一種電火花機加工進給自動控制的方法及控制系統與流程

本發明涉及電火花加工進給自動控制技術領域，尤其涉及一種電火花機加工進給自動控制的方法及控制系統。

背景技術：

目前，電火花加工是由脈沖電源的一極接工具電極，另一極接工件電極，兩極均浸入具有一定絕緣度的液體介質（常用煤油或礦物油或去離子水）中。由自動進給控制系統根據電極與工件之間的間隙控制電機正反轉，電機連接絲桿帶動工具電極實現進給、回退，以保證工具電極與工件在正常加工時維持一很小的放電間隙。現有電火花機加工進給控制系統種類很多，按執行元件大致分為：步進電機式、直流伺服電機式、交流伺服電機式、直線電機式，只適用予大、中型和電火花成形加工機床。不適合便攜式火花機的使用，其結構復雜、體積大、成本高、操作維修復雜的特性。

技術實現要素：

為了克服背景技術中的不足，本發明提供一種電火花機加工進給自動控制的方法及控制系統。

為了實現上述發明目的，本發明采用技術方案如下：

一種電火花機加工進給自動控制系統，由接收放電間隙的比較電路通過放大驅動電路與執行電路相連，執行電路的進給信號通過調節對象電路、取樣電路，再反饋至比較電路電連接組成。

一種電火花機加工進給自動控制系統，所述調節對象電路，電火花加工時具有調節電極與工件之間的火花放電間隙，即根據設定值伺服參考電壓等的要求，始終跟蹤保持某一平均的火花放電間隙，使調節電火花加工時，電極與工件保持的距離為：0.2—0.3mm。

一種電火花機加工進給自動控制系統，所述取樣電路，采用測量與放電間隙成比例關系的電參數來間接反映放電間隙大小的雙電壓比較器LM393。

一種電火花機加工進給自動控制系統，所述放大驅動電路，采用馬達正反轉驅動芯片L7010R，具有控制和驅動直流電機的兩通道功率MOSFET的H橋集成電路器件，每通道設置為2A的峰值電流，且每通道具有抗干擾性強的兩個TTL/CMOS兼容電平輸入，并且通過內置的鉗位二極管，具有釋放感性負載的反相沖擊電流。

一種電火花機加工進給自動控制系統，所述執行裝置采用自帶減速機的直流電機；直流電機轉速：60轉/min；電壓DC12V。

一種電火花機加工進給自動控制系統，所述比較電路，采用電壓比較器LM393根據取樣信號比較輸出高、低電平，驅動環節選用馬達正反轉驅動芯片L7010R，根據比較器提供的高低電平來控制電機正轉、反轉，實現控制放電間隙的大小，驅動放大電路會使系統產生過大的超調，即出現自激現象，外圍電路增加消振，使電極進給更平穩。

一種電火花機加工進給自動控制系統，所述進給自動控制系統的接線端設置為與外部連接更方便的六線快插接頭；六線快插接頭包括：輸入端、檢測端、輸出端，其中輸入端電壓為：DC12V；檢測端為取樣信號和參考信號；輸出端電壓為：隨檢測電極與工件間距離改變的正負相電壓：DC±12V。

一種電火花機加工進給自動控制的方法，電火花加工時，采用進給自動控制系統，使工具電極自動進給，其步驟如下：

1）將浸入絕緣的液體介質中的脈沖電源的一極接工具電極，脈沖電源的另一極接工件電極，自動進給控制系統通過電極與工件之間的間隙控制電機正反轉；使電機通過絲桿帶動的工具電極，通過進給、回退與工件電極維持的放電間隙在0.2～0.3mm內；

2）當取樣電路的兩個比較器的輸入端分別輸入取樣信號和參考信號，取樣信號與參考信號通過放大驅動電路，控制電機工作狀態，當放大驅動電路第一輸入端FIN輸入高電平信號H，第二輸入端RIN輸入低電平信號L，放大驅動電路第一輸出端OUT1輸出高電平信號H，第二輸出端OUT2輸出低電平信號L，電機M正轉；當放大驅動電路第一輸入端FIN輸入低電平信號L，第二輸入端RIN輸入高電平信號H，放大驅動電路第一輸出端OUT1輸出低電平信號L，第二輸出端OUT2輸出高電平信號H，電機M反轉；

3）當第一個脈沖放電，脈沖電壓加到兩極之間，便將極間最近點的液體介質擊穿，形成放電通道，致使高度集中的10～107W／mm能量，放電區域產生的瞬時高溫，使工件的材料放電處熔化，形成一個小凹坑；

4）當第二個脈沖放電，脈沖電壓又加到兩極之間，在另一極間最近點擊穿液體介質對工件的材料放電；如此周而復始高頻率地循環下去，工具電極不斷地通過自動進給控制系統的電機轉動，向工件進給，加工的形狀最終復制在工件上，完成對工件的加工。

一種電火花機加工進給自動控制的方法，所述控制電機工作狀態，

當放大驅動電路第一輸入端FIN輸入高電平信號H，第二輸入端RIN輸入高電平信號H，放大驅動電路第一輸出端OUT1輸出低電平信號L，第二輸出端OUT2輸出低電平信號L，電機M剎車；

當放大驅動電路第一輸入端FIN輸入低電平信號L，第二輸入端RIN輸入低電平信號L，放大驅動電路第一輸出端OUT1輸出高電平信號H，第二輸出端OUT2輸出高電平信號H，電機M待機模式。

由于采用如上所述的技術方案，本發明具有如下優越性：

本發明的電火花加工進給自動控制系統執行元件采用直流電機，能有效地控制放電間隙的大小，實現放電加工的效果，具有重量輕、體積小、成本低、性能穩定、操作簡單、高響應、壽命長等優點。適合便攜式火花機的使用，體現便攜式火花機便攜、經濟、普及性、操作簡單的特性。

本發明的自動進給控制系統占有很重要的位置，它的性能直接影響加工穩定性和加工效果。優良的自動控制系統可以最大限度地發揮脈沖電源和電火花機的功能，提高脈沖電源的利用率，有效地防止拉弧燒傷，使電火花加工獲得較好的加工性能。

附圖說明

圖1是電火花機加工進給自動控制系統方框工作示意圖；

圖2是電火花機加工進給自動控制系統的電路方框圖；

圖3是電火花機自動控制系統總體結構電路原理圖。

具體實施方式

如圖1、2、3所示，一種電火花機加工進給自動控制系統，由接收放電間隙的比較電路通過放大驅動電路與執行電路相連，執行電路的進給信號通過調節對象電路、取樣電路，再反饋至比較電路電連接組成。所述調節對象電路，電火花加工時具有調節電極與工件之間的火花放電間隙，即根據設定值伺服參考電壓等的要求，始終跟蹤保持某一平均的火花放電間隙，使調節電火花加工時，電極與工件保持的距離為：0.2—0.3mm。

所述取樣電路，采用測量與放電間隙成比例關系的電參數來間接反映放電間隙大小的雙電壓比較器LM393。所述放大驅動電路，采用馬達正反轉驅動芯片L7010R，具有控制和驅動直流電機的兩通道功率MOSFET的H橋集成電路器件，每通道設置為2A的峰值電流，且每通道具有抗干擾性強的兩個TTL/CMOS兼容電平輸入，并且通過內置的鉗位二極管，具有釋放感性負載的反相沖擊電流。

所述執行裝置采用自帶減速機的直流電機；直流電機轉速：60轉/min；電壓DC12V。所述比較電路，采用電壓比較器LM393根據取樣信號比較輸出高、低電平，驅動環節選用馬達正反轉驅動芯片L7010R，根據比較器提供的高低電平來控制電機正轉、反轉，實現控制放電間隙的大小，驅動放大電路會使系統產生過大的超調，即出現自激現象，外圍電路增加消振，使電極進給更平穩。

所述進給自動控制系統的接線端設置為與外部連接更方便的六線快插接頭；六線快插接頭包括：輸入端、檢測端、輸出端，其中輸入端電壓為：DC12V；檢測端為取樣信號Q和參考信號C；輸出端電壓為：隨檢測電極與工件間距離改變的正負相電壓：DC±12V。

一種電火花機加工進給自動控制的方法，電火花加工時，采用進給自動控制系統，使工具電極自動進給，其步驟如下：

1）將浸入絕緣的液體介質中的脈沖電源的一極接工具電極，脈沖電源的另一極接工件電極，自動進給控制系統通過電極與工件之間的間隙控制電機正反轉；使電機通過絲桿帶動的工具電極，通過進給、回退與工件電極維持的放電間隙在0.2～0.3mm內；

2）當取樣電路的兩個比較器的輸入端分別輸入取樣信號和參考信號，取樣信號與參考信號通過放大驅動電路，控制電機工作狀態，當放大驅動電路第一輸入端FIN輸入高電平信號H，第二輸入端RIN輸入低電平信號L，放大驅動電路第一輸出端OUT1輸出高電平信號H，第二輸出端OUT2輸出低電平信號L，電機M正轉；

當放大驅動電路第一輸入端FIN輸入低電平信號L，第二輸入端RIN輸入高電平信號H，放大驅動電路第一輸出端OUT1輸出低電平信號L，第二輸出端OUT2輸出高電平信號H，電機M反轉；

當放大驅動電路第一輸入端FIN輸入高電平信號H，第二輸入端RIN輸入高電平信號H，放大驅動電路第一輸出端OUT1輸出低電平信號L，第二輸出端OUT2輸出低電平信號L，電機M剎車；

當放大驅動電路第一輸入端FIN輸入低電平信號L，第二輸入端RIN輸入低電平信號L，放大驅動電路第一輸出端OUT1輸出高電平信號H，第二輸出端OUT2輸出高電平信號H，電機M待機模式；

3）當第一個脈沖放電，脈沖電壓加到兩極之間，便將極間最近點的液體介質擊穿，形成放電通道，致使高度集中的10～107W／mm能量，放電區域產生的瞬時高溫，使工件的材料放電處熔化，形成一個小凹坑；

4）當第二個脈沖放電，脈沖電壓又加到兩極之間，在另一極間最近點擊穿液體介質對工件的材料放電；如此周而復始高頻率地循環下去，工具電極不斷地通過自動進給控制系統的電機轉動，向工件進給，加工的形狀最終復制在工件上，完成對工件的加工。

本發明電火花機加工進給自動控制系統是由調節對象、取樣環節、比較環節、放大驅動環節、執行環節組成。

如圖1:

1)調節對象：電火花加工時的調節對象就是電極與工件之間的火花放電間隙，即加工時電極與工件要保持的距離（0.2—0.3mm），根據設定值伺服參考電壓等的要求，始終跟蹤保持某一平均的火花放電間隙。

2)取樣環節：采用測量與放電間隙成比例關系的電參數來間接反映放電間隙的大小。

3)放大驅動環節：取樣信號功率小，難以驅動執行元件，靠放大驅動環節根據取樣信號放大來驅動執行元件。

4)執行環節：采用直流電機（自帶減速機）DC12V2W轉速：60轉/min，帶動主軸進給。

本發明電火花機加工進給自動控制系統，采用電壓比較器LM393根據取樣信號比較輸出高、低電平，驅動環節選用馬達正反轉驅動芯片L7010R，根據比較器提供的高低電平來控制電機正轉、反轉，實現控制放電間隙的大小，驅動放大電路會使系統產生過大的超調，即出現自激現象，外圍電路增加消振，使電極進給更平穩。

如圖2:

1、取樣環節選用雙電壓比較器LM393如圖2，由于兩個比較器是“＋、－”輸入端相連，所以在取樣信號有電壓輸入時與參考信號比較，輸出是一個高電平和一個低電平。

2、放大驅動環節選用馬達正反轉驅動芯片L7010R，該芯片是控制和驅動直流電機設計的兩通道功率MOSFET的H橋集成電路器件，它可以控制電機正轉、反轉并且具有剎車功能，用來代替傳統分立器件驅動電路，使外圍器件減少，整機可靠性提高。該芯片有兩個TTL/CMOS兼容電平輸入，具有良好的抗干擾性，連個輸出端能直接驅動直流電機，它具有較大的電流驅動能力，每通道能通過2A的峰值電流，同時它具有較低的導通電阻，內置的鉗位二極管能釋放感性負載的反相沖擊電流，使它驅動電機時安全可靠。

該芯片根據取樣環節輸出的高低電平到FIN和RIN來控制輸出OUT1、OUT2的正負相，從而來控制直流電機的正反轉。

輸入、輸出邏輯關系如表。

3、電火花加工進給自動控制系統集中封裝予100*62*35mm的機殼內，輸入、輸出選用六線快插接頭，與外部連接更方便。輸入：DC12V，輸出：DC±12V(隨檢測電極與工件間的距離改變正負相)。