CN106378499A - 基于预测脉冲的电火花加工检测控制方法及其设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于预测脉冲的电火花加工检测控制方法及其设备，在电火花加工中，在每个加工电压脉冲之前插入一个预测电压脉冲，通过电流检测装置检测预测脉冲回路中是否有电流通过，当出现电流时，暂停加工，并重新设定加工条件，重新设定完成后继续加工，如此循环往复，最终完成工件的加工。本发明的有益效果是：能实现事前检测，从而有效避免非正常放电的产生；适用性广；通过事前检测，进而根据检测结果采取相应的控制策略，能在提高加工质量的同时提高加工速度。

Description

基于预测脉冲的电火花加工检测控制方法及其设备
技术领域
本发明涉及一种基于预测脉冲的电火花加工检测控制方法及其设备。
背景技术
电火花加工是利用工具电极和工件之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。与传统加工方式一样，电火花加工中也需要进行相应的检测伺服控制，而电火花加工一般是通过检测放电过程中的电流或电压的波形变化来反映极间状态，进而决定采用相应的控制策略。
当前电火花放电状态检测的主要方法包括以下几种：1，间隙电压与电流平均值检测法，通过估算与经验得知，在工具电极材料、工件材料、工作液介质及脉冲参数等确定的情况下，放电加工过程稳定进行时，其间隙电压或电流平均值应处于一个区间中，如超出了这个范围，加工过程则处于非正常加工状态：间隙电压平均值超出范围上限(或间隙电流平均值低于范围下限)时,放电加工过程趋于空载加工状态,而间隙电压平均值低于范围下限(或间隙电流平均值超出范围上限)，此方法电路实现简单、实用的特点，但对短路脉冲或稳定电弧放电脉冲的反应灵敏度较低；2，放电脉冲峰值电压或电流检测法，利用不同类型的放电脉冲在峰值电压或电流上的差异对放电脉冲进行区分鉴别的一种方法，峰值电压与峰值电流检测法的实质相同，此方法实现电路相对简单,但不能对过渡电弧放电脉冲和稳定电弧放电脉冲做出区分；3，高频分量检测法对放电脉冲的识别，利用有效放电脉冲波形中含有高频分量特性对有效放电脉冲进行鉴别的方法，此方法实现电路较为复杂的特点,且需通过和峰值检测法配合才能得到综合鉴别结果；4，放电击穿延迟时间检测法，利用火花放电脉冲具有击穿延迟特性对火花脉冲进行鉴别的方法。这个方法曾是研究的热点,通过检测放电延迟的平均时间,对火花放电脉冲的频度或数量进行判定,进而识别间隙的状态。但后续大量研究结果表明,电弧放电脉冲有时也存在放电击穿延时现象,这样把有击穿延时的放电脉冲统统归为火花放电脉冲,显然严重影响了间隙状态检测的准确性。
由上述可知，当前的电火花检测方法主要是事后检测，即在非正常放电发生后才能被检测到，然后才采取相应的控制策略，这将影响加工的效率和表面质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供的一种基于预测脉冲的电火花加工检测控制方法及其设备，在非正常放电之前，就能进行提前采取相应的措施，避免非正常放电的产生，提高加工效率和表面质量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于预测脉冲的电火花加工检测控制方法，在电火花加工中，在每个加工电压脉冲之前插入一个预测电压脉冲，预测电压脉冲加载在工件和工具电极之间，通过电流检测装置检测预测脉冲回路中是否有电流通过，当出现电流时，暂停加工，并重新设定加工条件，重新设定完成后继续加工，如此循环往复，最终完成工件的加工，预测电压脉冲的脉宽为加工电压脉冲的脉宽的1％-90％，预测电压脉冲的开路电压幅值为加工电压脉冲的开路电压幅值的1％-90％，预测电压脉冲的峰值电流为加工电压脉冲的峰值电流的1％-90％，预测电压脉冲与加工电压脉冲的间隔时间为100ns-10μs。
一种电火花加工设备，其特征是：包括数据处理和控制系统、电流检测装置、预测脉冲回路和加工回路，加工回路将加工电压脉冲加载在工件和工具电极之间，预测脉冲回路将预测电压脉冲加载在工件和工具电极之间，电流检测装置在预测脉冲回路中检测回路中的电流，电流检测装置与数据处理和控制系统连接，将检测结果发生给数据处理和控制系统，数据处理和控制系统加工设备的加工条件。
本发明的有益效果是：
1、电路实现简单、可靠，能实现事前检测，从而有效避免非正常放电的产生；
2、适用性广，能适用于各种形式和材料的电火花加工；
3、通过事前检测，进而根据检测结果采取相应的控制策略，能在提高加工质量的同时提高加工速度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；
图1为本发明的电路原理图；
图2为本发明的加工电压脉冲之前插入一个预测电压脉冲的波形示意图；
图3为本发明的流程图；
图中，1.数据处理和控制系统，2.电流检测装置，3.预测脉冲回路，4.加工回路，5.工件，6.工具电极。
具体实施方式
一种电火花加工设备，包括数据处理和控制系统1、电流检测装置2、预测脉冲回路3和加工回路4，加工回路4将加工电压脉冲加载在工件5和工具电极6之间，预测脉冲回路3将预测电压脉冲加载在工件5和工具电极6之间，电流检测装置2在预测脉冲回路3中检测回路中的电流，电流检测装置2与数据处理和控制系统1连接，将检测结果发生给数据处理和控制系统1，数据处理和控制系统1加工设备的加工条件。
一种基于预测脉冲的电火花加工检测控制方法，在电火花加工中，在每个加工电压脉冲之前插入一个预测电压脉冲，预测电压脉冲加载在工件和工具电极之间，通过电流检测装置检测预测脉冲回路中是否有电流通过，当出现电流时，暂停加工，并重新设定加工条件，重新设定完成后继续加工，如此循环往复，最终完成工件的加工。
预测电压脉冲的脉宽为加工电压脉冲的脉宽的1％-90％，预测电压脉冲的开路电压幅值为加工电压脉冲的开路电压幅值的1％-90％，预测电压脉冲的峰值电流为加工电压脉冲的峰值电流的1％-90％，预测电压脉冲与加工电压脉冲的间隔时间为100ns-10μs。
在该方法中具体通过断开加工回路，并同时将工件和工具电极分开的方式暂停加工。
加工条件包括极间间隙、进给速度、脉冲停歇时间和工作介质的循环速度
为进一步完善该控制方法，实现更好的效果，在加工开始前，通过预测电压脉冲进行对刀，对刀过程为：伺服控制系统控制工件和工具电极逐渐靠近，直至检测到预测脉冲回路中有电流通过，这时控制工具电极和工件按原来的轨迹分离一定距离L1，完成对刀，该距离L1为0.05～10mm,一般为0.2mm；对刀完成后在按照设定的进给速度开始加工。
为进一步完善该控制方法，实现更好的效果，在加工过程中重新设定加工条件具体为：数据处理和控制系统重新调整极间间隙，将工件和工具电极按原来的轨迹分离一定距离L2，L2为0.05～10mm，一般为0.1mm，当预测脉冲回路在一定时间内检测到电流的次数过于频繁时，数据处理和控制系统减小进给速度，当预测脉冲回路在一定时间内都未检测到电流，数据处理和控制系统增加进给速度。
实施例1,以掺杂单晶硅材料电火花线切割加工为例，对本发明进一步说明：
掺杂单晶硅材料电火花线切割加工工艺条件如表1所示，
表1
预测电压脉冲的脉宽为1μs，开路电压为60V，峰值电流为1A，预测电压脉冲与加工电压脉冲的间隔时间为1μs,加工开始前，通过数据处理和控制系统1使钼丝和工件缓慢靠近，且速度逐步加快，直到预测脉冲回路3中有电流出现，这时使钼丝和工件按原来的轨迹快速分离200μm，此过程为对刀过程。然后再按照设定的进给速度进行电火花加工，当在正常加工过程中，检测到预测脉冲回路3中出现电流时，钼丝按原轨迹回退100μm，然后重新进给加工，当预测脉冲回路3在5min之内出现了100次电流时，自动减小进给速度，当5min之内预测脉冲回路3不出现电流时，自动增加进给速度，如此循环往复，直到加工结束。加工结束后，经测试和计算，工件表面无烧伤等非正常加工引起的缺陷，加工速度提高了15％。
实施例2,以金属电火花成形加工为例，对本发明进一步说明：
金属电火花成形加工工艺条件如表2所示，
表2
预测电压脉冲的脉宽为500ns，开路电压为25V，峰值电流为1A，预测电压脉冲与加工电压脉冲的间隔时间为500ns,加工过程与实施例1中相同。加工结束后，经测试和计算，工件表面无烧伤等非正常加工引起的缺陷，加工速度提高了10％。

Claims (6)

1.一种基于预测脉冲的电火花加工检测控制方法，其特征是：在电火花加工中，在每个加工电压脉冲之前插入一个预测电压脉冲，预测电压脉冲加载在工件和工具电极之间，通过电流检测装置检测预测脉冲回路中是否有电流通过，当出现电流时，暂停加工，并重新设定加工条件，重新设定完成后继续加工，如此循环往复，最终完成工件的加工，
预测电压脉冲的脉宽为加工电压脉冲的脉宽的1％-90％，
预测电压脉冲的开路电压幅值为加工电压脉冲的开路电压幅值的1％-90％，
预测电压脉冲的峰值电流为加工电压脉冲的峰值电流的1％-90％，
预测电压脉冲与加工电压脉冲的间隔时间为100ns-10μs。
2.根据权利要求1所述的基于预测脉冲的电火花加工检测控制方法，其特征是：通过断开加工回路，并同时将工件和工具电极分开的方式暂停加工。
3.根据权利要求1所述的基于预测脉冲的电火花加工检测控制方法，其特征是：所述的加工条件包括极间间隙、进给速度、脉冲停歇时间和工作介质的循环速度。
4.根据权利要求1所述的基于预测脉冲的电火花加工检测控制方法，其特征是：在加工开始前，通过预测电压脉冲进行对刀，对刀过程为：伺服控制系统控制工件和工具电极逐渐靠近，直至检测到预测脉冲回路中有电流通过，这时控制工具电极和工件按原来的轨迹分离一定距离L1，完成对刀，该距离L1为0.05～10mm；对刀完成后在按照设定的进给速度开始加工。
5.根据权利要求1所述的基于预测脉冲的电火花加工检测控制方法，其特征是：在加工过程中重新设定加工条件具体为：数据处理和控制系统重新调整极间间隙，将工件和工具电极按原来的轨迹分离一定距离L2，L2为0.05～10mm，当预测脉冲回路在一定时间内检测到电流的次数过于频繁时，数据处理和控制系统减小进给速度，当预测脉冲回路在一定时间内都未检测到电流，数据处理和控制系统增加进给速度。
6.一种电火花加工设备，其特征是：包括数据处理和控制系统(1)、电流检测装置(2)、预测脉冲回路(3)和加工回路(4)，加工回路(4)将加工电压脉冲加载在工件(5)和工具电极(6)之间，预测脉冲回路(3)将预测电压脉冲加载在工件(5)和工具电极(6)之间，电流检测装置(2)在预测脉冲回路(3)中检测回路中的电流，电流检测装置(2)与数据处理和控制系统(1)连接，将检测结果发生给数据处理和控制系统(1)，数据处理和控制系统(1)加工设备的加工条件。
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