴极断电离开工件，拉大间隙进行冲刷，使电解产物和电解热充分排除，使小间隙加工能稳定地进行。振动进给能够显著改善流场，而脉冲电源的电参数与振动进给运动的合理匹配能够减小杂散腐蚀，有效提高电解加工的定域性，从而提高加工精度。
目前有关学者对振动进给电解加工的实现方式、工艺方法进行了研究，但提出的研究方法在主轴加工回退时仍在进行电解加工，会发生比较明显的二次腐蚀，影响成形精度；关于振动进给脉冲电流电解加工的研究，提出了新的运动方式和匹配方式，但这些研究都只停留在实验阶段，离实际应用于工业生产还有段距离，匹配的可靠性、稳定性和精确度都有待提高。
发明内容
本发明针对现有的振动进给、脉冲电流加工的不足，提出了一种可操作性强、成本低的振动进给与高频分组脉冲电参数的分时控制系统及控制方法，通过主轴的振动运动实现振动进给，同时通过微机控制系统控制实现振动进给和高频分组脉冲电参数的分时控制，实现振动进给与高频分组脉冲电参数的精确匹配，有效提高电解加工过程稳定性和加工精度。
本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：
一种振动进给与高频分组脉冲电参数的分时控制系统，包括微机控制系统、主轴振动系统、伺服进给系统、高频脉冲电源、开关电路、功率放大电路和过流保护电路；微机控制系统的输出端分别连接主轴振动系统、伺服进给系统、高频脉冲电源、开关电路和功率放大电路，开关电路的输出端分别连接主轴振动系统和高频脉冲电源的输入端，过流保护电路的输入端连接功率放大电路的输出端，过流保护电路输出端分别接微机控制系统和开关电路的输入端。
所述的振动进给与高频分组脉冲电参数的分时控制系统的控制方法，通过微机控制系统设定伺服进给/回退运动的速度、进给深度和控制实现伺服进给/回退运动、主轴振动运动与高频分组脉冲电参数的合理匹配；利用速度传感器监测伺服进给的速度变化，并将此信号输入到微机控制系统，当速度传感器监测到伺服进给由快速定位→慢速进给时，微机控制系统会产生一触发信号，该信号同时输入到可关断晶闸管门极驱动电路的输入端和电磁振动装置的振动控制电路的输入端，使阴阳两极间施加高频脉冲电压的同时主轴振动进给，实现小间隙的振动进给高频脉冲电流电解加工；当速度传感器监测到伺服进给由慢速进给→快速定位时，微机控制系统会产生另一触发信号，该信号输入到可关断晶闸管门极驱动电路的输入端，控制可关断晶闸管关断，阴阳两极间无高频脉冲电压，同时电磁振动装置的振动控制电路使电磁振动装置停止振动，之后主轴伺服快速回退至预定位置，拉大加工间隙以利于电解产物排除、更新电解液，从而改善流场条件，主轴在预定位置暂停一定时间t2（t2=Toff,根据实际加工对象设定，通常为1-10s,例如加工复杂三元流型腔时可设定为t2=10s，加工微小群缝时可设定t2=2s）后伺服快速定位到上次伺服慢速进给结束位置，然后进行下一周期的加工运动，如此重复，实现振动进给与高频分组脉冲电参数的分时控制。
所述的主轴振动运动与高频分组脉冲电参数的匹配方式如下：主轴伺服进给/回退运动的速度变化使微机控制系统产生一触发信号控制实现主轴振动与否，即实现伺服进给/回退运动与主轴振动运动的匹配；同时该触发信号还控制产生高频分组脉冲电压，即实现伺服进给/回退运动与高频分组脉冲电参数的匹配，通过伺服进给/回退运动分别与主轴振动运动和高频分组脉冲电参数的合理匹配实现主轴振动运动与高频分组脉冲电参数的间接匹配。
所述的伺服进给/回退运动与主轴振动运动的匹配方式如下：当速度传感器监测到伺服进给的速度变化为由快速定位→慢速进给时，微机控制系统会产生一触发信号，该信号输入到电磁振动装置的振动控制电路的输入端，控制继电器得电，使实现主轴振动的电磁振动装置通电，主轴开始振动，在主轴振动的过程中伴随着伺服慢速进给，定时一定时间t1（根据主轴伺服慢速进给深度d和进给速度v计算出，t1=Ton=d/v）后使继电器失电，主轴停止振动，同时主轴快速回退至预先设定的位置，暂停一定时间t2（t2=Toff,根据实际加工对象设定，通常为1-10s,例如加工复杂三元流型腔时可设定为t2=10s，加工微小群缝时可设定t2=2s）后快速定位到上次伺服慢速进给结束位置，如此反复，电磁振动装置断电不振动时主轴伺服快速进给或快速回退，其加电振动时主轴伺服慢速进给，实现主轴振动运动与伺服进给/回退运动的匹配。
所述的伺服进给/回退运动与高频分组脉冲电参数的匹配方式如下：当速度传感器监测到伺服进给的速度变化为由快速定位→慢速进给时，微机控制系统会产生一触发信号，该信号输入到可关断晶闸管门极驱动电路的输入端控制晶闸管开通，阴阳两极间施加高频脉冲电压，此期间伴随着主轴伺服慢速进给；当该速度变化为由慢速进给→快速定位时，微机控制系统会产生另一触发信号，该信号输入到可关断晶闸管门极驱动电路的输入端控制晶闸管关断，此时阴阳两极间无高频脉冲电压，从而实现高频分组脉冲电流电解加工，阴阳两极间不施加高频脉冲电压时主轴伺服快速进给或快速回退，避免该时间段的电解加工过程的二次腐蚀，当施加高频脉冲电压时主轴在振动中伺服慢速进给，实现高频分组脉冲电参数与伺服进给/回退运动的匹配。
本发明的有益效果如下：
1、本发明中提供的控制方法能够实现振动进给和高频分组脉冲电参数的分时控制，将二者稳定可靠地结合起来，充分发挥振动进给排除电解产物、排热，更新电解液和高频分组脉冲电流改变极间电解液流场，显著减小极间加工间隙，提高加工精度的优势。
2、通过微机控制系统控制高频脉冲电源输出高频分组脉冲电压，并使其与主轴振动进给运动合理匹配，从而有效降低加工过程中在振动回退时的二次腐蚀，提高电解加工的定域性和复制精度，这样可以为后续数控电加工留下更小、更均匀的加工余量，可有效减少电极损耗、提高综合加工效率。
3、该项技术对于精密微细电解加工同样具有重要意义，能够在微细孔、窄槽、细缝等广泛应用的微结构的加工中发挥重要作用。
附图说明
图1为振动进给与高频分组脉冲电参数的分时控制系统图。
图2为振动进给与高频分组脉冲电流电解加工流程图。
图3为振动进给运动与高频分组脉冲电压信号匹配示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
如图1、2所示，本发明分时控制系统包括微机控制系统、主轴振动系统、伺服进给系统、高频脉冲电源、开关电路、功率放大电路和过流保护电路。微机控制系统的输出端分别接主轴振动系统、伺服进给系统、高频脉冲电源、开关电路和功率放大电路，开关电路的输出端分别连接主轴振动系统和高频脉冲电源的输入端，过流保护电路的输入端连接功率放大电路的输出端，过流保护电路输出端分别接微机控制系统和开关电路的输入端。微机控制系统可以控制电磁振动装置的振动频率、振幅和对比较速度值进行设定，还可以对高频脉冲电源的幅值、频率、占空比等参数进行调节，同时还接受过流信号和触发信号对开关电路进行通断控制，输出高频分组脉冲电压和实现主轴振动运动。主轴振动系统包括电磁振动装置和比较电路。开关电路由速度传感器、触发电路、逻辑电路、光耦隔离电路、驱动电路、可关断晶闸管（GTO）和振动控制电路等构成，主要功能是产生触发信号并触发逻辑电路产生周期脉冲信号，光耦隔离后对该信号进行放大，输入到可关断晶闸管（GTO）的门极端，控制其周期性开断，同时触发信号还触发控制振动控制电路中的定时器和继电器配合工作，控制电磁振动装置振动与否。过流保护电路中的霍尔电流传感器测得的电解加工电流值小于可调电阻设定值时，过流保护电路中的比较器不产生触发信号，此时的加工过程由微机控制系统控制；霍尔电流传感器测得的电解加工电流值大于可调电阻设定值时，比较器产生一比开关电路产生的触发信号优先级高的触发信号，该信号触发门极驱动电路控制可关断晶闸管（GTO）关断，并使继电器失电，同时在控制面板显示报警。
如图3所示，主轴伺服进给/回退运动包括快速定位（根据实际加工需要设定每次进给/回退深度和进给速度，并快速运动至预先设定位置，包括快速进给和快速回退两个过程）和慢速进给（根据实际电解加工要求该过程进给速度较慢并伴随有主轴的振动运动）。通过主轴伺服进给/回退运动分别与主轴振动运动、高频分组脉冲电参数的合理匹配实现主轴振动运动与高频分组脉冲电参数的间接匹配。从而实现了一种由电磁振动装置控制的主轴低频振动和数控系统控制的“振动”（实质为伺服进给/回退运动）复合而成的振动进给与高频分组脉冲电参数分时控制的电解加工方法。
主轴振动运动与伺服进给/回退运动的匹配：速度传感器实时监测伺服运动的速度变化，并将信号发送给微机控制系统，微机控制系统根据信号发出相关指令。当速度传感器监测伺服进给的速度变化为由快速定位→慢速进给时，微机控制系统会产生一触发信号，经开关电路中的逻辑电路、光耦隔离电路和驱动电路后，输入到振动控制电路的输入端控制继电器得电，使实现主轴振动的电磁振动装置通电，主轴开始振动，在主轴振动的过程中伴随着伺服慢速进给（Ton阶段）。定时一定时间t1后使继电器失电，主轴停止振动，时间t1根据主轴伺服慢速进给深度d和进给速度v计算出，t1=Ton=d/v，同时主轴伺服快速进给、暂停和快速回退（Toff阶段），Toff=t2=1--10s，如此反复，实现主轴振动运动与伺服进给/回退运动的匹配。
高频分组脉冲电参数与主轴伺服进给/回退运动的匹配方式如下：当速度传感器监测到伺服进给的速度变化为由快速定位→慢速进给时，微机控制系统会产生一触发信号，经开关电路中的逻辑电路、光耦隔离电路和驱动电路后输入到可关断晶闸管（GTO）门极驱动电路的输入端控制晶闸管开通，阴阳两极间施加高频脉冲电压，进行高频脉冲电流电解加工，在此期间伴随着主轴慢速进给（Ton阶段）；当该速度变化为由慢速进给→快速定位时，微机控制系统会产生另一触发信号，经开关电路中的逻辑电路、光耦隔离电路和驱动电路后输入到可关断晶闸管（GTO）的门极驱动电路的输入端控制晶闸管关断，此时阴阳两极间无高频脉冲电压，同时主轴伺服快速回退、暂停和快速进给（Toff阶段），如此反复，实现高频分组脉冲电参数与主轴伺服进给/回退运动的合理匹配。
Claims (4)
1.一种振动进给与高频分组脉冲电参数的分时控制系统，其特征在于包括微机控制系统、主轴振动系统、伺服进给系统、高频脉冲电源、开关电路、功率放大电路和过流保护电路；微机控制系统的输出端分别连接主轴振动系统、伺服进给系统、高频脉冲电源、开关电路和功率放大电路，开关电路的输出端分别连接主轴振动系统和高频脉冲电源的输入端，过流保护电路的输入端连接功率放大电路的输出端，过流保护电路输出端分别接微机控制系统和开关电路的输入端；所述微机控制系统设定伺服进给/回退运动的速度、进给深度和控制实现伺服进给/回退运动、主轴振动运动与高频分组脉冲电参数的合理匹配；利用速度传感器监测伺服进给的速度变化，并将此信号输入到微机控制系统，当速度传感器监测到伺服进给由快速定位→慢速进给时，微机控制系统会产生一触发信号，该信号同时输入到可关断晶闸管门极驱动电路的输入端和电磁振动装置的振动控制电路的输入端，使阴阳两极间施加高频脉冲电压的同时主轴振动进给，实现小间隙的振动进给高频脉冲电流电解加工；当速度传感器监测到伺服进给由慢速进给→快速定位时，微机控制系统会产生另一触发信号，该信号输入到可关断晶闸管门极驱动电路的输入端，控制可关断晶闸管关断，阴阳两极间无高频脉冲电压，同时电磁振动装置的振动控制电路使电磁振动装置停止振动，之后主轴伺服快速回退至预定位置，拉大加工间隙以利于电解产物排除、更新电解液，从而改善流场条件；主轴在预定位置暂停1—10s后伺服快速定位到上次伺服慢速进给结束位置，然后进行下一周期的加工运动，如此重复，实现振动进给与高频分组脉冲电参数的分时控制。
2.一种如权利要求1所述的振动进给与高频分组脉冲电参数的分时控制系统的控制方法，其特征在于所述的主轴振动运动与高频分组脉冲电参数的匹配方式如下：主轴伺服进给/回退运动的速度变化使微机控制系统产生一触发信号控制实现主轴振动与否，即实现伺服进给/回退运动与主轴振动运动的匹配；同时该触发信号还控制产生高频分组脉冲电压，即实现伺服进给/回退运动与高频分组脉冲电参数的匹配，通过伺服进给/回退运动分别与主轴振动运动和高频分组脉冲电参数的合理匹配实现主轴振动运动与高频分组脉冲电参数的间接匹配。
3.一种如权利要求2所述的振动进给与高频分组脉冲电参数的分时控制系统的控制方法，其特征在于所述的伺服进给/回退运动与主轴振动运动的匹配方式如下：当速度传感器监测到伺服进给的速度变化为由快速定位→慢速进给时，微机控制系统会产生一触发信号，该信号输入到电磁振动装置的振动控制电路的输入端，控制继电器得电，使实现主轴振动的电磁振动装置通电，主轴开始振动，在主轴振动的过程中伴随着伺服慢速进给，定时一定时间t1后使继电器失电，主轴停止振动，其中t1=Ton=d/v，d为主轴伺服慢速进给深度，v为进给速度，同时主轴快速回退至预先设定的位置，暂停1—10s后快速定位到上次伺服慢速进给结束位置，如此反复，电磁振动装置断电不振动时主轴伺服快速进给或快速回退，其加电振动时主轴伺服慢速进给，实现主轴振动运动与伺服进给/回退运动的匹配。
4.一种如权利要求2所述的振动进给与高频分组脉冲电参数的分时控制系统的控制方法，其特征在于所述的伺服进给/回退运动与高频分组脉冲电参数的匹配方式如下：当速度传感器监测到伺服进给的速度变化为由快速定位→慢速进给时，微机控制系统会产生一触发信号，该信号输入到可关断晶闸管门极驱动电路的输入端控制晶闸管开通，阴阳两极间施加高频脉冲电压，此期间伴随着主轴伺服慢速进给；当该速度变化为由慢速进给→快速定位时，微机控制系统会产生另一触发信号，该信号输入到可关断晶闸管门极驱动电路的输入端控制晶闸管关断，此时阴阳两极间无高频脉冲电压，从而实现高频分组脉冲电流电解加工，阴阳两极间不施加高频脉冲电压时主轴伺服快速进给或快速回退，避免该时间段的电解加工过程的二次腐蚀，当施加高频脉冲电压时主轴在振动中伺服慢速进给，实现高频分组脉冲电参数与伺服进给/回退运动的匹配。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |