CN104625255B - 全数字控制钢辊电火花毛化的试验方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明是全数字控制钢辊电火花毛化的试验方法与装置，该装置主要由钢辊旋转机构、钢辊平移机构、电极的液压伺服驱动机构、电气控制柜、液压站、脉冲发生器和介电液冷却装置组成，其中：钢辊旋转机构装在机架箱(4)上对应钢辊轴中心线的箱壁上，该机构的拨叉带动托架(9)上的实验钢辊(8)旋转；钢辊平移机构装在机架箱底部的直线导轨中轴线上，该机构通过与托架连接的传动机构(10)内的丝杆正反旋转，带动实验钢辊左右平移；电极的液压伺服驱动机构安装在底座(1)的两侧；介电液冷却装置装在机架箱和介电液箱(2)之间，电气控制柜、液压站和脉冲发生器位于机架旁边。本发明具有实用性强、检修操作方便、便于应用与修理等优点。

Description

全数字控制钢辊电火花毛化的试验方法与装置

技术领域

本发明涉及一种全数字控制的钢辊电火花毛化的试验装置。

背景技术

冷轧钢辊EDT(Electrical Discharge Texturing，电火花毛化，简称EDT)数控加工机床是钢铁行业中生产高端汽车和家电冷轧薄板的关键设备之一，目前所采用的设备与工艺都是由国外公司提供的。每套设备进口价值不菲，关键备件全部由国外提供，且不提供备件的修理技术资料和试验设备，每年的运行费用非常高。例如，国内进口的瓦特里希-西根(WALDRICH SIEGEN)公司和英格索尔(INGERSOLL)公司生产的EDT机床，采用的是固定电极结构，电极头由液压伺服机构驱动，控制电极头运动和电火花放电的脉冲发生器是德国KLEINKNECHT公司生产的配套产品，EDT机床安装的电极有单排和双排，双排标准配置为60个电极头。每个电极头，均配套有电极的液压伺服机构和脉冲发生器，其进口费用高达数十万元人民币。由于EDT机床工作现场工况环境差：数吨重的轧辊浸泡在介电液中旋转和移动，与带有高电压的电极头配合进行电火花放电作业，所以经常因故障而损坏相关部件，长期采用新进口器件替换坏损器件，运行费用非常高。

基于上述情况，本申请发明人通过对进口EDT机床的液压伺服机构和脉冲发生器进行深入研究，并总结大量的现场检修坏损器件的实际经验，研制出本发明的试验装置，该装置能够对修理后的进口液压伺服机构和脉冲发生器进行试验和检验，大大提高了备件修复上机使用率，既降低用户备件费用，也减少国家外汇消耗；同时，本装置采用与进口EDT机床相同的电极液压伺服驱动机构和脉冲发生器，控制钢辊毛化加工的工艺参数与进口设备一致，便于研究单位利用本设备对不同材质的钢辊进行电火花毛化加工的工艺进行仿真实验研究，提高钢材加工的质量。同理，也能作为小型钢辊电火花毛化的生产设备使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种全数字控制的钢辊电火花毛化的试验装置。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的全数字控制的钢辊电火花毛化的试验装置，主要由钢辊旋转机构、钢辊平移机构、电极的液压伺服驱动机构、电气控制柜、液压站、脉冲发生器和介电液冷却装置组成，其中：钢辊旋转机构装在机架箱上对应钢辊轴中心线的箱壁上，该机构的拨叉带动托架上的实验钢辊旋转；钢辊平移机构装在机架箱底部的直线导轨中轴线上，该机构通过与托架连接的传动机构内的丝杆正反旋转，带动实验钢辊左右平移；电极的液压伺服驱动机构安装在底座的两侧；介电液冷却装置装在机架箱和介电液箱之间，电气控制柜、液压站和脉冲发生器位于机架旁边。

所述的钢辊旋转机构由钢辊旋转电机减速机组件、钢辊旋转拨盘组成，其中：钢辊旋转电机减速机组件安装在机架箱上，该组件中的减速机采用减速比大的蜗轮蜗杆减速机，其输出轴上安装有钢辊旋转拨盘，钢辊旋转拨盘的拨叉插入实验钢辊的颈轴端孔中；钢辊旋转电机旋转时通过拨叉带动实验钢辊旋转。

所述钢辊旋转电机的转速由钢辊旋转变频器控制。

所述的钢辊平移机构由钢辊平移电机减速机组件和钢辊平移传动机构组成，其中：钢辊平移电机减速机组件安装在机架箱上，该组件中的减速机采用减速比大的蜗轮蜗杆减速机，其输出轴上安装有钢辊平移传动机构，该机构的传动丝杆副的螺母固定在托架的支架上，丝杆旋转时带动实验钢辊平移。

所述的钢辊平移传动机构的平移电机的转速旋转方向由钢辊平移变频器控制，保证钢辊平移速度满足钢辊加工要求。

所述的电极的液压伺服驱动系统由伺服油路分配器、电极的液压伺服机构、电极和液压站及脉冲发生器中的伺服控制板组成，其中：伺服油路分配器有两块，分别安装在实验钢辊两侧的底座上，每块伺服油路分配器上安装两套液压伺服机构，便于对正常液压伺服机构与修复后的液压伺服机构进行对比测试。

所述两边伺服油路分配器上，各安装两套电极的液压伺服机构，主要用于电火花毛化工艺实验或小型轧辊电火花毛化加工场所。

所述的介电液冷却装置主要由介电液箱、介电液泵、介电液分配块、电极、排液阀、介电液、介电液箱排污阀组成，其中：介电液是一种便于毛化加工的配比液体，不加工时存放在介电液箱中，加工时通过介电液泵泵入介电液分配块中，经过分配管路和电极流到机架箱中，当介电液漫过介电液溢流管道的输入口时，会自动流回到介电液箱中，实现循环流动和冷却；加工完毕，打开装在机架箱上的排液阀，使箱中剩余的介电液流回到介电液箱中存储。若长期使用，介电液中的残渣会在机架箱中沉淀，其通过定期打开介电液箱排污阀进行排污处理，保证液体清洁。

所述的液压站为试验装置的液压元件提供液压源。

本发明装置设有电气控制设备，该设备主要由工控机、PLC可编程控制器、变频器、光纤通讯转换器、三相整流电源、脉冲发生器等器件组成；工控机与PLC可编程控制器和光纤通讯转换器之间采用电缆相连，光纤通讯转换器与脉冲发生器之间采用光纤电缆连接。

本发明装置设有中文显示的操作控制屏，便于操作人员设置加工模式，选择工艺参数；在加工过程中能对发生器中出现的故障自动进行报警显示；在进行进口备件修复测试时，能单独给被测备件下传不同的测试信号，检查备件动作状况或电流、电压波形。

本发明是一套能模仿进口EDT机床毛化加工钢辊的机、电、液一体化装置，并能对修复后的进口液压伺服驱动机构和脉冲发生器进行试验和检测的实验设备，装置采用了我们新研制的全数字控制系统，其与现有技术比较主要有以下优点：

1.实用性强：

以前修理后的备件只能装在EDT机床上验证是否修理好了，现在可以在本试验装置上进行模拟试验，比如，液压伺服机构修理后，可以在本试验装置上试验是否存在泄漏、试验活塞的运动是否能满足EDT机床的运行条件，又比如，脉冲发生器修复后，可以在本试验装置上进行模拟运行，观察电流、电压波形，提高了修理备件上机正常运行的几率。同时，本试验装置也是一个研制替代进口EDT备件的实验平台，对于价值昂贵的进口备件可以逐步用具有相同功能的廉价备件进行替代。是否能否替代？可以先在本试验装置上进行模拟试验，比如，国产的密封件替代进口密封件，国产零配件替代进口零配件，市场上易于购买的功能和尺寸相同电器元件替换市场上难于购买的电器元件等等，可以大大减少ED机床用户的运行维修费用，实用性非常强。

2.检修操作方便：

全数字控制系统采用数字通讯技术，试验装置的工控机与脉冲发生器之间采用自行研制的光纤通讯转换器，能够实现通讯联络，实验人员通过全中文控制界面，可以将设定各种毛化参数，如选择电容放电毛化模式还是脉冲放电毛化模式，选择正、负极性，选择伺服增益大小，脉冲的导通与关断时间和放电时的电流和电压大小等各种控制参数，并下传给脉冲发生器进行修理信号检测，或者进行模拟EDT加工控制。这对于查找备件故障而言，操作比在进口EDT机床上更方便。

3.便于应用与修理：

全数字控制系统由于逻辑动作采用PLC可编程控制器控制，电机转速采用变频器控制，所以能方便实现各种电火花毛化加工的工艺动作，工艺程序的变化，只需在上位机的显示屏上进行参数设置，不需要进行硬件改动，并能根据不同的用途，开发新的应用实验程序，具有较强的适用性。试验装置出现的故障问题，也能通过上位机的显示屏提示进行查找，处理起来十分方便。

4.整套试验装置体积小，重量轻，但是包括了模拟进口EDT机床的基本功能，机、电、液一体化的控制结构，不仅便于试验伺服机驱动机构及脉冲发生器等进口备件的修复质量，也适用于模仿进口EDT机床毛化钢辊，在钢辊上进行各种电火花毛化加工试验，探索新的电火花毛化加工工艺。同理，本装置也能作为国产小型轧辊电火花毛化加工的专用设备，用于生产加工。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的A-A向视图。

图3是电极液压伺服组件的部件图

图4是电气控制框图。

图5是脉冲发生器控制框图。

图6是液压原理图。

图7是介电液循环原理图。

图8是电容毛化模式中采用脉冲充电方式时的电流、电压关系图。

图9是电容毛化模式中采用恒流充电方式时的电流、电压关系图。

图10是脉冲毛化模式中采用导通时间不变时的电流、电压关系图。

图11是脉冲毛化模式中采用导通时间可变时的电流、电压关系图。

图12是装置进行电火花毛化(EDT)加工的工作原理图。

图中：1.底座；2.介电液箱；3.介电液泵；4.机架箱；5.介电液分配块；6.钢辊旋转电机减速机组件；7.钢辊旋转拨盘；8.钢辊；9.钢辊托架；10.钢辊平移传动机构；11.直线导轨；12.钢辊平移电机减速机组件；13.伺服油路分配器(图中括号中的数字表示不同位置安装的分配器)；14.电极的液压伺服机构(图中括号中的数字表示不同位置安装的液压伺服机构)；14-1.液压缸座；14-2.缸套固定座；14-3.电极固定座；14-4.空心活塞杆；14-5.伺服油缸；14-6.电液伺服阀；14-7.电极电缆接头；14-8.油杠杆护套；14-9.介电液管连接器；14-10.电液伺服阀电缆插头座；15.导向滚轮；16.介电液溢流管道；17.导电带；18.电气控制柜；18-1.显示屏；18-2.工控机；18-3.PLC控制器；18-4.控制按钮；18-5.光纤通讯转换器；18-6.控制键盘；18-7.三相整流电源；18-8.机架限位开关端子箱；18-9.液压控制电路；18-10.钢辊旋转变频器；18-11.钢辊平移变频器；18-12.单相交流控制电源；19.液压站；19-1.液压站排污阀；19-2.网式过滤器；19-3.电机；19-4.油泵；19-5.单向阀；19-6.电磁溢流阀；19-7.压力表开关；19-8.压力表；19-9.高压过滤器；19-10.蓄能器安全球阀；19-11.蓄能器；19-12.液位控制器；19-13.空气滤清器；19-14.液位液温计；20.脉冲发生器(图中括号中的数字表示不同位置安装的脉冲发生器)；20-1.稳压电源板；20-2.通讯控制板；20-3.DC/DC电源模块；20-4.脉冲电源板；20-5.脉冲点火板；20-6.电容板；20-7.伺服控制板；21.导电带复位弹簧；22.电极(图中括号中的数字表示不同位置安装的电极)；23.机架排液阀；24.介电液；25.介电液箱排污阀。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

本发明提供的全数字控制的钢辊电火花毛化的试验装置，其结构如图1和图2所示，主要由机体、钢辊旋转机构、钢辊平移机构、电极的液压伺服驱动机构、电气控制柜、脉冲发生器、介电液冷却装置和液压站19组成，其中：钢辊旋转机构装在机架箱4上对应钢辊轴中心线的箱壁上，通过拨叉可以带动托架9上的钢辊8旋转；钢辊平移机构装在机架箱4底部的直线导轨11中轴线上，通过与钢辊托架9连接的传动机构10内的丝杆正反旋转，带动托架9上的钢辊左右平移；电极的液压伺服驱动机构安装在底座1的两侧；介电液冷却装置装在机架箱4和介电液箱2之间，电气控制柜18、脉冲发生器20和液压站19位于实验机架旁边。

所述的机体由底座1、介电液箱2、机架箱4组成，其中：介电液箱2安装在底座1的中间，用于存放介电液。机架箱4置于底座1上，用于安放实验钢辊8。实验钢辊8的颈轴由钢辊托架9支撑，实验钢辊8与钢辊托架9的接触面采用的是绝缘尼龙块，保证钢辊与机体绝缘。钢辊托架9的一端装有导电带17和导电带复位弹簧21，能保证旋转的实验钢辊8的颈轴与脉冲发生器的WK输出端电缆接触良好；钢辊托架9的两端支柱上装有防止实验钢辊8窜动的导向滚轮15，防止实验钢辊8旋转时窜动；钢辊托架9的底板安装在两条直线导轨11的运动面上，直线导轨11固定在机架箱4的底板上。在毛化加工时，机架箱4中盛满介电液，实验钢辊8与电极接触部分低于介电液平面不少于40㎜，当介电液过多时，能够通过机架箱4上的介电液溢流管道16自动流回到介电液箱2中去，加工完毕后，打开机架排液阀23，让介电液流回到介电液箱2中去。此外，底座1还是安装伺服油路分配器13、液压伺服机构14、介电液泵3等备件的基座。机架箱4上还安装有：介电液分配块5、钢辊旋转电机减速机组件6、钢辊平移电机减速机组件12等备件。

所述的钢辊旋转机构，由钢辊旋转电机减速机组件6、钢辊旋转拨盘7组成，其中：钢辊旋转电机减速机组件6安装在机架箱4上，该减速机采用减速比大的蜗轮蜗杆减速机(型号：SAF67)，其输出轴上安装有钢辊旋转拨盘7，钢辊旋转拨盘7的拨叉插入实验钢辊8的颈轴端孔中；拖动电机旋转时通过钢辊旋转拨盘7带动实验钢辊8旋转，拖动电机的转速由钢辊旋转变频器18-10控制。

所述的钢辊平移机构由钢辊平移电机减速机组件12和钢辊平移传动机构10组成，其中：钢辊平移电机减速机组件12安装在机架箱4上。减速机采用减速比大的蜗轮蜗杆减速机(型号：PLFN64)，其输出轴上安装有钢辊平移传动机构10，传动丝杆副的螺母固定在钢辊托架9的支架上，丝杆旋转时带动钢辊托架9上的钢辊平移，平移电机的转速旋转方向由钢辊平移变频器18-11控制，保证钢辊平移速度满足钢辊加工要求。

所述的电极的液压伺服驱动系统由伺服油路分配器13、电极的液压伺服机构14、电极22和液压站19及脉冲发生器中的伺服控制板20-7组成，其中：伺服油路分配器13有两块，分别安装在钢辊两侧的底座1上，每块伺服油路分配器13上可以安装两套液压伺服机构14，便于对正常液压伺服机构与修复后的液压伺服机构进行对比测试；如果是用于工艺实验目的的场所，可以在所述的机体上安装4套电极的液压伺服机构14。

所述的电极的液压伺服机构14采用与进口EDT机床相同的备件，整体结构由WALDRICH SIEGEN公司设计供货，其中液压缸由汉臣(H'A'NCHEN)公司制造(型号A34728999)，电液伺服阀由穆格(MOOG)公司制造(型号：H01BOGBAVSX0)。该电极液压伺服机构主要由液压缸座14-1、机架固定座14-2、电极固定座14-3、空心活塞杆14-4、伺服缸套14-5、电液伺服阀14-6、电极电缆接头14-7、油杠杆护套14-8、电极介电液管接头14-9等部件组成，装配关系如图3所示；空心活塞杆14-4中间装有一根外套绝缘管的空心铜管，铜管上端与固定在活塞杆14-4上的电极固定座14-3相连接，铜管的下端接发生器EL端输出电缆和介电液管：一方面将脉冲发生器输出的电能引到安装在固定座14-3中的电极22上，另一方面通过铜管和电极的中心孔将介电液送入到电极22与钢辊8的表面，对电火花烧蚀部分进行冷却，并冲走电火花烧蚀的残渣；脉冲发生器20上的编号为X74插头座连接3根25㎜²电缆到实验装置上，标号为“EL”的电缆与电极接头14-7相联接，标号为“WK”的电缆与与导电带17相连接，“接地”标号端电缆与伺服阀机壳用螺丝连接。介电液管接头14-9与介电液分配块5的输出接头之间用塑料管连接，油杠杆护套14-8上部开有长形椭圆孔，保证空心活塞杆14-4前后运动时不防碍与之连接的电缆线和介电液输送管线。

所述的电液伺服阀14-6是一种高精度控制阀，采用±15V直流电源供电，控制信号为±10V电压，能够控制活塞杆运动方向和速度，其液压控制原理见图6，电液伺服阀电缆接头14-10通过控制电缆与脉冲发生器20上的编号为X12的插头座连接，伺服控制板20-7根据电极22与钢辊8之间的间隙电压，控制空心活塞杆14-4的进退。

所述的电气控制电柜18由显示屏18-1、工控机18-2、PLC控制器18-3、控制按钮18-4、光纤通讯转换器18-5、控制键盘18-6、三相整流电源18-7、机架限位开关端子箱18-8、液压控制电路18-9、钢辊旋转变频器18-10、钢辊平移变频器18-11、单相交流控制电源18-12和一些辅助低压电器元件组成。

所述的显示屏18-1、工控机18-2和控制键盘18-6组成上位机控制系统，通过通讯电缆线与西门子S7-200PLC和光纤通讯转换器18-5连接，上位机控制系统主要用于操作人员选择电火花毛化加工模式和控制参数，同时监视整个设备的运行状态，由于实验设备工作环境干扰少，可选用普通的台式电脑替代工控机，工控机18-2中安装有用“组态王”组态软件编写的人机界面控制程序，可以实现与PLC和脉冲发生器20之间的通讯，通过向脉冲发生器20下传毛化工作参数和控制指令，控制液压伺服机构14动作和电火花毛化工作模式，并将脉冲发生器20中的工作状态上传给工控机18-2，显示在控制屏上。

所述的光纤通讯转换器18-5是一个以单片机为核心的信号转换器，它的上端是用USB通讯线与上位机连接，下端是用两根光纤电缆与脉冲发生器20相连接，能够根据脉冲发生器生产商提供的通讯协议，将上位机输出的指令信号转换成通讯控制板20-2能识别的信息，对发生器的工作状态进行控制，也能将通讯控制板20-2发出的信号转换成上位机能识别的信息，进行监控和显示。本发明装置最多可接4个通讯转换器18-5，控制四台脉冲发生器20工作。

所述的三相整流电源18-7向脉冲发生器20提供540V的直流电源；控制按钮18-4由人工控制实验装置的各种动作，便于调试使用，机架限位开关端子箱18-8接受机架上的传感器发出的信号，若实验装置钢辊平移机构走到了规定位置，可以换个方向移动，到了极限位置能自动停止运行。PLC控制器18-3作为实验机逻辑控制主机，采用西门子S7-200型产品，主要控制有液压控制电路18-9、钢辊旋转变频器18-10、钢辊平移变频器18-11、单相交流控制电源18-12和一些辅助低压电器元件等，相互控制流程见图4。本装置采用的变频器为西门子公司的440通用型变频器，能够控制钢辊的转速和平移速度。

所述的液压站19由排污阀19-1、网式过滤器19-2、电机19-3、油泵19-4、单向阀19-5、电磁溢流阀19-6、压力表开关19-7、压力表19-8、高压过滤器19-9、蓄能器安全球阀19-10、蓄能器19-11、液位控制器19-12、空气滤清器19-13和液位液温计19-14等元件组成，作为一套独立装置放在实验机架旁边，通过高压油管连接到机架上的伺服油路分配器13，为伺服驱动机构14提供液压源，液压控制原理图见图6。

所述的脉冲发生器20是一个外形尺寸为高179㎜，宽483㎜，深613㎜的抽屉箱结构，为了便于测试，将脉冲发生器20放在控制电柜旁边的实验架上，一台脉冲发生器20控制一套电极的液压伺服机构14。进口的脉冲发生器20由一块发生器稳压电源板20-1、一块通讯控制板20-2、一块DC/DC电源模块20-3、四块脉冲电源板20-4、一块脉冲点火板20-5、一块电容板20-6、一块控制伺服板20-7和抽屉机箱组成。

所述的稳压电源板20-1为脉冲发生器的控制回路提供5V、15V、24V等级别的工作电源；检测时，接通电柜18-12传过来的220V单相交流控制电源，用万用表检测该电柜控制板上的测试点，可以知道脉冲发生器的稳压电源板20-1是否正常。

所述的通讯控制板20-2是脉冲发生器的核心控制板，其中CPU芯片20-2-3，又是通讯控制板20-2的核心：通过CAN总线光纤通讯接口20-2-1，能够通过光纤接收上位机(工控机18-2)的控制指令，也能将脉冲发生器内的工作状态和故障信号上传给上位机(工控机18-2)；通过继电器接口20-2-2，一路控制DC/DC电源模块20-3的开启或关断，一路控制电容板20-6上的各种继电器开通或关断；通过电源控制接口20-2-4，控制脉冲电源板20-4和脉冲点火板20-5的输出电流等级和导通、关断时间；通过伺服控制的光纤接口20-2-6时钟控制模块给芯片20-2-3提供基准时钟信号；通过伺服控制的光纤接口20-2-6输出脉冲信号，控制伺服控制板20-7的增益大小和间隙电压的给定值；CPU芯片20-2-3还通过伺服控制的光纤接口20-2-6输出PWM脉冲信号，控制DC/DC电源模块20-3的MOC端输出电压的高低。进口供应商没有提供通讯控制板20-2的电路图与控制软件，对控制板的好坏只能通过模拟工作状态进行测试与判断，本实验装置创造了条件：可以将待修复的通讯控制板与正常工作的通讯控制板上的测试点信号进行对比，来判别故障原因，加快了设备诊断修复效率。每块通讯控制板上有两个BCD拨码开关(S2为个位开关，S3为十位开关)，能够确定控制板控制地址，本实验装置最多可以安装4套脉冲发生器，通过地址开关能够控制所需要的电极工作。通讯控制板上有故障复位按钮，故障时需要手动复位。通讯控制板采用拔插结构，更换备件很方便。

所述的脉冲电源板20-4用来提供一种可编程控制PWM电源，有三种电流等级：3A、4.5A、6A，输出电压由MOC端决定，范围在100V-230V，每台脉冲发生器配4块脉冲电源板20-4，并联输出最大电流24A，在0到24A之间，通过组合控制可分为24档电流输出。脉冲电源板20-4的导通和关断时间由CPU芯片20-2-3控制。进口供应商没有提供脉冲电源板20-4的电路图，本实验装置能提供类比方式进行检验，即：在相同的指令下，测量被测板上的测量点信号，与正常板测量点信号进行对比，判别板子的好坏。脉冲控制板采用拔插结构，更换备件很方便。

所述的脉冲点火板20-5用来提供一种可编程控制PWM电源，有三种电流等级：1.5A、2.2A、3A，输出电压由HV端决定，电压等级为250V，其导通和关断时间由CPU芯片20-2-3控制；进口供应商没有提供脉冲点火板20-5的电路图，检测方法与脉冲电源板20-4的相似。

所述的电容板20-6上有9组不同容量的电容，分别为：0.02μF、0.041μF、0.083μF、0.165μF、0.33μF、0.66μF、1.32μF、2.64μF、5.28μF，通过九级继电器进行组合，最大电容量为10.539Μf；电容板20-6上有四个继电器控制输出电压的极性，K10，K13同时闭合时，定义为正极性输出；K5，K15同时闭合时，定义为负极性输出；电容板20-6上的间隙电压检测电路20-6-1用来监视电极22与钢辊8之间的间隙电压值，当间隙大时，间隙电压值高，间隙小时，间隙电压值低，当电极22接触上钢辊8时，电路呈现短路状态，间隙电压等于0V，检测到的电压信号一路传给伺服板20-7作为反馈信号，另一路信号传给CPU芯片20-2-3进行状态监视；当间隙电压等于0时，且经过一段时间延迟仍无变化，CPU芯片20-2-3将实施短路保护动作，并向上位机18-2发出短路报警信号。

所述的伺服控制板20-7有两种信号是接受CPU芯片20-2-3发出的，一个是增益值，在0.5-10之间，能够确定电磁伺服阀的响应速度，这个值是通过光纤信号传递转换的；一个是电压的给定值，通过插件底板传递。电压给定值与电极与钢辊间的平均电压值成比例，0V代表间隙最大(开路)，-10V代表间隙最小(短路)，工作时，将间隙给定电压值与反馈电压值比较后，输出控制信号给电液伺服阀14-6，控制电极22的运动方向和速度：使动态间隙电压与给定电压近似相同；伺服板20-7的输出电压范围为±10V，输出电压在0V到10V之间，伺服缸14-5中的空心活塞杆14-4后退，输出电压在0到-10V之间，空心活塞杆前进(毛化加工)。控制板上设有反馈电压调节电位器R116，用来平衡各电极的间隙位置。进口供应商没有提供伺服控制板20-7的电路图，检测时采用对比相应测量点信号方式，用一块工作正常的控制板与待检测的控制板进行比较，可以初步判断故障部位，为修复提供信息。

所述的脉冲发生器20的信号流程如图5连线箭头所示，主要功能将在下面的工作模式中一并介绍。

所述的介电液冷却装置由介电液箱2、介电液泵3、机架箱4、介电液分配块5、介电液溢流管道16、电极22、机架排液阀23、介电液24、下介电液箱排污阀25等部件组成。介电液24是一种便于毛化加工的配比液体，不加工时存放在介电液箱2中，加工时通过介电液泵3泵入介电液分配块5中，经过分配管路和电极22流到机架箱4中，当介电液漫过介电液溢流管道16的输入口时，会自动流回到介电液箱2中，实现循环流动和冷却。加工完毕，打开机架箱4的排液阀23，使箱中剩余的介电液流回到介电液箱2中存储。若长期使用，介电液中的残渣2会在箱中产生沉淀，可以定期打开介电液箱排污阀25进行排污处理，保证液体清洁。为了与进口EDT机床加工的性能一样，介电液由进口EDT机床使用单位提供。

所述的电极22是一截壁厚4㎜，外形45㎜×12㎜扁型空心铜管，安装在固定座14-3中，在电火花毛化加工中是一种耗品，因而能方便拆卸更换。

图8-12主要是用来说明本发明装置EDT加工的工作原理和工艺模式的电流电压曲线图。

图12是所述的发明装置EDT加工的工作原理图，在毛化过程中，电极22和钢辊8被毛化的部分浸泡在介电液24中，恒流高压脉冲加在电极22上，若以钢辊表面定义为零电位，则脉冲电压可能是正，也可能是负，可以根据工艺要求而定。当电极与钢辊之间的间隙小到一定尺寸时，给定的脉冲电压能够击穿绝缘的介电液产生火花，并在介电液中形成一个导电通道，每个独立的火花会在钢辊表面产生一个坑，坑的大小与脉冲电压的高低及流过导电通道的电流大小，持续的时间长短有关，所以通过控制这些物理量，能够获得所需要的电火花毛化加工效果。

所述的脉冲发生器20可设置电容放电毛化模式和脉冲放电毛化模式。

电容毛化模式：在这种模式中电容量可以在0.022～10.539μF之间选择，电容充电电压在100～230V之间选择，充电模式可以在脉冲充电与恒流充电两种方式之间选择，电极的放电极性也能通过编程选择。根据脉冲发生器的产品说明：在电容模式中，采用最大电容量(10.54μF)和最高充电电压(230V)可获得的最大粗糙度约为6微米(Ra)。在本实验装置中模式参数取0和2都是属于电容毛化模式。

图8为模式参数＝2，即电容毛化模式中采用脉冲充电方式时的电流、电压关系图；图中1为电流曲线，2为电压曲线，3为导通时间，4为关断时间，其控制信号的导通时间不随放电时间变化。有的产品说明书中注明：这种模式不使用。

图9为模式参数＝0，即电容毛化模式中采用恒流充电方式时的电流、电压关系图；图中1为电流曲线，2为电压曲线，3为导通时间，4为关断时间，其控制信号的导通时间随放电时间而变化。

脉冲毛化模式：在这种模式中电极头由脉冲点火板20-5(输出250V)和脉冲电源板20-4(输出100V)共同供电，放电电流大小可以通过编程选择。由于在实际毛化过程中，脉冲输出时经常会出现延时放电现象，所以根据放电电流维持导通时间有两种控制方式可以选择：一种控制方式是脉冲通断时间不变的控制:放电电流维持导通时间可变，简称为脉冲通断时间不变控制；另一种是放电电流维持导通时间不变，控制脉冲的导通时间可变，简称为导通恒电流时间控制。根据脉冲发生器的产品说明：脉冲毛化模式在取最大电流时所能获得的最大粗糙度大于10微米。在本实验装置中模式参数取1和3都是属于脉冲毛化模式。

图10为模式参数＝3，即脉冲毛化模式中采用导通时间不变时的电流、电压关系图；图中1为电流曲线，2为电压曲线，3为导通时间，4为关断时间，其控制信号的导通时间不随放电时间而变化。

图11为模式参数＝1，即脉冲毛化模式中采用导通时间变时的电流、电压关系图；图中1为电流曲线，2为电压曲线，3为导通时间，4为关断时间，其控制信号的导通时间随放电时间而变化。

本发明装置提供了以下几种实验手段和方法：

1.钢辊电火花毛化工艺实验方法：

利用所述实验装置能对钢辊进行表面毛化工艺实验，因为每个电极头配备液压伺服机构和脉冲发生器与进口设备相同，并通过上位工控机，能够设置进口机床所具有的各种毛化参数和钢辊运动参数，所以可以使实际毛化加工的产品类似于进口机床加工的效果。

2.检查离线修理的电液伺服阀和伺服油缸的实验方法：

将修复后的电液伺服阀和伺服油缸安装在所述实验装置的检测机座上，接通液压管道和电解液冷却管，首先观看在额定工作压力下油缸有无泄漏现象，油缸正常，将操作方式转为手动控制，单独检查伺服油缸活塞的运行状态，看是否运转灵活，满足实际工作需要，若无问题，将操作方式转为自动控制，进行实际电火花毛化加工试验，满足要求，既表明备件修复合格。

3.检查离线修理的发生器：

将修复后的发生器安装在所述实验装置的实验位置上，能够通电检查每块控制检测点的信号波形，通过与正常设备检测点的波形比较，能进一步查找设备硬件故障。排除所有硬件故障后，能进行实际加工试验，如果结果正常，表明修复完成。

Claims (10)

1.一种全数字控制的钢辊电火花毛化的试验装置，其特征在于由钢辊旋转机构、钢辊平移机构、电极的液压伺服驱动机构、电气控制柜、液压站、脉冲发生器和介电液冷却装置组成，其中：钢辊旋转机构装在机架箱(4)上对应钢辊轴中心线的箱壁上，该钢辊旋转机构的拨叉带动托架(9)上的实验钢辊(8)旋转；钢辊平移机构装在机架箱(4)底部的直线导轨(11)中轴线上，该钢辊平移机构通过与托架(9)连接的传动机构(10)内的丝杆正反旋转，带动实验钢辊(8)左右平移；电极的液压伺服驱动机构安装在底座(1)的两侧；介电液冷却装置装在机架箱(4)和介电液箱(2)之间，电气控制柜、液压站和脉冲发生器位于机架旁边。

2.根据权利要求1所述的全数字控制的钢辊电火花毛化的试验装置，其特征在于所述的钢辊旋转机构由钢辊旋转电机减速机组件(6)、钢辊旋转拨盘(7)组成，其中：钢辊旋转电机减速机组件(6)安装在机架箱(4)上，该组件中的减速机采用减速比大的蜗轮蜗杆减速机，其输出轴上安装有钢辊旋转拨盘(7)，钢辊旋转拨盘(7)的拨叉插入实验钢辊(8)的颈轴端孔中；钢辊旋转电机旋转时通过拨叉带动实验钢辊(8)旋转。

3.根据权利要求2所述的全数字控制的钢辊电火花毛化的试验装置，其特征在于所述钢辊旋转电机的转速由钢辊旋转变频器控制。

4.根据权利要求1所述的全数字控制的钢辊电火花毛化的试验装置，其特征在于所述的钢辊平移机构由钢辊平移电机减速机组件(12)和钢辊平移传动机构(10)组成，其中：钢辊平移电机减速机组件(12)安装在机架箱(4)上，该组件中的减速机采用减速比大的蜗轮蜗杆减速机，其输出轴上安装有钢辊平移传动机构(10)，该机构的传动丝杆副的螺母固定在托架(9)的支架上，丝杆旋转时带动实验钢辊(8)平移。

5.根据权利要求4所述的全数字控制的钢辊电火花毛化的试验装置，其特征在于所述的钢辊平移传动机构(10)的平移电机的转速旋转方向由钢辊平移变频器控制，保证钢辊平移速度满足钢辊加工要求。

6.根据权利要求1所述的全数字控制的钢辊电火花毛化的试验装置，其特征在于所述的电极的液压伺服驱动系统由伺服油路分配器(13)、电极的液压伺服机构(14)、电极(22)和液压站(19)及脉冲发生器中的伺服控制板组成，其中：伺服油路分配器(13)有两块，分别安装在实验钢辊(8)两侧的底座(1)上，每块伺服油路分配器(13)上安装两套液压伺服机构(14)，便于对正常液压伺服机构与修复后的液压伺服机构进行对比测试。

7.根据权利要求6所述的全数字控制的钢辊电火花毛化的试验装置，其特征在于，两边伺服油路分配器(13)上，各安装两套电极的液压伺服机构(14)，用于电火花毛化工艺实验或小型轧辊电火花毛化加工场所。

8.根据权利要求1所述的全数字控制的钢辊电火花毛化的试验装置，其特征在于所述的介电液冷却装置由介电液箱(2)、介电液泵(3)、介电液分配块(5)、电极(22)、排液阀(23)、介电液(24)、介电液箱排污阀(25)组成，其中：介电液(24)是一种便于毛化加工的配比液体，不加工时存放在介电液箱(2)中，加工时通过介电液泵(3)泵入介电液分配块(5)中，经过分配管路和电极(22)流到机架箱(4)中，当介电液漫过介电液溢流管道(16)的输入口时，会自动流回到介电液箱(2)中，实现循环流动和冷却；加工完毕，打开装在机架箱(4)上的排液阀(23)，使箱中剩余的介电液流回到介电液箱(2)中存储；若长期使用，介电液(24)中的残渣会在机架箱(4)中沉淀，其通过定期打开介电液箱排污阀(25)进行排污处理，保证液体清洁。

9.根据权利要求1所述的全数字控制的钢辊电火花毛化的试验装置，其特征在于该装置设有电气控制设备，该设备由工控机、PLC可编程控制器、变频器、光纤通讯转换器、三相整流电源、脉冲发生器组成；工控机与PLC可编程控制器和光纤通讯转换器之间采用电缆相连，光纤通讯转换器与脉冲发生器之间采用光纤电缆连接。

10.一种全数字控制的钢辊电火花毛化的试验方法，其特征是利用权利要求1至9中任一权利要求所述全数字控制的钢辊电火花毛化的试验装置实现的。