本發(fā)明涉及一種放電燒蝕銑削加工技術(shù)，尤其是一種放電燒蝕銑削加工的伺服控制方法，具體的說是一種適用于放電燒蝕銑削加工的旋轉(zhuǎn)電極快速進(jìn)給，基于電流脈沖概率檢測進(jìn)行分層切深控制的伺服方法。

背景技術(shù)：

隨著世界范圍內(nèi)航空航天工業(yè)、醫(yī)療器械、汽車工業(yè)以及核工業(yè)的快速發(fā)展，新結(jié)構(gòu)、新材料不斷出現(xiàn)，鈦合金、高溫合金、高強度鋼及復(fù)合材料的使用比例逐漸提高，零件多具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、去除量大、薄壁、整體等特點。由于材料自身的物理性質(zhì)以及零件去除量大的特點，使得對上述材料和結(jié)構(gòu)采用傳統(tǒng)機械切削加工方法非常困難。

電火花加工作為一種特種加工方法，其利用兩極間脈沖放電時產(chǎn)生的高溫電蝕作用蝕除材料。其加工精度高、穩(wěn)定性好，能加工常規(guī)切削加工方法難以加工的材料和復(fù)雜形狀的工件，加工過程不存在宏觀切削力，不產(chǎn)生毛刺等缺陷。電火花銑削加工利用簡單電極(也稱為標(biāo)準(zhǔn)電極)，如棒狀電極在數(shù)控系統(tǒng)控制下，按照一定軌跡做成形運動，借鑒數(shù)控銑削加工方式，通過簡單電極與工件之間在不同相對位置刀位的放電，加工出所需要工件形狀。電火花銑削加工技術(shù)已經(jīng)成為三維型腔電火花加工的有力手段之一。然而由于其具有電火花加工的共性，蝕除效率受制于脈沖電源能量的輸出，加工效率低一直是其難以克服的瓶頸問題。

放電誘導(dǎo)燒蝕銑削加工是一種無宏觀切削力特種加工方法，其在常規(guī)電火花銑削加工中引入新的能量——金屬燃燒釋放的大量化學(xué)能，其加工效率是常規(guī)電火花銑削加工的十?dāng)?shù)倍甚至數(shù)十倍，特別適合難加工材料、大去除量的零件加工。

現(xiàn)有的電火花銑削加工分層是基于機械銑削的平均分層思想，即每層銑削的切深相同。由于放電燒蝕銑削加工具有加工效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)電火花銑削的特點，因此現(xiàn)有電火花銑削所采用的電極進(jìn)給伺服控制不適合高效放電誘導(dǎo)燒蝕銑削加工。本發(fā)明針對放電誘導(dǎo)燒蝕銑削高效加工方法，提出適用于其加工特點的電極快速進(jìn)給及切深分層可調(diào)的伺服控制方法，實現(xiàn)高效穩(wěn)定的加工。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的電火花銑削加工所采用的電極進(jìn)給速度調(diào)整以電壓檢測為依據(jù)、銑削切深平均分層不適用于高效放電燒蝕銑削加工的問題，發(fā)明一種電極以恒定速度快速進(jìn)給及分層銑削單層切深可調(diào)的放電燒蝕銑削伺服控制方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種放電燒蝕分層銑削伺服控制方法，其特征是放電燒蝕銑削加工旋轉(zhuǎn)電極以恒定速度快速進(jìn)給，分層切深基于上層銑削電流脈沖概率在加工中進(jìn)行計算調(diào)整，單層切深在1μm～1000μm范圍內(nèi)可調(diào)。在放電燒蝕銑削過程中，電極以恒定的速度進(jìn)行快速進(jìn)給，高效燒蝕蝕除本層工件材料，而后，以本層加工時間為采樣周期，以本層加工電流信號為采樣信號，通過取樣電路獲得本層采樣電流脈沖概率；將采樣電流脈沖概率與所設(shè)定的電流脈沖概率進(jìn)行比較，得到比例因子作為切深調(diào)整依據(jù)，從而調(diào)整下一層銑削深度。其控制原理如圖1所示，控制流程如圖2所示：

此時加工正在進(jìn)行第i層銑削，第i層切深δi已經(jīng)由上一層加工狀態(tài)確定，從第i層銑削開始，到該層銑削結(jié)束的時間為采樣周期ti。在ti時間內(nèi)，取樣信號采集產(chǎn)生電流信號的脈沖個數(shù)，通過微處理器計算，將采樣信號個數(shù)除以總脈沖個數(shù)得到第i層的電流脈沖概率。通過公式

比例因子＝[設(shè)定的電流脈沖概率÷采樣電流脈沖概率]ⁿ

n為一大于0小于1的數(shù)，n越小，每次銑削深度調(diào)節(jié)的幅度就越小，深度變化越小。但如果n值太小則會因為深度變化過小而導(dǎo)致下一層加工狀態(tài)調(diào)整不明顯，一般取1/3≤n≤1/2。

得到比例因子γi，則第i+1層的切深δi+1則調(diào)整為γi·δi。

根據(jù)放電燒蝕銑削加工的特點，由于單層銑削深度較小，在電極快速進(jìn)給過程中，材料與氧氣燒蝕快速蝕除，少量未蝕除材料可在下一層加工過程中被快速蝕除，因此正常放電脈沖比例占60％左右即可，空載脈沖比例為20％，短路脈沖比例為20％左右。在正常加工和短路狀態(tài)下都會產(chǎn)生電流脈沖，因此在所期望的放電狀態(tài)下，產(chǎn)生電流脈沖的概率為80％以上。根據(jù)加工材料及脈沖參數(shù)的不同，期望的電流脈沖概率在一定范圍內(nèi)變化，一般為65％～85％。所以設(shè)定的電流脈沖概率一般在65％～85％之間。

當(dāng)采樣電流脈沖概率大于所設(shè)定的電流脈沖概率，則將本層的銑削深度乘以比例因子(此時小于1)，以減少下一層銑削深度，避免下一層銑削過程中出現(xiàn)過多短路現(xiàn)象；當(dāng)采樣電流脈沖概率小于設(shè)定的電流脈沖概率，則將本層的銑削深度乘以比例因子(此時大于1)，增加下一層銑削深度，避免下一層銑削過程中出現(xiàn)過多空載現(xiàn)象。最終，使得實際電流脈沖概率逐步趨向于所設(shè)定的電流脈沖概率，使得每一層放電燒蝕銑削加工處于期望的加工狀態(tài)。所述的產(chǎn)生電流的脈沖包括正常放電脈沖和短路脈沖。

本發(fā)明的放電燒蝕銑削伺服策略單層加工電極快速進(jìn)給，分層厚度根據(jù)上一層加工狀態(tài)可調(diào)。

所述的恒定快速進(jìn)給速度在0.1μm/s-100mm/s范圍內(nèi)取值。

所述的放電誘導(dǎo)燒蝕銑削電極轉(zhuǎn)速為60-6000rpm。

所述的放電燒蝕銑削分層策略同樣適用于常規(guī)電火花銑削加工。

所述的單層銑削深度在1μm～1000μm范圍內(nèi)可調(diào)。

所述的采樣周期為燒蝕銑削單層加工時間，不同層采樣周期時間長短不同。

所述的微處理器接收取樣電路信號，從而計算出采樣周期內(nèi)的電流脈沖概率；根據(jù)采樣周期內(nèi)的電流脈沖概率和所設(shè)定的電流脈沖概率得到比例因子，作為下一層銑削分層深度的調(diào)整依據(jù)。

所述的取樣電路以電流特性為伺服依據(jù)。

所述的取樣電路也可以以電壓特性為控制依據(jù)；此時產(chǎn)生電壓的脈沖包括正常放電和開路脈沖；根據(jù)采樣周期內(nèi)的電壓脈沖概率和所設(shè)定的電壓脈沖概率得到比例因子，作為控制依據(jù)。

所設(shè)定的電流脈沖概率一般為65％～85％，可根據(jù)加工工件材料、加工效率要求以及參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明最大程度的適應(yīng)于放電燒蝕銑削加工高效的特點，對銑削加工過程中分層厚度進(jìn)行閉環(huán)調(diào)整，使得加工最大程度處于所期望的加工狀態(tài)。

本發(fā)明方法簡便易行，使用范圍廣，可適用于放電誘導(dǎo)燒蝕銑削以及常規(guī)電火花銑削分層策略。

本發(fā)明有利于提高加工速度，并實現(xiàn)穩(wěn)定的加工過程。

本發(fā)明在加工過程中，可調(diào)整所設(shè)定的電流脈沖概率，以滿足不同的加工要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的伺服控制方法的銑削深度分層控制原理圖；

圖2是本發(fā)明的伺服控制方法的控制流程圖；

圖3是不同銑削切深下放電燒蝕銑削電流電壓波形圖；

圖4是采用傳統(tǒng)伺服系統(tǒng)與采用本發(fā)明伺服方法進(jìn)行放電誘導(dǎo)燒蝕銑削加工效率對比圖；

圖5是采用本發(fā)明伺服方法進(jìn)行放電誘導(dǎo)燒蝕銑削加工的實物圖片；

表1是本發(fā)明實施例的金屬放電誘導(dǎo)燒蝕銑削加工工藝條件。

表1

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明進(jìn)一步的說明。

如圖3所示。

圖3為采用表1工藝參數(shù)條件下不同銑削切深放電燒蝕銑削電流電壓波形圖，由圖中可以清楚的看出，在不同的銑削切深下，電流脈沖出現(xiàn)的幾率有著明顯的區(qū)別，即單層切深越大，電流脈沖出現(xiàn)幾率越大。

通過電流脈沖出現(xiàn)的幾率來區(qū)分極間的加工狀態(tài)，進(jìn)而調(diào)整銑削分層切深。

實例1：

采用表一所示工藝參數(shù)進(jìn)行加工。方法一：采用常規(guī)伺服方法進(jìn)行平均分層放電誘導(dǎo)燒蝕銑削；方法二：采用本發(fā)明伺服方法的放電誘導(dǎo)燒蝕銑削。其中方法一平均分層厚度為5μm，電極伺服進(jìn)給速度由極間平均電壓控制；方法二設(shè)定理想電流脈沖概率為70％，快速進(jìn)給速度為10mm/s，第一層銑削深度為5μm。設(shè)比例因子公式中n＝1/3。

兩種加工方式加工效率對比圖如圖4所示。

實例2：

采用表一所示工藝參數(shù)進(jìn)行加工。采用本發(fā)明伺服方法的放電誘導(dǎo)燒蝕銑削。設(shè)定電流脈沖概率為75％，快速進(jìn)給速度為10mm/s，第一層銑削深度為5μm。在加工過程中，系統(tǒng)不斷調(diào)整分層銑削厚度。加工實物圖如圖5所示。

實例3：

采用表一所示工藝參數(shù)進(jìn)行加工。采用本發(fā)明伺服方法的放電誘導(dǎo)燒蝕銑削。設(shè)定理想電流脈沖概率為80％，快速進(jìn)給速度為10mm/s，第一層銑削深度為4μm。設(shè)比例因子公式中n＝1/3.

若某一檢測周期內(nèi)檢測到當(dāng)前的電流脈沖概率為88％，當(dāng)前進(jìn)給速度為5μm。

比例因子＝((88％)÷(80％))^1/3＝1.03

根據(jù)所得到的比例因子調(diào)節(jié)下一層切深。

δ＝5×1.03μm＝5.15μm

通過不斷的調(diào)節(jié)是的電流脈沖概率逐步趨向于所設(shè)定的電流脈沖概率。

本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。