CN110076406B - 一种超声调制放电-电解复合加工中多能场协同作用的控制方法 - Google Patents

一种超声调制放电-电解复合加工中多能场协同作用的控制方法 Download PDF

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    • B23H5/00—Combined machining

Abstract

一种超声调制放电‑电解复合加工中多能场协同作用的控制方法，属于复合电解加工技术领域，通过控制中心将工具电极铣削轨迹的分解矢量作为输入参数，传输给二维超声振动耦合装置，控制二维超声的振动功率使其合成的耦合主振方向与铣削轨迹完全同步。采用位移传感器检测超声振动位移信号，并传输给计算机，经计算机处理后输出脉冲信号控制高、低压切换回路，从而实现超声振动参数与电参数的精确耦合。通过上述控制方法，在极间最小间隙附近时，高低压切换回路释放出高压脉冲信号，在极间较大间隙时，高低压切换回路则释放出低压直流信号，从而实现超声、放电、电解复合加工过程中多能场协同作用的精确控制，满足复杂零件的高质量加工需求。

Description

一种超声调制放电-电解复合加工中多能场协同作用的控制 方法
技术领域
本发明属于复合高效、电解加工技术领域，涉及一种超声调制放电-电解复合加工技术，具体的说是涉及一种超声调制低压电解加工、高压放电-电解复合加工中多能场协同作用的控制方法。
背景技术
随着科学技术的发展，高端产品的需求量越来越大，零件的加工要求正朝着高效率、高精度方向发展。传统的加工方法由于各种各样的条件限制，已无法满足现阶段难切削材料复杂零件的高效率、高质量的加工要求。非传统加工方法，如超声、电解、电火花、激光等，因其加工过程不受工件材料的机械力学性能限制，且具有加工效率高、工具损耗低等优势而受到学术界和工业界的普遍关注，但同时它们也存在一定的局限性，如超声加工效率较低、电解加工阳极成形精度难以准确控制、电火花和激光加工均存在表面差现象。
复合加工方法是通过多种能量形式工艺方法的综合作用来实现材料去除的加工方法，它可以避免或者减少一些工艺方法在单独使用时产生的不利影响，甚至是达到相互增强各自优势特点的作用。因而在复杂零件的高效率、高质量、低成本加工中具有极大的应用潜力。
将超声、放电与电解作用相结合形成超声辅助放电-电解复合加工技术能用有效利用提高阳极工件材料的去除效率，实现更高效率、更低成本的高质量加工过程。然而，如何精确控制加工参数，实现超声、放电和电化学溶解多种能量形式的耦合加工过程一直是困扰电解复合加工技术的核心难题。因此，在面向复杂零件的电解复合加工过程中，准确调控超声参数和电参数的耦合关系对实现超声、放电及电化学溶解复合加工过程的高效稳定实施具有显著意义。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的缺点和不足，提出一种超声调制放电-电解复合加工中多能场协同作用的控制方法，通过阴极运动轨迹矢量参数控制二维超声振动功率，使其合成主振方向与铣削轨迹一致。同时，通过精密、高速位移传感器实时监测超声振动位移参数，通过计算机转化为高低压切换回路的控制参数，从而实现超声参数与电参数的精密耦合作用，满足复杂型面阳极工件的高效加工需求。
本发明的技术方案是：一种超声调制放电-电解复合加工中多能场协同作用的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：
步骤(1)：根据阳极工件型面轮廓的加工需求，由控制中心匹配相应的铣削轨迹，并对轨迹进行矢量分解，获得相应的矢量参数；
步骤(2)：矢量参数通过数控系统控制工具阴极的运动轨迹，实现阳极工件型面成形，同时，矢量参数被输送给超声波发生器，调制双向二维超声振动装置的振动能量，使其合成的耦合主振方向与铣削轨迹完全同步；
步骤(3)：通过高速、高精的位移传感器精确检测超声振动参数，并通过计算机将其转换成控制高低压切换回路电参数输出的脉冲信号；
步骤(4)：高低压切换回路在计算机输出的脉冲信号控制下，可控的输出高压和低压的电参数信号，实现高低压切换回路输出的电参数信号和二维超声振动参数的精确耦合关；
步骤(5)：输出的高压和低压的电参数信号在阴极工具和阳极工件之间发生作用，实现超声振动调节低压电解加工和高压放电-电解复合加工的合理切换，从而达到超声、放电和电解复合加工过程汇总多能量场的协同作用的目的。
步骤(1)中所述的矢量参数为控制中心根据阳极工件轮廓要求匹配的铣削路径，并对铣削路径做离散化处理，获得一个微小时刻内的X向、Y向的运动矢量。
步骤(2)中所述超声波发声器为频率自动跟踪式发生器。
步骤(3)中所述的位移传感器应具有高反应速率、高检测精度的属性，能够及时、准确的获得振动信号参数。
步骤(4)中所述高低压切换回路由斩波电路控制高压脉冲输出和低压直流输出，且高低压切换回路具有超声振动参数相当的反应速率。
步骤(5)中所述超声振动调节低压电解加工和高压放电-电解复合加工的合理切换是指当计算机输出脉冲信号为负值时低压回路接通，阳极工件在超声的辅助作用下发生高速电化学溶解；当计算机输出脉冲信号为正值时高压回路接通，阳极工件在进行高速电化学溶解的同时伴随着局部的火花放电现；上述过程中也可以是当计算机输出脉冲信号为正值时低压回路接通，当计算机输出脉冲信号为负值时高压回路接通。
本发明的有益效果为：本发明提出的一种超声调制放电-电解复合加工中多能场协同作用的控制方法，通过控制中心将工具电极铣削轨迹的分解矢量作为输入参数，传输给二维超声振动耦合装置，控制二维超声的振动功率使其合成的耦合主振方向与铣削轨迹完全同步。同时，加工过程中，采用高速、高精的位移传感器检测超声振动位移信号，并传输给计算机，经计算机处理后输出脉冲信号控制高低压切换回路，从而实现超声振动参数与电参数的精确耦合。通过上述控制方法，在极间最小间附近时，高低压切换回路释放出高压脉冲信号，在极间较大间隙时，高低压切换回路则释放出低压直流信号，从而实现超声、放电、电解复合加工过程中多能场协同作用的精确控制，控制方法原理清晰，满足了复杂零件的高质量加工需求，对实现难切削材料复杂构件的大余量高效加工具有重要意义。
附图说明
图1 为本发明多能场协同作用控制方法示意图。
图中：铣削轨迹1、工具电极2、分解矢量3、控制中心4、超声波发生器5、数控系统6、双向二维超声振动装置7、位移传感器一8、位移传感器二9、超声信号参数10、计算机11、高低压切换回路控制信号12、高低压切换回路13、高压脉冲输出14、低压直流输出15、电信号参数16。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种超声调制放电-电解复合加工中多能场协同作用的控制方法，包括如下步骤：
步骤(1)：根据阳极工件型面轮廓的加工需求，由控制中心匹配相应的铣削轨迹，并对轨迹进行矢量分解，获得相应的矢量参数；矢量参数为控制中心根据阳极工件轮廓要求匹配的铣削路径，并对铣削路径做离散化处理，获得一个微小时刻内的X向、Y向的运动矢量；
步骤(2)：矢量参数通过数控系统控制工具阴极的运动轨迹，实现阳极工件型面成形，同时，矢量参数被输送给超声波发生器，调制双向二维超声振动装置的振动能量，使其合成的耦合主振方向与铣削轨迹完全同步；超声波发声器为频率自动跟踪式发生器；
步骤(3)：通过高速、高精的位移传感器精确检测超声振动参数，并通过计算机将其转换成控制高低压切换回路电参数输出的脉冲信号；位移传感器应具有高反应速率、高检测精度的属性，能够及时、准确的获得振动信号参数；
步骤(4)：高低压切换回路在计算机输出的脉冲信号控制下，可控的输出高压和低压的电参数信号，实现高低压切换回路输出的电参数信号和二维超声振动参数的精确耦合关；高低压切换回路由斩波电路控制高压脉冲输出和低压直流输出，且高、低压切换回路具有超声振动参数相当的反应速率；
步骤(5)：输出的高压和低压的电参数信号在阴极工具和阳极工件之间发生作用，实现超声振动调节低压电解加工和高压放电-电解复合加工的切换，从而达到超声、放电和电解复合加工过程汇总多能量场的协同作用的目的。超声振动调节低压电解加工和高压放电-电解复合加工的合理切换是指当计算机输出脉冲信号为负值时低压回路接通，阳极工件在超声的辅助作用下发生高速电化学溶解；当计算机输出脉冲信号为正值时高压回路接通，阳极工件在进行高速电化学溶解的同时伴随着局部的火花放电现；上述过程也可以是当计算机输出脉冲信号为正值时低压回路接通，当计算机输出脉冲信号为负值时高压回路接通。

Claims (6)

1.一种超声调制放电-电解复合加工中多能场协同作用的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：
步骤(1)：根据阳极工件型面轮廓的加工需求，由控制中心匹配相应的铣削轨迹，并对轨迹进行矢量分解，获得相应的矢量参数；
步骤(2)：矢量参数通过数控系统控制工具阴极的运动轨迹，实现阳极工件型面成形，同时，矢量参数被输送给超声波发生器，调制双向二维超声振动装置的振动能量，使其合成的耦合主振方向与铣削轨迹完全同步；
步骤(3)：通过高速、高精的位移传感器精确检测超声振动参数，并通过计算机将其转换成控制高低压切换回路电参数输出的脉冲信号；
步骤(4)：高低压切换回路在计算机输出的脉冲信号控制下，可控的输出高压和低压的电参数信号，实现高低压切换回路输出的电参数信号和二维超声振动参数的精确耦合；
步骤(5)：输出的高压和低压的电参数信号在阴极工具和阳极工件之间发生作用，实现超声振动调节低压电解加工和高压放电-电解复合加工过程的合理切换，从而达到超声、放电和电解复合加工过程汇总多能量场的协同作用的目的。
2.根据权利要求1所述的一种超声调制放电-电解复合加工中多能场协同作用的控制方法，其特征在于：步骤(1)中所述的矢量参数为控制中心根据阳极工件轮廓要求匹配的铣削路径，并对铣削路径做离散化处理，获得一个微小时刻内的X向、Y向的运动矢量。
3.根据权利要求1所述的一种超声调制放电-电解复合加工中多能场协同作用的控制方法，其特征在于：步骤(2)中所述超声波发生器为频率自动跟踪式发生器。
4.根据权利要求1所述的一种超声调制放电-电解复合加工中多能场协同作用的控制方法，其特征在于：步骤(3)中所述的位移传感器应具有高反应速率、高检测精度的属性，能够及时、准确的获得振动信号参数。
5.根据权利要求1所述的一种超声调制放电-电解复合加工中多能场协同作用的控制方法，其特征在于：步骤(4)中所述高低压切换回路由斩波电路控制高压脉冲输出和低压直流输出，且高低压切换回路具有与超声振动参数相当的反应速率。
6.根据权利要求1所述的一种超声调制放电-电解复合加工中多能场协同作用的控制方法，其特征在于：步骤(5)中所述超声振动调节低压电解加工和高压放电-电解复合加工过程的合理切换是指当计算机输出脉冲信号为负值时低压回路接通，此时阳极工件在超声的辅助作用下发生高速电化学溶解；当计算机输出脉冲信号为正值时高压回路接通，此时阳极工件在进行高速电化学溶解的同时伴随着局部的火花放电作用；上述过程中也可以是当计算机输出脉冲信号为正值时低压回路接通，当计算机输出脉冲信号为负值时高压回路接通。
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