一种基于火花放电率的电极损耗实时补偿方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201410777505.9

申请日:

2014.12.15

公开号:

CN104646774A

公开日:

2015.05.27

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):B23H 1/00申请日:20141215|||公开

IPC分类号:

B23H1/00; G06F19/00(2011.01)I

主分类号:

B23H1/00

申请人:

哈尔滨工业大学

发明人:

狄士春; 郭成波

地址:

150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号

优先权:

专利代理机构:

哈尔滨市松花江专利商标事务所23109

代理人:

张利明

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内容摘要

一种基于火花放电率的电极损耗实时补偿方法,涉及一种电火花铣削加工中电极损耗实时补偿的方法,为了解决现有目前电火花铣削加工中电极损耗补偿不准确导致无法满足加工精度要求和伺服进给不稳定导致加工效率低的问题。该方法包括如下步骤,步骤一:实时采集极间电压值,并根据极间电压值判断极间是否发生放电,当极间发生放电时,对电火花铣削放电过程中的放电率进行统计获得w(te):步骤二:根据放电率与电极损耗率的关系公式计算实时的电极损耗率η(te),步骤三:电极运动控制系统根据步骤二计算所得电极损耗率η(te)调节电极损耗补偿量,从而达到电极损耗补偿实时根据极间放电率进行调整的目的。主要用于电火花加工领域。

权利要求书

权利要求书
1.  一种基于火花放电率的电极损耗实时补偿方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
步骤一:实时采集极间电压值,并根据极间电压值判断极间是否发生放电,当极间发生放电时,对电火花铣削放电过程中的放电率进行统计获得:
w(te)=∫0ttedtt,]]>
te为单次脉冲时间内的放电时间;t为采样时间;w(te)为放电率;
步骤二:根据放电率与电极损耗率的关系公式计算实时的电极损耗率η(te),所述的根据放电率与电极损耗率的关系公式为:
η(te)=f(te)*w(te),
f(te)为放电率与电极损耗率之间的数学关系式;η(te)为电极损耗率,
步骤三:电极运动控制系统根据步骤二计算所得电极损耗率η(te)调节电极损耗补偿量,从而达到电极损耗补偿实时根据极间放电率进行调整的目的。

2.  根据权利要求1所述的一种基于火花放电率的电极损耗实时补偿方法,其特征在于,所述的根据极间电压值判断极间是否发生放电的条件为:极间电压值处在空载和短路参考电压值之间。

3.  根据权利要求1所述的一种基于火花放电率的电极损耗实时补偿方法,其特征在于,根据加工中放电击穿之后的时间计算放电时间,并以加工中放电击穿之后的时间为基准计算火花放电率w(te)。

4.  根据权利要求1所述的一种基于火花放电率的电极损耗实时补偿方法,其特征在于,通过数据分析的方法确定放电率与电极损耗率的关系公式。

说明书

说明书一种基于火花放电率的电极损耗实时补偿方法
技术领域
本发明涉及一种电火花铣削加工中电极损耗实时补偿的方法。
背景技术
航天航空工业中使用了大量的高强度、耐高温材料如钛合金、镍基耐高温合金等,用传统的加工方法对难加工材料进行大体积材料去除时刀具成本很高。电火花铣削加工利用数控系统控制简单管状电极运动,并配以高压冲液,实现了类似于传统铣削加工的电火花分层铣削加工,其目前的加工效率也已经到达了与机械铣削相近的水平,因此在航天航空领域有很大的应用空间。由于电火花铣削依靠极间放电产生的热的复合作用去除材料,工件材料被去除的同时电极也被损耗掉了一部分,因此加工过程中电极在轴向上长度逐渐变短,影响加工精度。电极损耗补偿的精度直接决定着加工精度,因此电极损耗补偿问题是实现电火花铣削加工的关键技术之一。
目前的电极损耗补偿方法主要有离线预测补偿法、在线检测补偿法和在线间歇定点对刀补偿法。离线预测补偿法主要是根据实验经验或数学运算对电极损耗进行预测,但是对未知的加工参数进行预测时误差较大。在线检测补偿法主要是使用探头或者CCD影像成像等方法检测电极长度进行补偿的方法,其实现过程非常繁琐而且需要检测设备。在线间歇定点对刀补偿法通过在加工时中断加工并控制电极到固定点使用电火花接触感知功能检测电极长度变化,从而将测量的电极损耗补偿到接下来的加工程序中,这种补偿方法需要花费较多的时间,降低了加工效率,而且是将上一段程序的电极损耗量补偿到下一段程序中,精度不是太高。
公开号为101982280A的中国发明专利申请是根据放电能量计算电极损耗量,其所采用的虽然称为实时补偿,但是实际上是将一定时间内根据放电能量计算出的损耗量一次性补偿到下一段加工中,这种实时的补偿不是真正的实时补偿,而电极损耗量和电极损耗率有本质的区别。
因此,研发一种简单、可靠、实用的电极损耗补偿方法成为了将电火花铣削应用于难加工材料加工领域的关键。
发明内容
本发明是为了解决现有目前电火花铣削加工中电极损耗补偿不准确导致无法满足加工精度要求和伺服进给不稳定导致加工效率低的问题,本发明提供了一种基于火花放电率 的电极损耗实时补偿方法。
一种基于火花放电率的电极损耗实时补偿方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
步骤一:实时采集极间电压值,并根据极间电压值判断极间是否发生放电,当极间发生放电时,对电火花铣削放电过程中的放电率进行统计获得:
w(te)=∫0ttedtt,]]>
te为单次脉冲时间内的放电时间;t为采样时间;w(te)为放电率;
步骤二:根据放电率与电极损耗率的关系公式计算实时的电极损耗率η(te),所述的根据放电率与电极损耗率的关系公式为:
η(te)=f(te)*w(te),
f(te)为放电率与电极损耗率之间的数学关系式;η(te)为电极损耗率,
步骤三:电极运动控制系统根据步骤二计算所得电极损耗率η(te)调节电极损耗补偿量,从而达到电极损耗补偿实时根据极间放电率进行调整的目的。
本申请所提出的方法与现有的能量补偿电极损耗方法有本质的区别:
(1)所基于的检测方法不同:现有的能量补偿电极损耗方法是通过检测放电功率或电流信号来计算放电能量;而本申请是通过检测极间实时放电电压来计算火花放电率;
(2)补偿的计算方法不同:现有的能量补偿电极损耗方法是根据放电能量计算电极损耗量;而本申请根据火花放电率计算的是电极损耗率,电极损耗率与电极损耗量由本质的区别。
(3)补偿的方式不同:现有的能量补偿电极损耗方法虽然称为实时补偿,但是实际上是将一定时间内根据放电能量计算出的损耗量一次性补偿到下一段加工中;而本申请是根据放电率计算所得电极损耗率,将电极损耗平均分配到所加工的距离上,只要存在火花放电就会存在实时的电极损耗补偿,而本申请根据放电率调整的只是电极损耗率的数值。
本发明的原理是:
在电火花铣削加工过程中,实时对极间放电电压波形进行检测,并记录实时的极间电压数值,
当极间电压大于一定的数值时极间没有进行放电,极间处于空载状态,
当极间电压小于短路参考电压时,极间发生短路,
只有当极间电压值处在空载和短路参考电压值之间时,极间在发生放电。
本发明提出的方法只有在电火花放电时才进行电极损耗的实时补偿;空载时不进行电极损耗的补偿;短路时加工中断,电极在垂直于进给方向进行一次抬刀动作,此时的电极损耗率按火花放电率的最大值进行计算。
在电火花正常放电时,根据实时检测的极间电压计算得出采样周期内的火花放电率,并通过前期得出的公式将实时的火花率转换为对应的电极损耗率,进而实时调整电极损耗补偿量,实现精确的损耗补偿。
基于以上原理,本发明提出的基于火花放电率的实时电极损耗补偿方法,实现了只有电火花铣削放电时才进行补偿,而且实现了补偿量根据火花放电率实时进行调整的功能,大大提高电极损耗补偿的精度,克服了伺服进给不稳定导致加工效率低的问题。
附图说明
图1为本发明所述的一种基于火花放电率的电极损耗实时补偿方法的原理示意图;
图2为火花放电率与电极损耗率的关系示意图;其中,A表示低火花区,B表示高火花区,附图标记1表示空载处,C表示短路区;
图3为采集的极间正常放电电压波形示意图;其中U表示极间电压值。
具体实施方式
具体实施方式一:参见图1说明本实施方式,本实施方式所述的一种基于火花放电率的电极损耗实时补偿方法,该方法包括如下步骤:
步骤一:实时采集极间电压值,并根据极间电压值判断极间是否发生放电,当极间发生放电时,对电火花铣削放电过程中的放电率进行统计获得:
w(te)=∫0ttedtt,]]>
te为单次脉冲时间内的放电时间;t为采样时间;w(te)为放电率;
步骤二:根据放电率与电极损耗率的关系公式计算实时的电极损耗率η(te),所述的根据放电率与电极损耗率的关系公式为:
η(te)=f(te)*w(te),
f(te)为放电率与电极损耗率之间的数学关系式;η(te)为电极损耗率,
步骤三:电极运动控制系统根据步骤二计算所得电极损耗率η(te)调节电极损耗补偿量,从而达到电极损耗补偿实时根据极间放电率进行调整的目的。
本实施方式中,
实施例:当采用电火花铣削加工耐高温合金涡轮盘时,由于涡轮盘需要加工的曲面比较复杂,存在许多电极空走行程,能够显示出基于放电率的电极损耗实时补偿方法的优越性。电极在涡轮盘工件表面按照预先编制的加工程序进行走刀时,
当电极与工件距离较远还没有进行放电时,不存在电极损耗,检测所得的火花放电率为零,如图2空载处所示,因此电极运动过程中不会进行损耗补偿;
当电极与工件刚刚开始接触时,此时放电不是连续的,检测所得的火花放电率较低,放电率位于图2所示的低火花放电率区,此时对应的电极损耗率也较低,因此数控系统会实时将电极损耗补偿量调在较低的水平;
当电极与工件完全接触时,此时放电开始逐渐连续,其放电电压波形会如图3所示,绝大部分脉冲都在进行放电,火花放电率保持在图2所示高火花放电率区域,因此数控系统会根据计算结果实时将电极损耗补偿量在较高的水平进行调整;
偶然性的,由于极间充液不充分等原因会造成极间的短路,此时电极会立刻停止执行加工程序并在垂直于电极进给方向向背向工件的方向抬起一定的高度,从而快速的终止短路情况,然后再慢速的运动回中断点,继续进行加工,短路时刻的电极损耗补偿量参考最高放电火花率时的电极损耗率。
因此,基于火花放电率的电极损耗实时补偿方法,也就实现了基于实时放电情况的电极损耗补偿,电极损耗率根据火花放电率进行实时调整,进而通过数控系统实时调节电极损耗补偿量,这样大大提高了电火花铣削电极损耗补偿的精度。
具体实施方式二:参见图1说明本实施方式,本实施方式与具体实施方式一所述的一种基于火花放电率的电极损耗实时补偿方法的区别在于,所述的根据极间电压值判断极间是否发生放电的条件为:极间电压值处在空载和短路参考电压值之间。
本实施方式,电火花铣削加工中根据火花放电率进行电极损耗率的实时调整,电极损耗补偿量随着火花放电率的变化而变化。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一所述的一种基于火花放电率的电极损耗实时补偿方法的区别在于,根据加工中放电击穿之后的时间计算放电时间,并以加工中放电击穿之后的时间为基准计算火花放电率w(te)。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一所述的一种基于火花放电率的电极损耗实时补偿方法的区别在于,通过数据分析的方法确定放电率与电极损耗率的关系公式。

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一种基于火花放电率的电极损耗实时补偿方法,涉及一种电火花铣削加工中电极损耗实时补偿的方法,为了解决现有目前电火花铣削加工中电极损耗补偿不准确导致无法满足加工精度要求和伺服进给不稳定导致加工效率低的问题。该方法包括如下步骤,步骤一:实时采集极间电压值,并根据极间电压值判断极间是否发生放电,当极间发生放电时,对电火花铣削放电过程中的放电率进行统计获得w(te):步骤二:根据放电率与电极损耗率的关系公式。

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