CN104759716B - 高速电弧放电加工自适应冲液系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速电弧放电加工自适应冲液系统，包括储液箱、冲液单元、电液控制阀、流体参数检测传感器、放电参数检测传感器、开孔电极和控制单元；所述的储液箱中的液体介质依次经所述的冲液单元、电液控制阀压送至所述的开孔电极，并通过开孔电极的内孔冲向工件，实现电弧放电介质击穿及加工过程，并最终回流至储液箱。本发明具备传感检测功能，可实时检测液体介质的状态、开孔电极和工件之间的放电状态，并可与机床数字控制系统通信，读取进给速率等加工参数，用于高速电弧放电自适应闭环冲液控制，可优化加工效率及加工表面质量。

Description

高速电弧放电加工自适应冲液系统

技术领域

本发明属于放电加工技术领域，具体涉及一种高速电弧放电加工自适应冲液系统。

背景技术

高速电弧放电利用工件和工具电极之间放电形成电弧等离子体，辅以高压流体冲走熔融的工件材料，实现各种难切削金属材料的高效去除。冲液在高速电弧放电加工中至关重要，工件材料被电弧等离子瞬间加热后熔化，若不即使排除电极和工件之间，将导致短路，使得加工无法正常进行。因此，在开孔工具电极上开设内孔，并通过高压流体，一方面为电弧放电提供放电介质，另一方面可以及时冲走熔融工件材料，有效改善电弧加工短路问题。

现有技术针对高速电弧放电加工，使用压力液体介质通过工具电极上的内冲夜孔、或电极外部的外冲液喷嘴实现，该冲液方式为开放式冲液，即在加工前设定好冲液压力或流量，加工过程中设定值不变或通过人为手动调整。如申请号为CN201210530743.0的专利文献《高速电弧放电铣削加工用冲液系统》所公开的一种冲液系统，该冲液系统将多路喷嘴(包含8-16个独立的环形均布喷嘴)安装在电极上部，将每一个喷嘴通过一个比例阀连接，每一个喷嘴朝向指定的加工区域。该系统考虑到了冲液对电弧放电加工效率的影响，通过预设不同加工区域的流体介质特征而提高加工效能。但是该系统存在的缺点在于，每一个喷嘴对应连接一个比例阀，导致比例调控系统庞大，调控参数的设定过程复杂，并且该系统是一个开环系统，无法根据加工状态自适应调节流体介质参数。

实际上，正如申请号为CN201210530743.0的专利文献所披露，采用合适的冲液可以很大程度上提高高速电弧放电加工的效率及精度。在加工过程中，由于加工进给方向不同，进给深度不同，以及加工过程中电极损耗等因素存在，液体介质压力或流量有一定程度的波动或损失；此外，当进给速率采用伺服控制时，冲液需根据进给速率的改变而实时调整；比如当进给速率较大时，需要流速更快的液体介质及时冲走放电产生的碎屑，否则极容易由于放电产生的蚀除颗粒不能及时排走而短路或临界短路(可通过放电电压和电流判断)，以及烧蚀工件；而进给速率较小时，可以适当降低液体介质的流速或压力，避免流体对电弧的过度扰动而降低加工效率，或因过强的冲液涡流而降低工件表面质量。

为进一步优化高速电弧放电加工的效率，提高加工表面质量，需根据加工状态、液体介质状态自适应改变冲液参数，实现高速电弧放电的闭环冲液系统。

发明内容

针对上述问题，本发明公开一种高速电弧放电加工自适应冲液系统。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

一种高速电弧放电加工自适应冲液系统，其特点在于，包括储液箱、冲液单元、电液控制阀、流体参数检测传感器、放电参数检测传感器、开孔电极和控制单元；

所述的储液箱中的液体介质依次经所述的冲液单元、电液控制阀压送至所述的开孔电极，并通过开孔电极的内孔冲向工件，实现电弧放电介质击穿及加工过程，并最终回流至储液箱；

所述的流体参数检测传感器安装于液体介质的传输通道，用以检测液体介质的压力及流量，该流体参数检测传感器的输入端与所述的开孔电极相连，输出端与所述的控制单元的输入端相连；

所述的放电参数检测传感器的输入端分别与所述的开孔电极和工件相连，输出端与所述的控制单元的输入端相连，用以检测放电电压和放电电流；

所述的控制单元的输出端与所述的电液控制阀相连，提供电液控制阀的调控信号，所述的控制单元与机床数字控制系统通信功能，以读取加工参数；。

放电加工过程中，液体介质的流量或压力由控制单元根据加工参数和输入信号自适应改变电液控制阀的调控参数而实现闭环控制。

进一步地，所述的冲液单元包括滤装置、泵、压力或流量保护阀。

与现有技术相比，本发明有益效果在于，

1)具备传感检测功能，可实时检测液体介质的状态、检测放电状态；

2)具备机床数字控制系统通信功能，可读取进给速率等重要加工参数；

3)具备闭环控制特征，可根据控制器输入信号自适应调整冲液参数；

4)控制器可以采用人工智能算法等方法实现自适应冲液调控。

附图说明

图1为本发明高速电弧放电加工自适应冲液系统的结构示意图；

图中：1储液箱，2冲液单元，3电液控制阀，4传感检测单元，5开孔电极，6工件，7控制单元，8机床数字控制系统。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

请参阅图1，图1为本发明高速电弧放电加工自适应冲液系统的结构示意图，如图所示，一种高速电弧放电加工自适应冲液系统，包括储液箱1、冲液单元2、电液控制阀3、流体参数检测传感器4、放电参数检测传感器5、开孔电极6和控制单元7。

所述的冲液单元2将储液箱1中的液体介质经过电液控制阀3压送至开孔电极5，并通过开孔电极6的内孔冲向工件9，实现电弧放电介质击穿及加工过程，并最终回流至储液箱1；

流体参数检测传感器4安装于液体介质传输通道，检测液体介质的压力及流量；放电参数检测传感器5通过导线分别连接开孔电极6和工件9，检测放电电压和放电电流；

所述的控制单元7信号输入接口分别连接流体参数检测传感器4和放电参数检测传感器5，接收输入信号；控制单元7信号输出接口连接电液控制阀3，提供电液控制阀3的调控信号；此外，控制单元7还具有与机床数字控制系统8通信功能，可读取加工参数；

放电加工过程中，液体介质的流量或压力由控制单元7根据加工参数和输入信号自适应改变电液控制阀3的调控参数而实现闭环控制。

所述的冲液单元2包括滤装置、泵、压力或流量保护阀。

本发明原理阐述如下：

流体参数检测传感器4可以检测冲液管道中液体介质的特性，如流量，压力(背压)信息；放电参数检测传感器5检测工件9和开孔电极6之间的电压和电流信号，而控制单元7与机床数字控制系统8通信，读取数控程序中进给速率等加工参数；加工开始后，控制单元7初始化，给调节电液控制阀3提供初始的冲液参数；在加工过程中，控制单元7根据放电状态的优劣、进给速率的变化梯度、冲液管道液体介质特性的波动速率而实时改变电液控制阀3的调控值，所用的调节算法可采用人工智能等方法实现。

实施例1

本实施例说明在高速电弧放电层铣加工过程中，自适应沖液系统的实施方法，控制单元7采用人工神经网络算法实现自适应调节。首先说明层铣加工过程中，各状态量的变化过程趋势：在进给方向平行于刀轴进给过程中，由于开孔电极6与工件9不断靠近，此时沖液管道的背压开始增大，放电电流逐渐升高并伴随液体介质击穿放电、开路电压降低；在工件电极进给至工件内后，由于排屑效率及进给速率等各种因素，放电状态改变，若蚀除颗粒不能及时排除则状态变差，背压增大，平均放电电压降低；反之升高。特别地，若采用进给速率伺服控制，则放电状态随进给速率实时改变。总体来说，当放电状态变差时，平均放电电压降低、电流升高、背压增加，此时需要增加流量，提高压力，增加冲液效能而改善排屑效果；反之，可降低冲液效能。

在此过程中，将进给速率、放电电压、放电电流、冲液压力和冲液流量作为神经网络输入参数，将电液控制阀3调控参数作为神经网络输出参数，结合训练过程和加工经验，完成自适应闭环冲液过程。

Claims (3)

1.一种高速电弧放电加工自适应冲液系统，其特征在于，包括储液箱(1)、冲液单元(2)、电液控制阀(3)、流体参数检测传感器(4)、放电参数检测传感器(5 )、开孔电极(6)和控制单元(7)；

所述的储液箱(1)中的液体介质依次经所述的冲液单元(2)、电液控制阀(3)压送至所述的开孔电极(6)，并通过开孔电极(6)的内孔冲向工件(9)，实现电弧放电介质击穿及加工过程，并最终回流至储液箱(1)；

所述的流体参数检测传感器(4)安装于液体介质的传输通道，用以检测液体介质的压力及流量 ，该流体参数检测传感器(4)的输入端与所述的开孔电极(6)相连，输出端与所述的控制单元(7)的输入端相连 ；

所述的放电参数检测传感器(5)的输入端分别与所述的开孔电极(6)和工件(9)相连，输出端与所述的控制单元(7)的输入端相连，用以检测放电电压和放电电流 ；

所述的控制单元(7)的输出端与所述的电液控制阀(3)相连，提供电液控制阀(3)的调控信号 ；

放电加工过程中，液体介质的流量或压力由控制单元(7)根据加工参数和输入信号自适应改变电液控制阀(3)的调控参数而实现闭环控制 。

2.根据权利要求1所述的高速电弧放电加工自适应冲液系统，其特征在于，所述的控制单元(7)与机床数字控制系统(8)通信，以读取加工参数。

3.根据权利要求1所述的高速电弧放电加工自适应冲液系统，其特征在于，所述的冲液单元(2)包括滤装置、泵、压力或流量保护阀。