一种中走丝电火花线切割机控制系统及方法与流程

本发明涉及电火花线切割机床，尤其涉及一种中走丝电火花线切割机控制系统及方法。

背景技术：

中走丝电火花线切割机(Medium-speed Wire cut Electrical Discharge Machining，MS-WEDM)，属往复高速走丝电火花线切割机床范畴，是在高速往复走丝电火花线切割机上实现多次切割功能，被称为中走丝线切割。常用的中走丝电火花线切割机具有操作不便，系统易死机，工作不稳定，板卡易坏等缺陷，这些缺陷与中走丝线切割机的控制系统关系紧密。因此，有必要对这种中走丝电火花线切割机的控制系统进行结构优化，以克服上述缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种中走丝电火花线切割机控制系统及方法，已提高加工速度，提升工件精度及光洁度，降低切割丝损耗。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，

一种中走丝电火花线切割机控制系统，包括：

上位机，与用户进行人机交互，完成用户加工程序的输入与操作、放电加工相关各功能的操作、各种控制配置信息数据的录入和管理，以及和CPU部分进行控制和状态数据的传输交互；

CPU，与上位机交互数据、与PLC交互数据和控制计算；

PLC，控制CPU与轴驱动、继电器、击穿高压/工作电压/负向电压和手控盒功能块的数据交互，同时按照设定输出加工波形到机床电极；

轴驱动电路，对机床各机械轴X、Y、Z、U、V的移动进行控制；

继电器，对机床水泵、走丝、断丝、无人、高压加工和掉电等信号的控制和监测；

手控盒，对各轴移动、水泵开关、走丝速度和方式、启动/暂停指令的手动输入。

上位机通过CPU与PLC连通，PLC上连接有手控盒、轴驱动电路以及继电器，并通过线路与机床电极相接。

上位机采用工业主板以及SSD固态硬盘。

CPU采用嵌入式DSP芯片。

一种中走丝电火花线切割机控制方法，包括以下步骤：

(1)准备加工，将工件安装到中走丝电火花线切割机上，并移动到预定位置，在上位机中选择加工文件，并选择自动加工模式，通过手控盒按键选择开始运行，然后PLC载入第一刀参数，打开工作液水泵，开始走丝；

(2)开始走丝后输出击穿高压，将工件击穿后按加工文件路径移动，如果击穿高压未输出，切割丝回退，继续输出击穿高压，如果工件被击穿，按预定设置输出加工电压与负向电压，如切割丝未到达第一刀结束位置，则回退继续输出击穿高压，如到达第一刀结束位置，则载入第二刀参数，继续输出击穿高压，并按加工文件路径移动，循环反复直至最后一刀加工完成。

本发明的优点在于，该系统通过采用上位机人机交互和CPU控制分离的控制结构，通过采用保证windows系统不会崩溃的硬盘写保护技术，通过采用电源监测、丝筒快速刹车、通讯协议保护和加工声音提示报警等措施，使得该系统不只在正常操作情况下能可靠安全运行，并且即使在突然断电、急停等非正常操作情况之后，依然能恢复正常运行，最大程度的保护用户的产品不受到损坏，极高的提升了整个线切割系统的工作稳定性和安全性。

附图说明

图1是本发明提出的控制系统的结构示意图；

图2是本发明提出的控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。

如图1所示，本发明提出的中走丝电火花线切割机控制系统包括：

上位机，与用户进行人机交互，完成用户加工程序的输入与操作、放电加工相关各功能的操作、各种控制配置信息数据的录入和管理，以及和CPU部分进行控制和状态数据的传输交互；CPU，与上位机交互数据、与PLC交互数据和控制计算；PLC，控制CPU与轴驱动、继电器、击穿高压/工作电压/负向电压和手控盒功能块的数据交互，同时按照设定输出加工波形到机床电极；轴驱动电路，对机床各机械轴X、Y、Z、U、V的移动进行控制；继电器，对机床水泵、走丝、断丝、无人、高压加工和掉电等信号的控制和监测；手控盒，对各轴移动、水泵开关、走丝速度和方式、启动/暂停指令的手动输入。其中，上位机通过CPU与PLC连通，PLC上连接有手控盒、轴驱动电路以及继电器，并通过线路与机床电极相接。上位机采用工业主板以及SSD固态硬盘。CPU采用嵌入式DSP芯片。

如图2所示，本发明提出的中走丝电火花线切割机控制方法包括以下步骤：(1)准备加工，将工件安装到中走丝电火花线切割机上，并移动到预定位置，在上位机中选择加工文件，并选择自动加工模式，通过手控盒按键选择开始运行，然后PLC载入第一刀参数，打开工作液水泵，开始走丝；(2)开始走丝后输出击穿高压，将工件击穿后按加工文件路径移动，如果击穿高压未输出，切割丝回退，继续输出击穿高压，如果工件被击穿，按预定设置输出加工电压与负向电压，如切割丝未到达第一刀结束位置，则回退继续输出击穿高压，如到达第一刀结束位置，则载入第二刀参数，继续输出击穿高压，并按加工文件路径移动，循环反复直至最后一刀加工完成。

该控制系统各部分工作原理为：

上位机部分：主要负责与用户进行人机交互，完成用户加工程序的输入与操作、放电加工相关各功能的操作、各种控制配置信息数据的录入和管理，以及和CPU部分进行控制和状态数据的传输交互。

CPU部分：主要负责与上位机交互数据、与逻辑控制部分交互数据和控制计算等功能

逻辑部分：主要负责CPU与轴驱动、继电器、HP/IP/FP和手控盒等功能块的数据交互，同时按照设定输出加工波形到电极

轴驱动部分：主要负责机床各机械轴X、Y、Z、U、V等的移动控制

继电器部分：主要负责对机床水泵、走丝、断丝、无人、高压加工和掉电等信号的控制和监测

手控盒部分：主要实现对各轴移动、水泵开关、走丝速度和方式、启动/暂停等指令的手动输入

加工波形部分由HP/IP/FP三部分组成，各部分功能为：

a.HP击穿高压：在整个加压周期(ON周期)内输出，能量(电流大小)可设。用于加工开始后快速实现有效击穿，减少等待击穿时间，从而提高放电效率，缩短加工时间。

b.IP工作电压：在加压周期内(ON周期)，如果没有出现有效击穿情况，则不输出；当出现有效击穿情况时，开始以阶梯波形输出。阶梯起始能量、阶梯终点能量和阶梯步长时间可设。用于击穿后提供主能量来切割工件，阶梯波可有效减小丝损，延长木丝寿命

c.FP负向电压：在加压周期(ON周期)和不加压周期(OFF周期)之间按规律输出，输出规律随加工件的材质、大小、加工精细度的不同而不同，可控制波形是否输出、输出的频率、输出的时长和输出的能量等。用于消除加工过程中的电离情况，可有效提高光洁度，减少拉弧、短路等情况发生。

受益于多样的复合控制波形(HP/IP/FP)、精确的逻辑控制(高速逻辑芯片，电路延时<5ns，时间控制最小分辨率可达0.1us)、多样的控制算法(拉弧短路控制、放电阶梯波、等能量/等脉宽加工等)和精确的机床尺寸，使得该切割机相对于同类型产品实现了更快的切割速度、更低的钼丝损耗、更精确的零件尺寸和更高的光洁度。

丰富的用户操作接口、便捷的参数配置库、运行在windows xpe系统上美观大方且便于操作的操作界面，同时支持通过上位机的USB接口导入用户加工文件，让用户可以用任何电脑进行加工文件的设计，从而实现边加工边设计。这比起市场上其他同类产品只能在其基于win98或dos系统的上位机进行加工文件的设计而不能同时进行加工和设计的操作来说，大大节省了用户宝贵的时间。通过以上这些设计可满足各种用户需求，并且大大的提高了用户操作的便捷性。

通过采用上位机人机交互和CPU控制分离的控制结构，通过采用保证windows系统不会崩溃的硬盘写保护技术，通过采用电源监测、丝筒快速刹车、通讯协议保护和加工声音提示报警等措施，使得该系统不只在正常操作情况下能可靠安全运行，并且即使在突然断电、急停等非正常操作情况之后，依然能恢复正常运行，最大程度的保护用户的产品不受到损坏，极高的提升了整个线切割系统的工作稳定性和安全性。

上位机采用工业级主板(X86架构)，嵌入式XPE操作系统，SSD固态电子盘，软件上实现写保护功能，可实现随时关电。这使得系统永不崩溃，提高了系统的可靠性，且有效降低了后期维护成本。

CPU采用嵌入式DSP芯片，程序直接在内置的FLASH中运行，支持在线程序改写；伺服运行轨迹存储采用铁氧体内存。这些大大提高系统的稳定性，并支持用户进行升级操作，使其能方便快捷的更新程序，增强用户体验。

上位机人机操作界面简洁，用户体验友好，并且部分内容还可根据用户要求进行客制化设计，让每个用户都拥有自己独一无二的产品。系统采用脉冲电源，有很高的切割速度、很高的光洁度和很低的丝损，并可有效降低电源功耗。采用防电解电源技术，大大提高零件尺寸精度。可以支持混合步进电机，交流伺服电机等。用户可以选装光栅尺，实现全闭环控制。四轴实现反向间隙补偿和螺距补偿，确保机床的切割精度，定位精度。加工中断电再加工保证精度无偏移。

以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域的技术人员了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。