一种精密电解加工实时进给控制系统及方法与流程

本发明涉及电解加工工艺技术领域，特别是涉及一种精密电解加工实时进给控制系统及方法。

背景技术：

电解加工是一项综合电化学、流体力学、电磁学、机械和自动控制等多学科交叉的加工工艺技术，是利用电化学阳极溶解原理，对金属材料实现去除加工的一种特种工艺方法。具有加工效率高、工具电极不消耗、加工无应力、表面完整性好等特点，适用于各种难加工金属材料(不锈钢、钛合金、高温耐热合金)的高效、精密加工，特别适合高效去除大量材料的零件批生产加工及各种三维复杂形状的加工。

电解加工过程受多因素、多参数的影响。因此，加工过程的控制、加工参数的选择，成为提高电解加工技术的必要保证。电解加工的成型精度与加工间隙直接相关，加工间隙越小，工件与加工电极的形状、尺寸就越吻合，复制精度越高。其中，加工间隙是电解加工核心的工艺要素，是决定加工精度的主要因素，直接影响加工效率和表面质量，也是设计加工电极和选择加工参数的主要依据。

恒定参数电解加工中加工间隙特性可以分为两个阶段，在工件没有电解加工之前，将加工电极与工件表面之间拉开一段较小的距离，即所谓的初始间隙δ0。加工开始后，随着加工电极以恒速v向工件进给，加工间隙将逐渐减小。

随着时间t的推移，当阳极溶解速度va与进给速度v相等时，间隙达到平衡状态δb。间隙的大小与分布基本不再变化，此时的间隙称作平衡间隙。平衡间隙与工件加工面的尺寸大小有关，一般的说来，尺寸越大平衡间隙越大，初始间隙的选取是以平衡间隙为依据的。传统电解恒间隙控制是利用保持电化学加工平衡间隙的恒速进给方式实现的。这种方式不能实现小间隙加工，因而无法达到高的加工精度。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种精密电解加工实时进给控制系统及方法，通过实时监测电解加工过程中的电流变化，并依据监测结果实时调节加工速度，从而实现加工电极实时进给控制的技术方案。使加工间隙始终处在设定的合理范围内，防止因加工间隙过小而发生短路或加工间隙过大影响加工精度的风险，从而保证整个加工过程能够在微小加工间隙状态下安全稳定地进行，为高加工精度的实现提供了技术途径。

第一方面，本发明的实施例提出了一种精密电解加工实时进给控制系统，采用闭环控制系统控制，包括电流传感器，用于采集电解加工过程中的电流数据；计算电路，用于电流波形保持并判断电流数据出现异常时发送控制系统切断信号；减法器，用于得出实际电流值与模板电流值的差值；乘法器，用于得出实际电流与目标控制电流之间差值的调节范围；比例调节器，用于得出进给速度调节信号；执行器，用于执行由比例调节器发送的进给速度调节信号。

进一步地，电流传感器为霍尔传感器。

第二方面，本发明提供了一种精密电解加工实时进给控制方法，应用所述权利要求1-2任一项所述的控制系统，包括如下步骤：

步骤1：根据加工对象选择加工工艺参数，并根据加工工艺参数设定最大限定电流、目标电流和控制精度系数kp，并得出“电流—时间关系曲线”；

步骤2：根据步骤1中设定的加工工艺参数进行电解加工，并依据“电流—时间关系曲线”对加工过程中的电流进行实时监控；

步骤3：通过电流传感器采集电流数据并传输至计算电路，进行逻辑运算，并判定当瞬时电流值超过最大限定电流曲线，或电流骤升/骤降超过目标电流30％时，控制系统发送切断信号，停止加工；

步骤4：将电流传感器采集的实际电流值与目标电流值通过减法器做减法运算，得到差值；

步骤5：将步骤3中所得差值传输至乘法器，并与步骤1中预选设定的控制精度系数kp相乘，得到实际电流与目标电流之间差值的调节范围；

步骤6：将步骤5中的乘积值传输至比例调节器，通过比例调节器逻辑运算后确定进给轴倍率并通过执行器调整进给速度，所述的逻辑运算为：

a＝(电流差值×kp)/100；当a-1小于等于0时，倍率b＝100％；当a-1大于0时，倍率b＝[1-(a-1)]×100％。

进一步地，步骤2中所述加工工艺参数为加工电压为22v，加工电极振动频率35hz，开通角165°～200°；脉宽t＝0.15ms；脉冲占空比60％；初始加工间隙为0.12mm，进给速度v＝0.05mm/min。

进一步地，步骤2中所述加工工艺参数中包含浓度为8％的nano3电解液，电解液压力为0.5mpa，电解液温度：25℃。

进一步地，执行器为伺服进给电机。

进一步地，倍率b的范围是0-100％，当b为0时，进给轴保持停止，当b为100％时，进给轴为预设转速。

综上，本发明通过实时监测电解加工过程中的电流变化，并依据监测结果实时调节加工速度，从而实现加工电极实时进给控制的技术方案。使得电解加工过程参数能够依据电流曲线进行实时调节，增加了加工间隙的控制精度和电解加工过程的稳定性；采用间接的加工电流监测方法，通过调节加工电流值达到间接控制加工间隙的目的实现了电解加工过程中加工间隙的实时监测，使加工间隙始终处在设定的合理范围内，防止因加工间隙过小而发生短路或加工间隙过大影响加工精度的风险，从而保证整个加工过程能够在微小加工间隙状态下安全稳定地进行，为高加工精度的实现提供了技术途径。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明中控制系统远离图；

图2是本发明中异常电流波形示意图；

图3是本发明中正常脉冲波形及脉冲平均幅值计算示意图；

图4是本发明中比例调节器工作原理示意图；

图5是本发明中不同kp系数值与电流差值间的关系示意图；

图6是本发明中电流—时间关系曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1是本发明实施例的一种精密电解加工实时进给控制系统，采用闭环控制系统控制，包括电流传感器，用于采集电解加工过程中的电流数据；计算电路，用于电流波形保持并判断电流数据出现异常时发送控制系统切断信号；减法器，用于得出实际电流值与模板电流值的差值；乘法器，用于得出实际电流与目标控制电流之间差值的调节范围；比例调节器，用于得出进给速度调节信号；执行器，用于执行由比例调节器发送的进给速度调节信号。

进一步地，电流传感器为霍尔传感器。

第二方面，本发明提供了一种精密电解加工实时进给控制方法，应用所述权利要求1-2任一项所述的控制系统，包括如下步骤：

步骤1：根据加工对象选择加工工艺参数，并根据加工工艺参数设定最大限定电流、目标电流和控制精度系数kp，并得出“电流—时间关系曲线”，如图6所示；

步骤2：根据步骤1中设定的加工工艺参数进行电解加工，并依据“电流—时间关系曲线”对加工过程中的电流进行实时监控；

步骤3：通过电流传感器采集电流数据并传输至计算电路，进行逻辑运算，并判定当瞬时电流值超过最大限定电流曲线，或电流骤升/骤降超过目标电流30％时，控制系统发送切断信号，停止加工，如图2和图3所示；

步骤4：将电流传感器采集的实际电流值与目标电流值通过减法器做减法运算，得到差值；

步骤5：将步骤3中所得差值传输至乘法器，并与步骤1中预选设定的控制精度系数kp相乘，得到实际电流与目标电流之间差值的调节范围；

步骤6：将步骤5中的乘积值传输至比例调节器，通过比例调节器逻辑运算后确定进给轴倍率并通过执行器调整进给速度，所述的逻辑运算为：

a＝(电流差值×kp)/100；当a-1小于等于0时，倍率b＝100％；当a-1大于0时，倍率b＝[1-(a-1)]×100％，如图4和图5所示。

作为本发明一具体实施例，当kp＝1时，若预定电流为1000a，实际电流为900a时，则a＝1,将自电流差值＝100a起降低进给速度。如果预先给出的设定电流为1000a，当实际电流自900a起进给轴降低速度。从而达到稳定的加工过程，避免短路发生并获得较高的加工复制精度，实现加工电极的实时进给控制。

作为本发明一具体实施例，步骤2中所述加工工艺参数为加工电压为22v，加工电极振动频率35hz，开通角165°～200°；脉宽t＝0.15ms；脉冲占空比60％；初始加工间隙为0.12mm，进给速度v＝0.05mm/min。

作为本发明一具体实施例，步骤2中所述加工工艺参数中包含浓度为8％的nano3电解液，电解液压力为0.5mpa，电解液温度：25℃。

作为本发明一具体实施例，执行器为伺服进给电机。

作为本发明一具体实施例，倍率b的范围是0-100％，当b为0时，进给轴保持停止，当b为100％时，进给轴为预设转速。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。