CN103084675A - 一种电火花机加工进给自动控制的方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电火花加工进给自动控制技术领域，公开一种电火花机加工进给自动控制的方法及控制系统，所述电火花机加工进给方法采用进给自动控制系统自动进给，所述进给自动控制系统由接收放电间隙的比较电路通过放大驱动电路与执行电路相连，执行电路的进给信号通过调节对象电路、取样电路，再反馈至比较电路电连接组成。本发明能有效地控制放电间隙的大小，实现放电加工的效果，具有重量轻、体积小、成本低、性能稳定、操作简单、高响应、寿命长等优点。具有提高脉冲电源的利用率，有效地防止拉弧烧伤，使电火花加工获得较好的加工性能。并且适合便携式火花机的使用，体现便携式火花机便携、经济、普及性、操作简单的特性。

Description

一种电火花机加工进给自动控制的方法及控制系统

技术领域

本发明涉及电火花加工进给自动控制技术领域，尤其涉及一种电火花机加工进给自动控制的方法及控制系统。 

背景技术

目前，电火花加工是由脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极，两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质（常用煤油或矿物油或去离子水）中。由自动进给控制系统根据电极与工件之间的间隙控制电机正反转，电机连接丝杆带动工具电极实现进给、回退，以保证工具电极与工件在正常加工时维持一很小的放电间隙。现有电火花机加工进给控制系统种类很多，按执行元件大致分为：步进电机式、直流伺服电机式、交流伺服电机式、直线电机式，只适用予大、中型和电火花成形加工机床。不适合便携式火花机的使用，其结构复杂、体积大、成本高、操作维修复杂的特性。 

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明提供一种电火花机加工进给自动控制的方法及控制系统。 

为了实现上述发明目的，本发明采用技术方案如下： 

一种电火花机加工进给自动控制系统，由接收放电间隙的比较电路通过放大驱动电路与执行电路相连，执行电路的进给信号通过调节对象电路、取样电路，再反馈至比较电路电连接组成。

一种电火花机加工进给自动控制系统，所述调节对象电路，电火花加工时具有调节电极与工件之间的火花放电间隙，即根据设定值伺服参考电压等的要求，始终跟踪保持某一平均的火花放电间隙，使调节电火花加工时，电极与工件保持的距离为：0.2—0.3mm。 

一种电火花机加工进给自动控制系统，所述取样电路，采用测量与放电间隙成比例关系的电参数来间接反映放电间隙大小的双电压比较器LM393。 

一种电火花机加工进给自动控制系统，所述放大驱动电路，采用马达正反转驱动芯片L7010R，具有控制和驱动直流电机的两通道功率MOSFET的H桥集成电路器件，每通道设置为2A的峰值电流，且每通道具有抗干扰性强的两个TTL/CMOS兼容电平输入，并且通过内置的钳位二极管，具有释放感性负载的反相冲击电流。 

一种电火花机加工进给自动控制系统，所述执行装置采用自带减速机的直流电机；直流电机转速：60转/min；电压DC12V。 

一种电火花机加工进给自动控制系统，所述比较电路，采用电压比较器LM393根据取样信号比较输出高、低电平，驱动环节选用马达正反转驱动芯片L7010R，根据比较器提供的高低电平来控制电机正转、反转，实现控制放电间隙的大小，驱动放大电路会使系统产生过大的超调，即出现自激现象，外围电路增加消振，使电极进给更平稳。 

一种电火花机加工进给自动控制系统，所述进给自动控制系统的接线端设置为与外部连接更方便的六线快插接头；六线快插接头包括：输入端、检测端、输出端，其中输入端电压为：DC12V；检测端为取样信号和参考信号；输出端电压为：随检测电极与工件间距离改变的正负相电压：DC±12V。 

一种电火花机加工进给自动控制的方法，电火花加工时，采用进给自动控制系统，使工具电极自动进给，其步骤如下： 

1）将浸入绝缘的液体介质中的脉冲电源的一极接工具电极，脉冲电源的另一极接工件电极，自动进给控制系统通过电极与工件之间的间隙控制电机正反转；使电机通过丝杆带动的工具电极，通过进给、回退与工件电极维持的放电间隙在0.2～0.3mm内；

2）当取样电路的两个比较器的输入端分别输入取样信号和参考信号，取样信号与参考信号通过放大驱动电路，控制电机工作状态，

当放大驱动电路第一输入端FIN输入高电平信号H，第二输入端RIN 输入低电平信号L，放大驱动电路第一输出端OUT1输出高电平信号H，第二输出端OUT2输出低电平信号L，电机M正转；

当放大驱动电路第一输入端FIN输入低电平信号L，第二输入端RIN 输入高电平信号H，放大驱动电路第一输出端OUT1输出低电平信号L，第二输出端OUT2输出高电平信号H，电机M反转；

3）当第一个脉冲放电，脉冲电压加到两极之间，便将极间最近点的液体介质击穿，形成放电通道，致使高度集中的10～107W／mm能量，放电区域产生的瞬时高温，使工件的材料放电处熔化，形成一个小凹坑；

4）当第二个脉冲放电，脉冲电压又加到两极之间，在另一极间最近点击穿液体介质对工件的材料放电；如此周而复始高频率地循环下去，工具电极不断地通过自动进给控制系统的电机转动，向工件进给，加工的形状最终复制在工件上，完成对工件的加工。

一种电火花机加工进给自动控制的方法，所述控制电机工作状态， 

当放大驱动电路第一输入端FIN输入高电平信号H，第二输入端RIN 输入高电平信号H，放大驱动电路第一输出端OUT1输出低电平信号L，第二输出端OUT2输出低电平信号L，电机M刹车；

当放大驱动电路第一输入端FIN输入低电平信号L，第二输入端RIN 输入低电平信号L，放大驱动电路第一输出端OUT1输出高电平信号H，第二输出端OUT2输出高电平信号H，电机M待机模式。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性： 

本发明的电火花加工进给自动控制系统执行元件采用直流电机，能有效地控制放电间隙的大小，实现放电加工的效果，具有重量轻、体积小、成本低、性能稳定、操作简单、高响应、寿命长等优点。适合便携式火花机的使用，体现便携式火花机便携、经济、普及性、操作简单的特性。

本发明的自动进给控制系统占有很重要的位置，它的性能直接影响加工稳定性和加工效果。优良的自动控制系统可以最大限度地发挥脉冲电源和电火花机的功能，提高脉冲电源的利用率，有效地防止拉弧烧伤，使电火花加工获得较好的加工性能。 

附图说明

图1是电火花机加工进给自动控制系统方框工作示意图； 

图2是电火花机加工进给自动控制系统的电路方框图；

图3是电火花机自动控制系统总体结构电路原理图；

具体实施方式

如图1、2、3所示，一种电火花机加工进给自动控制系统，由接收放电间隙的比较电路通过放大驱动电路与执行电路相连，执行电路的进给信号通过调节对象电路、取样电路，再反馈至比较电路电连接组成。所述调节对象电路，电火花加工时具有调节电极与工件之间的火花放电间隙，即根据设定值伺服参考电压等的要求，始终跟踪保持某一平均的火花放电间隙，使调节电火花加工时，电极与工件保持的距离为：0.2—0.3mm。 

所述取样电路，采用测量与放电间隙成比例关系的电参数来间接反映放电间隙大小的双电压比较器LM393。所述放大驱动电路，采用马达正反转驱动芯片L7010R，具有控制和驱动直流电机的两通道功率MOSFET的H桥集成电路器件，每通道设置为2A的峰值电流，且每通道具有抗干扰性强的两个TTL/CMOS兼容电平输入，并且通过内置的钳位二极管，具有释放感性负载的反相冲击电流。 

所述执行装置采用自带减速机的直流电机；直流电机转速：60转/min；电压DC12V。所述比较电路，采用电压比较器LM393根据取样信号比较输出高、低电平，驱动环节选用马达正反转驱动芯片L7010R，根据比较器提供的高低电平来控制电机正转、反转，实现控制放电间隙的大小，驱动放大电路会使系统产生过大的超调，即出现自激现象，外围电路增加消振，使电极进给更平稳。 

所述进给自动控制系统的接线端设置为与外部连接更方便的六线快插接头；六线快插接头包括：输入端、检测端、输出端，其中输入端电压为：DC12V；检测端为取样信号Q和参考信号C；输出端电压为：随检测电极与工件间距离改变的正负相电压：DC±12V。 

一种电火花机加工进给自动控制的方法，电火花加工时，采用进给自动控制系统，使工具电极自动进给，其步骤如下： 

1）将浸入绝缘的液体介质中的脉冲电源的一极接工具电极，脉冲电源的另一极接工件电极，自动进给控制系统通过电极与工件之间的间隙控制电机正反转；使电机通过丝杆带动的工具电极，通过进给、回退与工件电极维持的放电间隙在0.2～0.3mm内；

2）当取样电路的两个比较器的输入端分别输入取样信号和参考信号，取样信号与参考信号通过放大驱动电路，控制电机工作状态，

当放大驱动电路第一输入端FIN输入高电平信号H，第二输入端RIN 输入低电平信号L，放大驱动电路第一输出端OUT1输出高电平信号H，第二输出端OUT2输出低电平信号L，电机M正转；

当放大驱动电路第一输入端FIN输入低电平信号L，第二输入端RIN 输入高电平信号H，放大驱动电路第一输出端OUT1输出低电平信号L，第二输出端OUT2输出高电平信号H，电机M反转；

当放大驱动电路第一输入端FIN输入高电平信号H，第二输入端RIN 输入高电平信号H，放大驱动电路第一输出端OUT1输出低电平信号L，第二输出端OUT2输出低电平信号L，电机M刹车；

当放大驱动电路第一输入端FIN输入低电平信号L，第二输入端RIN 输入低电平信号L，放大驱动电路第一输出端OUT1输出高电平信号H，第二输出端OUT2输出高电平信号H，电机M待机模式。

3）当第一个脉冲放电，脉冲电压加到两极之间，便将极间最近点的液体介质击穿，形成放电通道，致使高度集中的10～107W／mm能量，放电区域产生的瞬时高温，使工件的材料放电处熔化，形成一个小凹坑； 

4）当第二个脉冲放电，脉冲电压又加到两极之间，在另一极间最近点击穿液体介质对工件的材料放电；如此周而复始高频率地循环下去，工具电极不断地通过自动进给控制系统的电机转动，向工件进给，加工的形状最终复制在工件上，完成对工件的加工。

本发明电火花机加工进给自动控制系统是由调节对象、取样环节、比较环节、放大驱动环节、执行环节组成。如图1 

1)   调节对象：电火花加工时的调节对象就是电极与工件之间的火花放电间隙，即加工时电极与工件要保持的距离（0.2—0.3mm），根据设定值伺服参考电压等的要求，始终跟踪保持某一平均的火花放电间隙。

2)   取样环节：采用测量与放电间隙成比例关系的电参数来间接反映放电间隙的大小。 

3)   放大驱动环节：取样信号功率小，难以驱动执行元件，靠放大驱动环节根据取样信号放大来驱动执行元件。 

4)   执行环节：采用直流电机（自带减速机）DC12V 2W转速：60转/min，带动主轴进给。 

 本发明电火花机加工进给自动控制系统，采用电压比较器LM393根据取样信号比较输出高、低电平，驱动环节选用马达正反转驱动芯片L7010R，根据比较器提供的高低电平来控制电机正转、反转，实现控制放电间隙的大小，驱动放大电路会使系统产生过大的超调，即出现自激现象，外围电路增加消振，使电极进给更平稳。如图2 

1、取样环节选用双电压比较器LM393如图2，由于两个比较器是“＋、－”输入端相连，所以在取样信号有电压输入时与参考信号比较，输出是一个高电平和一个低电平。

2、放大驱动环节选用马达正反转驱动芯片L7010R，该芯片是控制和驱动直流电机设计的两通道功率MOSFET的H桥集成电路器件，它可以控制电机正转、反转并且具有刹车功能，用来代替传统分立器件驱动电路，使外围器件减少，整机可靠性提高。该芯片有两个TTL/CMOS兼容电平输入，具有良好的抗干扰性，连个输出端能直接驱动直流电机，它具有较大的电流驱动能力，每通道能通过2A的峰值电流，同时它具有较低的导通电阻，内置的钳位二极管能释放感性负载的反相冲击电流，使它驱动电机时安全可靠。 

该芯片根据取样环节输出的高低电平到FIN和RIN来控制输出OUT1、OUT2的正负相，从而来控制直流电机的正反转。 

输入、输出逻辑关系表： 

3、电火花加工进给自动控制系统集中封装予100*62*35mm的机壳内，输入、输出选用六线快插接头，与外部连接更方便。输入：DC12V，输出：DC±12V(随检测电极与工件间的距离改变正负相)。

  

Claims (9)

1.一种电火花机加工进给自动控制系统，其特征是：所述进给自动控制系统由接收放电间隙的比较电路通过放大驱动电路与执行电路相连，执行电路的进给信号通过调节对象电路、取样电路，再反馈至比较电路电连接组成。

2.根据权利要求1所述的一种电火花机加工进给自动控制系统，其特征是：所述调节对象电路，电火花加工时具有调节电极与工件之间的火花放电间隙，即根据设定值伺服参考电压等的要求，始终跟踪保持某一平均的火花放电间隙，使调节电火花加工时，电极与工件保持的距离为：0.2—0.3mm。

3.根据权利要求1所述的一种电火花机加工进给自动控制系统，其特征是：所述取样电路，采用测量与放电间隙成比例关系的电参数来间接反映放电间隙大小的双电压比较器LM393。

4.根据权利要求1所述的一种电火花机加工进给自动控制系统，其特征是：所述放大驱动电路，采用马达正反转驱动芯片L7010R，具有控制和驱动直流电机的两通道功率MOSFET的H桥集成电路器件，每通道设置为2A的峰值电流，且每通道具有抗干扰性强的两个TTL/CMOS兼容电平输入，并且通过内置的钳位二极管，具有释放感性负载的反相冲击电流。

5.根据权利要求1所述的一种电火花机加工进给自动控制系统，其特征是：所述执行装置采用自带减速机的直流电机；直流电机转速：60转/min；电压DC12V。

6.根据权利要求1所述的一种电火花机加工进给自动控制系统，其特征是：所述比较电路，采用电压比较器LM393根据取样信号比较输出高、低电平，驱动环节选用马达正反转驱动芯片L7010R，根据比较器提供的高低电平来控制电机正转、反转，实现控制放电间隙的大小，驱动放大电路会使系统产生过大的超调，即出现自激现象，外围电路增加消振，使电极进给更平稳。

7.根据权利要求1所述的一种电火花机加工进给自动控制系统，其特征是：所述进给自动控制系统的接线端设置为与外部连接更方便的六线快插接头；六线快插接头包括：输入端、检测端、输出端，其中输入端电压为：DC12V；检测端为取样信号和参考信号；输出端电压为：随检测电极与工件间距离改变的正负相电压：DC±12V。

8.一种电火花机加工进给自动控制的方法，电火花加工时，采用进给自动控制系统，使工具电极自动进给，其步骤如下： 

1）将浸入绝缘的液体介质中的脉冲电源的一极接工具电极，脉冲电源的另一极接工件电极，自动进给控制系统通过电极与工件之间的间隙控制电机正反转；使电机通过丝杆带动的工具电极，通过进给、回退与工件电极维持的放电间隙在0.2～0.3mm内；

2）当取样电路的两个比较器的输入端分别输入取样信号和参考信号，取样信号与参考信号通过放大驱动电路，控制电机工作状态，

当放大驱动电路第一输入端FIN输入高电平信号H，第二输入端RIN 输入低电平信号L，放大驱动电路第一输出端OUT1输出高电平信号H，第二输出端OUT2输出低电平信号L，电机M正转；

当放大驱动电路第一输入端FIN输入低电平信号L，第二输入端RIN 输入高电平信号H，放大驱动电路第一输出端OUT1输出低电平信号L，第二输出端OUT2输出高电平信号H，电机M反转；

3）当第一个脉冲放电，脉冲电压加到两极之间，便将极间最近点的液体介质击穿，形成放电通道，致使高度集中的10～107W／mm能量，放电区域产生的瞬时高温，使工件的材料放电处熔化，形成一个小凹坑；

4）当第二个脉冲放电，脉冲电压又加到两极之间，在另一极间最近点击穿液体介质对工件的材料放电；如此周而复始高频率地循环下去，工具电极不断地通过自动进给控制系统的电机转动，向工件进给，加工的形状最终复制在工件上，完成对工件的加工。

9.一种电火花机加工进给自动控制的方法，所述控制电机工作状态，

当放大驱动电路第一输入端FIN输入高电平信号H，第二输入端RIN 输入高电平信号H，放大驱动电路第一输出端OUT1输出低电平信号L，第二输出端OUT2输出低电平信号L，电机M刹车；

当放大驱动电路第一输入端FIN输入低电平信号L，第二输入端RIN 输入低电平信号L，放大驱动电路第一输出端OUT1输出高电平信号H，第二输出端OUT2输出高电平信号H，电机M待机模式。

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