專(zhuān)利名稱(chēng)：電火花誘導(dǎo)可控?zé)g及機(jī)械修整復(fù)合切削雙伺服進(jìn)給加工系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一套電火花誘導(dǎo)可控?zé)g及機(jī)械修整復(fù)合切削雙伺服進(jìn)給加工系統(tǒng)，具體地說(shuō)是一套能保證電火花誘導(dǎo)可控?zé)g及機(jī)械修整復(fù)合切削加工穩(wěn)定進(jìn)行，將放電誘導(dǎo)可控?zé)g取樣伺服進(jìn)給與切削力取樣自動(dòng)伺服進(jìn)給相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)難加工金屬材料進(jìn)行放電誘導(dǎo)可控?zé)g并同時(shí)通過(guò)機(jī)械修整刀具對(duì)燒蝕層和軟化層進(jìn)行修整的雙伺服進(jìn)給加工系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電火花誘導(dǎo)可控?zé)g高效加工方法是利用金屬的可燃特性，在脈沖電源作用下，利用難加工金屬材料與誘導(dǎo)燒蝕電極之間產(chǎn)生電火花誘導(dǎo)放電，使得少量難加工材料被火花放電蝕除，形成放電凹坑，凹坑及附近材料由于溫度較高，產(chǎn)生活化區(qū)，達(dá)到金屬燃點(diǎn)溫度以上。同時(shí)向加工區(qū)域連續(xù)通入能與難加工金屬材料產(chǎn)生燃燒放熱效應(yīng)的助燃?xì)怏w，在助燃?xì)怏w作用下活化區(qū)及其周?chē)饘俨牧媳徽T導(dǎo)引燃，產(chǎn)生劇烈的燒蝕反應(yīng)，強(qiáng)烈的燒蝕反應(yīng)蝕除大量金屬材料，形成燒蝕坑。同時(shí)，燒蝕釋放出大量熱量作用于被加工金屬材料基體，使得加工區(qū)域金屬材料被加熱軟化甚至達(dá)到熔融狀態(tài)。然后，利用刀具的機(jī)械修整作用將覆蓋在工件表面的燃燒產(chǎn)物和軟化層機(jī)械修整切削去除，露出新的基體材料。由于機(jī)械修整刀具不與脈沖電源相連接，加工過(guò)程中刀具與工件不產(chǎn)生電火花放電，刀具不會(huì)因電火花放電而產(chǎn)生放電損耗，并且刀具主要對(duì)已軟化區(qū)域進(jìn)行加工，從而減少了刀具損耗。誘導(dǎo)燒蝕電極進(jìn)給速度將直接影響工件燒蝕速度、軟化層厚度、燒蝕表面質(zhì)量、燒蝕的可控性，因此必須進(jìn)行取樣伺服控制，而機(jī)械修整主要是將燒蝕產(chǎn)生的燒蝕產(chǎn)物及軟化切削去除，并且由于加工對(duì)象為難切削金屬材料，因此應(yīng)盡量少的切削到基體材料，以減少刀具損耗。因此，必須有兩套完整的取樣自動(dòng)進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)來(lái)保證誘導(dǎo)燒蝕電極以及機(jī)械修整刀具的合理進(jìn)給速度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)電火花誘導(dǎo)可控?zé)g及機(jī)械修整復(fù)合切削伺服進(jìn)給問(wèn)題，發(fā)明了一套包括誘導(dǎo)燒蝕電極的基于燒蝕取樣伺服進(jìn)給和機(jī)械修整刀具的基于切削力取樣伺服進(jìn)給的雙伺服進(jìn)給加工系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一套電火花誘導(dǎo)可控?zé)g及機(jī)械修整復(fù)合切削雙伺服進(jìn)給加工系統(tǒng)，其特征是它包括以下兩套相輔相成的自動(dòng)進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)
(I)電火花誘導(dǎo)燒蝕電極伺服進(jìn)給控制系統(tǒng)，它以工件與電極之間燒蝕狀態(tài)為采樣信號(hào)，通過(guò)工件與電極之間的燒蝕狀態(tài)控制電極進(jìn)給；在燒蝕取樣伺服進(jìn)給系統(tǒng)控制下，保障誘導(dǎo)燒蝕電極與工件材料之間電火花誘導(dǎo)燒蝕能夠可控、穩(wěn)定、高效地進(jìn)行，可控?zé)g后工件加工區(qū)域形成燒蝕產(chǎn)物及軟化層，完成電火花誘導(dǎo)可控?zé)g加工過(guò)程； (2)機(jī)械修整刀具伺服進(jìn)給控制系統(tǒng)，它以機(jī)械修整刀具切削力為采樣信號(hào)，以此切削力信號(hào)控制機(jī)械修整刀具進(jìn)給；在切削力取樣自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制下，機(jī)械修整刀具將燒蝕產(chǎn)生的燒蝕產(chǎn)物及軟化層切削去除，露出新的基體金屬材料表面，完成機(jī)械修整過(guò)程;
在所述的雙伺服進(jìn)給控制系統(tǒng)控制下，電火花誘導(dǎo)可控?zé)g和機(jī)械修整過(guò)程交替重復(fù)進(jìn)行，直至完成對(duì)難加工金屬材料的加工。詳述如下
一、電火花誘導(dǎo)燒蝕取樣的伺服進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)。電火花誘導(dǎo)燒蝕電極作用在脈沖電源作用下，誘導(dǎo)燒蝕電極與難加工金屬材料之間產(chǎn)生電火花誘導(dǎo)放電，具有一定壓力(0. OflOMPa)的助燃?xì)怏w通過(guò)誘導(dǎo)燒蝕電極內(nèi)部進(jìn)氣孔充入加工區(qū)域，與處于加工區(qū)域的金屬材料產(chǎn)生劇烈的電火花引燃燒蝕加工，蝕除大量難加工材料。同時(shí)，燒蝕釋放出的大量熱量作用于被加工材料基體，使難加工金屬材料加工區(qū)域被加熱軟化甚至達(dá)到熔融狀態(tài)。誘導(dǎo)燒蝕電極的進(jìn)給直接影響難加工材料的燒蝕速度、燒蝕表面質(zhì)量、軟化層厚度、燒蝕的可控性和穩(wěn)定性等，因此必須有一套自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)誘導(dǎo)燒蝕電極的進(jìn)給速度，保證工件材料與誘導(dǎo)燒蝕電極之間穩(wěn)定、可控、高效燒蝕的進(jìn)行。本發(fā)明中，誘導(dǎo)燒蝕電極的取樣伺服進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)采樣信號(hào)為工件與電極間燒蝕狀態(tài)(燒蝕狀態(tài)信號(hào)可以是燒蝕放電電流(電壓)、放電脈沖峰值電流(電壓)、燒蝕放電脈沖有效放電個(gè)數(shù)、燒蝕平均放電效率、燒蝕放電功率等)，通過(guò)該系統(tǒng)控制誘導(dǎo)燒蝕電極的進(jìn)給，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的穩(wěn)定、可控、高效燒蝕加工。檢測(cè)電路對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并按照比例放大后，通過(guò)信號(hào)處理電路輸出一個(gè)反應(yīng)燒蝕狀態(tài)的電壓信號(hào)(0V-10V)。當(dāng)電壓為OV時(shí)，說(shuō)明極間處于短路狀態(tài)，短路不能為燒蝕提供足夠的引燃能量，為了改善極間誘導(dǎo)放電狀態(tài)，電極需要回退；當(dāng)電壓為IOV時(shí)，說(shuō)明極間處于空載狀態(tài)，工件與電極之間無(wú)電火花放電，無(wú)法引燃工件，電極需要快速進(jìn)給，因此一般取極間電壓為4V-6V時(shí)為穩(wěn)定加工狀態(tài)，穩(wěn)定加工過(guò)程電火花誘導(dǎo)放電狀態(tài)為正常放電或者拉弧放電。變頻電路為電壓-頻率(V/F)轉(zhuǎn)換器，將該電壓信號(hào)放大并反向線性轉(zhuǎn)換成0-1000HZ不同頻率的脈沖串，電壓信號(hào)越大，脈沖頻率越低，該脈沖串通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制誘導(dǎo)燒蝕電極的進(jìn)給速度的大小，使得誘導(dǎo)燒蝕電極的進(jìn)給速度等于工件電火花誘導(dǎo)燒蝕速度。由于電火花誘導(dǎo)可控?zé)g加工完成后工件表面會(huì)產(chǎn)生燒蝕坑以及燒蝕產(chǎn)物，工件表面質(zhì)量較差。并且燒蝕坑將影響燒蝕加工區(qū)域助燃?xì)怏w流場(chǎng)的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響燒蝕的可控性；加之燒蝕產(chǎn)物以氧化物形式存在，覆蓋在工件加工表面，影響電火花引燃放電。因此，需要一套機(jī)械修整刀具自動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)控制機(jī)械修整刀具將燒蝕產(chǎn)生的燒蝕產(chǎn)物及軟化層切削去除。二、切削力的機(jī)械修整刀具自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)。機(jī)械修整刀具的作用是將燒蝕產(chǎn)生的燒蝕產(chǎn)物及軟化層材料切削去除，露出新的基體材料，以保證加工表面質(zhì)量、提高加工效率，并且為減少切削難加工金屬材料時(shí)刀具的磨損，必須有一套自動(dòng)進(jìn)給控制系統(tǒng)來(lái)控制機(jī)械修整刀具的合理進(jìn)給，使得進(jìn)給量基本控制在切除燒蝕產(chǎn)物及軟化層范圍內(nèi)，而盡量少或者不要切削到基體材料。
本發(fā)明中，機(jī)械修整刀具自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)采樣信號(hào)為切削力，通過(guò)切削力的大小控制機(jī)械修整刀具進(jìn)給速度，使得機(jī)械修整刀具將燒蝕產(chǎn)物及軟化層材料切削去除，并露出基體材料。檢測(cè)電路對(duì)切削力信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并按照比例放大后，通過(guò)信號(hào)處理電路輸出一個(gè)反應(yīng)切削力大小的電壓信號(hào)(0V-20V)。當(dāng)切削力為0時(shí)，刀具未切削工件材料，輸出電壓信號(hào)為OV ;當(dāng)?shù)毒咔邢鞯交w材料時(shí)，切削力最大，輸出電壓為20V，一般取代表切削力的電壓信號(hào)為5V-10V時(shí)為穩(wěn)定切削加工狀態(tài)。后續(xù)變頻電路為一個(gè)頻率可變的脈沖發(fā)生器，它把電壓信號(hào)反向線性轉(zhuǎn)換成頻率可變化的的脈沖串，切削力越大，電壓信號(hào)越高，脈沖頻率越低。該脈沖串通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制機(jī)械修整刀具進(jìn)給速度的大小，當(dāng)切削力較小時(shí)，則輸出較高的脈沖頻率，步進(jìn)電機(jī)加速進(jìn)給。當(dāng)切削力較大，則輸出較低的脈沖頻率，步進(jìn)電機(jī)減速進(jìn)給，從而使得機(jī)械修整刀具保持合適的進(jìn)給速度，使得機(jī)械修整刀具進(jìn)給量盡量等于燒蝕產(chǎn)物及軟化層厚度之和，以達(dá)到具有所謂的“跟蹤”切削功能。上述兩套自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)共同實(shí)現(xiàn)對(duì)難加工金屬材料的電火花誘導(dǎo)可控?zé)g以及機(jī)械修整復(fù)合切削加工。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明加工效率高，與電火花加工相比可數(shù)百倍甚至數(shù)千倍的提高材料去除率，很好地解決了難加工金屬材料加工效率低的難題。本發(fā)明刀具磨損低，由于機(jī)械修整刀具主要對(duì)于已軟化區(qū)域進(jìn)行加工，從而減少了刀具損耗，提高了刀具的使用壽命，并且降低了加工難切削金屬材料時(shí)對(duì)刀具材料性能要求，對(duì)降低難加工金屬材料的加工成本，擴(kuò)大應(yīng)用范圍有很大的作用。本發(fā)明可顯著提高加工表面質(zhì)量，由于刀具的機(jī)械修整作用，加工表面最終為機(jī)械加工表面。


圖I是本發(fā)明的電火花誘導(dǎo)燒蝕電極伺服進(jìn)給控制系統(tǒng)原理框圖。圖2是本發(fā)明的機(jī)械修整刀具自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理框圖。圖3本發(fā)明的外圓車(chē)削時(shí)的加工系統(tǒng)示意圖。圖4是本發(fā)明的誘導(dǎo)燒蝕電極形狀示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖I- 4所示?！N電火花誘導(dǎo)可控?zé)g及機(jī)械修整復(fù)合切削雙伺服進(jìn)給加工系統(tǒng)，以圖3所示的外圓車(chē)削加工系統(tǒng)為例，它由以下兩套相輔相成的電火花誘導(dǎo)燒蝕電極伺服進(jìn)給控制系統(tǒng)和機(jī)械修整刀具伺服進(jìn)給控制系統(tǒng)組成，在所述的的雙伺服進(jìn)給控制系統(tǒng)控制下，誘導(dǎo)燒蝕電極伺服進(jìn)給控制系統(tǒng)完成電火花誘導(dǎo)可控?zé)g，機(jī)械修整刀具伺服進(jìn)給控制系統(tǒng)完成機(jī)械修整，交替重復(fù)電火花誘導(dǎo)可控?zé)g和機(jī)械修整過(guò)程，即可完成對(duì)難加工金屬材料的加工。其中 (I)誘導(dǎo)燒蝕電極伺服進(jìn)給控制系統(tǒng)，以工件與電極之間燒蝕狀態(tài)為采樣信號(hào)，通過(guò)工件與電極之間的燒蝕信號(hào)控制電極進(jìn)給；在基于燒蝕取樣伺服進(jìn)給系統(tǒng)控制下，誘導(dǎo)燒蝕電極與工件材料之間電火花誘導(dǎo)燒蝕能夠可控、穩(wěn)定、高效地進(jìn)行，可控?zé)g后工件加工區(qū)域形成燒蝕產(chǎn)物及軟化層，完成電火花誘導(dǎo)可控?zé)g；誘導(dǎo)燒蝕電極作用在脈沖電源作用下，誘導(dǎo)燒蝕電極與難加工金屬材料之間產(chǎn)生電火花誘導(dǎo)放電，具有一定壓力(0. OflOMPa)的助燃?xì)怏w通過(guò)誘導(dǎo)燒蝕電極內(nèi)部進(jìn)氣孔充入加工區(qū)域，與處于加工區(qū)域的金屬材料產(chǎn)生劇烈的電火花引燃燒蝕，劇烈的燒蝕反應(yīng)蝕除大量難加工材料。同時(shí)，燒蝕釋放出的大量熱量作用于被加工材料基體，使難加工金屬材料加工區(qū)域被加熱軟化甚至達(dá)到熔融狀態(tài)。誘導(dǎo)燒蝕電極的進(jìn)給直接影響難加工材料的燒蝕速度、燒蝕表面質(zhì)量、軟化層厚度、燒蝕的可控性和穩(wěn)定性等，因此必須有一套自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)誘導(dǎo)燒蝕電極的進(jìn)給速度，保證工件材料與誘導(dǎo)燒蝕電極之間穩(wěn)定、可控、高效燒蝕的進(jìn)行。本發(fā)明中，誘導(dǎo)燒蝕電極的取樣伺服進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)采樣信號(hào)為工件與電極間燒蝕放電電流(電壓)、放電脈沖峰值電流(電壓)、燒蝕放電脈沖有效個(gè)數(shù)、燒蝕平均放電效率、燒蝕放電功率等等)，進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)該采樣信號(hào)控制誘導(dǎo)燒蝕電極的進(jìn)給，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的的穩(wěn)定、可控、高效燒蝕加工。檢測(cè)電路對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并按照比例放大后，通過(guò)信號(hào)處理電路輸出一個(gè)反應(yīng)燒蝕狀態(tài)的電壓信號(hào)(0V-10V)。當(dāng)電壓為OV時(shí)，說(shuō)明極間處于短路狀態(tài)，要回退；當(dāng)電壓為IOV時(shí)，說(shuō)明極間處于空載狀態(tài)，需要快速進(jìn)給，一般取極間電壓為4V-6V時(shí)為穩(wěn)定加工狀態(tài)。變頻電路為一電壓頻率(V/F)轉(zhuǎn)換器，將該電壓信號(hào)放大并反向線性轉(zhuǎn)換成0-1000HZ不同頻率的脈沖串，該脈沖串通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制誘導(dǎo)燒蝕電極的進(jìn)給速度的快慢，使得誘導(dǎo)燒蝕電極的進(jìn)給速度等于工件電火花誘導(dǎo)燒蝕速度。如圖I所示。誘導(dǎo)燒蝕電極內(nèi)部的進(jìn)氣孔可為單孔或者群孔結(jié)構(gòu)，如圖4所示；工作液通過(guò)誘導(dǎo)燒蝕電極內(nèi)部進(jìn)氣孔或者外部沖入加工區(qū)域，工作液為霧化狀態(tài)或者液態(tài)。誘導(dǎo)燒蝕電極轉(zhuǎn)速可為0-6000rpm，以適應(yīng)不同加工精度的需求。由于電火花誘導(dǎo)可控?zé)g時(shí)工件表面會(huì)產(chǎn)生燒蝕坑以及燒蝕產(chǎn)物，工件表面質(zhì)量較差。因此，需要一套機(jī)械修整刀具自動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)控制機(jī)械修整刀具將燒蝕產(chǎn)生的燒蝕產(chǎn)物及軟化層切削去除。(2)機(jī)械修整刀具伺服進(jìn)給控制系統(tǒng)，以機(jī)械修整刀具切削力為采樣信號(hào)，以此切削力信號(hào)控制機(jī)械修整刀具進(jìn)給；在基于切削力取樣的伺服進(jìn)給控制系統(tǒng)作用下，機(jī)械修整刀具將燒蝕產(chǎn)生的燒蝕產(chǎn)物及軟化層切削去除,露出新的基體金屬材料表面,完成機(jī)械修整過(guò)程；機(jī)械修整刀具切削力取樣信號(hào)通過(guò)檢測(cè)電路對(duì)切削力信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并按照比例放大后，通過(guò)信號(hào)處理電路輸出一個(gè)反應(yīng)切削力大小的電壓信號(hào)(0V-20V);當(dāng)切削力為0時(shí)，刀具未切削工件材料，輸出電壓信號(hào)為OV ;當(dāng)?shù)毒咔邢骰w材料時(shí)，切削力最大，輸出電壓為20V，切削力電壓信號(hào)處于5V-10V時(shí)為穩(wěn)定切削加工狀態(tài)；后續(xù)變頻電路為電壓-頻率(V/F)轉(zhuǎn)換器，將該電壓信號(hào)放大并反向線性轉(zhuǎn)換成0-2000HZ不同頻率的脈沖串，切削力越大，電壓信號(hào)越高，脈沖頻率越低。該脈沖串通過(guò)電機(jī)控制機(jī)械修整刀具進(jìn)給速度的大小，切削力越大，進(jìn)給速度越慢，從而使得機(jī)械修整刀具保持合適的進(jìn)給速度，使得機(jī)械修整刀具進(jìn)給量基本等于燒蝕產(chǎn)物及軟化層厚度之和?？煽?zé)g及機(jī)械修整復(fù)合加工可采用圖3所示車(chē)削，也可采用銑削、磨削或鉆削等機(jī)械加工方法。本發(fā)明適用的難加工金屬材料應(yīng)采用能與助燃?xì)怏w如氧氣能產(chǎn)生燃燒反應(yīng)的鈦合金、高溫合金及高強(qiáng)度鋼等材料。并通過(guò)控制氧氣壓力與流量、誘導(dǎo)燒蝕電極進(jìn)給速度、誘導(dǎo)燒蝕電極旋轉(zhuǎn)速度、切削力大小等來(lái)控制加工速度的大小，以實(shí)現(xiàn)對(duì)難加工金屬材料的粗加工、半精加工和精加工。圖3中工件I通過(guò)絕緣套筒2裝卡在主軸上，主軸由主軸電機(jī)3驅(qū)動(dòng)，主軸電機(jī)3連接在信號(hào)采集用的功率傳感器4上，功率傳感器4將采集的信號(hào)送入車(chē)刀自動(dòng)進(jìn)給控制電路5 (可采用常規(guī)電路實(shí)現(xiàn))中進(jìn)行計(jì)算并輸出控制信號(hào)給車(chē)刀進(jìn)給機(jī)構(gòu)6控制車(chē)刀7的進(jìn)刀量，完成對(duì)燒蝕表面8的修整加工，誘導(dǎo)燒蝕電極9在誘導(dǎo)燒蝕電極進(jìn)給機(jī)構(gòu)10的控制下作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，氧氣11從誘導(dǎo)燒蝕電極9的一端進(jìn)入，從另一端噴向工件I的被加工區(qū)域，在電火花的誘導(dǎo)引燃作用下工件加工區(qū)域材料表面產(chǎn)生劇烈的電火花誘導(dǎo)可控?zé)g，燒蝕作用蝕除大量難加工金屬材料，脈沖電源12的一端與工件相連接，另一端與誘導(dǎo)燒蝕電極9相連形成回路，在連接脈沖電源12和電極之間的電路上安裝有電流傳感器13，電流傳感器13將采集的電流信號(hào)送入電極自動(dòng)進(jìn)給控制電路14 (可采用常規(guī)電路實(shí)現(xiàn))中用于控制誘導(dǎo)燒蝕電極進(jìn)給機(jī)構(gòu)10進(jìn)而控制誘導(dǎo)燒蝕電極9的進(jìn)給。工作液15可通過(guò)外接噴嘴噴向工件加工表面，圖中車(chē)刀7的副切削刃16和主切削刃17均對(duì)工件進(jìn)行了機(jī)修修整切削加工。以下是本發(fā)明的使用方法
首先，使工件在機(jī)床主軸帶動(dòng)下做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工件和誘導(dǎo)燒蝕電極分別接脈沖電源正、負(fù)極，助燃氧氣通過(guò)誘導(dǎo)燒蝕電極內(nèi)部進(jìn)氣孔充入加工區(qū)域，并且向加工區(qū)域持續(xù)充入工作液。誘導(dǎo)燒蝕電極自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制電極進(jìn)給速度，并且誘導(dǎo)燒蝕電極以一定的轉(zhuǎn)速(0-600rpm)旋轉(zhuǎn)。誘導(dǎo)燒蝕電極與工件之間的燒蝕狀態(tài)采用測(cè)量與燒蝕狀態(tài)成比例關(guān)系的放電電流來(lái)間接反映誘導(dǎo)燒蝕電極與工件之間的燒蝕狀態(tài)。采用電流傳感器檢測(cè)實(shí)時(shí)放電電流的大小，通過(guò)信號(hào)處理電路對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行處理，積分之后獲得放電電流的平均值。放電電流平均值的大小反映了電極與工件之間的電火花狀態(tài)，然后通過(guò)檢測(cè)電路對(duì)放電電流進(jìn)行檢測(cè)并按照比例放大后，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路輸出一個(gè)反映放電電流大小的電壓信號(hào)(短路為10V，開(kāi)路為0V)。變頻電路為電壓-頻率(V/F)轉(zhuǎn)換器，將該電壓信號(hào)放大并反向線性轉(zhuǎn)換成0-1000HZ不同頻率的脈沖串，該脈沖串通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制誘導(dǎo)燒蝕電極的進(jìn)給速度的大小，使得誘導(dǎo)燒蝕電極的進(jìn)給速度等于工件的電火花誘導(dǎo)燒蝕速度。在誘導(dǎo)燒蝕電極伺服進(jìn)給系統(tǒng)控制下，誘導(dǎo)燒蝕電極以適當(dāng)?shù)乃俣确€(wěn)定進(jìn)給，誘導(dǎo)燒蝕電極與加工材料之間產(chǎn)生電火花誘導(dǎo)放電。同時(shí)，通過(guò)誘導(dǎo)燒蝕電極進(jìn)氣孔向加工區(qū)域持續(xù)通入助燃氧氣，使材料表面產(chǎn)生電火花引燃燒蝕，形成燒蝕產(chǎn)物及軟化層。其次，基于切削力取樣的機(jī)械修整刀具自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制車(chē)刀進(jìn)給速度，保證車(chē)刀將燒蝕產(chǎn)生的燒蝕產(chǎn)物及軟化層機(jī)械車(chē)削去除,露出基體材料。直接測(cè)量刀具切削力的大小及其變化在實(shí)際加工應(yīng)用中實(shí)用性差、難以實(shí)現(xiàn)，因此還可以采用測(cè)量與刀具切削力成比例關(guān)系的主軸電機(jī)功率變化來(lái)反映刀具切削力的大小。通過(guò)有功功率傳感器隔離測(cè)量三相三線電路的有功功率，并將其變換為OmA 20mA直流電流輸出。檢測(cè)電路對(duì)此直流電流信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并按比例放大后，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路輸出一個(gè)反映切削力大小的電壓信號(hào)(切削力為0時(shí)，輸出電壓為OV ;刀具切削基體材料時(shí)，輸出電壓為20V)。變頻電路為一電壓頻率(V/F)轉(zhuǎn)換器，將該電壓信號(hào)放大并反向線性轉(zhuǎn)換成0-2000HZ不同頻率的脈沖串，切削力越大，電壓越高，脈沖頻率越低，該脈沖串通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制車(chē)刀進(jìn)給速度的大小，保證機(jī)械修整車(chē)刀進(jìn)給量等于燃燒層和軟化層厚度之和；機(jī)械修整車(chē)刀將燃燒層和軟化層切削去除，以提高工件表面質(zhì)量。電火花誘導(dǎo)可控?zé)g以及機(jī)械修整兩者有機(jī)結(jié)合、共同完成對(duì)難加工金屬材料的高效車(chē)削加工。本發(fā)明未涉及部分與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種電火花誘導(dǎo)可控?zé)g及機(jī)械修整復(fù)合切削雙伺服進(jìn)給加工系統(tǒng)，其特征是它包括以下兩套相輔相成的自動(dòng)進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)(1)電火花誘導(dǎo)燒蝕電極伺服進(jìn)給控制系統(tǒng)，它以工件與電極之間燒蝕狀態(tài)為采樣信號(hào)控制電極進(jìn)給，使得誘導(dǎo)燒蝕電極與工件材料之間電火花誘導(dǎo)燒蝕能夠可控、穩(wěn)定、高效進(jìn)行，可控?zé)g后工件加工區(qū)域形成燒蝕產(chǎn)物及軟化層，完成電火花誘導(dǎo)可控?zé)g加工；(2)機(jī)械修整刀具伺服進(jìn)給控制系統(tǒng)，它以機(jī)械修整刀具切削力為采樣信號(hào)控制機(jī)械修整刀具進(jìn)給，使得機(jī)械修整刀具將燒蝕產(chǎn)生的燒蝕產(chǎn)物及軟化層切削去除，露出新的基體金屬材料表面，完成機(jī)械修整過(guò)程；在所述的雙伺服進(jìn)給控制系統(tǒng)控制下，電火花誘導(dǎo)可控?zé)g和機(jī)械修整過(guò)程交替重復(fù)進(jìn)行，直至完成對(duì)難加工金屬材料的加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電火花誘導(dǎo)可控?zé)g及機(jī)械修整復(fù)合切削雙進(jìn)給加工系統(tǒng)， 其特征是所述的誘導(dǎo)燒蝕電極燒蝕取樣信號(hào)為燒蝕放電平均電流或電壓、放電脈沖峰值電流或電壓、燒蝕放電脈沖有效放電個(gè)數(shù)或燒蝕平均放電效率和燒蝕放電功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電火花誘導(dǎo)可控?zé)g及機(jī)械修整復(fù)合切削雙進(jìn)給加工系統(tǒng)， 其特征是所述的機(jī)械修整刀具切削力取樣信號(hào)為刀具切削力、主軸電機(jī)功率或進(jìn)給伺服電機(jī)電流信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電火花誘導(dǎo)可控?zé)g及機(jī)械修整復(fù)合切削雙進(jìn)給加工系統(tǒng)， 其特征是所述的機(jī)械修整刀具切削力取樣信號(hào)通過(guò)檢測(cè)電路對(duì)切削力信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并按照比例放大后,通過(guò)信號(hào)處理電路輸出一個(gè)反映切削力大小的電壓信號(hào)(0V-20V);當(dāng)切削力為O時(shí)，刀具未切削工件材料，輸出電壓信號(hào)為OV ;當(dāng)?shù)毒咔邢骰w材料時(shí)，切削力最大， 輸出電壓為20V，切削力電壓信號(hào)處于5V-10V時(shí)為穩(wěn)定切削加工狀態(tài)；后續(xù)變頻電路為一電壓頻率(V/F)轉(zhuǎn)換器，將該電壓信號(hào)放大并反向線性轉(zhuǎn)換成不同頻率的脈沖串，電壓越大、頻率越低，該脈沖串通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制機(jī)械修整刀具進(jìn)給速度的大?。槐ＷC機(jī)械修整刀具切削力越大，進(jìn)給速度越慢，使得機(jī)械修整刀具進(jìn)給量盡量等于燒蝕產(chǎn)物及軟化層厚度之和。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電火花誘導(dǎo)可控?zé)g及機(jī)械修整復(fù)合切削雙進(jìn)給加工系統(tǒng)， 其特征是所述的誘導(dǎo)燒蝕電極內(nèi)部進(jìn)氣孔為單孔或者群孔結(jié)構(gòu)；工作液通過(guò)誘導(dǎo)燒蝕電極內(nèi)部進(jìn)氣孔或者外部充入加工區(qū)域，工作液為霧化狀態(tài)或者液態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電火花誘導(dǎo)可控?zé)g及機(jī)械修整復(fù)合切削雙進(jìn)給加工系統(tǒng)， 其特征是所述的難加工金屬材料為能與助燃?xì)怏w產(chǎn)生燃燒反應(yīng)的鈦合金、鎂合金、高溫合金、高強(qiáng)度鋼或難加工金屬材料，助燃?xì)怏w為氧氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電火花誘導(dǎo)可控?zé)g及機(jī)械修整復(fù)合切削雙進(jìn)給加工系統(tǒng)， 其特征是所述的機(jī)械修整加工方法為車(chē)削、銑削、磨削或鉆削。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電火花誘導(dǎo)可控?zé)g及機(jī)械修整復(fù)合切削雙進(jìn)給加工系統(tǒng)， 其特征是通過(guò)控制氧氣壓力或流量、誘導(dǎo)燒蝕電極進(jìn)給速度、誘導(dǎo)燒蝕電極旋轉(zhuǎn)速度、切削力大小來(lái)控制加工速度的大小，以實(shí)現(xiàn)對(duì)難加工金屬材料的粗加工、半精加工和精加工。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于電火花誘導(dǎo)可控?zé)g及機(jī)械修整復(fù)合切削雙進(jìn)給加工系統(tǒng)，其特征是所述的誘導(dǎo)燒蝕電極轉(zhuǎn)速為O -6000rpm。
全文摘要
一種電火花誘導(dǎo)可控?zé)g及機(jī)械修整復(fù)合切削雙伺服進(jìn)給加工系統(tǒng)，其特征它包括(1)以燒蝕狀態(tài)為取樣依據(jù)的電火花誘導(dǎo)燒蝕電極伺服進(jìn)給控制系統(tǒng)和(2)以切削力為取樣依據(jù)的機(jī)械修整刀具自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)；前系統(tǒng)控制誘導(dǎo)燒蝕電極的進(jìn)給，保證加工區(qū)域的電火花誘導(dǎo)燒蝕可控、高效、穩(wěn)定的進(jìn)行，并通過(guò)可控?zé)g形成燒蝕產(chǎn)物及軟化層；后系統(tǒng)保證刀具將燒蝕產(chǎn)生的燒蝕產(chǎn)物及軟化層切削去除，而不切削基體材料，以減少刀具損耗、保證加工表面質(zhì)量、提高加工效率。本發(fā)明可顯著提高難加工金屬材料的加工效率、提高加工表面質(zhì)量，由于刀具的機(jī)械修整作用，加工表面最終為機(jī)械加工表面。
文檔編號(hào)B23H5/04GK102974902SQ20121049042
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月27日
發(fā)明者劉志東, 邱明波, 陳龍海, 田宗軍, 沈理達(dá) 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)