CN114905178B - 一种基于放电参数的电火花沉积接触伺服控制装置 - Google Patents

一种基于放电参数的电火花沉积接触伺服控制装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114905178B
CN114905178B CN202210686312.7A CN202210686312A CN114905178B CN 114905178 B CN114905178 B CN 114905178B CN 202210686312 A CN202210686312 A CN 202210686312A CN 114905178 B CN114905178 B CN 114905178B
Authority
CN
China
Prior art keywords
discharge
voltage
pulse
current
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210686312.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114905178A (zh
Inventor
韩红彪
侯玉杰
杨鑫
刘何
闫晨宵
杨锐
郑广振
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Henan University of Science and Technology
Original Assignee
Henan University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Henan University of Science and Technology filed Critical Henan University of Science and Technology
Priority to CN202210686312.7A priority Critical patent/CN114905178B/zh
Publication of CN114905178A publication Critical patent/CN114905178A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114905178B publication Critical patent/CN114905178B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • B23K31/02Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to soldering or welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
    • B23K37/02Carriages for supporting the welding or cutting element
    • B23K37/0252Steering means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
    • B23K37/02Carriages for supporting the welding or cutting element
    • B23K37/0258Electric supply or control circuits therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C26/00Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
    • C23C26/02Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00 applying molten material to the substrate
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于放电参数的电火花沉积接触伺服控制装置,该装置由电极自动进给装置、电火花沉积电源和控制系统等组成,通过控制系统对电火花沉积过程中的放电脉冲电流和脉冲电压进行实时采样,通过计算获得实际的放电参数,将实际放电参数与设定的放电参数值进行比较,根据其差值和放电参数与接触力的变化规律产生相应的输出控制信号,实时控制电极的进给运动和接触力,不但可以实现电火花沉积过程中电极与工件的自动接触,还可以实现放电参数的实时闭环控制;本发明对电极与工件接触状态的控制精度高,响应速度快,控制方式比较灵活,适应性强,可确保沉积层的质量。

Description

一种基于放电参数的电火花沉积接触伺服控制装置
技术领域
本发明涉及电火花沉积堆焊技术领域,属于再生制造技术领域中的精密修复和表面强化技术,具体的说是一种基于放电参数的电火花沉积接触伺服控制装置。
背景技术
电火花沉积堆焊技术是在电火花加工基础上发展起来的表面强化技术。其工作原理是:在氩气的保护下,电极与工件接触,产生火花放电,使电极在极小的区域内产生极大的电流,瞬间使电极接触部位的材料熔化产生极小的熔滴,随着电极以适当的压力继续接触工件,熔滴逐渐过渡到工件表面,从而使熔滴牢固的粘接在工件材料表面。电火花沉积主要应用于工件表面上沉积和堆焊特种材料,从而提高工件的硬度、耐磨性、耐热性、耐腐蚀性、疲劳强度和使用寿命等,还可对精密机械零部件表面的划痕、点蚀、超差等表面缺陷进行修复。
电火花沉积的优点很多,但在生产上没有实现大规模应用,究其原因是电火花沉积主要通过手工作业,加工的质量、速度等情况主要取决于工人的水平、经验,均匀的涂层厚度、批量生产的一致性难以得到保证;遇到较大面积的任务时,工人劳动强度大,质量不稳定的缺点就凸现出来。所以,实现电火花沉积堆焊的自动化是一个必然的趋势。
在采用液体介质的电火花去除加工中,火花放电在电极与工件之间的间隙中产生。工作在气体介质中的电火花沉积需要将电极与工件保持接触才能产生火花放电,在手动操作时,由人工保持电极与工件的接触。因此,实现电火花的自动沉积就必须实现电极与工件的自动接触。
目前的电火花沉积电源只能控制输出的脉冲电压、脉冲频率、脉冲峰值时间等参数,电火花沉积过程中实际的放电电流和电压等参数无法实现闭环控制,只能通过电极与工件之间的接触状态来实现;而电极与工件之间的接触力直接影响了两者之间的接触状态,从而控制了实际的放电电流和电压。因此,现在的专利通常采用控制电极与工件之间接触力的方式来实现电极与工件的自动接触。
通过接触力控制可以实现电极与工件的自动接触,但无法对放电电流和电压直接实现闭环控制。同时,电火花沉积过程中存在较大的振动,电极与工件之间所需的接触力比较小(0.5N-2.0N左右),给接触力的精确控制带来了较大的难度;研究表明,电极与工件之间接触力的大小直接影响电火花沉积过程中的放电电流和电压的大小。
发明内容
为解决现有技术存在的问题,本发明的目的在于提供一种基于放电参数的电火花沉积接触伺服控制装置,用于实现电火花沉积过程中电极的自动进给、电极与工件的自动接触和放电参数的闭环控制,便于实现电火花沉积过程的自动化,确保沉积层的质量。
为达到上述目的,本发明采取技术方案如下:
一种基于放电参数的电火花沉积接触伺服控制装置,包括电极自动进给装置、电火花沉积电源和控制系统;所述电极自动进给装置主要由进给电机、进给滑台、角度调节板和焊枪组成;所述控制系统主要由电流传感器、电压采样电路和电流采样电路、信号调理电路、放电参数自动控制系统和电机驱动器组成;电流传感器串接在电火花放电回路中;电压采样电路和电流采样电路分别用以获取电火花沉积过程的实际放电脉冲的电压和电流波形,然后经信号调理电路的隔离、滤波和比例放大后,转换为0-5V的模拟信号;放电参数自动控制系统可实时采集信号调理电路输出的放电脉冲电压和脉冲电流信号,并计算出放电过程中的实际放电参数,通过将实际放电参数与设定的放电参数值进行比较,产生相应的输出控制信号,控制电机驱动器来驱动进给电机、进给滑台和焊枪的运动,不断调整电极与工件的接触力,改变实际放电参数,使其接近和达到设定的放电参数值,使电极与工件的接触也达到相应的稳定状态。
进一步地,所述放电参数为放电脉冲的平均电压、平均电流或平均功率。
进一步地,电极与工件的接触力与放电脉冲的平均电压、平均电流和平均功率基本呈线性关系。
进一步地,电极安装在焊枪上,焊枪通过夹枪机构和角度调节板安装在进给滑台上,其中角度调节板用于调整焊枪的角度,使焊枪的轴线始终与进给滑台的轴线保持平行,从而使电极与工件表面之间的夹角和进给滑台与工件表面之间的夹角保持一致;进给电机用于控制进给滑台上焊枪的上下进给运动,从而控制电极与工件的接触状态。
进一步地,所述电流传感器为采样电阻R1。
进一步地,电压采样电路包括电阻R2、R3,二极管D1,电阻R4,电容C1,及稳压管D2、D3,电火花沉积过程产生的0-50V放电脉冲电压U u由电阻R2和R3分压后,经二极管D1滤去负值,再通过R4和C1滤波后输出为0-10V的脉冲电压信号U u1,稳压管D2和D3起到过压保护作用。
进一步地,电流采样电路包括二极管D4,电阻R5,电容C2,稳压管D5、D6,采样电阻R1将放电脉冲电流转变为0-10V的电压信号U i,经二极管D4滤去负值,再通过R5和C2滤波后输出为0-10V的脉冲电流所对应的电压信号U i1,稳压管D5和D6起到过压保护作用。
进一步地,所述信号调理电路主要由光耦隔离模块、滤波电路模块和比例放大模块组成,能够将0-10V的输入信号进行光电隔离,再进行低通滤波处理,然后通过比例放大电路将信号转变为0-5V的脉冲波形信号,电压采样电路和电流采样电路分别连接信号调理电路一和信号调理电路二。
进一步地,放电参数自动控制系统包括单片机,信号调理电路一输出的0-5V的脉冲电压信号U u2传输到单片机的模拟量输入端AIO,同时连接到比较器1的正输入端,而比较器1的负输入端连接单片机的模拟量输出端DACO,DACO输出电压为放电脉冲电压的阈值Vu;信号调理电路二输出的0-5V的脉冲电流所对应的电压信号U i2传输到单片机的模拟量输入端AI1,同时连接到比较器2的正输入端,而比较器2的负输入端连接单片机的模拟量输出端DAC1,DAC1输出电压为放电脉冲电流的阈值Vi,;比较器1输出的电压脉冲和比较器2输出的电流脉冲通过与门连接到单片机的中断输入INT,单片机的输出端D0连接电机驱动器,当同时出现电压脉冲和电流脉冲时,通过INT端的输入脉冲在单片机中启动中断程序,单片机控制软件在中断程序中开始对AI0、AI1进行采样,从而获得放电脉冲过程中高电平期间的放电电压和放电电流的采样值,并计算出脉冲放电过程中的实际放电参数,将实际放电参数与设定的放电参数进行比较,根据其差值和放电参数与接触力的变化规律产生相应的输出控制信号,通过电机驱动器来驱动进给电机、进给滑台和焊枪的运动。
进一步地,单片机的控制芯片采用C8051F020,具有液晶显示和按键输入电路,可通过RS422通讯接口与上位机通讯。
本发明具有如下优点:
1、本发明利用放电参数与接触力的变化规律,通过放电参数的闭环控制控制电极与工件的接触状态,实现了电火花沉积过程中电极的自动进给、电极与工件的自动接触。
2、相对于通过接触力进行电极与工件接触状态的自动控制,本发明实时采集电火花沉积过程的放电脉冲电压和脉冲电流,通过放电参数自动控制系统对放电参数直接进行闭环控制,使电极与工件接触状态的控制精度高,响应速度快。
3、实际的放电参数直接影响了电火花沉积过程的放电类型和材料转移机理,所以采用放电参数的闭环控制,可确保沉积层的质量。
4、本发明实时采集电火花沉积过程的放电脉冲电压和脉冲电流,经数据处理后,可分别以放电脉冲的平均电流、平均电压或平均功率等放电参数为主要控制参数进行闭环控制,控制方式比较灵活,适应性强。
附图说明
图1为旋转电极电火花沉积的放电类型示意图;
图2为旋转电极电火花沉积放电脉冲的平均电压和平均电流随接触力的变化趋势图;
图3为旋转电极电火花沉积放电脉冲的平均功率随接触力的变化趋势图;
图4为本发明的工作原理图;
图5为本发明具体实施例的机械系统原理图;
图6为本发明具体实施例的电控系统原理图;
图7为本发明具体实施例的自动控制流程图。
附图标记:1、电极,2、焊枪,3、角度调节板,4、进给滑台,5、进给电机,6、底座,7、X轴电机,8、X轴滑台,9、夹枪机构,10、Z轴立柱,11、转接板,12、工件夹持机构,13、Y轴滑台,14、Y轴电机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
旋转电极电火花沉积的放电类型示意图如图1所示,其放电类型主要分为接触放电、短路放电、间隙放电和空载,其中接触放电由短路放电阶段和间隙放电阶段组成,空载是只有开路电压波形而没有电流波形,说明电极与工件之间未接触,也未发生放电现象,属于一种无效放电类型。
图中,U uk表示空载电压,U ud表示短路电压,U uj表示间隙电压,I id表示短路电流,I ij表示间隙电流,ti表示放电脉冲高电平时间,to表示放电脉冲低电平时间,td表示接触放电的短路放电时间,te表示接触放电的间隙放电时间,tp 表示一个放电脉冲周期所对应的时间。
当电火花沉积电源输出的脉冲电压、脉冲频率、脉冲宽度等参数不变时,将不同接触力下所有放电脉冲(不包含空载)的电参数进行分析和统计,获得旋转电极电火花沉积放电脉冲的平均电压和平均电流随接触力的变化趋势图如图2所示,平均功率随接触力的变化趋势图如图3所示;这说明接触力与放电脉冲的平均电压、平均电流和平均功率基本呈线性关系,因此,可以针对放电脉冲的放电参数(平均电压、平均电流、平均功率)进行闭环控制,从而实时控制工件与电极的接触状态。
根据上述分析可知,放电脉冲电流、电压和脉冲功率的平均值与接触力的大小呈线性关系;因此,本发明对电火花沉积过程中的放电脉冲电流和脉冲电压进行实时采样,通过计算获得实际的放电参数,根据实际的放电参数与设定值的误差实时控制电极的进给运动和接触力,不但可以实现电火花沉积过程中电极与工件的自动接触,还可以实现放电参数的实时闭环控制,从而确保沉积层的质量。
图4为本发明工作原理图,一种基于放电参数的电火花沉积接触伺服控制装置,主要由电极自动进给装置、电火花沉积电源和控制系统等组成;其中电极自动进给装置主要包括进给滑台4、进给电机5、角度调节板3和焊枪2等组成;控制系统主要由电流传感器、脉冲电压和脉冲电流采样电路、信号调理电路、放电参数自动控制系统和电机驱动器等组成。
电极1安装在焊枪2上,焊枪2通过夹枪机构9和角度调节板3安装在进给滑台4上;当进给滑台4与工件表面的角度改变时,通过角度调节板3调整焊枪2的角度,使焊枪2的轴线始终与进给滑台4的轴线保持平行,从而使电极1与工件表面之间的夹角和进给滑台4与工件表面之间的夹角保持一致;进给电机5可控制进给滑台4上焊枪2的上下进给运动,从而控制电极与工件的接触状态。
电流传感器串接在电火花放电回路中,可测量放电脉冲电流,将电流值转变为相对应的电压值;当电极与工件接触,电火花沉积电源输出脉冲波形,在电极与工件之间产生火花放电,脉冲电压和脉冲电流采样电路可获取实际放电脉冲的电压和电流波形,然后经信号调理电路的隔离、滤波和比例放大后,转换为0-5V的模拟信号。
放电参数自动控制系统可实时采集信号调理电路输出的放电脉冲电压和脉冲电流,并计算出放电过程中的放电参数,例如放电脉冲平均电压、平均电流、平均功率等,并将实际放电参数与设定的放电参数值进行比较,根据其差值和放电参数与接触力的变化规律产生相应的输出控制信号,通过电机驱动器来驱动进给电机、进给滑台和焊枪的运动,不断调整电极与工件的接触力,改变实际放电参数,使其接近和达到设定的放电参数值,使电极与工件的接触也达到相应的稳定状态,从而实现电火花沉积过程中电极的自动进给、电极与工件的自动接触和放电参数的闭环控制。
图5为本发明具体实施例的机械系统原理图,其中图5(2)是图5(1)的左视图,该实施例包括二维数控装置和电火花沉积电极自动进给装置,所述二维数控装置主要由X轴滑台8、Y轴滑台13、Z轴立柱10、底座6和数控系统等组成;工件通过工件夹持机构12安装在X轴滑台8和Y轴滑台13组成的XY轴十字滑台上,X轴滑台8连接X轴电机7、Y轴滑台13连接Y轴电机14,本发明的电火花沉积电极自动进给装置通过转接板11安装在Z轴立柱10上,该装置主要由进给电机5、进给滑台4、角度调节板3、焊枪2及其夹枪机构9等组成,通过角度调节板3使焊枪2和电极1的轴线与进给滑台4的轴线保持平行;进给电机5的旋转可带动进给滑台4的运动,从而控制焊枪2上电极1与工件的接触状态。
在电火花沉积堆焊电源上设定好输出参数,二维数控装置负责控制电火花自动沉积堆焊过程中电火花沉积电源放电的启动和停止、电极相对工件表面的运动轨迹,本发明装置负责控制自动沉积过程中的放电参数和电极与工件的接触状态。
图6为本发明具体实施例的控制系统原理图,在该具体实施例中,控制系统主要由采样电阻R1、电压采样电路和电流采样电路、信号调理电路一、信号调理电路二、单片机控制电路和电机驱动器等组成。采样电阻R1串接在电火花放电回路中,脉冲放电电流将在采样电阻R1上产生0-10V的电压,将电阻R1的采样电压除以R1的电阻即可获得电火花沉积的放电电流。
电压采样电路的工作原理为:将电火花沉积过程产生的0-50V放电脉冲电压U u由电阻R2和R3分压后,经二极管D1滤去负值,再通过R4和C1滤波后输出为0-10V的脉冲电压信号U u1,稳压管D2和D3起到过压保护作用。
电流采样电路的工作原理为:采样电阻R1将放电脉冲电流转变为0-10V的电压信号Ui,经二极管D4滤去负值,再通过R5和C2滤波后输出为0-10V的脉冲电流所对应的电压信号Ui1,稳压管D5和D6起到过压保护作用。
信号调理电路一和二的原理相同,主要由光耦隔离模块、滤波电路模块和比例放大模块组成,可将0-10V的输入信号进行光电隔离,再进行低通滤波处理,然后通过比例放大电路将信号转变为0-5V的脉冲波形信号。其中,光耦隔离模块采用基于线性光耦HCNR200芯片的隔离传输电路,可实现模拟量的光耦隔离和线性传输。
单片机控制电路的控制芯片采用C8051F020,具有液晶显示、按键输入电路,可通过RS422通讯接口与上位机通讯。信号调理电路一输出的0-5V的脉冲电压信号U u2传输到单片机的模拟量输入端AIO,同时连接到比较器1的正输入端,而比较器1的负输入端连接单片机电路的模拟量输出端DACO,DACO输出电压为放电脉冲电压的阈值Vu(该阈值Vu等于图1中的短路电压U ud减去0.5V);当脉冲电压信号U u2超过阈值Vu时,比较器1输出高电平,说明此时放电电压脉冲变为高电平,开始产生放电的电压脉冲;当脉冲电压信号U u2小于阈值Vu时,比较器1输出低电平,说明此时放电电压脉冲变为低电平,电压脉冲结束。同理,信号调理电路2输出的0-5V的脉冲电流所对应的电压信号U i2传输到单片机的模拟量输入端AI1,同时连接到电压比较器2的正输入端,而比较器2的负输入端连接单片机电路的模拟量输出端DAC1,DAC1输出电压为放电脉冲电流的阈值Vi(该阈值Vi等于图1中的间隙电流I ij所对应的电压U uj减去0.5V);当脉冲电流所对应的电压信号U i2超过阈值Vi时,比较器2输出高电平,说明此时放电电流脉冲变为高电平,开始产生放电的电流脉冲;当脉冲电流所对应的电压信号U i2小于阈值Vi时,比较器2输出低电平,说明此时放电电流脉冲变为低电平,电流脉冲结束。比较器1输出的电压脉冲和比较器2输出的电流脉冲通过与门连接到单片机的中断输入INT。当同时出现电压脉冲和电流脉冲时,说明电火花沉积过程出现了接触放电或短路放电或间隙放电现象(排除了空载情况),通过INT端的输入脉冲在单片机中启动中断程序,在该中断程序中开始对AI0、AI1进行采样,从而获得该放电脉冲过程中高电平期间的放电电压和放电电流的采样值。
在电火花沉积过程中,接触放电或短路放电或间隙放电产生的脉冲不断触发单片机产生中断,单片机控制软件通过中断程序实时采集信号调理电路输出的放电脉冲电压和脉冲电流所对应的电压,并计算出脉冲放电过程中的实际放电参数,例如放电脉冲平均电压、平均电流、平均功率等,将实际放电参数与设定的放电参数进行比较,根据其差值和放电参数与接触力的变化规律产生相应的输出控制信号,通过电机驱动器来驱动进给电机、进给滑台和焊枪的运动,不断调整电极与工件的接触力,改变实际放电参数,使其接近和达到设定的放电参数,使电极与工件的接触也达到相应的稳定状态,从而实现电火花沉积过程中电极的自动进给、电极与工件的自动接触和放电参数的闭环控制。
放电参数自动控制方式可分别以放电脉冲的平均电流、平均电压或平均功率等放电参数为主要控制参数进行闭环控制,本发明具体实施例以平均电压为控制参数的自动控制流程图如图7所示。在电火花沉积开始时,先在单片机中输入进行平均电压控制所需的设定值SV和控制误差所对应的阈值th。当电极与工件接触时,电火花沉积电源启动输出脉冲,在工件和电极之间产生火花放电;单片机同时启动平均电压自动控制程序,电压脉冲和电流脉冲通过与门和INT输入触发了单片机的中断,在中断程序中启动模拟量输入AI0的采样,通过比例换算得到放电脉冲电压的实时值U i;计算10次脉冲放电所获得的所有U i值的平均值U,再计算平均电压的设定值SV与平均值U的偏差e=SV-U。比较偏差e的绝对值与阀值th的大小,当∣e∣≤th时说明偏差较小,保持现状而不需要调整。当∣e∣>th时说明偏差较大,需要进行调整;再判断偏差e是否大于0,当e>0时说明设定值SV大于平均电压U,根据图2中平均电压与接触力的变化规律,单片机输出上移控制信号,通过驱动器控制进给电机,带动焊枪上移,以减小电极与工件之间的接触力,从而增大平均电压,使放电平均电压接近于设定值;当e<0时说明设定值SV小于平均电压U,根据图2中平均电压与接触力的变化规律,单片机输出下移控制信号,通过驱动器控制进给电机,带动焊枪下移,以增大电极与工件的接触力,从而减小平均电压,使放电平均电压接近于设定值。当收到停止命令时,则停止自动控制程序,停止中断采样和焊枪控制。当未收到停止命令时,自动控制程序继续工作,循环往复,重新进行放电脉冲电压的采样、计算、输出控制焊枪以调整电极与工件的接触状态,确保平均电压不断接近设定值,实现放电脉冲平均电压的闭环自动控制。
本发明利用放电参数与接触力的变化规律,提出了一种基于放电参数的电火花沉积接触伺服控制装置,该装置通过对放电参数的闭环控制,实现对电极和工件接触状态的控制,控制精度高,响应速度快,控制方式比较灵活,适应性强,可确保沉积层的质量。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种基于放电参数的电火花沉积接触伺服控制装置,包括电极自动进给装置、电火花沉积电源和控制系统;所述电极自动进给装置主要由进给电机、进给滑台、角度调节板和焊枪组成;其特征在于,所述控制系统主要由电流传感器、电压采样电路和电流采样电路、信号调理电路、放电参数自动控制系统和电机驱动器组成;电流传感器串接在电火花放电回路中;电压采样电路包括电阻R2、R3,二极管D1,电阻R4,电容C1,及稳压管D2、D3,电火花沉积过程产生的0-50V放电脉冲电压U u由电阻R2和R3分压后,经二极管D1滤去负值,再通过R4和C1滤波后输出为0-10V的脉冲电压信号U u1,稳压管D2和D3起到过压保护作用;电流采样电路包括二极管D4,电阻R5,电容C2,稳压管D5、D6,采样电阻R1将放电脉冲电流转变为0-10V的电压信号U i,经二极管D4滤去负值,再通过R5和C2滤波后输出为0-10V的脉冲电流所对应的电压信号U i1,稳压管D5和D6起到过压保护作用;所述信号调理电路主要由光耦隔离模块、滤波电路模块和比例放大模块组成,能够将0-10V的输入信号进行光电隔离,再进行低通滤波处理,然后通过比例放大电路将信号转变为0-5V的脉冲波形信号,电压采样电路和电流采样电路分别连接信号调理电路一和信号调理电路二;电压采样电路和电流采样电路分别用以获取电火花沉积过程的实际放电脉冲的电压和电流波形,然后经信号调理电路的隔离、滤波和比例放大后,转换为0-5V的模拟信号;放电参数自动控制系统包括单片机,信号调理电路一输出的0-5V的脉冲电压信号U u2传输到单片机的模拟量输入端AIO,同时连接到比较器1的正输入端,而比较器1的负输入端连接单片机的模拟量输出端DACO,DACO输出电压为放电脉冲电压的阈值Vu;信号调理电路二输出的0-5V的脉冲电流所对应的电压信号U i2传输到单片机的模拟量输入端AI1,同时连接到比较器2的正输入端,而比较器2的负输入端连接单片机的模拟量输出端DAC1,DAC1输出电压为放电脉冲电流的阈值Vi;比较器1输出的电压脉冲和比较器2输出的电流脉冲通过与门连接到单片机的中断输入INT,单片机的输出端D0连接电机驱动器,当同时出现电压脉冲和电流脉冲时,通过INT端的输入脉冲在单片机中启动中断程序,单片机控制软件在中断程序中开始对AI0、AI1进行采样,从而获得放电脉冲过程中高电平期间的放电电压和放电电流的采样值,放电参数自动控制系统可实时采集信号调理电路输出的放电脉冲电压和脉冲电流信号,并计算出放电过程中的实际放电参数,通过将实际放电参数与设定的放电参数值进行比较,根据其差值和放电参数与接触力的变化规律产生相应的输出控制信号,控制电机驱动器来驱动进给电机、进给滑台和焊枪的运动,不断调整电极与工件的接触力,改变实际放电参数,使其接近和达到设定的放电参数值,使电极与工件的接触也达到相应的稳定状态,所述放电参数为放电脉冲的平均电压、平均电流或平均功率。
2.如权利要求1所述的一种基于放电参数的电火花沉积接触伺服控制装置,其特征在于,电极与工件的接触力与放电脉冲的平均电压、平均电流和平均功率基本呈线性关系。
3.如权利要求1所述的一种基于放电参数的电火花沉积接触伺服控制装置,其特征在于,电极安装在焊枪上,焊枪通过夹枪机构和角度调节板安装在进给滑台上,其中角度调节板用于调整焊枪的角度,使焊枪的轴线始终与进给滑台的轴线保持平行,从而使电极与工件表面之间的夹角和进给滑台与工件表面之间的夹角保持一致;进给电机用于控制进给滑台上焊枪的上下进给运动,从而控制电极与工件的接触状态。
4.如权利要求1所述的一种基于放电参数的电火花沉积接触伺服控制装置,其特征在于,所述电流传感器为采样电阻R1。
5.如权利要求1所述的一种基于放电参数的电火花沉积接触伺服控制装置,其特征在于,单片机的控制芯片采用C8051F020,具有液晶显示和按键输入电路,可通过RS422通讯接口与上位机通讯。
CN202210686312.7A 2022-06-17 2022-06-17 一种基于放电参数的电火花沉积接触伺服控制装置 Active CN114905178B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210686312.7A CN114905178B (zh) 2022-06-17 2022-06-17 一种基于放电参数的电火花沉积接触伺服控制装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210686312.7A CN114905178B (zh) 2022-06-17 2022-06-17 一种基于放电参数的电火花沉积接触伺服控制装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114905178A CN114905178A (zh) 2022-08-16
CN114905178B true CN114905178B (zh) 2023-09-08

Family

ID=82771228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210686312.7A Active CN114905178B (zh) 2022-06-17 2022-06-17 一种基于放电参数的电火花沉积接触伺服控制装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114905178B (zh)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1408333A (en) * 1972-09-01 1975-10-01 Aeg Elotherm Gmbh Spark erosion machining
RU2130368C1 (ru) * 1996-03-06 1999-05-20 Чистяков Юрий Львович Способ и устройство для электроискрового легирования
CN102189325A (zh) * 2011-04-19 2011-09-21 河南科技大学 电容充放电脉冲数字控制型电火花沉积堆焊电源
CN102226280A (zh) * 2011-06-13 2011-10-26 天津职业技术师范大学 一种自动电火花沉积系统
CN102660739A (zh) * 2012-05-08 2012-09-12 常州大学 一种根据压力控制电火花沉积能量的装置及控制方法
CN103418865A (zh) * 2013-08-30 2013-12-04 哈尔滨工业大学深圳研究生院 一种超声调制静电感应驱动的微细电火花加工装置
CN103817399A (zh) * 2014-02-20 2014-05-28 河南科技大学 多脉冲数字控制型电火花沉积堆焊电源
CN106944757A (zh) * 2017-03-20 2017-07-14 哈尔滨工业大学 一种管件的自动化电火花处理装置及处理方法
CN208866615U (zh) * 2018-10-19 2019-05-17 安徽华生机电设备有限公司 一种高频精密电火花堆焊修复机
CN112756743A (zh) * 2021-02-09 2021-05-07 河南科技大学 电火花沉积堆焊接触力转位移的自动控制装置及控制方法
CN113878183A (zh) * 2021-09-08 2022-01-04 厦门理工学院 一种用于多层材料电火花加工的多模式自适应脉冲电源

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3866661B2 (ja) * 2002-01-24 2007-01-10 三菱電機株式会社 放電加工方法及び装置
US20110042356A1 (en) * 2009-08-06 2011-02-24 Leung Cheuk H Electrode coating apparatus and method

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1408333A (en) * 1972-09-01 1975-10-01 Aeg Elotherm Gmbh Spark erosion machining
RU2130368C1 (ru) * 1996-03-06 1999-05-20 Чистяков Юрий Львович Способ и устройство для электроискрового легирования
CN102189325A (zh) * 2011-04-19 2011-09-21 河南科技大学 电容充放电脉冲数字控制型电火花沉积堆焊电源
CN102226280A (zh) * 2011-06-13 2011-10-26 天津职业技术师范大学 一种自动电火花沉积系统
CN102660739A (zh) * 2012-05-08 2012-09-12 常州大学 一种根据压力控制电火花沉积能量的装置及控制方法
CN103418865A (zh) * 2013-08-30 2013-12-04 哈尔滨工业大学深圳研究生院 一种超声调制静电感应驱动的微细电火花加工装置
CN103817399A (zh) * 2014-02-20 2014-05-28 河南科技大学 多脉冲数字控制型电火花沉积堆焊电源
CN106944757A (zh) * 2017-03-20 2017-07-14 哈尔滨工业大学 一种管件的自动化电火花处理装置及处理方法
CN208866615U (zh) * 2018-10-19 2019-05-17 安徽华生机电设备有限公司 一种高频精密电火花堆焊修复机
CN112756743A (zh) * 2021-02-09 2021-05-07 河南科技大学 电火花沉积堆焊接触力转位移的自动控制装置及控制方法
CN113878183A (zh) * 2021-09-08 2022-01-04 厦门理工学院 一种用于多层材料电火花加工的多模式自适应脉冲电源

Also Published As

Publication number Publication date
CN114905178A (zh) 2022-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108705164B (zh) 旋转超声辅助微细电解磨削扩孔加工装置及方法
CN102658405B (zh) 一种多功能微细电火花铣削加工装置
CN105290548A (zh) 多轴联动超声调制微细电解加工系统
CN105290588A (zh) 等离子切割调高器及其工作方法
CN114905178B (zh) 一种基于放电参数的电火花沉积接触伺服控制装置
CN109277657B (zh) 用于走丝线切割的自适应放电控制系统及方法
CN112756743B (zh) 电火花沉积堆焊接触力转位移的自动控制装置及控制方法
CN212470776U (zh) 一种用于滚珠丝杠滚道修复的精磨平台
CN105033703A (zh) 一种数控加工中心用自动平口钳
CN205271065U (zh) 多轴联动超声调制微细电解加工系统
CN201502838U (zh) 机床楔铁式垫铁安装调整自动控制装置
CN110788425A (zh) 一种电火花加工无圆角正六边形孔的主轴执行装置及加工方法
CN110385488A (zh) 一种电火花加工无圆角正六边形孔的主轴执行装置及加工方法
CN102886712A (zh) 一种elid超声珩磨装置
TWI491460B (zh) 電化學加工系統及其間隙檢測裝置與間隙檢測方法
CN1238146C (zh) 放电加工装置
CN212240604U (zh) 一种基于焊缝打磨的恒力控制装置
CN210099201U (zh) 发动机密封垫片点焊焊极夹持器
JP4196123B2 (ja) ガラス状カーボンの加工方法及び装置
CN202639611U (zh) 一种弧长调节器
CN108723527B (zh) 一种超声辅助电火花磨削装置及其磨削方法
CN208262850U (zh) 机器人激光焊接打磨装置
CN112476242B (zh) 一种轴类加工工件轮廓的垂直度在线测量机构及测量方法
CN112338638A (zh) 汽车发动机喷油嘴的改进型磨削工艺
CN204565364U (zh) 基于单片机系统的微细电火花线切割控制器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant