[发明专利]基于电流脉冲概率检测的电火花伺服控制方法有效

专利信息
申请号: 201210441231.7 申请日: 2012-11-07
公开(公告)号: CN102909447A 公开(公告)日: 2013-02-06
发明(设计)人: 刘志东;邱明波;潘慧君;田宗军;沈理达 申请(专利权)人: 南京航空航天大学
主分类号: B23H7/18 分类号: B23H7/18
代理公司: 南京天华专利代理有限责任公司 32218 代理人: 瞿网兰
地址: 210016 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 基于 电流 脉冲 概率 检测 电火花 伺服 控制 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种电火花加工技术,尤其是一种电火花加工中电极进给速度的控制方法,具体地说是一种适用于金属、半导体材料及含有导电物质的非均质复合材料电火花加工的基于电流脉冲概率检测的电火花伺服控制方法。

背景技术

电火花加工是利用两极间脉冲放电时产生的高温电蚀作用蚀除材料的一种特种加工方法。其主要有以下特点:

1.能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件; 

2.加工时无宏观切削力;

3.不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷;

4.工具电极材料无需比工件材料硬。

为维持正常的火花放电,必须使工件和电极间有一定的放电间隙,通过检测工件与电极间的间距大小来进行自动的伺服进给。现有传统的伺服控制方法主要是通过工件和电极间的平均电压大小来间接反映间隙的大小,主要方法有平均电压检测法和峰值电压检测法。

平均电压检测法就是利用加工时的平均电压与所设基准电压进行比较,从而决定是否进行伺服进给。由图1金属材料电火花加工三种放电状态的电流电压特性可知,在空载、正常放电和短路状态下其电压特征有明显的区别。在加工时,若空载电压脉冲较多,其极间平均电压则会增加;若短路电压脉冲较多,则极间平均电压就会降低。当极间平均电压高于基准电压,说明此时放电间隙大于理想放电间隙,处于欠跟踪状态,应增大进给速度;当平均电压低于基准电压,说明此时放电间隙小于理想放电间隙,处于过跟踪状态,应减小进给速度;当平均电压与基准电压相近,说明此时放电间隙为较理想放电间隙,则维持当前电极进给速度。在加工中可以通过调整伺服进给达到理想的进给速度。

但现有的伺服控制方法存在局限性,在加工时需人工调节各种参数来达到理想的进给速度。反馈系统只能在所设定的范围内进行伺服调节,无法自动的达到最佳的进给速度,所以很大程度上依赖于操作人员的经验。

随着科技的发展,半导体材料在各行业中应用日趋广泛,但半导体属于典型的硬脆型材料,其具有脆性高,断裂韧性低,材料的弹性极限和强度非常接近等特点,传统的机械加工方法在遇到高厚度、非直线加工面时十分困难。电火花加工是一种没有宏观加工力的特种加工方法,其具有能量密度高、加工不受材料硬度限制等特点,非常适合对硬脆半导体材料的加工。经过科研人员的努力已经对电火花加工半导体的可行性、加工机理和加工工艺等有了深刻的了解,目前存在的最大问题就是如何保障半导体材料电火花加工时进行稳定的自动伺服进给。

由图2可以看出半导体材料采用恒压电源时电火花加工三种状态下(空载、正常放电、短路)的电流、电压特性与金属电火花加工有着本质的区别。由于半导体体电阻的存在,电压取样信号不再仅仅取到的是极间放电电压,而且还包含半导体体电阻上以及进电接触端接触势垒上的压降。在正常放电和短路状态下,电压较空载时不会有明显的下降。此时如采用上述传统伺服控制方法,系统会将所有加工状态都当作空载状态处理,此时极间取样电压会一直高于基准电压,伺服系统会不断提高进给速度,直至速度达到所设定的最大值,在电火花加工时,此时电极与半导体往往已处于短路且电极已经被半导体顶弯,甚至会压断。所以用现有伺服系统在对半导体进行加工时将无法辨别加工状况,在加工中往往出现短路情况。目前,在半导体材料的电火花加工中只能根据技术人员的经验进行恒速进给,这样不仅加工效率低,并且加工精度也无法得到保证。

对于非均质材料,如碳纤维材料,虽然存在导电物质,但由于材料电阻率不均匀,同样不能采用现有伺服取样控制方法进行加工。

发明内容

本发明的目的是针对现有的电火花加工中进给速度调整是以电压检测为依据从而极易造成过度进给或欠进给现象发生,影响加工速度和质量的问题,发明一种以电流脉冲为依据来调节电极进给速度的基于电流脉冲概率检测的电火花伺服控制方法。

本发明的技术方案是:

一种基于电流脉冲概率检测的电火花伺服控制方法,其特征是以电流信号为采样信号,通过取样电路在采样周期内对电流脉冲出现概率进行采集得到采样电流脉冲概率;采样电流脉冲概率指产生电流的脉冲的个数占采样周期总脉冲个数的百分比;采用微处理器对采样电流脉冲概率进行计算和存储,将采样电流脉冲概率与所设定的电流脉冲概率进行比较,得到比例因子作为伺服控制依据,从而控制电火花机床进给;

比例因子=[设定的电流脉冲概率÷采样电流脉冲概率]n

n为一大于0小于1的数,n越小,每次速度调节的幅度就越小,速度变化越平稳。但如果n值太小则会导致反应过慢,一般取1/3≤n≤1/2。

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