電火花機(jī)床電液式進(jìn)給機(jī)構(gòu)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、電火花機(jī)床電液式進(jìn)給機(jī)構(gòu)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)             電火花機(jī)床電液式進(jìn)給機(jī)構(gòu)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)李國(guó)富(寧波大學(xué)工學(xué)院，浙江寧波315211) 摘要：設(shè)計(jì)了一種電火花成型機(jī)床電液自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的 電氣控制系統(tǒng)，它克服了某些控制系統(tǒng)存在的體積大、價(jià)格高、安全性低、操作不便等問題 ，具有實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、安全等特點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)電路的有效性。關(guān)鍵詞：電火花機(jī)床；電液調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；電控系統(tǒng)；自動(dòng)進(jìn)給 The design of an electric control system

2、 for the electrohydraul ic servo mechanism in EDM LI Guofu(Engineering Faculty of Ningbo University,Zhejiang Ningbo 315211 ,China) Abstract：An electric control system has been designed for use with an electrohydraulic servo mechanism in EDM.It can solve th e problems of a big volume,high cost,l

3、ow safety and inconvenient operation in so m e control systems.The present control system has the characteristics of practica bility,low cost and safety.The result from experiments has verified its effectiv eness.Key words：EDM;electrohydraulic servo mechanism;electric control system;automatic feedin

4、g 0引言電火花加工是一種利用電、熱能量進(jìn)行加工的方法，由于它具有常規(guī)加工無 法達(dá)到的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在許多行業(yè)特別是模具制造方面得到了廣泛的應(yīng)用。盡管高加工精度的 先進(jìn)電加工機(jī)床不斷出現(xiàn)，但其價(jià)格普遍很高。由于機(jī)床的使用周期和對(duì)加工精度的不同需 求，類似于D7140采用噴嘴擋板式電液自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的電火花成型機(jī)床，在中小企業(yè) 內(nèi)還占有較高比例，這類機(jī)床雖然先進(jìn)性不高，但價(jià)格較低，能滿足大部分電火花 成型加工的需要。然而一些早期設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，存在著諸如加工極性轉(zhuǎn)變時(shí)需互換間隙電 壓檢測(cè)信號(hào)線、在對(duì)刀位置不能啟動(dòng)處于正極性的脈沖電源等問題，否則會(huì)使加工無法進(jìn)行 或損 壞控制系統(tǒng)，甚至損壞脈沖電源。

5、一些有觸點(diǎn)的控制系統(tǒng)，觸點(diǎn)動(dòng)作頻繁，觸點(diǎn)開合產(chǎn)生的 火花在易燃的工作環(huán)境中也存在一定的安全隱患。為了克服上述電氣控制系統(tǒng)的問題，設(shè)計(jì) 了一種基于555時(shí)基電路和光電耦合器的噴嘴擋板式電液自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的電控系統(tǒng)， 與一般控制系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)更加實(shí)用、可靠。 1控制電路及主要功能電液自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)是通過控制電機(jī)械轉(zhuǎn)換器中動(dòng)圈電流的大小來控制 主軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的，其控制電路如圖1所示。控制電路主要完成自動(dòng)進(jìn)給控制、手動(dòng)調(diào)節(jié)和 定 時(shí)抬刀等功能。正常加工時(shí)，控制電路根據(jù)放電間隙的狀態(tài)控制工具電極的進(jìn)給速度，保證 加工的穩(wěn)定性和加工效率。此外，還具有快進(jìn)和短路自動(dòng)抬刀功能。手動(dòng)狀態(tài)下，通過手動(dòng) 方式調(diào)

6、節(jié)工具電極的運(yùn)動(dòng)方向和速度，可以對(duì)機(jī)床或控制系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)刀、調(diào)試等操作。在進(jìn) 行型腔模加工、尤其是大面積加工或深孔加工時(shí)，采用定時(shí)抬刀，使電極定時(shí)抬起，幫助在 放電間隙中的蝕除物排出，提高了加工穩(wěn)定性。 2系統(tǒng)控制過程分析自動(dòng)進(jìn)給時(shí)，圖1中的D與E、F與G斷開，F(xiàn)與H接通，放電間隙處于工作狀態(tài)， 控制系統(tǒng)根據(jù)工具電極和工件之間放電間隙的狀態(tài)來控制進(jìn)給機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。正常 加工時(shí)，來自放電間隙的正極性或反極性加工脈沖信號(hào)經(jīng)整流橋DD3整流，再經(jīng)R3、C5、R4、R5、DW2、R6、RW1組成的非 線性檢測(cè)電路，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)大小的VT1基極控制電流，控制通過L1的電流，使電極進(jìn)給速度 和工件蝕除速度接近，

7、放電間隙處于最佳位置附近，以保持較高的加工效率。放電間隙處于開路狀態(tài)時(shí)，整流橋DD3輸出的電壓最高 ，非線性檢測(cè)電路獲得最大的測(cè)量信號(hào)，VT1導(dǎo)通，動(dòng)圈L1流過的電流最大，電機(jī)械轉(zhuǎn)換 器中的擋板下移至最低位置，噴嘴的出油口全部關(guān)閉，主軸頭以最大的速度進(jìn)給。當(dāng)工具電 極和工件接觸時(shí)，電極與工件之間的電壓為零，檢測(cè)電路取得的電壓信號(hào)為零，VT1的基極 無電流通過，VT1截止，L1中無電流通過，L1不受電磁力的作用，主軸頭快速回升， 消除短路。非線性檢測(cè)電路可以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從圖1中可看出，VT1工作于放 大區(qū)時(shí)，L1中的控制電流將隨加工間隙電壓信號(hào)的增大而增加，呈線性變化，當(dāng)圖1中的R4 、R

8、6之間的電壓大于DW2的擊穿值時(shí)，R5所在的支路上有電流通過，改變了工作區(qū)的輸入信 號(hào)，提高了自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。RW1可調(diào)節(jié)放電間隙的大小，以適應(yīng)不同加工的需 要。間隙調(diào)節(jié)電路有較好的可重復(fù)性，具有最佳間隙保持功能，可減少加工的輔助時(shí)間。手動(dòng)工作時(shí)，圖1中D與E、F與G分別接通，F(xiàn)與H斷開。正常工作狀態(tài)下，光電耦合器中的發(fā) 光二極管導(dǎo)通發(fā)光，光敏三極管導(dǎo)通，VT1的基極有電流通過，VT1導(dǎo)通，L1有電流通過，帶 動(dòng)主軸頭和工具電極運(yùn)動(dòng)；由于L1中的電流大小決定于VT1的基極電流，而電位器RW2具有分 流作用，所以調(diào)節(jié)RW2可以控制工具電極上下運(yùn)動(dòng)的速度和方向。調(diào)節(jié)RW2至最大值時(shí)，流經(jīng)

9、 R8、光敏三極管、R7、D3至VT1基極的電流達(dá)到最大值，L1中通過的電流最大，電極快速進(jìn) 給。調(diào)節(jié)RW2至零，圖1中A2點(diǎn)電位為零，VT1基極無電流，VT1截止，L1中無電流，電極快速 回升。調(diào)節(jié)RW2使L1的電流為200 mA左右，工具電極處于靜止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)L1中的電流值就是 動(dòng)態(tài)平衡電流。調(diào)節(jié)RW2使L1的電流大于動(dòng)態(tài)平衡電流，工具電極作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。調(diào)節(jié)RW2使L1 的電流小于動(dòng)態(tài)平衡電流，工具電極回 升。L1中電流與動(dòng)態(tài)平衡電流的差值決定電極的運(yùn)動(dòng)速度和方向。在工具電極和工件接觸處 于短路狀態(tài)時(shí)，A1點(diǎn)電位被鉗制在二極管D2的導(dǎo)通壓降附近，光電耦合器中的發(fā)光二極管和 光敏三極管均處于截

10、止?fàn)顟B(tài)，VT1截止，L1內(nèi)無電流，主軸回升。定時(shí)抬刀是在進(jìn)給加工時(shí)，使電極定時(shí)抬起，幫助放電加工間隙內(nèi)蝕除物的排出。圖1的定 時(shí)抬刀控制電路由時(shí)基電路555等元件構(gòu)成的多諧振蕩器及三極管開關(guān)VT2等組成，電路無觸 點(diǎn)，無火花和機(jī)械噪聲。多諧振蕩器輸出占空比可調(diào)的方波信號(hào)，使三極管VT2處于開關(guān)狀 態(tài)來控制VT1的基極電流及L1內(nèi)電流的通斷，達(dá)到抬刀和進(jìn)給的目的。定時(shí)抬刀控制電路工 作時(shí)，K2被接通，EC2通過RW3、R11、D6向電容C6充電，當(dāng)在C6上的電壓超過555內(nèi)部的觸發(fā) 電平時(shí)，V0輸出低電平，VT2截止，工具電極保持原來的工作狀態(tài)。隨后，電容C6通過D5、R W4、R12及555內(nèi)

11、部三極管放電，當(dāng)電容上的電壓下降至一定值時(shí)，555內(nèi)部觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，V0的輸出從低電平轉(zhuǎn)為高電平，VT2飽和導(dǎo)通，A3點(diǎn)被鉗位在低電平，VT1截止，A4點(diǎn)為高電平，L1內(nèi)無電流流過，工具電極抬刀回升。循環(huán)重復(fù)上述過程，在555輸出端V0可獲得周期性 的方波輸出，從而通過VT2控制L1內(nèi)電流的通斷，實(shí)現(xiàn)定時(shí)抬刀的功能。進(jìn)給時(shí)間和抬刀時(shí) 間與電容C6的充放電時(shí)間相等，分別為tpH0.7(RW3+R11)C6和tpL0. 7(RW4+R12)C6。 3試驗(yàn)電路試驗(yàn)在D7140電火花成型機(jī)床上進(jìn)行，當(dāng)K1處于自動(dòng)加工位置時(shí)，電極從 最高位置快速向工件運(yùn)動(dòng)，接近工件后，速度變慢，在兩極間隙達(dá)到一定值時(shí)，工

12、具電極和 工件之間開始有火花和氣泡產(chǎn)生，工件和電極附近的工作液由于工件蝕除物的排出而逐漸變 黑，隨后兩極間隙的火花逐漸密集，以較穩(wěn)定的火花進(jìn)行放電加工，工具電極以比較穩(wěn)定的 速度作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。切斷電火花加工的脈沖電源，主軸快速回升。配合定時(shí)抬刀控制時(shí)，主軸 進(jìn)給一預(yù)設(shè)的時(shí)間后，回升一預(yù)設(shè)時(shí)間，再重復(fù)進(jìn)給、回升的過程，使加工過程中的蝕除物 順利排出。調(diào)節(jié)RW3和RW4，可以控制主軸的進(jìn)給時(shí)間和回升時(shí)間，工作過程中抬刀控制電路 無火花和噪聲。采用手動(dòng)控制時(shí)，調(diào)節(jié)RW2至平衡位置，電極靜止不動(dòng)，從平衡位置往不同 方向調(diào)節(jié)RW2時(shí)，工具電極相應(yīng)地作回升或進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，RW2偏離平衡位置的值越大，電極運(yùn)動(dòng) 速

13、率也越大，與動(dòng)圈L1串聯(lián)的毫安表讀數(shù)也間接地顯示了這一現(xiàn)象。當(dāng)電極接觸到工件時(shí)， 電極立即自動(dòng)回升?？刂葡到y(tǒng)極性轉(zhuǎn)換時(shí)能繼續(xù)工作，任何極性下在對(duì)刀位置啟動(dòng)脈沖電源 均不會(huì)損壞控制系統(tǒng)。從操作過程看，機(jī)床的操作和調(diào)整變得簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度和控制性能 有一定的提高，加工精度和光潔度不低于原系統(tǒng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，與一般噴嘴擋板式電火花機(jī)床電液自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的控制電路相比，圖 1控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在信號(hào)檢測(cè)、工作過程控制和定時(shí)抬刀等方面的性能都有提高，克服 了某些系統(tǒng)在脈沖電源處于正極性時(shí)不能在對(duì)刀位置上啟動(dòng)脈沖電源的問題，在加工極性轉(zhuǎn) 換時(shí)也不需要對(duì)檢測(cè)電路進(jìn)行手動(dòng)操作，電路無觸點(diǎn)、火花及機(jī)械噪聲，最佳間隙調(diào)整和保 持簡(jiǎn)單?？刂齐娐烦杀?、體積和功耗較低。 參考文獻(xiàn) 1劉亞春，趙家齊特種加工M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.2蘇景云.電火花加工機(jī)理的研究J.吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2002,19(3):5961.3鐘海麗.555