CN1106327A - 电火花加工机床的神经网络快速进给控制装置 - Google Patents

Abstract

一种电火花加工机床的神经网络快速进给控制 装置，采用放电间隙电压检测装置，数字式神经网络 高速调节器，与电火花加工机床中的脉冲电源、电流 放大器、伺服主轴头构成控制回路，并在数字式神经 网络高速调节器上增加并行的滞后补偿线路和脉间 设定值信号切除线路，通过调节器其运算律的实现周 期为微秒级，故本装置可以有效地实现电火花加工过 程进给的实时控制。

Description

本发明涉及一种电火花加工机床的快速进给控制装置。

目前在电火花加工机床加工过程中，主要是通过控制伺服主轴头的进给，即控制伺服主轴头的励磁线圈电流来实现电极上移（即抬刀）、下移（即进给）和进给快慢的控制。在现有技术领域中，实现上述控制的方法主要有：（1）基于模型参考自适应的伺服系统增益控制;（2）抬刀参数自适应控制;（3）放电过程模糊自适应控制;（4）变遗忘因子自适应控制;（5）广义抬刀自适应控制。这些控制方法中绝大多数是通过软件方式实现的，也有极小部分是通过硬件数字电路来实现的，由于放电加工过程中伴随有大量的电磁波幅射，因此使用模拟电路的控制器常常产生参数漂移不能满足工艺的要求。用硬件实现的数字电路控制器，是将所推导和简化的低阶ARMA模型用硬件数字电路来实现。而一般放电脉冲的宽度为40μS～500μS，脉间一般与脉宽相等，使用上述各种控制方法的控制律运算周期均为毫秒级以上，这样只能在若干个放电脉冲之后施加一次控制，所施加的控制是依据这若干周期的平均值，这样就掩盖了这若干个周期中产生的拉弧现象，不能使间隙状态始终保持在较佳的工作状态，解决这个问题的办法是缩短控制律运算周期，提高电火花放电过程控制的实时性，这是上述诸方法所无法做到的。

本发明的目的是：采用具有并行信号处理功能的数字式神经网络高速调节器与电火花加工机床构成控制系统，提供一种电火花加工机床的神经网络快速进给控制装置，使之能够在电火花放电的每一个脉冲周期内施加若干次控制作用，真正做到电火花加工过程的实时控制。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：放电间隙电压检测装置其输入端与电火花加工机床的脉冲电源连接，其输出端的间隙电压检测值V₁与数字式神经网络高速调节器的压频转换器VFC₁连接，经数字式神经网络高速调节器的模数转换器DAC输出为控制作用电压信号V₃，再经电火花加工机床的电流放大器，作电压/电流变换和电流放大后，加到电火花加工机床的伺服主轴头的励磁线圈上，控制伺服主轴头带动电极上、下移动。在数字式神经网络高速调节器的压频转换器VFC₂上加上代表正常放电间隙电压设定值的电压信号V₂。考虑到数字式神经网络高速调节器的输出控制信号经过变换后成为电极的移动，这一过程所产生的时滞效应，可对采用的数字式神经网络高速调节器进行滞后补偿和对脉间设定值信号进行切除。

本发明与背景技术相比具有的有益的效果是：由放电间隙电压检测装置，数字式神经网络高速调节器，与电火花加工机床中的脉冲电源，电流放大器，伺服主轴头构成控制回路，并在数字式神经网络高速调节器上增加并行的滞后补偿线路和脉间设定值信号切除线路，由于数字式神经网络高速调节器其运算律的实现周期为微秒级，故本装置可以有效地实现电火花加工过程的实时控制。

下面结合附图，通过对实施例的描述给出本发明的细节。

图1、本发明的结构示意图;

图2、放电间隙电压检测装置的线路图;

图3、在原数字式神经网络高速调节器上增加的滞后补偿线路及脉间设定值信号切除线路框图。

如图1所示，电火花加工机床其主要结构大致可分成三个部分，如虚线框内的脉冲电源3，电流放大器4，伺服主轴头5。电火花加工机床的脉冲电源以一定的周期在电极6与工件7之间加载伺服电压，工件浸在液体电介质（如煤油等）之中，通过控制电极6的上下移动来调节电极6与工件7之间的距离，电极6与工件之间通过电介质产生脉冲火花放电，从而对工件7进行电蚀加工。电极与工件之间的距离称为放电间隙，在其他因素确定的情况下（比如脉冲电压、电介质特性等），放电间隙的大小决定了加工过程的质量，若间隙过大，难以产生火花放电;间隙太小，容易产生拉弧放电而烧伤工件;间隙过小，则会产生短路现象。因此，需要在每一个脉冲周期内，调整电极的上移（即抬刀）或下移（即进给）来保证电极与工件之间的间隙，从而产生较为稳定的火花放电。在这个过程中，由于间隙不同，工件与电极之间的放电间隙电压亦不相同，可分为四种情况：即空载电压（间隙过大），火花放电电压，拉弧电压（间隙太小），短路电压（间隙过小）。放电间隙电压检测装置1，如图2所示，是利用连在电极6与件7之间两极上的一个可调电阻W，按一定比例取出放电间隙电压，经光电耦合管GD隔离后，又经运算放大器C3140的放大电路，这样就可以测得相应的放电间隙电压信号V₁。该测量值V₁就代表了不同的放电间隙，从数字式神经网络高速调节器2的压频转换器VFC₁输入，如图1、图3所示，这种调节器正如申请人已申请发明专利的“数字式神经网络高速比例积分微分调节器”，申请日为1994年9月10日，申请号为：9410864.4;或“数字式神经网络高速不完全微分比例积分微分调节器”，申请日为1994年9月10日，申请号为：94108685.2。同时代表能产生正常火花放电间隙电压的信号V₂作为设定值，从数字式神经网络高速调节器的压频转换器VFC₂输入，这二个信号通过调节器控制律运算后，经模数转换器DAC输出为控制作用电压信号V₃，将V₃信号送入电火花加工机床的电流放大器4进行转换和功率放大后，加载到电火花加工机床的伺服主轴头5的励磁线圈上，以控制电极进给或抬刀。在这个过程中，若测得V₁较V₂大，则数字式神经网络高速调节器2，通过电流放大器4和伺服主轴头5控制电极6进给;反之，若测得V₁较V₂小，则控制电极抬刀，从而始终保持一个较好的放电间隙，产生稳定的火花放电。

考虑到数字式神经网络高速调节器的输出控制电压，经过变换后成为电极的移动，会产生一定的时滞效应，故需对所采用的数字式神经网络高速调节器进行滞后补偿，如图3所示，在数字式神经网络高速调节器2中的数据锁定器SS₁的输出端信号，一路经数据锁定器SS_a送减法器JF，另一路送减法器JF，减法器JF输出送乘法器CF、加法器A，与数字式神经网络高速调节器2中的数据锁定器SS_a连接，与乘法器CF另一输入端相连的是数据锁定器SS_b，其中存贮常数k_b，与加法器A另一输入端相连的是数字式神经网络高速调节器的减法器JF₁。即利用间隙电压的微分进行补偿，取本周期和上周期间隙电压对应的脉冲个数之差，该差乘以一个系数k_b后加到数字式神经网络高速调节器的间隙电压检测值与设定值所对应的脉冲个数之差上。

考虑到由于火花放电过程的电源电压为脉冲电压，因此存在在脉间切除设定值信号的问题，如图3所示，电源脉冲信号Vp和原数字式神经网络高带调节器2中的数据锁定器SS₂的信号经与门YM，与原数字式神经网络高带调节器2中的减法器JF₁连接。即将电源电压的脉冲信号Vp引出，将之转换为数字电路芯片的高低电平信号，与设定值二进制表示的信号逐位通过相应个数的与门YM，作为新的设定值信号送数字式神经网络高速调节器。这样，当脉冲放电时，与原设定值与的各位均为1，设定值不变;当脉冲放电间隙时，与原设定值与的各位均为0，设定值变为0，这时由于没有放电电压，间隙电压测量值为0.没有控制作用输出。

本发明采用的压频转换器为AD650，模数转换器为DAC-08H，数据锁定器为SN74LS75，加法器为SN74LS283，与门为SN74LS08，乘法器为16×16位乘法器，减法器由加法器和原反码选择器SN74H87组成。

Claims (3)

1、一种电火花加工机床的神经网络快速进给控制装置，其特征是：放电间隙电压检测装置[1]其输入端与电火花加工机床的脉冲电源[3]连接，其输出端的放电间隙电压检测信号V₁与数字式神经网络高速调节器[2]的压频转换器VFC₁连接，经数字式神经网络高速调节器[2]的模数转换器DAC输出为控制作用电压信号V₃，再经电火花加工机床的电流放大器[4]，加到电火花加工机床的伺服主轴头[5]的励磁线圈上，在数字式神经网络高速调节器[2]的压频转换器VFC₂上加代表正常放电间隙电压设定值的电压信号V₂。

2、根据权利要求1所述的电火花加工机床的神经网络快速进给控制装置，其征是：在数字式神经网络高速调节器[2]中的数据锁定器SS₁的输出端信号，一路经数据锁定器SS_a送减法器JF，另一路送减法器JF，减法器JF输出送乘法器CF、加法器A，与数字式神经网络高速调节器[2]中的数据锁定器SS₃连接，与乘法器CF另一输入端相连的是数据锁定器SS_b，与加法器A另一输入端相连的是数字式神经网络高速调节器[2]的减法器JF₁。

3、根据权利要求1或2所述的电火花加工机床的神经网络快速进给控制装置，其特征是：电源脉冲信号Vp和数字式神经网络高速调节器[2]中的数据锁定器SS₂的信号经与门YM，与数字式神经网络高速调节器[2]中的减法器JF₁连接。

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