專(zhuān)利名稱(chēng)：用于改善電加工工藝條件的運(yùn)動(dòng)控制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精密數(shù)控電加工(主要包括電火花加工和電解加工)過(guò)程控制和設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種用于改善電加工工藝條件的運(yùn)動(dòng)控制方法及裝置。
背景技術(shù)：
電火花加工和電解加工是電加工中最常見(jiàn)的兩種加工方法 ，它們利用火花放電腐蝕或電化學(xué)腐蝕原理實(shí)現(xiàn)非接觸的小間隙加工。在電加工過(guò)程中，為了提高加工間隙的穩(wěn)定性和改善工作液更新，通常設(shè)計(jì)有自動(dòng)或強(qiáng)迫排屑功能。但是，這樣做的結(jié)果，犧牲了脈沖利用率和加工速度。由于主軸回退/復(fù)位運(yùn)動(dòng)速度慢，影響加工時(shí)間，為了防止加工間隙產(chǎn)生積碳、短路、拉弧現(xiàn)象，往往要求主軸頭回退到起始點(diǎn)，換了參數(shù)后再進(jìn)給加工，有時(shí)需轉(zhuǎn)換規(guī)準(zhǔn)多達(dá)十幾次，浪費(fèi)的加工時(shí)間更多。因此，主軸移動(dòng)速度越快，回退/復(fù)位和空程移動(dòng)浪費(fèi)的時(shí)間越少，總的加工蝕除率將越高。目前電加工機(jī)床上普遍采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)+滾珠絲杠+直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)用于中低速時(shí)表現(xiàn)出良好的性能，如精度高，穩(wěn)定性好，成本低等。但用于高速時(shí)受其傳動(dòng)鏈中聯(lián)軸器、滾珠絲杠等環(huán)節(jié)的滯后影響，其速度和加速度的提高受到限制，并且在主軸快速回退/復(fù)位時(shí)由于負(fù)載大、慣性大，對(duì)電機(jī)和機(jī)床剛性提出了更高的要求，不能滿(mǎn)足現(xiàn)代加工的需要。近年來(lái)，由直線伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的電加工機(jī)床在一些高檔精密數(shù)控機(jī)床中得到應(yīng)用。直線電機(jī)的單步響應(yīng)和伺服跟蹤響應(yīng)性能好，加工穩(wěn)定，在高速化的前提下，能實(shí)現(xiàn)高精度、高響應(yīng)、低振動(dòng)。但其價(jià)格比旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)+滾珠絲杠裝置高出很多，且發(fā)熱大，需要專(zhuān)門(mén)的冷卻系統(tǒng)，其可靠性受控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，對(duì)周邊環(huán)境有較大影響，必須采取有效的隔磁和防護(hù)措施以隔斷磁場(chǎng)對(duì)滾動(dòng)導(dǎo)軌的影響和對(duì)磁塵的吸附，而且在提供相同轉(zhuǎn)矩時(shí)，其消耗的能源約比“旋轉(zhuǎn)電機(jī)+滾珠絲杠+直線導(dǎo)軌”結(jié)構(gòu)多一倍以上，不符合現(xiàn)代制造節(jié)能降耗、綠色制造的要求。而與直線電機(jī)原理相同的音圈電機(jī)也能實(shí)現(xiàn)高速度、高加速度、高精度、大推力和相對(duì)小的行程，并且其結(jié)構(gòu)要比直線電機(jī)小得多，價(jià)格便宜，控制方便，能在一定條件下代替直線電機(jī)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有電加工的不足，提出一種用于改善電加工工藝條件的運(yùn)動(dòng)控制方法及裝置。該運(yùn)動(dòng)控制方法將同一直線方向上的運(yùn)動(dòng)分為大行程伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和小行程快速回退/復(fù)位運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)微機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)既定運(yùn)動(dòng)軌跡控制實(shí)現(xiàn)大行程伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，在大行程伺服進(jìn)給的過(guò)程中微機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)加工需要控制實(shí)現(xiàn)小行程快速回退/復(fù)位運(yùn)動(dòng)。利用伺服電機(jī)+滾珠絲杠+直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)中低速運(yùn)動(dòng)精度高，穩(wěn)定性好，成本低的優(yōu)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)大行程伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；利用音圈電機(jī)+直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)高速度、高加速度、高精度、經(jīng)濟(jì)和控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)快速回退/復(fù)位運(yùn)動(dòng)。既滿(mǎn)足了電加工改善加工工藝條件的需要，又提高了加工效率、加工穩(wěn)定性和加工過(guò)程可控性。本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案
一種用于改善電加工工藝條件的運(yùn)動(dòng)控制方法，將同一直線方向上的運(yùn)動(dòng)分為大行程伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和小行程快速回退/復(fù)位運(yùn)動(dòng)；微機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)既定運(yùn)動(dòng)軌跡控制實(shí)現(xiàn)大行程伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，在大行程伺服進(jìn)給的過(guò)程中，微機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)加工需要控制實(shí)現(xiàn)小行程快速回退/復(fù)位運(yùn)動(dòng)。所述大行程伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由微機(jī)控制系統(tǒng)控制伺服電機(jī)通過(guò)伺服電機(jī)+滾珠絲杠+直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。所述小行程快速回退/復(fù)位運(yùn)動(dòng)由微機(jī)控制系統(tǒng)控制音圈電機(jī)通過(guò)音圈電機(jī)+直 線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的另一技術(shù)目的是提供一種上述改善電加工工藝條件的運(yùn)動(dòng)控制方法的運(yùn)動(dòng)裝置，包括底座、大行程伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)以及與大行程伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)的動(dòng)力輸出端連接的主軸，大行程伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)固定安裝在底座上，所述大行程伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)的動(dòng)力輸出端通過(guò)小行程快速回退/復(fù)位機(jī)構(gòu)與主軸連接，且大行程伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)的動(dòng)力輸出方向與小行程快速回退/復(fù)位機(jī)構(gòu)的動(dòng)力輸出方向平行。所述大行程伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)、滾珠絲杠、第一直線滾動(dòng)導(dǎo)軌以及溜板；伺服電機(jī)固定安裝在底座上，溜板通過(guò)第一直線滾動(dòng)導(dǎo)軌與底座連接，且伺服電機(jī)的動(dòng)力輸出端通過(guò)滾珠絲杠與溜板連接。所述小行程快速回退/復(fù)位機(jī)構(gòu)包括音圈電機(jī)、第二直線滾動(dòng)導(dǎo)軌和支撐安裝塊；音圈電機(jī)的底座通過(guò)支撐安裝塊固定安裝在溜板上，主軸與支撐安裝塊之間設(shè)置第二直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，音圈電機(jī)的動(dòng)力輸出端與主軸連接。
本發(fā)明的有益效果如下
I、本發(fā)明所述的運(yùn)動(dòng)控制方法將同一直線方向上的運(yùn)動(dòng)分為大行程伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和小行程快速回退/復(fù)位運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了大行程伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和小行程快速回退/復(fù)位運(yùn)動(dòng)的分開(kāi)控制，在大行程伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中可根據(jù)加工需要控制音圈電機(jī)通過(guò)小行程快速回退/復(fù)位機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)小行程快速回退/復(fù)位運(yùn)動(dòng)，能夠有效改善工作液更新條件，有利于加工產(chǎn)物排出，從而提高加工效率，實(shí)現(xiàn)精密電加工，特別是對(duì)于深窄型腔的精密電加工有重要意義。2、本發(fā)明所述的運(yùn)動(dòng)裝置由于配置了小行程快速回退/復(fù)位機(jī)構(gòu)，因此，相對(duì)于目前普遍采用的伺服電機(jī)+滾珠絲杠+直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)而言，具有更高的運(yùn)動(dòng)速度和加速度，其運(yùn)動(dòng)加速度可達(dá)I. 5g"3. 0g，對(duì)于電加工過(guò)程中更新工作液和排出加工產(chǎn)物非常有利。相對(duì)一些高檔精密數(shù)控電加工機(jī)床上的直線電機(jī)+直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)而言，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)其整機(jī)能耗低。


圖I為一種用于改善電加工工藝條件的運(yùn)動(dòng)控制方法系統(tǒng) 圖2為一種用于改善電加工工藝條件的運(yùn)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明
I-主軸；2_支撐安裝塊；3_直線滾動(dòng)導(dǎo)軌；4_音圈電機(jī)；5_滾珠絲杠；6_伺服電機(jī)；7-溜板；8_底座。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
如圖I所示，微機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)加工具體條件需要對(duì)脈沖電源參數(shù)(如電流/電壓大小、脈沖頻率和占空比等)進(jìn)行調(diào)節(jié)(例如粗加工時(shí)要求高的生產(chǎn)率和低電極損耗，應(yīng)考慮選用較寬的脈沖寬度，選用合適的脈沖峰值電流；精加工時(shí)，對(duì)粗糙度要求高，因此應(yīng)選擇窄脈寬，小峰值電流)，并控制實(shí)現(xiàn)大行程伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，當(dāng)檢測(cè)到加工間隙大于或小于設(shè)定加工間隙Λ (通常為O. 0Γ0. 5mm)時(shí)控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)伺服電機(jī)+滾珠絲杠+直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)對(duì)伺服間隙進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)均勻間隙加工；在伺服進(jìn)給的過(guò)程中檢測(cè)到極間狀態(tài)有變化時(shí)(多由積碳、短路、拉弧等現(xiàn)象產(chǎn)生)，控制音圈電機(jī)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)音圈電機(jī)+直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)小行程快速回退/復(fù)位(回退量為f 10mm，回退/復(fù)位加速度可達(dá)I. 5g^3g),改善工作液更新、利于加工產(chǎn)物排出，從而提高加工效率和加工穩(wěn)定性。如圖2所示，本發(fā)明運(yùn)動(dòng)裝置包括主軸I、支撐安裝塊2、兩組平行設(shè)置的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌3、音圈電機(jī)4、滾珠絲杠5、伺服電機(jī)6、溜板7和底座8，另外，本申請(qǐng)所采用的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌均為精密直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，分別對(duì)溜板和主軸的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)向，提高兩者的運(yùn)動(dòng)精度。其中主軸安裝在音圈電機(jī)的動(dòng)圈上，隨著動(dòng)圈的運(yùn)動(dòng)沿著第二精密直線滾動(dòng)導(dǎo)軌而運(yùn)動(dòng)；音圈電機(jī)和第二精密直線滾動(dòng)導(dǎo)軌均安裝固定在支撐安裝塊上，而支撐安裝塊安裝在溜板上；溜板在滾珠絲杠的作用下沿著第一精密直線滾動(dòng)導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)。同一直線方向上的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括大行程伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)和小行程快速回退/復(fù)位機(jī)構(gòu)。大行程伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)6、滾珠絲杠5、第一精密直線滾動(dòng)導(dǎo)軌3和溜板7 ;小行程快速回退/復(fù)位機(jī)構(gòu)則包括音圈電機(jī)4、第二精密直線滾動(dòng)導(dǎo)軌3和支撐安裝塊2。實(shí)施例1，用于電火花加工。微型計(jì)算機(jī)選擇窄脈寬、小峰值電流電源參數(shù)進(jìn)行精加工，加工間隙為Λ =0. 05、. 1mm，并控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)大行程伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)大行程伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，該大行程伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)具體包括伺服電機(jī)6，滾珠絲杠5，第一精密直線滾動(dòng)導(dǎo)軌3和溜板7 ;并通過(guò)位置、速度反饋對(duì)該過(guò)程進(jìn)行精確控制；在伺服進(jìn)給的過(guò)程中，檢測(cè)到極間狀態(tài)有變化時(shí)，如檢測(cè)到拉弧時(shí)，控制音圈電機(jī)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)小行程快速回退/復(fù)位機(jī)構(gòu)控制實(shí)現(xiàn)小行程快速回退，該小行程快速回退/復(fù)位機(jī)構(gòu)具體包括音圈電機(jī)4、第二精密直線滾動(dòng)導(dǎo)軌3和支撐安裝塊2，回退量一般為2 5_，回退加速度為I. 0g^2. 5g，能夠大幅改善工作液更新和利于加工產(chǎn)物排出，從而提高電火花加工效率和表面質(zhì)量。實(shí)施例2，用于電解加工。微型計(jì)算機(jī)控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)大行程伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)大行程伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)位置、速度反饋對(duì)該過(guò)程進(jìn)行精確控制；在伺服進(jìn)給的過(guò)程中，檢測(cè)到極間狀態(tài)有變化時(shí)，如檢測(cè)到電流急劇變化時(shí)，控制音圈電機(jī)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)小行程快速回退/復(fù)位機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主軸快速回退，回退量為2 5_，回退加速度為lg 2. 5g，停留Γ58后主軸復(fù)位繼續(xù)加工。當(dāng)然也可以根據(jù)加工需要實(shí)現(xiàn)振動(dòng)進(jìn)給，而且該過(guò)程可通過(guò)位置、速度、電流反饋進(jìn)行精確控制，對(duì)于改善電解加工的流場(chǎng)穩(wěn)定性和電解加工產(chǎn)物的排出非常有利，從而可實(shí)現(xiàn)小間隙振動(dòng)進(jìn)給精密電 解加工。
權(quán)利要求
1.一種用于改善電加工工藝條件的運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于，將同一直線方向上的運(yùn)動(dòng)分為大行程伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和小行程快速回退/復(fù)位運(yùn)動(dòng)；微機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)既定運(yùn)動(dòng)軌跡控制實(shí)現(xiàn)大行程伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，在大行程伺服進(jìn)給的過(guò)程中，微機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)加工需要控制實(shí)現(xiàn)小行程快速回退/復(fù)位運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于改善電加工工藝條件的運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于，微機(jī)控制系統(tǒng)控制伺服電機(jī)通過(guò)伺服電機(jī)+滾珠絲杠+直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)大行程伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于改善電加工工藝條件的運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于，微機(jī)控制系統(tǒng)控制音圈電機(jī)通過(guò)音圈電機(jī)+直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)以較高的加速度實(shí)現(xiàn)小行程快速回退/復(fù)位運(yùn)動(dòng)。
4.一種用于改善電加工工藝條件的運(yùn)動(dòng)裝置，包括底座、大行程伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)以及與大行程伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)的動(dòng)力輸出端連接的主軸，大行程伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)固定安裝在底座上，其特征在于，所述大行程伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)的動(dòng)力輸出端通過(guò)小行程快速回退/復(fù)位機(jī)構(gòu)與主軸連接，且大行程伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)的動(dòng)力輸出方向與小行程快速回退/復(fù)位機(jī)構(gòu)的動(dòng)力輸出方向平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于改善電加工工藝條件的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述大行程伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)、滾珠絲杠、第一直線滾動(dòng)導(dǎo)軌以及溜板；伺服電機(jī)固定安裝在底座上，溜板通過(guò)第一直線滾動(dòng)導(dǎo)軌與底座連接，且伺服電機(jī)的動(dòng)力輸出端通過(guò)滾珠絲杠與溜板連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述用于改善電加工工藝條件的運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述小行程快速回退/復(fù)位機(jī)構(gòu)包括音圈電機(jī)、第二直線滾動(dòng)導(dǎo)軌和支撐安裝塊；音圈電機(jī)的底座通過(guò)支撐安裝塊固定安裝在溜板上，主軸與支撐安裝塊之間設(shè)置第二直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，音圈電機(jī)的動(dòng)力輸出端與主軸連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于改善電加工工藝條件的運(yùn)動(dòng)控制方法及裝置。該運(yùn)動(dòng)控制方法將同一直線方向上的運(yùn)動(dòng)分為大行程伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和小行程快速回退/復(fù)位運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)微機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)既定運(yùn)動(dòng)軌跡控制實(shí)現(xiàn)大行程伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，在大行程伺服進(jìn)給的過(guò)程中微機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)加工需要控制實(shí)現(xiàn)小行程快速回退/復(fù)位運(yùn)動(dòng)。該運(yùn)動(dòng)裝置包括實(shí)現(xiàn)大行程伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的伺服電機(jī)+滾珠絲杠+直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)小行程快速回退/復(fù)位運(yùn)動(dòng)的音圈電機(jī)+直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。通過(guò)該運(yùn)動(dòng)控制方法和裝置可以改善電加工工藝條件，提高加工效率、加工穩(wěn)定性和加工過(guò)程可控性。
文檔編號(hào)B23H7/00GK102825350SQ20121029251
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者趙建社, 李龍, 肖雄, 陳建寧, 楊育平 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)