一種中走絲工具機多狀態實時採樣數字伺服進給系統的製作方法
2023-05-21 17:33:06
專利名稱：一種中走絲工具機多狀態實時採樣數字伺服進給系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電加工自適應數字伺服進給系統，特別涉及一種中走絲工具機多狀 態實時採樣數字伺服進給系統。
背景技術：
中走絲線切割工具機技術應用已經基本實用化。但是，由於受到電極絲損耗、機械結 構、工具機精度和剛性、進給系統的開環控制、工作液導電率的變化、加工環境溫度變化及本 身加工的特點(如運絲速度快、振源比較多、導輪磨損大)等因素影響，以目前工具機的現狀， 要在較短的時間內與慢走絲在加工精度、加工表面粗糙度等方面進行競爭，困難是相當大 的。而且研究開發的代價也會很高，工具機的製造成本將大幅度提高，從現實和市場的角度來 考慮都是不太適宜的。因此，中走絲的發展策略是揚長避短，以發展中檔工具機為主，使工具機 向適當加工精度、良好的加工穩定性、提高智能化程度高和維持低使用成本的方向發展，即 以良好的性能價格比佔領市場。從而不斷提升我國特色電加工設備的製造技術水平，縮短 與國際先進水平的差距。目前中走絲系統對克服切割條紋，採取了相應措施，收到了明顯效果。但是，整個 中走絲系統還不夠穩定。整機工作一段時間，切割條紋再現或者說多次切割的可重複性差， 是困擾中走絲髮展的一個最大難題。針對這個難題，我公司經過多年的技術研究和摸索，總 體認為，首先要對加工區的實時狀態進行準確精細化檢測，特別是數位化的多狀態實時檢 測。檢測的目的是為了控制。就控制對象來說有兩種方式，一是根據加工狀態的變化實時 控制高頻脈衝電源系統。二是根據加工狀態的變化自適應控制伺服進給系統。通過兩個不 同的時間段，對兩個不同的控制對象實施控制，最終達到使加工放電區放電均勻、穩定、高 效的目標。
發明內容
本發明的目的是為了克服上述現有技術中的不足之處，提供一種對加工區的實時 狀態進行準確精細化檢測，特別是數位化的多狀態實時檢測，根據加工狀態的變化實時控 制高頻脈衝電源系統和根據加工狀態的變化自適應控制伺服進給系統，通過兩個不同的時 間段，對兩個不同的控制對象實施控制，最終達到使加工放電區放電均勻、穩定、高效的目 標的多狀態實時採樣數字伺服進給系統。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種中走絲工具機多狀態實時採樣數 字伺服進給系統，該系統基於雙CPLD的脈衝採樣和控制電路，由脈衝參數配置模塊、單脈 衝採樣和調理電路、採樣處理和進給控制部分、模糊自適應控制模塊四個部分組成；所述脈衝參數配置模塊由其內部的兩個89C52分別與主控PC進行串行通信連接 和接受及處理CNC系統發送的電參數輸送至採樣處理和進給控制部分和模糊自適應控制 模塊。所述單脈衝採樣和調理電路接受外部的模擬信號，並將模擬信號轉化為數位訊號輸送至採樣處理和進給控制部分、模糊自適應控制模塊。所述採樣處理和進給控制部分將單脈衝採樣和調理電路發送的數位訊號進行譯 碼，形成地址進行累加，並將輸出信號輸送至外部的車床電機。所述模糊自適應控制模塊模糊推理接收到的採樣處理和進給控制部分信號，再將 信號反饋至採樣處理和進給控制部分。所述脈衝參數配置模塊、單脈衝採樣和調理電路、採樣處理和進給控制部分形成 PI控制的數字伺服積分環。本發明的優點在於由於其特有的靈活性和可控性在線切割中的應用就大有可 為，由於採用了模糊自適應技術可以是進給的跟蹤策略更加的合理，在一次切割中數字伺 服可以提高10%的效率並使切割的穩定性大大的增加。對於多次切割，採用了靈活的策略 來適應不同的加工條件。例如不同的進給權值曲線，使進給不一定非要在一個方向變化， 可以靈活的根據加工的條件來變化。再如，在多次切割中採用此策略後，表面粗糙度Ra = 0. 6 y m，並且比較穩定，這在模擬積分器是很難實現的，從整體上看多狀態實時採樣數字伺 服進給系統，使得切割的效率、表面粗糙度及切割穩定性都有提高。總之，通過多種狀態採 樣電路進行狀態區分，四種控制策略，實現了一次或多次切割無條紋之目標，同時提高了脈 衝電能的利用率和切割效率。除此以外，其應用廣泛，其與自適應高頻電源系統相結合，形成不僅能對進給進行 調節，也可對電脈衝進行調節的策略，使中走絲線切割機的加工狀態更加穩定可靠，改善切 割表面粗糙度，特別是在克服切割換向條紋方面效果明顯；它可應用到其它電火花工具機上， 比如電火花成型機及電火花高速小孔加工工具機，使它們的加工狀態更加穩定可靠，特別是 在克服電火花成型機電弧放電、表面積碳及深槽窄縫加工方面效果明顯。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。圖1為本發明的結構框圖；圖2為本發明的脈衝參數配置模塊的結構框圖；圖3為本發明的單脈衝採樣和調理電路的結構框圖；圖4為本發明的採樣處理和進給控制部分的結構框圖；圖5為本發明的模糊自適應控制模塊的結構框圖。圖中1、脈衝參數配置模塊；2、單脈衝採樣和調理電路；3、樣處理和進給控制部 分；4、模糊自適應控制模塊。
具體實施例方式如圖1 5所示的一種中走絲工具機多狀態實時採樣數字伺服進給系統，基於雙 CPLD的脈衝採樣和控制電路，由脈衝參數配置模塊1、單脈衝採樣和調理電路2、採樣處理 和進給控制部分3、模糊自適應控制模塊4四個部分組成所述脈衝參數配置模塊1由其內部的兩個89C52分別與主控PC進行串行通信連 接和接受及處理CNC系統發送的電參數輸送至採樣處理和進給控制部分3和模糊自適應控 制模塊4。
所述單脈衝採樣和調理電路2接受外部的模擬信號，並將模擬信號轉化為數字信 號輸送至採樣處理和進給控制部分3、模糊自適應控制模塊4。所述採樣處理和進給控制部分3將單脈衝採樣和調理電路2發送的數位訊號進行 解碼，形成地址進行累加，並將輸出信號輸送至外部的車床電機。所述模糊自適應控制模塊4模糊推理接收到的採樣處理和進給控制部分3信號， 再將信號反饋至採樣處理和進給控制部分3。所述脈衝參數配置模塊1、單脈衝採樣和調理電路2和採樣處理和進給控制部分3 三部分可形成PI控制的數字伺服積分環。數字採樣是本發明的的關鍵環節，數字伺服進給能否達到實時有效跟蹤，關鍵點 是數字採樣是否準確精細，能否區分不同的加工狀態，根據加工狀態進行實時調整，才能達 到有效穩定跟蹤。數字伺服模糊自適應控制的指標數據，用函數式表達為U = F{I，P，N，0}。其中U是衡量實際切割表面質量好壞的指標。I切割中選定的電流。P切割中脈衝動態行為。N切割中的進給速度。0是進給中的偏移量。上述表達式表明，基於線切割放電中電流狀態，脈衝狀態以及速度三個量在不同 的切割條件下，實際切割表面質量良好時所滿足的規律，依此進行模糊推理，進而控制進給 積分器的大小和脈衝的電參數。在控制的過程中，為了在切割的過程中能適應鉬絲換向，切 割中軌跡變化，和切割中厚度等的變化，動態地調整積分器和電脈衝的基數，採用模糊自適 應控制，最終使這些變化對實際切割表面質量造成的不良影響降低到最小。本發明能對單個脈衝放電的實際狀態進行比較，能區分64种放電脈衝狀態，它反 映絕大部分主要出現的脈衝狀態，再根據脈衝狀態來選擇進給脈衝的權值，並自適應調整 以適應工況的變化以達到實時有效跟蹤。本發明基於上述技術方案及基本實驗結果，採用基於雙CPLD，由四大功能模塊組 成的脈衝放電實時準確精細化檢測和控制電路，集成在三塊PCB板上。以上僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，凡是依 據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發 明技術方案的範圍內。
權利要求
一種中走絲工具機多狀態實時採樣數字伺服進給系統，其特徵是所述中走絲工具機多狀態實時採樣數字伺服進給系統基於雙CPLD的脈衝採樣和控制電路，由脈衝參數配置模塊(1)、單脈衝採樣和調理電路(2)、採樣處理和進給控制部分(3)、模糊自適應控制模塊(4)四個部分組成所述脈衝參數配置模塊(1)由其內部的兩個89C52分別與主控PC進行串行通信連接和接受及處理CNC系統發送的電參數輸送至採樣處理和進給控制部分(3)和模糊自適應控制模塊(4)。所述單脈衝採樣和調理電路(2)接受外部的模擬信號，並將模擬信號轉化為數位訊號輸送至採樣處理和進給控制部分(3)、模糊自適應控制模塊(4)。所述採樣處理和進給控制部分(3)將單脈衝採樣和調理電路(2)發送的數位訊號進行解碼，形成地址進行累加，並將輸出信號輸送至外部的車床電機。所述模糊自適應控制模塊(4)模糊推理接收到的採樣處理和進給控制部分(3)信號，再將信號反饋至採樣處理和進給控制部分(3)。
2.根據權利要求1所述的中走絲工具機多狀態實時採樣數字伺服進給系統，其特徵是 所述脈衝參數配置模塊(1)、單脈衝採樣和調理電路(2)、採樣處理和進給控制部分(3)形 成PI控制的數字伺服積分環。
全文摘要
本發明涉及一種電加工自適應數字伺服進給系統，特別涉及一種中走絲工具機多狀態實時採樣數字伺服進給系統。一種中走絲工具機多狀態實時採樣數字伺服進給系統，基於雙CPLD的脈衝採樣和控制電路，由脈衝參數配置模塊、單脈衝採樣和調理電路、採樣處理和進給控制部分、模糊自適應控制模塊四個部分組成。本發明的有點在於由於其特有的靈活性和可控性在線切割中的應用就大有可為，由於採用了模糊自適應技術可以是進給的跟蹤策略更加的合理，在一次切割中數字伺服可以提高10％的效率並使切割的穩定性大大的增加，並且其應用也相當廣泛。
文檔編號B23H7/14GK101875141SQ201010119308
公開日2010年11月3日 申請日期2010年3月8日 優先權日2010年3月8日
發明者侯智武, 時解放, 高堅強 申請人:蘇州新火花工具機有限公司