CN109500461B

CN109500461B - 一种电火花伺服加工中插入高频微抖动的方法

Info

Publication number: CN109500461B
Application number: CN201811493259.9A
Authority: CN
Inventors: 万符荣; 吴国兴; 吴强; 倪敏敏
Original assignee: Suzhou Electromachining Machine Tool Research Institute Co ltd
Current assignee: Suzhou Electromachining Machine Tool Research Institute Co ltd
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2020-07-10
Anticipated expiration: 2038-12-07
Also published as: CN109500461A

Abstract

一种电火花伺服加工中插入高频微抖动的方法，用于插入电压伺服控制系统对伺服加工轴给出的原先的伺服信号中；插入前在线测定伺服加工轴的换向延迟时间，并创建待插入的高频微抖动的周期信号，该周期信号包括高频微抖动方向信号及第二伺服进给信号；高频微抖动方向信号包括高频微抖动正方向信号、高频微抖动负方向信号；检测到放电后进行插入，插入后形成的新伺服信号包括新伺服方向信号，由伺服方向信号及高频微抖动方向信号构成，还包括及新伺服进给信号，由第一伺服进给信号及第二伺服进给信号构成。本发明突破性地在原来伺服信号中插入一高频微抖动的周期信号实现了期望的高频微抖动，加工更稳定，也有利于蚀除物的排出。

Description

一种电火花伺服加工中插入高频微抖动的方法

技术领域

本发明涉及电加工领域，尤其涉及电火花成形加工的精加工伺服控制。

背景技术

电火花成形加工的工作原理是：在成形电极与加工工件之间施加周期性的电压脉冲，通过加工轴的伺服进给来调整电极与工件之间的距离，在电极接近工件时产生脉冲放电，进而蚀除工件材料，达到型腔加工的目的。

成形电极与加工工件之间施加的周期性电压脉冲可如图1所示，在精加工时，脉冲周期T一般小于100微秒，并可根据不同的加工要求设置不同的脉冲周期，该电压脉冲中的脉冲宽度Ton期间用于放电加工，脉冲停歇Toff期间用于消电离，以保证下一个脉冲宽度Ton期间的正常加工。

在脉冲放电加工的过程中，被融化的金属在消电离时大于90%又会在原位凝固，因此需要将被融化的金属尽可能的成为蚀除物排出。

在脉冲放电加工的过程中，成形电极与加工工件之间的实际工作电压的波形如图2所示，因加工材料不同、放电周期不同等因素的影响，实际工作的平均电压是不稳定的。为控制平均电压的稳定性，设有电压伺服控制系统将实际工作电压的平均值维持在一个目标范围内，具体做法是当工作电压的平均值低于目标范围时，电压伺服控制系统控制加工轴移动使电极离开工件而停止脉冲放电（将该停止脉冲放电的时间段标为C，见图2）；而当工作电压的平均值高于目标范围时，电压伺服控制系统再控制加工轴移动使电极靠近工件重新产生脉冲放电，这一离开、靠近的过程即称之为加工轴伺服微抖动。其中，加工轴停止脉冲放电的时间段C一般为20 ms～200 ms，抖动的幅度一般为0.002mm～0.2mm。具体的，加工轴伺服微抖动的出现时刻、C的维持时间以及抖动幅度均因电压伺服控制系统的控制而随机。本领域技术人员均知，加工轴伺服微抖动，有利于蚀除物的排出，达到稳定加工的目的，而出现频率低（C的时间长）的大幅度抖动，就代表加工的不稳定，不仅对加工质量存在不利影响，还影响加工效率，甚至造成频繁的开路和短路。

故而，如何保证伺服加工轴既要高频微抖动（C的时间要短），又要控制其抖动幅度在0.01mm以内（抖动幅度小），是本领域技术人员力求攻克的难题。

发明内容

本发明目的是提供一种电火花伺服加工中插入高频微抖动的方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种电火花伺服加工中插入高频微抖动的方法，用于插入电压伺服控制系统对伺服加工轴给出的原先的伺服信号中；

所述伺服信号由伺服方向信号（Dir）以及第一伺服进给信号（Cpa）组成；

其中，伺服方向信号（Dir）为周期性连续脉冲方波，包括交替出现的第一正方向脉冲及第一负方向脉冲，第一正方向脉冲表示伺服正方向信号（Dir+），第一负方向脉冲表示伺服负方向信号（Dir-）；第一正方向脉冲和第一负方向脉冲的时间宽度由电压伺服控制系统根据加工状态给出；

第一伺服进给信号（Cpa）为断续的脉冲方波，其数量由电压伺服控制系统根据加工状态给出；

所述插入的方法包括：

事先，在线测定所述伺服加工轴的换向延迟时间；

然后，进行插入；所述插入步骤包括：

第一步，创建待插入的高频微抖动的周期信号

所述高频微抖动的周期信号由高频微抖动方向信号（B）以及第二伺服进给信号（Cpb）组成；

其中，高频微抖动方向信号（B）包括第二正方向脉冲及第二负方向脉冲，第二正方向脉冲表示高频微抖动正方向信号（B+），第二负方向脉冲表示高频微抖动负方向信号（B-）；第二正方向脉冲和第二负方向脉冲的时间宽度为测量得到的所述换向延迟时间的1至2倍；

第二伺服进给信号（Cpb）为断续的脉冲方波，第二正方向脉冲或第二负方向脉冲中的第二伺服进给信号（Cpb）的数量为1~10个；

第二步，将高频微抖动的周期信号插入系统原先的伺服信号中

检测到放电后进行插入，当检测到所述伺服方向信号（Dir）由伺服负方向信号（Dir-）改变为伺服正方向信号（Dir+）后，延迟一设定时间值，插入一个高频微抖动负方向信号（B-）；当检测到所述伺服方向信号（Dir）由伺服正方向信号（Dir+）改变为伺服负方向信号（Dir-）后，延迟一所述设定时间值，插入一个高频微抖动正方向信号（B+）；

插入时，高频微抖动方向信号（B）中的所述第二伺服进给信号（Cpb）也被插入所述伺服信号中；

随后恢复原先的所述伺服方向信号（Dir）以及所述第一伺服进给信号（Cpa）；

其中，若插入的高频微抖动正方向信号（B+）或高频微抖动负方向信号（B-）的数量大于一个时，每插入一个都要延迟一所述设定时间值；当检测到所述伺服方向信号（Dir）改变时，停止插入，恢复原先的所述伺服方向信号（Dir）以及所述第一伺服进给信号（Cpa）；

第三步，插入后形成新伺服信号

所述新伺服信号包括新伺服方向信号（DirB）以及新伺服进给信号（Cp）；

所述新伺服方向信号（DirB）由所述伺服方向信号（Dir）以及被插入伺服方向信号（Dir）中的所述高频微抖动方向信号（B）构成；

所述新伺服进给信号（Cp）由所述第一伺服进给信号（Cpa）以及所述第二伺服进给信号（Cpb）构成。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，所述伺服方向信号（Dir）的最小周期为40±5ms。

2、上述方案中，所述高频微抖动方向信号B的换向距离控制在0.01±0.005mm，以步距当量0.001mm为例，可在单个高频微抖动正方向信号（B+）或高频微抖动负方向信号（B-）期间分别给予5个第二伺服进给信号（Cpb）。

3、上述方案中，于第二步中，若加工状况变坏，如出现短路时，取消插入，恢复原先的所述伺服方向信号（Dir）以及所述第一伺服进给信号（Cpa）；以此实现快速回退，尽快消除不良的加工状态。

4、上述方案中，在定时抬刀抬起及回落到抬起位置期间，取消插入；以此实现快速、顺畅地移到位。

5、上述方案中，所述高频微抖动正方向信号（B+）和所述高频微抖动负方向信号（B-）的比例为1：1，该比例为时间比。

6、上述方案中，所述高频微抖动方向信号（B）的时间为10ms～20ms。

7、上述方案中，还包括灵敏度的控制，通过改变在一个伺服方向信号（Dir）周期内插入高频微抖动方向信号（B）的数量来调节灵敏度，插入的数量越多，则灵敏度越高。灵敏度高，微抖动的频率也高，适合于加工间隙小、排屑困难的小电流精加工；而灵敏度低，微抖动的频率也低，适合于加工间隙大、排屑顺畅的大电流粗加工。

本发明的工作原理及优点如下：

本发明一种电火花伺服加工中插入高频微抖动的方法，用于插入电压伺服控制系统对伺服加工轴给出的原先的伺服信号中；伺服信号由伺服方向信号（Dir）及第一伺服进给信号（Cpa）组成；伺服方向信号（Dir）包括伺服正方向信号（Dir+）、伺服负方向信号（Dir-）；插入前在线测定伺服加工轴的换向延迟时间，并创建待插入的高频微抖动的周期信号，该周期信号包括高频微抖动方向信号（B）及第二伺服进给信号（Cpb）；高频微抖动方向信号（B）包括高频微抖动正方向信号（B+）、高频微抖动负方向信号（B-）；时间宽度为换向延迟时间的1至2倍；检测到放电后进行插入，当检测到伺服方向信号（Dir）由伺服负方向信号（Dir-）改变为伺服正方向信号（Dir+）后，延迟一设定时间值，插入一个高频微抖动负方向信号（B-）；反之，插入一个高频微抖动正方向信号（B+）；随后恢复原先的伺服方向信号（Dir）及第一伺服进给信号（Cpa）；插入后形成的新伺服信号包括新伺服方向信号（DirB）及新伺服进给信号（Cp）；新伺服方向信号（DirB）由伺服方向信号（Dir）及高频微抖动方向信号（B）构成；新伺服进给信号（Cp）由第一伺服进给信号（Cpa）及第二伺服进给信号（Cpb）构成。

相比现有技术而言，本发明突破性地在原来电火花放电随机的伺服方向信号（Dir）上根据伺服加工轴的机械换向换向延迟时间，确定高频微抖动方向信号（B），在每个伺服正方向信号（Dir+）和伺服负方向信号（Dir-）期间分别插入一个或若干个高频微抖动负方向信号（B-）和高频微抖动正方向信号（B+），从而实现期望的高频微抖动。

加工过程中，本方法的伺服轴高频微抖动（通过机械百分表指示）明显增加，但幅度减小，说明加工过程更加稳定；在精加工时，同样的加工参数情况下，可以稳定加工得更深，说明有利于蚀除物的排出。

附图说明

图1为本发明电极与加工工件之间施加的周期性的电压脉冲信号图形；

图2为本发明电极与加工工件之间实际放电的电压脉冲信号图形；

图3为本发明实施例插入的高频微抖动的周期方向信号图形；

图4为本发明实施例电压伺服控制系统的伺服方向信号图形；

图5为本发明实施例插入高频微抖动的周期方向信号后的电压伺服控制系统的伺服方向信号图形；

图6为本发明实施例插入的高频微抖动的周期方向信号及伺服进给量信号的叠加图形；

图7为本发明实施例电压伺服控制系统的伺服方向信号及伺服进给量信号的叠加图形；

图8为本发明实施例插入高频微抖动信号后的电压伺服控制系统的伺服方向信号及伺服进给量信号的叠加图形。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：如图1~8所示，一种电火花伺服加工中插入高频微抖动的方法，用于插入电压伺服控制系统对伺服加工轴给出的原先的伺服信号中；

所述伺服方向信号（Dir）的最小周期为40±5ms。

所述插入的方法包括：

事先，在线测定所述伺服加工轴的换向延迟时间；

然后，进行插入；所述插入步骤包括：

第一步，创建待插入的高频微抖动的周期信号

所述高频微抖动方向信号（B）的时间为10ms～20ms。

第三步，插入后形成新伺服信号

所述高频微抖动方向信号B的换向距离控制在0.01±0.005mm，以步距当量0.001mm为例，可在单个高频微抖动正方向信号（B+）或高频微抖动负方向信号（B-）期间分别给予5个第二伺服进给信号（Cpb）。

其中，于第二步中，若加工状况变坏，如出现短路时，取消插入，恢复原先的所述伺服方向信号（Dir）以及所述第一伺服进给信号（Cpa）。

其中，在定时抬刀期间，取消插入。

其中，所述高频微抖动正方向信号（B+）和所述高频微抖动负方向信号（B-）的比例为1：1，该比例为时间比。

其中，还包括灵敏度的控制，通过改变在一个伺服方向信号（Dir）周期内插入高频微抖动方向信号（B）的数量来调节灵敏度，插入的数量越多，则灵敏度越高。

本发明突破性地在原来电火花放电随机的伺服方向信号（Dir）上根据伺服加工轴的机械换向换向延迟时间，确定高频微抖动方向信号（B），在每个伺服正方向信号（Dir+）和伺服负方向信号（Dir-）期间分别插入一个或若干个高频微抖动负方向信号（B-）和高频微抖动正方向信号（B+），从而实现期望的高频微抖动。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士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。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电火花伺服加工中插入高频微抖动的方法，其特征在于：

用于插入电压伺服控制系统对伺服加工轴给出的原先的伺服信号中；

所述插入的方法包括：

事先，在线测定所述伺服加工轴的换向延迟时间；

然后，进行插入；所述插入步骤包括：

第一步，创建待插入的高频微抖动的周期信号

第三步，插入后形成新伺服信号

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

于第二步中，若加工状况变坏，如出现短路时，取消插入，恢复原先的所述伺服方向信号（Dir）以及所述第一伺服进给信号（Cpa）；以此实现快速回退，尽快消除不良的加工状态。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

在定时抬刀抬起及回落到抬起位置期间，取消插入；以此实现快速、顺畅地移到位。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述高频微抖动正方向信号（B+）和所述高频微抖动负方向信号（B-）的比例为1：1，该比例为时间比。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述高频微抖动方向信号（B）的时间为10ms～20ms。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括灵敏度的控制，通过改变在一个伺服方向信号（Dir）周期内插入高频微抖动方向信号（B）的数量来调节灵敏度，插入的数量越多，则灵敏度越高；

灵敏度高，微抖动的频率也高，适合于加工间隙小、排屑困难的小电流精加工；而灵敏度低，微抖动的频率也低，适合于加工间隙大、排屑顺畅的大电流粗加工。