CN103934531A - 数控电加工小孔机通孔检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控电加工小孔机通孔检测装置，它包括数控系统、空心的铜管电极、以及用于向该铜管电极提供工作液的供液系统，所述供液系统的出液端通过第一导液管与所述铜管电极的进液端相连，所述第一导液管上设置有能够感应该第一导液管内液体压力的第一压力传感装置。该装置能够快速识别数控小孔机所加工的通孔是否形成，避免电极“空打”。

Description

数控电加工小孔机通孔检测装置

技术领域

本发明涉及一种数控电加工小孔机通孔检测装置。

背景技术

小孔机属于电火花加工机床的一种，随着科学技术的发展和生产实际的需要，近年来老式简易小孔机正逐渐被数控电加工小孔机(以下简称数控小孔机)所取代，由于数控小孔机自动化水平高、加工精度好等优点，使数控小孔机研发已成为电加工行业的一个热点。在数控小孔机加工过程中，电极损耗是无法精准计算的，通常用补偿方法来设定加工深度，但因空心铜管电极损耗受加工材料等多种因素影响，实际加工中经常出现通孔未打穿(盲孔)，而为了避免这种现象出现，操作者必须加大深度补偿，这又致使多数孔打穿后，数控系统坐标并未达到设定深度，造成继续“空打”一段深度的情况。因数控小孔机主要用于批量孔加工，这种情况一方面严重影响加工效率，另一方面在无工作液环境中继续“空打”加工的效率(无工作液介质使放电加工环境被破坏)是较低的，且此类加工极易造成铜管电极前端损坏，严重影响下一孔的加工质量。因此，如何准确判定通孔加工完成是目前数控小孔机亟待解决的一个技术问题。

发明内容

本发明目的是：针对上述问题，本发明提供一种数控电加工小孔机通孔检测装置。

本发明的技术方案是：所述的数控电加工小孔机通孔检测装置，包括数控系统、空心的铜管电极、以及用于向该铜管电极提供工作液的供液系统，所述供液系统的出液端通过第一导液管与所述铜管电极的进液端相连，所述第一导液管上设置有能够感应该第一导液管内液体压力的第一压力传感装置。

作为优选，所述第一压力传感装置与所述数控系统电连接。

作为优选，所述供液系统包括一个带有储液内腔的缓冲箱，该缓冲箱具有与所述储液内腔相连通的一个进液口和两个出液口，其中一个出液口通过所述第一导液管与铜管电极的进液端相连，另一个出液口通过第二导液管与一储液设备，所述第二导液管上设置有能够感应该第二导液管内液体压力的第二压力传感装置。

作为优选，所述第二压力传感装置也与所述数控系统电连接。

作为优选，还包括第一固定柱和第二固定柱，所述第一导液管具有呈螺旋状缠绕在所述第一固定柱上的第一软管段，所述第二导液管具有呈螺旋状缠绕在所述第二固定柱上的第二软管段；

所述的第一压力传感装置包括包覆在所述第一软管段外的第一气囊、以及与该第一气囊内部的储气腔相连通的第一导气管，所述第一导气管与第一气体压力传感器相连；

所述的第二压力传感装置包括包覆在所述第二软管段外的第二气囊、以及与该第二气囊内部的储气腔相连通的第二导气管，所述第二导气管与第二气体压力传感器相连；

作为优选，第一气体压力传感器和第二气体压力传感器均与所述数控系统电连接。

作为优选，所述第一压力传感装置还包括与所述第一导气管气相连通的第一气泵和第一排气阀。

作为优选，所述第一排气阀为电磁阀，且第一气泵和第一排气阀均与所述数控系统电连接。

作为优选，所述第二压力传感装置还包括与所述第二导气管气相连通的第二气泵和第二排气阀。

作为优选，所述第二排气阀为电磁阀，且第二气泵和第二排气阀均与所述数控系统电连接。

作为优选，所述第二导液管上串接有比例阀。

作为优选，与所述第二导液管相连的那个出液口设置在靠近所述进液口的位置。

作为优选，所述供液系统包括通过管道顺次连接的工作液箱、液压泵、过滤器和稳压阀。

本发明的优点是：小孔机加工的微细孔一般在0.2～3mm范围，由于加工空间窄小和电加工机床特点，使通孔识别方法受到了各种限制。本发明所提供的这种检测装置通过双路检测工作液的压力波动情况、电蚀除加工状态的识别及加工深度三项指标来进行通孔判定，这种方法能够实现数控小孔机通孔的识别，解决了仅靠加工深度作为通孔判定条件，所导致“空打”降低生产效率和影响加工质量等问题，减少了单孔加工时间，提高了数控小孔机加工效率和质量。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明实施例这种可提高数控小孔机加工效率的装置的结构示意图之一；

图2为本发明实施例这种可提高数控小孔机加工效率的装置的结构示意图之二；

图3为本发明实施例这种可提高数控小孔机加工效率的装置的局部结构示意图；

图4为小孔机在正常加工状态下的间隙电压波形图；

图5为小孔机在开路状态下的间隙电压波形图；

图6为小孔机在短路状态下的间隙电压波形图；

其中：A-工件，1-铜管电极，2-缓冲箱，2a-进液口，2b、2c-出液口，3-第一导液管，3a-第一软管段，4-第二导液管，4a-第二软管段，5-储液设备，6-数控系统，7-第一固定柱，8-第二固定柱，9-第一气囊，10-第一导气管，11-第一气体压力传感器，12-第二气囊，13-第二导气管，14-第二气体压力传感器，15-第一气泵，16-第一排气阀，17-第二气泵，18-第二排气阀，19-比例阀，20-工作液箱，21-液压泵，22-过滤器，23-稳压阀，24-压力表，25-铜管电极夹头。

具体实施方式

图1～图3出示了本发明这种数控电加工小孔机通孔检测装置的一个具体实施例，该装置也具有传统数控电加工小孔机所含有的数控系统6(如计算机)、空心的铜管电极1以及用于向该铜管电极1提供工作液的供液系统。其中，供液系统可以采用各种结构形式，在本实施例中该供液系统具体结构可参照图1所示：它包括通过管道顺次连接的工作液箱20、液压泵21、过滤器22和稳压阀23。为了让操作者能够直观获知供液系统中的液体压力，本例在所述稳压阀23的出液管路上还安装了压力表24。

本实施例的关键改进在于：所述供液系统的出液端通过第一导液管3与所述铜管电极1的进液端相连(供液系统和铜管电极之间设置有第一导液管3)，所述第一导液管3上设置有能够感应该第一导液管内液体压力的第一压力传感装置。

本例中，所述第一压力传感装置与所述数控系统6电连接，从而让人们能够在数控系统6上看到第一压力传感装置感应到的液体压力变化信息。当然，我们也可以将第一压力传感装置与其他显示设备相连，以显示第一压力传感装置感应到的液体压力变化信息。

本例中，所述供液系统还包括一个带有储液内腔的缓冲箱2，该缓冲箱2具有与所述储液内腔相连通的一个进液口2a和两个出液口2b、2c，其中一个出液口2b通过所述第一导液管3与铜管电极1的进液端相连，另一个出液口2c通过第二导液管4与一储液设备5，所述第二导液管4上设置有能够感应该第二导液管内液体压力的第二压力传感装置。同理，所述第二压力传感装置也与所述数控系统6电连接。

电加工过程是一种受多种参数影响的随机过程，这一过程的特性常常用间隙放电状态(本文也称为加工状态或电加工状态，或电蚀除加工状态)进行描述。对本应用来讲，可将间隙放电状态分为3种：开路、正常火花放电及短路，其对应间隙电压波形见图3～图5所示。

工作时，工作液箱20内的工作液经液压泵21加压和过滤器22的过滤后，进入稳压阀23，压力表24指示出稳压后的压力值。从稳压阀23流出的工作液经所述进液口2a进入缓冲箱2内部。缓冲箱2内的工作液一路经第一导液管3输送给铜管电极1，用于在工件A上进行通孔加工；另一路经第二导液管4流入储液设备5中，为了让工作液能够循环使用，本例在所述储液设备5和所述工作液箱20之间还连接有回水管(图中未画出)。工作液从空心铜管电极1自身的孔穿过与工件A发生放电，当铜管电极1未进入工件A内部或通孔已经形成时，工作液“无阻力”直接流出，此时铜管电极1中的液体压力没有波动，第一压力传感装置和第二压力传感装置所拾取的压力信号相同。当铜管电极1进入工件A进行加工时，由于电蚀除复杂性，放电加工频繁在短路、正常电蚀除和开路三种状态中交替进行，数控系统6能够通过间隙电压(该间隙电压信号是从通过电极上测量出来的，为现有成熟技术)判断出当前加工状态，进而调整铜管电极1在Z轴方向上的进、退及速度，这里将小孔加工时铜管电极1的进退方向定位为Z轴方向，也即待加工通孔的轴向方向为Z轴方向。即加工过程中铜管电极1并不是一直向下进给的，一旦出现短路状态电极立即沿Z轴回退，所以电极是在微距离上下往复中向下进给的(这种工作模式为现有常规技术)。短路状态时，铜管电极1与工件A接触，铜管电极端部的液体出口几乎全部被工件封闭住，这时第一导液管3中的液体压力相对最大；正常电蚀除时，铜管电极与工件间距为几微米～几十微米，第一导液管3中的液体压力次之；开路状态时，铜管电极与工件之间的间距较大，所以第一导液管3中的液体压力也相对最小。工作时，由于铜管电极是在微距离上下往复中向下加工的，从而使第一导液管3中的液体压力也随之波动变化，第一压力传感装置感应出第一导液管3中的液体压力并将该压力变化信号传输给数控系统6，从而在数控系统6以压力波的形式显示出第一压力传感装置感应到的压力变化情况。

由于小孔机铜管电极的直径很小，为了让液体从铜管中喷出，液体的静态压力较大，虽然缓冲箱2在一定程度上能够减缓液源压力波动对测量的影响，在不增加其它复杂设备情况下，其并不能完全克服液压泵21增压、管道传输等原因所带来的液体压力波动，也就是说：供液系统中的“液源”压力的波动同样会引发第一导液管3中液体压力的变化，第一压力传感装置感应出的第一导液管3中液体压力值，并非纯粹是由电极的上述三种加工状态引起的，存在相应的偏差(一般情况下，此偏差非常小)。而本例在缓冲箱2上连接的第二导液管4很好的克服了这样问题，因第二导液管4中的液体压力纯粹是由供液系统中的“液源”压力的波动引起的，第二压力传感装置感应出第二导液管4中的液体压力并也将该压力变化信号传输给数控系统6，从而在数控系统6以压力波的形式显示出第二压力传感装置感应到的压力变化情况。

可见，第一压力传感装置采集到的是铜管电极和“液源”共同引起的液体压力波动信号，第二压力传感装置采集到的单单是“液源”本身引起的压力波动信号。数控系统6同时获得到第一压力传感装置和第二压力传感装置传递过来的压力信号，并以压力波的形式显现出来。

在盲孔加工时第一压力传感装置拾取的压力信号与第二压力传感装置拾取的压力信号不同，第一压力传感装置所拾取的压力信号抵消第二压力传感装置所拾取的压力信号后的信号与数控系统加工状态相对应(定性分析法处理)，因第二压力传感装置所拾取压力信号的变化值非常小，故而也可以认为盲孔加工时第一压力传感装置所拾取的压力信号与数控系统加工状态相对应。一旦通孔形成，工作液全部从通孔底部流出，导致电蚀除正常放电状态减少，状态多数在短路和开路间交替，且状态与压力波动间的“传递”链断开，铜管电极1中液体压力没有波动，第一压力传感装置和第二压力传感装置所拾取的压力信号相同，且加工状态与第一压力传感装置拾取的压力信号不再有对应关系。因此，可以根据第一压力传感装置和第二压力传感装置采集到的压力波动信息、电蚀除加工状态的识别和加工深度三项参数，来判断通孔是否已加工完成，若判断出通孔已加工完成，数控系统6控制铜管电极工作一定时间(可以为零)后停止工作，避免“空打”。

对于机械领域的普通技术人员来说，能够感应出导液管内液体压力的压力传感装置的具体结构形式有多种。而本例实施例考虑到工作时第一、第二导液管中液体压力的变化幅度非常小，如果采用普通的压力传感装置结构和普通的压力传感器装配方式，很可能不能够及时准确地感应出导液管中液体压力的微小变化。因此，本实施例特将所述第一压力传感装置的结构，第二压力传感装置的结构以及第一、第二压力传感装置与第一、第二导液管间的装配方式采用了如下形式：

如图2和图3所示，本例中的检测装置还包括第一固定柱7和第二固定柱8，所述第一导液管3具有呈螺旋状缠绕在所述第一固定柱7上的第一软管段3a，所述第二导液管4具有呈螺旋状缠绕在所述第二固定柱8上的第二软管段4a。即缠绕在第一固定柱7上的第一导液管管段和缠绕在第二固定柱8上第二导液管管段为软管段，如橡胶管。为了方便第一、第二导液管在第一、第二固定柱上的缠绕定位，避免所述第一软管段3a和第二软管段4a松散脱开，本例特在第一固定柱7和第二固定柱8上开设有螺旋状的凹槽，所述第一导液管3和第二导液管4沿着该螺旋状凹槽缠绕在第一固定柱7和第二固定柱8上。所述第一压力传感装置包括包覆在所述第一软管段3a外的第一气囊9、以及与该第一气囊9内部的储气腔相连通的第一导气管10，该第一导气管10与第一气体压力传感器11相连。所述第二压力传感装置包括包覆在所述第二软管段4a外的第二气囊12、以及与该第二气囊12内部的储气腔相连通的第二导气管13，所述第二导气管13与第二气体压力传感器14相连。第一气体压力传感器11和第二气体压力传感器14均与所述数控系统6电连接。

当柔软的第一导液管3和第二导液管4中的液体压力发生变化时，气囊内包裹的软管段就会引起第一气囊9和第二气囊12中的气体压力发生变化，进而使第一导气管10和第二导气管13中的气体压力也随之同步变化，与第一导气管10和第二导气管13分别连接的第一气体压力传感器11和第二气体压力传感器14实时感应出第一导气管10和第二导气管13中的气压波动信号，从而间接地获得第一导液管3和第二导液管4中的液体压力情况。

具体应用时，如果从铜管电极上测量的间隙电压与第一气囊上测出的压力信号具有变化一致性，说明是在正常盲孔加工。而当第一压力传感装置测得的压力变化信号与第二压力传感装置测得的压力变化信号一致时(当然，此时铜管电极上测量的间隙电压与第一压力传感装置测得的压力变化信号不再具有对应关系)，则说明通孔已加工完成。设置第二压力传感装置目的是建立一个“类似”通孔时的压力比对信号，第一压力传感装置压力变化信号与第二压力传感装置一致说明通孔形成，即使液源有波动也无所谓，只要两路信号一致就可以判断出通孔形成。通孔形成时，液体已从通孔底部流出，即便还有放电产生三种状态对应电极要上下移动，也再不会让液压波动了，因为液体都从被加工出的通孔的底部流走了。如果第一压力传感装置压力测得的变化信号与第二压力传感装置不一致，且第一压力传感装置测得的压力变化信号与间隙电压变化一致时，则可以判定在盲孔加工期。

本例中，所述第一压力传感装置还包括与所述第一导气管10气相连通的第一气泵15和第一排气阀16，从而能够非常方便地对第一气囊9静态工作压力进行调节，以此来改变压力在液、气之间的传输特性，使传输系统处于一种准谐振状态，让压力信号“高效”地传递给气体压力传感器。而且所述第一排气阀16为电磁阀，且第一气泵15和第一排气阀16均与所述数控系统6电连接，这样就可通过数控系统6来控制第一气泵15和第一排气阀16的开启或关闭。同理，所述第二压力传感装置还包括与所述第二导气管13气相连通的第二气泵17和第二排气阀18。所述第二排气阀18为电磁阀，且第二气泵17和第二排气阀18均与所述数控系统6电连接。

因铜管电极1中“有效”压力波动信号很小，为了更好的克服“液源”压力波动对测量带来的影响，本专利将与所述第二导液管4相连的那个出液口2c设置在靠近所述进液口2a的位置，这样使第二气囊能更准确的测量出“液源”压力波动信号。

此外，为了让第一压力传感装置和第二压力传感装置的测量环境相同，本例还在第二导液管4上串接了比例阀19，实际应用时需要根据铜管电极1的直径来设置比例阀19的开启大小，使铜管电极1的出液口与第二导液管的出液口流量相同。

当然，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数控电加工小孔机通孔检测装置，包括数控系统(6)、空心的铜管电极(1)、以及用于向该铜管电极(1)提供工作液的供液系统，其特征在于：所述供液系统的出液端通过第一导液管(3)与所述铜管电极(1)的进液端相连，所述第一导液管(3)上设置有能够感应该第一导液管内液体压力的第一压力传感装置。

2.根据权利要求1所述的数控电加工小孔机通孔检测装置，其特征在于：所述第一压力传感装置与所述数控系统(6)电连接。

3.根据权利要求1所述的数控电加工小孔机通孔检测装置，其特征在于：所述供液系统包括一个带有储液内腔的缓冲箱(2)，该缓冲箱(2)具有与所述储液内腔相连通的一个进液口(2a)和两个出液口(2b、2c)，其中一个出液口(2b)通过所述第一导液管(3)与铜管电极(1)的进液端相连，另一个出液口(2c)通过第二导液管(4)与一储液设备(5)，所述第二导液管(4)上设置有能够感应该第二导液管内液体压力的第二压力传感装置。

4.根据权利要求3所述的数控电加工小孔机通孔检测装置，其特征在于：所述第二压力传感装置也与所述数控系统(6)电连接。

5.根据权利要求3所述的数控电加工小孔机通孔检测装置，其特征在于：

还包括第一固定柱(7)和第二固定柱(8)，所述第一导液管(3)具有呈螺旋状缠绕在所述第一固定柱(7)上的第一软管段(3a)，所述第二导液管(4)具有呈螺旋状缠绕在所述第二固定柱(8)上的第二软管段(4a)；

所述的第一压力传感装置包括包覆在所述第一软管段(3a)外的第一气囊(9)、以及与该第一气囊(9)内部的储气腔相连通的第一导气管(10)，所述第一导气管(10)与第一气体压力传感器(11)相连；

所述的第二压力传感装置包括包覆在所述第二软管段(4a)外的第二气囊(12)、以及与该第二气囊(12)内部的储气腔相连通的第二导气管(13)，所述第二导气管(13)与第二气体压力传感器(14)相连；

第一气体压力传感器(11)和第二气体压力传感器(14)均与所述数控系统(6)电连接。

6.根据权利要求1所述的数控电加工小孔机通孔检测装置，其特征在于：所述第一压力传感装置还包括与所述第一导气管(10)气相连通的第一气泵(15)和第一排气阀(16)。

7.根据权利要求6所述的数控电加工小孔机通孔检测装置，其特征在于：所述第一排气阀(16)为电磁阀，且第一气泵(15)和第一排气阀(16)均与所述数控系统(6)电连接。

8.根据权利要求3所述的数控电加工小孔机通孔检测装置，其特征在于：所述第二压力传感装置还包括与所述第二导气管(13)气相连通的第二气泵(17)和第二排气阀(18)。

9.根据权利要求8所述的数控电加工小孔机通孔检测装置，其特征在于：所述第二排气阀(18)为电磁阀，且第二气泵(17)和第二排气阀(18)均与所述数控系统(6)电连接。

10.根据权利要求1所述的数控电加工小孔机通孔检测装置，其特征在于：所述第二导液管(4)上串接有比例阀(19)。