專利名稱：振動進給與高頻分組脈沖電參數(shù)的分時控制系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種振動進給與高頻分組脈沖電參數(shù)的分時控制系統(tǒng)及控制方法，屬于電解加工過程控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電解加工是利用電化學陽極溶解的原理實現(xiàn)金屬材料成型的加工。在機械工業(yè)、航空工業(yè)、汽車工業(yè)、發(fā)電設(shè)備業(yè)中，從一般零件如齒輪、模具到葉片、葉輪、異型孔、槍炮管膛線等難加工零件的加工中均獲得了廣泛的應(yīng)用。電解加工過程中，間隙中電場形成的雜散電流會對工件造成雜散腐蝕，降低加工精度；微小加工間隙內(nèi)流場條件惡劣，電解產(chǎn)物難以排出，電解液更新困難，則影響加工效 率和穩(wěn)定性。振動進給脈沖電流電解加工能綜合改善流場，提高加工精度并使加工過程穩(wěn)定進行。其基本工作原理為陰極在進給的同時往復(fù)振動，當陰極靠近工件時通電，實現(xiàn)小間隙加工；隨后陰極斷電離開工件，拉大間隙進行沖刷，使電解產(chǎn)物和電解熱充分排除，使小間隙加工能穩(wěn)定地進行。振動進給能夠顯著改善流場，而脈沖電源的電參數(shù)與振動進給運動的合理匹配能夠減小雜散腐蝕，有效提高電解加工的定域性，從而提高加工精度。目前有關(guān)學者對振動進給電解加工的實現(xiàn)方式、工藝方法進行了研究，但提出的研究方法在主軸加工回退時仍在進行電解加工，會發(fā)生比較明顯的二次腐蝕，影響成形精度；關(guān)于振動進給脈沖電流電解加工的研究，提出了新的運動方式和匹配方式，但這些研究都只停留在實驗階段，離實際應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)還有段距離，匹配的可靠性、穩(wěn)定性和精確度都有待提聞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有的振動進給、脈沖電流加工的不足，提出了一種可操作性強、成本低的振動進給與高頻分組脈沖電參數(shù)的分時控制系統(tǒng)及控制方法，通過主軸的振動運動實現(xiàn)振動進給，同時通過微機控制系統(tǒng)控制實現(xiàn)振動進給和高頻分組脈沖電參數(shù)的分時控制，實現(xiàn)振動進給與高頻分組脈沖電參數(shù)的精確匹配，有效提高電解加工過程穩(wěn)定性和加工精度。本發(fā)明為解決其技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案
一種振動進給與高頻分組脈沖電參數(shù)的分時控制系統(tǒng)，包括微機控制系統(tǒng)、主軸振動系統(tǒng)、伺服進給系統(tǒng)、聞頻脈沖電源、開關(guān)電路、功率放大電路和過流保護電路；微機控制系統(tǒng)的輸出端分別連接主軸振動系統(tǒng)、伺服進給系統(tǒng)、高頻脈沖電源、開關(guān)電路和功率放大電路，開關(guān)電路的輸出端分別連接主軸振動系統(tǒng)和高頻脈沖電源的輸入端，過流保護電路的輸入端連接功率放大電路的輸出端，過流保護電路輸出端分別接微機控制系統(tǒng)和開關(guān)電路的輸入端。所述的振動進給與高頻分組脈沖電參數(shù)的分時控制系統(tǒng)的控制方法，通過微機控制系統(tǒng)設(shè)定伺服進給/回退運動的速度、進給深度和控制實現(xiàn)伺服進給/回退運動、主軸振動運動與高頻分組脈沖電參數(shù)的合理匹配；利用速度傳感器監(jiān)測伺服進給的速度變化，并將此信號輸入到微機控制系統(tǒng)，當速度傳感器監(jiān)測到伺服進給由快速定位一慢速進給時，微機控制系統(tǒng)會產(chǎn)生一觸發(fā)信號，該信號同時輸入到可關(guān)斷晶閘管門極驅(qū)動電路的輸入端和電磁振動裝置的振動控制電路的輸入端，使陰陽兩極間施加高頻脈沖電壓的同時主軸振動進給，實現(xiàn)小間隙的振動進給高頻脈沖電流電解加工；當速度傳感器監(jiān)測到伺服進給由慢速進給一快速定位時，微機控制系統(tǒng)會產(chǎn)生另一觸發(fā)信號，該信號輸入到可關(guān)斷晶閘管門極驅(qū)動電路的輸入端，控制可關(guān)斷晶閘管關(guān)斷，陰陽兩極間無高頻脈沖電壓，同時電磁振動裝置的振動控制電路使電磁振動裝置停止振動，之后主軸伺服快速回退至預(yù)定位置，拉大加工間隙以利于電解產(chǎn)物排除、更新電解液，從而改善流場條件，主軸在預(yù)定位置暫停一定時間t2 Ct2=Toff,根據(jù)實際加工對象設(shè)定，通常為1-10S，例如加工復(fù)雜三元流型腔時可設(shè)定為t2=10s，加工微小群縫時可設(shè)定t2=2s)后伺服快速定位到上次伺服慢速進給結(jié)束位置，然后進行下一周期的加工運動，如此重復(fù)，實現(xiàn)振動進給與高頻分組脈沖電參數(shù)的分時控制。所述的主軸振動運動與高頻分組脈沖電參數(shù)的匹配方式如下主軸伺服進給/回退運動的速度變化使微機控制系統(tǒng)產(chǎn)生一觸發(fā)信號控制實現(xiàn)主軸振動與否，即實現(xiàn)伺服進給/回退運動與主軸振動運動的匹配；同時該觸發(fā)信號還控制產(chǎn)生高頻分組脈沖電壓，即實現(xiàn)伺服進給/回退運動與高頻分組脈沖電參數(shù)的匹配，通過伺服進給/回退運動分別與主軸振動運動和高頻分組脈沖電參數(shù)的合理匹配實現(xiàn)主軸振動運動與高頻分組脈沖電參數(shù)的間接匹配。所述的伺服進給/回退運動與主軸振動運動的匹配方式如下當速度傳感器監(jiān)測到伺服進給的速度變化為由快速定位一慢速進給時，微機控制系統(tǒng)會產(chǎn)生一觸發(fā)信號，該信號輸入到電磁振動裝置的振動控制電路的輸入端，控制繼電器得電，使實現(xiàn)主軸振動的電磁振動裝置通電，主軸開始振動，在主軸振動的過程中伴隨著伺服慢速進給，定時一定時間A (根據(jù)主軸伺服慢速進給深度d和進給速度V計算出，I1=Tm=(Vv)后使繼電器失電,主軸停止振動，同時主軸快速回退至預(yù)先設(shè)定的位置，暫停一定時間〖2 Ct2=Toff,根據(jù)實際加工對象設(shè)定，通常為Ι-lOs，例如加工復(fù)雜三元流型腔時可設(shè)定為t2=10s，加工微小群縫時可設(shè)定t2=2s)后快速定位到上次伺服慢速進給結(jié)束位置，如此反復(fù)，電磁振動裝置斷電不振動時主軸伺服快速進給或快速回退，其加電振動時主軸伺服慢速進給，實現(xiàn)主軸振動運動與伺服進給/回退運動的匹配。所述的伺服進給/回退運動與高頻分組脈沖電參數(shù)的匹配方式如下當速度傳感器監(jiān)測到伺服進給的速度變化為由快速定位一慢速進給時，微機控制系統(tǒng)會產(chǎn)生一觸發(fā)信號，該信號輸入到可關(guān)斷晶閘管門極驅(qū)動電路的輸入端控制晶閘管開通，陰陽兩極間施加高頻脈沖電壓，此期間伴隨著主軸伺服慢速進給；當該速度變化為由慢速進給一快速定位時，微機控制系統(tǒng)會產(chǎn)生另一觸發(fā)信號，該信號輸入到可關(guān)斷晶閘管門極驅(qū)動電路的輸入端控制晶閘管關(guān)斷，此時陰陽兩極間無高頻脈沖電壓，從而實現(xiàn)高頻分組脈沖電流電解加工，陰陽兩極間不施加高頻脈沖電壓時主軸伺服快速進給或快速回退，避免該時間段的電解加工過程的二次腐蝕，當施加高頻脈沖電壓時主軸在振動中伺服慢速進給,實現(xiàn)高頻分組脈沖電參數(shù)與伺服進給/回退運動的匹配。本發(fā)明的有益效果如下
I、本發(fā)明中提供的控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)振動進給和高頻分組脈沖電參數(shù)的分時控制，將二者穩(wěn)定可靠地結(jié)合起來，充分發(fā)揮振動進給排除電解產(chǎn)物、排熱，更新電解液和高頻分組脈沖電流改變極間電解液流場，顯著減小極間加工間隙，提高加工精度的優(yōu)勢。2、通過微機控制系統(tǒng)控制高頻脈沖電源輸出高頻分組脈沖電壓，并使其與主軸振動進給運動合理匹配，從而有效降低加工過程中在振動回退時的二次腐蝕，提高電解加工的定域性和復(fù)制精度，這樣可以為后續(xù)數(shù)控電加工留下更小、更均勻的加工余量，可有效減少電極損耗、提高綜合加工效率。3、該項技術(shù)對于精密微細電解加工同樣具有重要意義，能夠在微細孔、窄槽、細縫等廣泛應(yīng)用的微結(jié)構(gòu)的加工中發(fā)揮重要作用。



圖I為振動進給與高頻分組脈沖電參數(shù)的分時控制系統(tǒng)圖。圖2為振動進給與高頻分組脈沖電流電解加工流程圖。圖3為振動進給運動與高頻分組脈沖電壓信號匹配示意圖。
具體實施例方式 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明創(chuàng)造做進一步詳細說明。如圖1、2所示，本發(fā)明分時控制系統(tǒng)包括微機控制系統(tǒng)、主軸振動系統(tǒng)、伺服進給系統(tǒng)、高頻脈沖電源、開關(guān)電路、功率放大電路和過流保護電路。微機控制系統(tǒng)的輸出端分別接主軸振動系統(tǒng)、伺服進給系統(tǒng)、高頻脈沖電源、開關(guān)電路和功率放大電路，開關(guān)電路的輸出端分別連接主軸振動系統(tǒng)和高頻脈沖電源的輸入端，過流保護電路的輸入端連接功率放大電路的輸出端，過流保護電路輸出端分別接微機控制系統(tǒng)和開關(guān)電路的輸入端。微機控制系統(tǒng)可以控制電磁振動裝置的振動頻率、振幅和對比較速度值進行設(shè)定，還可以對高頻脈沖電源的幅值、頻率、占空比等參數(shù)進行調(diào)節(jié)，同時還接受過流信號和觸發(fā)信號對開關(guān)電路進行通斷控制，輸出高頻分組脈沖電壓和實現(xiàn)主軸振動運動。主軸振動系統(tǒng)包括電磁振動裝置和比較電路。開關(guān)電路由速度傳感器、觸發(fā)電路、邏輯電路、光耦隔離電路、驅(qū)動電路、可關(guān)斷晶閘管(GTO)和振動控制電路等構(gòu)成，主要功能是產(chǎn)生觸發(fā)信號并觸發(fā)邏輯電路產(chǎn)生周期脈沖信號，光耦隔離后對該信號進行放大，輸入到可關(guān)斷晶閘管(GTO)的門極端，控制其周期性開斷，同時觸發(fā)信號還觸發(fā)控制振動控制電路中的定時器和繼電器配合工作，控制電磁振動裝置振動與否。過流保護電路中的霍爾電流傳感器測得的電解加工電流值小于可調(diào)電阻設(shè)定值時，過流保護電路中的比較器不產(chǎn)生觸發(fā)信號，此時的加工過程由微機控制系統(tǒng)控制；霍爾電流傳感器測得的電解加工電流值大于可調(diào)電阻設(shè)定值時，比較器產(chǎn)生一比開關(guān)電路產(chǎn)生的觸發(fā)信號優(yōu)先級高的觸發(fā)信號，該信號觸發(fā)門極驅(qū)動電路控制可關(guān)斷晶閘管(GTO)關(guān)斷，并使繼電器失電，同時在控制面板顯示報警。如圖3所示，主軸伺服進給/回退運動包括快速定位(根據(jù)實際加工需要設(shè)定每次進給/回退深度和進給速度，并快速運動至預(yù)先設(shè)定位置，包括快速進給和快速回退兩個過程)和慢速進給(根據(jù)實際電解加工要求該過程進給速度較慢并伴隨有主軸的振動運動)。通過主軸伺服進給/回退運動分別與主軸振動運動、高頻分組脈沖電參數(shù)的合理匹配實現(xiàn)主軸振動運動與高頻分組脈沖電參數(shù)的間接匹配。從而實現(xiàn)了一種由電磁振動裝置控制的主軸低頻振動和數(shù)控系統(tǒng)控制的“振動”(實質(zhì)為伺服進給/回退運動)復(fù)合而成的振動進給與高頻分組脈沖電參數(shù)分時控制的電解加工方法。主軸振動運動與伺服進給/回退運動的匹配速度傳感器實時監(jiān)測伺服運動的速度變化，并將信號發(fā)送給微機控制系統(tǒng)，微機控制系統(tǒng)根據(jù)信號發(fā)出相關(guān)指令。當速度傳感器監(jiān)測伺服進給的速度變化為由快速定位一慢速進給時，微機控制系統(tǒng)會產(chǎn)生一觸發(fā)信號，經(jīng)開關(guān)電路中的邏輯電路、光耦隔離電路和驅(qū)動電路后，輸入到振動控制電路的輸入端控制繼電器得電，使實現(xiàn)主軸振動的電磁振動裝置通電，主軸開始振動，在主軸振動的過程中伴隨著伺服慢速進給(Tm階段)。定時一定時間^后使繼電器失電，主軸停止振動，時間ti根據(jù)主軸伺服慢速進給深度d和進給速度V計算出，t!=Ton=ClZv,同時主軸伺服快速進給、暫停和快速回退(Irff階段)，TfZt^l-lOs，如此反復(fù)，實現(xiàn)主軸振動運動與伺服進給/回退運動的匹配。高頻分組脈沖電參數(shù)與主軸伺服進給/回退運動的匹配方式如下當速度傳感器監(jiān)測到伺服進給的速度變化為由快速定位一慢速進給時，微機控制系統(tǒng)會產(chǎn)生一觸發(fā)信號，經(jīng)開關(guān)電路中的邏輯電路、光耦隔離電路和驅(qū)動電路后輸入到可關(guān)斷晶閘管(GTO)門極驅(qū)動電路的輸入端控制晶閘管開通，陰陽兩極間施加高頻脈沖電壓，進行高頻脈沖電流電解加工，在此期間伴隨著主軸慢速進給(Tm階段)；當該速度變化為由慢速進給一快速定位 時，微機控制系統(tǒng)會產(chǎn)生另一觸發(fā)信號，經(jīng)開關(guān)電路中的邏輯電路、光耦隔離電路和驅(qū)動電路后輸入到可關(guān)斷晶閘管(GTO)的門極驅(qū)動電路的輸入端控制晶閘管關(guān)斷，此時陰陽兩極間無高頻脈沖電壓，同時主軸伺服快速回退、暫停和快速進給(Irff階段)，如此反復(fù)，實現(xiàn)高頻分組脈沖電參數(shù)與主軸伺服進給/回退運動的合理匹配。
權(quán)利要求
1.一種振動進給與高頻分組脈沖電參數(shù)的分時控制系統(tǒng)，其特征在于包括微機控制系統(tǒng)、主軸振動系統(tǒng)、伺服進給系統(tǒng)、高頻脈沖電源、開關(guān)電路、功率放大電路和過流保護電路；微機控制系統(tǒng)的輸出端分別連接主軸振動系統(tǒng)、伺服進給系統(tǒng)、高頻脈沖電源、開關(guān)電路和功率放大電路，開關(guān)電路的輸出端分別連接主軸振動系統(tǒng)和高頻脈沖電源的輸入端，過流保護電路的輸入端連接功率放大電路的輸出端，過流保護電路輸出端分別接微機控制系統(tǒng)和開關(guān)電路的輸入端。
2.ー種基于權(quán)利要求I所述的振動進給與高頻分組脈沖電參數(shù)的分時控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于微機控制系統(tǒng)設(shè)定伺服進給/回退運動的速度、進給深度和控制實現(xiàn)伺服進給/回退運動、主軸振動運動與高頻分組脈沖電參數(shù)的合理匹配；利用速度傳感器監(jiān)測伺服進給的速度變化，并將此信號輸入到微機控制系統(tǒng)，當速度傳感器監(jiān)測到伺服進給由快速定位一慢速進給時，微機控制系統(tǒng)會產(chǎn)生ー觸發(fā)信號，該信號同時輸入到可關(guān)斷晶閘管門極驅(qū)動電路的輸入端和電磁振動裝置的振動控制電路的輸入端，使陰陽兩極間施加高頻脈沖電壓的同時主軸振動進給，實現(xiàn)小間隙的振動進給高頻脈沖電流電解加工；當速度傳感器監(jiān)測到伺服進給由慢速進給一快速定位吋，微機控制系統(tǒng)會產(chǎn)生另ー觸發(fā)信號，該信號輸入到可關(guān)斷晶閘管門極驅(qū)動電路的輸入端，控制可關(guān)斷晶閘管關(guān)斷，陰陽兩極間無高頻脈沖電壓，同時電磁振動裝置的振動控制電路使電磁振動裝置停止振動，之后主軸伺服快速回退至預(yù)定位置，拉大加工間隙以利于電解產(chǎn)物排除、更新電解液，從而改善流場條件；主軸在預(yù)定位置暫停I一IOs后伺服快速定位到上次伺服慢速進給結(jié)束位置，然后進行下一周期的加工運動，如此重復(fù)，實現(xiàn)振動進給與高頻分組脈沖電參數(shù)的分時控制。
3.—種如權(quán)利要求2所述的振動進給與高頻分組脈沖電參數(shù)的分時控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述的主軸振動運動與高頻分組脈沖電參數(shù)的匹配方式如下主軸伺服進給/回退運動的速度變化使微機控制系統(tǒng)產(chǎn)生ー觸發(fā)信號控制實現(xiàn)主軸振動與否，即實現(xiàn)伺服進給/回退運動與主軸振動運動的匹配；同時該觸發(fā)信號還控制產(chǎn)生高頻分組脈沖電壓，即實現(xiàn)伺服進給/回退運動與高頻分組脈沖電參數(shù)的匹配，通過伺服進給/回退運動分別與主軸振動運動和高頻分組脈沖電參數(shù)的合理匹配實現(xiàn)主軸振動運動與高頻分組脈沖電參數(shù)的間接匹配。
4.一種如權(quán)利要求3所述的振動進給與高頻分組脈沖電參數(shù)的分時控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述的伺服進給/回退運動與主軸振動運動的匹配方式如下當速度傳感器監(jiān)測到伺服進給的速度變化為由快速定位一慢速進給時，微機控制系統(tǒng)會產(chǎn)生ー觸發(fā)信號，該信號輸入到電磁振動裝置的振動控制電路的輸入端，控制繼電器得電，使實現(xiàn)主軸振動的電磁振動裝置通電，主軸開始振動，在主軸振動的過程中伴隨著伺服慢速進給，定時一定時間t后使繼電器失電，主軸停止振動，其中'=Tm=CVv, d為主軸伺服慢速進給深度，V為進給速度，同時主軸快速回退至預(yù)先設(shè)定的位置，暫停I一IOs后快速定位到上次伺服慢速進給結(jié)束位置，如此反復(fù)，電磁振動裝置斷電不振動時主軸伺服快速進給或快速回退，其加電振動時主軸伺服慢速進給，實現(xiàn)主軸振動運動與伺服進給/回退運動的匹配。
5.一種如權(quán)利要求3所述的振動進給與高頻分組脈沖電參數(shù)的分時控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述的伺服進給/回退運動與高頻分組脈沖電參數(shù)的匹配方式如下當速度傳感器監(jiān)測到伺服進給的速度變化為由快速定位一慢速進給時，微機控制系統(tǒng)會產(chǎn)生ー觸發(fā)信號，該信號輸入到可關(guān)斷晶閘管門極驅(qū)動電路的輸入端控制晶閘管開通，陰陽兩極間施加高頻脈沖電壓，此期間伴隨著主軸伺服慢速進給；當該速度變化為由慢速進給一快速定位吋，微機控制系統(tǒng)會產(chǎn)生另ー觸發(fā)信號，該信號輸入到可關(guān)斷晶閘管門極驅(qū)動電路的輸入端控制晶閘管關(guān)斷，此時陰陽兩極間無高頻脈沖電壓，從而實現(xiàn)高頻分組脈沖電流電解加工，陰陽兩極間不施加高頻脈沖電壓時主軸伺服快速進給或快速回退，避免該時間段的電解加工過程的二次腐蝕，當施加高頻脈沖電壓時主軸在振動中伺服慢速進給，實 現(xiàn)高頻分組脈沖電參數(shù)與伺服進給/回退運動的匹配。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種振動進給與高頻分組脈沖電參數(shù)的分時控制系統(tǒng)及控制方法，屬于電解加工過程控制技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明分時控制系統(tǒng)包括微機控制系統(tǒng)、主軸振動系統(tǒng)、伺服進給系統(tǒng)、高頻脈沖電源、開關(guān)電路、功率放大電路和過流保護電路。本發(fā)明控制方法通過微機控制系統(tǒng)設(shè)定高頻脈沖電源參數(shù)(包括頻率、占空比和幅值)、電磁振動裝置的振動頻率和振幅以及比較速度值，并控制實現(xiàn)伺服進給/回退運動、主軸振動運動和高頻分組脈沖電參數(shù)的合理匹配，實現(xiàn)電解加工過程中振動進給與高頻分組脈沖電參數(shù)的分時控制，有效提高電解加工過程穩(wěn)定性和加工精度。該項技術(shù)對于精密微細電解加工具有重要意義。
文檔編號B23H3/02GK102728910SQ20121017925
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者唐蘭劍, 李龍, 王峰, 肖雄, 袁立新, 趙建社 申請人:南京航空航天大學