RU2598022C2

RU2598022C2 - Method of control of the detail electrosparking processing on automatic cutout machine tool with cnc system

Info

Publication number: RU2598022C2
Application number: RU2015103795/02A
Authority: RU
Inventors: Михаил Павлович Козочкин; Сергей Николаевич Григорьев; Анна Андреевна Окунькова; Артур Николаевич Порватов
Priority date: 2015-02-05
Filing date: 2015-02-05
Publication date: 2016-09-20
Also published as: RU2015103795A

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to electrophysical and electrochemical processing, particularly, to electrosparking processing on automated cutout CNC production centers. In the method during electrosparking processing the details maintain the controlled parameter based on the determination of the amount of energy released in the electrode gap, at a preselected optimum level by adjusting the processing conditions by dint of CNC system. Ratio of the effective value of the high-frequency vibrations of processed part and effective discharge current pulse values is used as the said control parameter, and correction of processing conditions is performed by changing the pulse duration, maximum value of discharge current, pulse repetition frequency, time interval between series of pulses and rate of the working fluid pumping.

EFFECT: technical result is simplification of implementation of the process adaptive control system with increase in efficiency of electrosparking processing.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки, в частности к электроэрозионной обработке (ЭЭО) на автоматизированных вырезных станках с ЧПУ.The invention relates to electrophysical and electrochemical processing methods, in particular to electrical discharge machining (EEO) on automated CNC cutting machines.

Известен способ управления процессом электроэрозионной обработки, включающий определение коэффициента использования рабочих импульсов (К_ии), сравнение его с заданным значением и изменение скорости подачи инструмента в зависимости от результатов сравнения (1 - Патент РФ №1776505, МКИ В23Н 7/18. Способ управления зазором искрового промежутка при электроэрозионной обработке; 2 - Гуткин Б.Г. Автоматизация электроэрозионных станков / Л.: Машиностроение. 1971. 147 с).A known method of controlling the process of electrical discharge machining, including determining the utilization rate of working pulses (K _i ), comparing it with a given value and changing the feed rate of the tool depending on the comparison results (1 - RF Patent No. 176505, MKI V23N 7/18. Clearance control method spark gap during electrical discharge machining; 2 - Gutkin B.G. Automation of electrical discharge machines / L.: Mechanical Engineering. 1971. 147 s).

Основным недостатком такого способа является сложность адекватной оценки коэффициента использования рабочих импульсов (К_ии). Предлагаемые схемы регистрации импульсов должны содержать дискриминаторы, счетчики импульсов, временные селекторы (Кравец А.Т. Электронный анализатор и интегратор импульсов. Сб. Электроимпульсная обработка металлов» / М.: ЦИНТИмаш. 1960. Вып. 1). Для увеличения информативности К_ии необходимо увеличивать измерительные интервалы, что ведет к повышению инерционности (Коренблюм М.В. и др. Адаптивное управление электроэрозионными станками. Обзор / М.: НИИМАШ. 1977. 80 с). Таким образом, регистрация К_ии сопряжена с достаточно сложной схемотехникой, что не гарантирует точности получаемого результата.The main disadvantage of this method is the difficulty of adequately assessing the utilization rate of working impulses (K _i ). The proposed pulse registration schemes should include discriminators, pulse counters, and time selectors (Kravets AT, Electronic analyzer and integrator of pulses. Sat. Electropulse processing of metals ”/ M .: TSINTIMash. 1960. Issue 1). To increase the information content necessary to increase K _ii measuring intervals, which leads to increased persistence (Korenblum MV et al. Adaptive control electroerosion machines. Overview / M .: NIIMash. 1977. 80). Thus, the registration of _{Ki is} associated with a fairly complex circuitry, which does not guarantee the accuracy of the result.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ электроэрозионной обработки, заключающийся в том, что количество энергии, выделяющейся в межэлектродном промежутке, оценивают по параметрам импульсов разрядного тока за устанавливаемый интервал времени. Энергия, выделяющаяся в межэлектродном промежутке, определяется как суммарная длительность импульсов разрядного тока за текущий интервал времени (патент РФ №1583235, МКИ В23Н 7/18. Способ электроэрозионной обработки).Closest to the proposed method is a method of electrical discharge machining, which consists in the fact that the amount of energy released in the interelectrode gap is estimated by the parameters of the discharge current pulses for a set time interval. The energy released in the interelectrode gap is defined as the total duration of the discharge current pulses for the current time interval (RF patent No. 1583235, MKI V23H 7/18. Electrical discharge machining method).

Недостатком известного технического решения является то, что предлагаемая оценка энергии, выделяющейся в межэлектродном промежутке, сопряжена с ошибками, вызванными тем, что выделяющаяся энергия зависит не только от длительности импульсов, но и от их амплитуды, и тем, что этот параметр не позволяет оценивать энергию, поступающую непосредственно на обрабатываемую заготовку, поскольку ее значительная доля может расходоваться на разрушение продуктов эрозии.A disadvantage of the known technical solution is that the proposed estimate of the energy released in the interelectrode gap is associated with errors caused by the fact that the released energy depends not only on the duration of the pulses, but also on their amplitude, and the fact that this parameter does not allow us to estimate the energy coming directly to the workpiece, since a significant portion of it can be spent on the destruction of erosion products.

Задачей изобретения является упрощение процедуры оценки параметра электроэрозионной обработки, связанного с коэффициентом использования рабочих импульсов монотонной зависимостью, для последующего поддержания его на заранее выбранном оптимальном уровне за счет регулирования технологических параметров процесса электроэрозионной обработки.The objective of the invention is to simplify the procedure for estimating the parameter of electrical discharge machining, associated with the utilization of working pulses monotonous dependence, for subsequent maintenance of it at a pre-selected optimal level by adjusting the technological parameters of the process of electrical discharge machining.

Техническим результатом является повышение производительности процесса электроэрозионной обработки и упрощение реализации системы адаптивного управления процессом.The technical result is to increase the productivity of the EDM process and simplify the implementation of the adaptive process control system.

Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что в способе управления электроэрозионной обработкой детали на автоматизированном вырезном станке с системой ЧПУ, включающем поддержание контролируемого параметра, базирующегося на определении количества энергии, выделяющейся в межэлектродном промежутке, на заранее выбранном оптимальном уровне путем корректировки режимов обработки с помощью системы ЧПУ, в качестве контролируемого параметра используют соотношение эффективного значения высокочастотных вибраций обрабатываемой детали и эффективного значения импульсов разрядного тока, а корректировку режимов обработки осуществляют путем изменения длительности импульсов, максимального значения разрядного тока, частоты повторения импульсов, времени паузы между сериями импульсов и скорости прокачки рабочей жидкости.The problem is solved, and the claimed technical result is achieved by the fact that in the method of controlling the EDM of a part on an automated cutting machine with a CNC system, which includes maintaining a controlled parameter based on determining the amount of energy released in the interelectrode gap at a predetermined optimal level by adjusting the modes processing using the CNC system, the ratio of the effective value to high frequency is used as a controlled parameter vibrations of the workpiece and the effective value of the pulses of the discharge current, and the processing modes are adjusted by changing the pulse duration, the maximum value of the discharge current, pulse repetition rate, pause time between series of pulses and pumping speed of the working fluid.

Изобретение поясняется изображениями, где:The invention is illustrated by images, where:

Фиг. 1. - схема электроэрозионного станка с установленными датчиками и блоком обработки сигналов;FIG. 1. - diagram of an EDM machine with installed sensors and a signal processing unit;

Фиг. 2 - пример экспериментальных записей сигналов вибраций и тока после обработки фильтрами высоких частот, полученных при электроэрозионной прошивке отверстия диаметром 2 мм;FIG. 2 - an example of experimental recordings of vibration and current signals after processing by high-pass filters obtained with EDM piercing a hole with a diameter of 2 mm;

Фиг. 3 - пример графиков эффективных значений сигналов вибраций и тока и график изменения соотношения эффективных значений сигналов вибраций и тока.FIG. 3 is an example of graphs of effective values of vibration and current signals and a graph of a change in the ratio of effective values of vibration and current signals.

В соответствии с изобретением на фиг. 1 показана схема проволочного электроэрозионного станка, где заготовка 1 закреплена в зажимном приспособлении 2, на котором установлен акселерометр 3. К проволочному электроду 4 и к заготовке 1 от генератора 5 подводится импульсное напряжение, разрядный ток между заготовкой 1 и проволочным электродом 4 регистрируется датчиком тока 6, а сигнал вибраций на заготовке 1 регистрируется акселерометром 3. Сигналы с датчика тока 6 и акселерометра 3 подаются в вычислительный блок 7, где после обработки фильтрами высоких частот вычисляются их эффективные значения, которые подаются в систему ЧПУ 8, где используются для управления технологическими параметрами процесса электроэрозионной обработки.In accordance with the invention of FIG. 1 shows a diagram of a wire EDM machine, where the workpiece 1 is mounted in a clamping device 2 on which an accelerometer is mounted 3. A pulse voltage is applied to the wire electrode 4 and to workpiece 1 from the generator 5, the discharge current between the workpiece 1 and wire electrode 4 is detected by the current sensor 6 , and the vibration signal on the workpiece 1 is recorded by the accelerometer 3. The signals from the current sensor 6 and accelerometer 3 are fed to the computing unit 7, where, after processing by high-pass filters, their effective e values that are fed into the CNC system 8, where they are used to control the technological parameters of the EDM process.

На фиг. 2 показан пример записи сигналов вибраций 9 и тока 10 после фильтров высоких частот во время эксперимента с прошивкой отверстия в заготовке в виде пластины из алюминиевого сплава на электроэрозионном станке «Drill 20» фирмы Agie Charmilles.In FIG. 2 shows an example of recording vibration signals 9 and current 10 after high-pass filters during an experiment with piercing a hole in a workpiece in the form of an aluminum alloy plate on an Drie 20 EDM machine from Agie Charmilles.

На фиг. 3 показаны результаты обработки записанных сигналов: график 11 показывает изменение во время обработки эффективного (среднеквадратичного значения СКЗ) значения сигнала вибраций, зафиксированного акселерометром 3 на зажимном приспособлении 2 с установленной заготовкой 1; график 12 аналогичным образом показывает изменение СКЗ тока, зафиксированного датчиком тока 6 (в данном случае применялся датчик Холла). График 13 показывает изменение отношения СКЗ вибраций к СКЗ тока. Интервалы времени, на которых вычислялись СКЗ сигналов, составляли 35 мс.In FIG. 3 shows the results of processing the recorded signals: graph 11 shows the change during processing of the effective (rms RMS value) value of the vibration signal recorded by the accelerometer 3 on the clamping device 2 with the workpiece 1 installed; graph 12 similarly shows the change in the RMS current recorded by the current sensor 6 (in this case, the Hall sensor was used). Graph 13 shows the change in the ratio of RMS vibrations to RMS current. The time intervals at which the RMS of the signals were calculated were 35 ms.

Способ управления процессом ЭЭО осуществляется следующим образом (фиг. 1). С момента возникновения разрядных импульсов тока акселерометр 3 и датчик тока 6 выдают на входы вычислительного блока 7 напряжения, пропорциональные текущим значениям вибраций и тока. В вычислительном блоке 7 после обработки фильтрами высоких частот (в проводимых экспериментах в качестве частоты среза в фильтре высоких частот для сигнала вибраций была взята частота 2 кГц, а для сигнала тока 100 Гц) для сигналов вычисляются эффективные значения на установленных интервалах времени. Результаты вычислений подаются в систему ЧПУ 8, где принимаются решения об изменении технологических параметров ЭЭО. При изменении технологических режимов ЭЭО могут меняться такие параметры, как длительность импульсов, максимальное значение разрядного тока, частота повторения импульсов, время паузы между сериями импульсов, скорость прокачки рабочей жидкости. Анализ публикаций показывает, что в качестве критерия оптимальности процесса ЭЭО часто используется коэффициент использования рабочих импульсов К_ии, который должен отображать соотношение числа полезных импульсов, осуществляющих съем материала, к общему количеству импульсов, генерируемых источником питания. Поскольку существуют импульсы, энергия которых только частично тратится на съем металла, более точным критерием оптимальности могло бы быть отношение энергии, потраченной на съем материала, к общему количеству затраченной энергии. Эффективное значение разрядного тока пропорционально затрачиваемой энергии при постоянстве амплитуды импульсов напряжения, что позволяет оценивать затрачиваемую энергию при ЭЭО по эффективному значению разрядного тока. Энергию вибраций заготовки можно считать пропорциональной полезной энергии. Эта энергия пропорциональна квадрату амплитуды колебаний. Поскольку с акселерометра получается сигнал, пропорциональный виброускорению, то для оценки энергии колебаний требуется пересчет, который вполне осуществим, но для практических целей можно использовать эффективное значение сигнала с акселерометра, ограничиваясь только применением фильтра высоких частот. Отношение эффективных значений вибраций и тока монотонно растет с ростом доли энергии, потраченной на съем материала, т.е. и с ростом коэффициента использования импульсов К_ии. Фильтр высоких частот применяется для исключения из рассмотрения низкочастотных помех, всегда присутствующих при работе приводов и насосов на станке. Каждому значению К_ии соответствует одно значение отношения эффективных значений вибраций и тока в пределах статистической погрешности.The method of controlling the EEE process is as follows (Fig. 1). Since the occurrence of discharge current pulses, the accelerometer 3 and the current sensor 6 provide voltage inputs proportional to the current values of vibrations and current to the inputs of the computing unit 7. In processing unit 7, after processing with high-pass filters (in our experiments, the cut-off frequency in the high-pass filter was 2 kHz for the vibration signal and 100 Hz for the current signal), the effective values are calculated for the signals at the set time intervals. The calculation results are submitted to the CNC system 8, where decisions are made on changing the technological parameters of the EEE. When changing the technological modes of the EEE, such parameters as the pulse duration, the maximum value of the discharge current, the pulse repetition rate, the pause time between series of pulses, and the rate of pumping of the working fluid can change. Content Analysis shows that as the criterion for optimality EEE process often used utilization factor K _ii working pulses which should display the ratio of useful pulses, performing removal of material, the total number of pulses generated by the power source. Since there are impulses whose energy is only partially spent on metal removal, a more accurate criterion of optimality could be the ratio of the energy spent on material removal to the total amount of energy expended. The effective value of the discharge current is proportional to the energy expended at a constant amplitude of the voltage pulses, which makes it possible to estimate the energy expended during EEE by the effective value of the discharge current. The vibration energy of the workpiece can be considered proportional to the useful energy. This energy is proportional to the square of the amplitude of the oscillations. Since a signal proportional to vibration acceleration is obtained from the accelerometer, a recalculation is required to estimate the vibrational energy, which is quite feasible, but for practical purposes, you can use the effective value of the signal from the accelerometer, limited only by the use of a high-pass filter. The ratio of the effective values of vibrations and current monotonously increases with increasing proportion of the energy spent on material removal, i.e. and with an increase in the utilization coefficient of pulses K _i . The high-pass filter is used to exclude from consideration low-frequency noise that is always present during operation of drives and pumps on the machine. Each value of K _i corresponds to one value of the ratio of the effective values of vibration and current within the statistical error.

На фиг. 2 показан пример записи вибраций (график 9) и тока (график 10) при прошивке отверстия, где видно, что после прошивки отверстия амплитуда сигнала вибраций 9 падает. Это связано с тем, что разрядные импульсы становятся холостыми, они происходят в газовой среде или в рабочей жидкости. Импульсы тока (график 10) при этом продолжают сохранять высокое значение. Это связано с тем, что в станке заложена система адаптации режимов, которая неправильно распознает ситуацию на станке, и вместо прекращения подачи энергии на электроды продолжает ее подачу, делая обработку не эффективной. На фиг. 3 описанный процесс изображен в виде изменений эффективных значения сигналов вибраций (график 11) и тока (график 12). На графике 12 хорошо видно, что после падения эффективного значения сигнала вибраций (график 11) система управления нерационально наращивает эффективные значения тока. График 13 показывает изменение отношения эффективных значений, где видно, что это отношение близко графику 11. Это говорит о том, что в обоснованных случаях управлять технологическими параметрами можно по сигналу эффективного значения вибраций, фиксируемых на заготовке, используя сигнал тока для контроля отдельных ситуаций. Например, большой сигнал тока при отсутствии вибраций может говорить о возникновении короткого замыкания, для ликвидации которого может потребоваться отвод электрода или увеличение давления рабочей жидкости. Отсутствие импульсов тока и сигнала вибраций может говорить о недостатке напряжения или о слишком большом зазоре между электродами. Наличие импульсов тока при малых значениях вибраций может говорить о потере энергии импульсов на продуктах эрозии, что требует их немедленной эвакуации за счет увеличения давления рабочей жидкости.In FIG. Figure 2 shows an example of recording vibrations (graph 9) and current (graph 10) when flashing a hole, where it is clear that after flashing a hole the amplitude of the vibration signal 9 drops. This is due to the fact that discharge pulses become idle, they occur in a gaseous medium or in a working fluid. The current pulses (graph 10) while continuing to maintain a high value. This is due to the fact that the machine has a regime adaptation system that incorrectly recognizes the situation on the machine, and instead of stopping the supply of energy to the electrodes, continues to supply it, making the processing ineffective. In FIG. 3, the described process is depicted in the form of changes in the effective values of the vibration signals (graph 11) and current (graph 12). On the graph 12 it is clearly seen that after the drop in the effective value of the vibration signal (graph 11), the control system irrationally increases the effective current values. Figure 13 shows the change in the ratio of effective values, where it can be seen that this ratio is close to schedule 11. This suggests that in justified cases, technological parameters can be controlled by the signal of the effective value of the vibrations recorded on the workpiece, using the current signal to control individual situations. For example, a large current signal in the absence of vibration can indicate a short circuit, which may require the removal of an electrode or an increase in working fluid pressure to eliminate it. The absence of current pulses and a vibration signal may indicate a lack of voltage or an excessively large gap between the electrodes. The presence of current pulses at low vibrational values may indicate a loss of pulse energy on erosion products, which requires their immediate evacuation due to an increase in working fluid pressure.

С учетом изложенного можно сделать вывод о том, что поставленная задача - упрощение процедуры оценки параметра электроэрозионной обработки, связанного с коэффициентом использования рабочих импульсов монотонной зависимостью, для последующего поддержания его на заранее выбранном оптимальном уровне за счет регулирования технологических параметров процесса электроэрозионной обработки - решена, а заявленный технический результат - повышение производительности процесса электроэрозионной обработки и упрощение реализации системы адаптивного управления процессом - достигнут.Based on the foregoing, we can conclude that the task is to simplify the procedure for estimating the parameter of electric discharge machining, associated with the utilization of working pulses by a monotonic dependence, to subsequently maintain it at a predetermined optimal level by adjusting the technological parameters of the process of electric discharge machining - solved, and the claimed technical result is to increase the productivity of the process of electric discharge machining and simplify the implementation of the adaptability system complete process control - achieved.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.The analysis of the claimed technical solution for compliance with the conditions of patentability showed that the characteristics indicated in the independent claim are interrelated with each other with the formation of a stable set of necessary attributes unknown at the priority date from the prior art sufficient to obtain the required synergistic (over-total) technical result.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed technical solution:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования в машиностроении, в частности - для автоматического регулирования технологических режимов на электроэрозионных станках с ЧПУ;- an object embodying the claimed technical solution, when it is implemented, is intended for use in mechanical engineering, in particular, for the automatic control of technological modes on EDM machines;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;- for the claimed object in the form described in the independent clause of the formula below, the possibility of its implementation using the means and methods described above or known from the prior art on the priority date is confirmed;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- the object embodying the claimed technical solution, when implemented, is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленный объект соответствует требованиям условий патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.Therefore, the claimed subject matter meets the requirements of the patentability conditions of “novelty”, “inventive step” and “industrial applicability” under applicable law.

Claims

A method for controlling electric discharge machining of a part on an automated cutting machine with a CNC system, comprising maintaining a controlled parameter based on determining the amount of energy released in the interelectrode gap at a pre-selected optimal level by adjusting the processing modes using the CNC system, characterized in that as mentioned of the controlled parameter, the ratio of the effective value of the high-frequency vibrations of the workpiece to the effective value pulses of the discharge current, and the processing modes are adjusted by changing the pulse duration, the maximum value of the discharge current, pulse repetition rate, pause time between series of pulses and the pumping fluid working speed.