电火花机床电液式进给机构电控系统设计

1、电火花机床电液式进给机构电控系统设计 电火花机床电液式进给机构电控系统设计李国富(宁波大学工学院，浙江宁波315211) 摘要：设计了一种电火花成型机床电液自动进给调节机构的 电气控制系统，它克服了某些控制系统存在的体积大、价格高、安全性低、操作不便等问题 ，具有实用、经济、安全等特点。试验结果验证了所设计电路的有效性。关键词：电火花机床；电液调节机构；电控系统；自动进给 The design of an electric control system for the electrohydraul icservo mechanism in EDM LI Guofu(Engineering Fa

2、culty of Ningbo University,Zhejiang Ningbo 315211 ,China) Abstract：An electric control system has been designed for use with an electrohydraulic servo mechanism in EDM.It can solve th e problems of a big volume,high cost,low safety and inconvenient operation in so m e control systems.The present con

3、trol system has the characteristics of practica bility,low cost and safety.The result from experiments has verified its effectiv eness.Key words：EDM;electrohydraulic servo mechanism;electric control system;automatic feeding 0引言电火花加工是一种利用电、热能量进行加工的方法，由于它具有常规加工无 法达到的独特优点，在许多行业特别是模具制造方面得到了广泛的应用。尽管高加工精度

4、的 先进电加工机床不断出现，但其价格普遍很高。由于机床的使用周期和对加工精度的不同需 求，类似于D7140采用喷嘴挡板式电液自动进给调节系统的电火花成型机床，在中小企业 内还占有较高比例，这类机床虽然先进性不高，但价格较低，能满足大部分电火花 成型加工的需要。然而一些早期设计的控制系统，存在着诸如加工极性转变时需互换间隙电 压检测信号线、在对刀位置不能启动处于正极性的脉冲电源等问题，否则会使加工无法进行 或损 坏控制系统，甚至损坏脉冲电源。一些有触点的控制系统，触点动作频繁，触点开合产生的 火花在易燃的工作环境中也存在一定的安全隐患。为了克服上述电气控制系统的问题，设计 了一种基于555时基电

5、路和光电耦合器的喷嘴挡板式电液自动进给调节机构的电控系统， 与一般控制系统相比，该系统更加实用、可靠。 1控制电路及主要功能电液自动进给调节系统是通过控制电机械转换器中动圈电流的大小来控制 主轴进给运动的，其控制电路如图1所示。控制电路主要完成自动进给控制、手动调节和 定 时抬刀等功能。正常加工时，控制电路根据放电间隙的状态控制工具电极的进给速度，保证 加工的稳定性和加工效率。此外，还具有快进和短路自动抬刀功能。手动状态下，通过手动 方式调节工具电极的运动方向和速度，可以对机床或控制系统进行对刀、调试等操作。在进 行型腔模加工、尤其是大面积加工或深孔加工时，采用定时抬刀，使电极定时抬起，帮助在

6、 放电间隙中的蚀除物排出，提高了加工稳定性。 2系统控制过程分析自动进给时，图1中的D与E、F与G断开，F与H接通，放电间隙处于工作状态， 控制系统根据工具电极和工件之间放电间隙的状态来控制进给机构的运动。正常 加工时，来自放电间隙的正极性或反极性加工脉冲信号经整流桥DD3整流，再经R3、C5、R4、R5、DW2、R6、RW1组成的非 线性检测电路，转换为相应大小的VT1基极控制电流，控制通过L1的电流，使电极进给速度 和工件蚀除速度接近，放电间隙处于最佳位置附近，以保持较高的加工效率。放电间隙处于开路状态时，整流桥DD3输出的电压最高 ，非线性检测电路获得最大的测量信号，VT1导通，动圈L1

7、流过的电流最大，电机械转换 器中的挡板下移至最低位置，喷嘴的出油口全部关闭，主轴头以最大的速度进给。当工具电 极和工件接触时，电极与工件之间的电压为零，检测电路取得的电压信号为零，VT1的基极 无电流通过，VT1截止，L1中无电流通过，L1不受电磁力的作用，主轴头快速回升， 消除短路。非线性检测电路可以增加系统的稳定性，从图1中可看出，VT1工作于放 大区时，L1中的控制电流将随加工间隙电压信号的增大而增加，呈线性变化，当图1中的R4 、R6之间的电压大于DW2的击穿值时，R5所在的支路上有电流通过，改变了工作区的输入信 号，提高了自动进给调节系统的稳定性。RW1可调节放电间隙的大小，以适应不

8、同加工的需 要。间隙调节电路有较好的可重复性，具有最佳间隙保持功能，可减少加工的辅助时间。手动工作时，图1中D与E、F与G分别接通，F与H断开。正常工作状态下，光电耦合器中的发 光二极管导通发光，光敏三极管导通，VT1的基极有电流通过，VT1导通，L1有电流通过，带 动主轴头和工具电极运动；由于L1中的电流大小决定于VT1的基极电流，而电位器RW2具有分 流作用，所以调节RW2可以控制工具电极上下运动的速度和方向。调节RW2至最大值时，流经 R8、光敏三极管、R7、D3至VT1基极的电流达到最大值，L1中通过的电流最大，电极快速进 给。调节RW2至零，图1中A2点电位为零，VT1基极无电流，V

9、T1截止，L1中无电流，电极快速 回升。调节RW2使L1的电流为200 mA左右，工具电极处于静止状态，此时L1中的电流值就是 动态平衡电流。调节RW2使L1的电流大于动态平衡电流，工具电极作进给运动。调节RW2使L1 的电流小于动态平衡电流，工具电极回 升。L1中电流与动态平衡电流的差值决定电极的运动速度和方向。在工具电极和工件接触处 于短路状态时，A1点电位被钳制在二极管D2的导通压降附近，光电耦合器中的发光二极管和 光敏三极管均处于截止状态，VT1截止，L1内无电流，主轴回升。定时抬刀是在进给加工时，使电极定时抬起，帮助放电加工间隙内蚀除物的排出。图1的定 时抬刀控制电路由时基电路555

10、等元件构成的多谐振荡器及三极管开关VT2等组成，电路无触 点，无火花和机械噪声。多谐振荡器输出占空比可调的方波信号，使三极管VT2处于开关状 态来控制VT1的基极电流及L1内电流的通断，达到抬刀和进给的目的。定时抬刀控制电路工 作时，K2被接通，EC2通过RW3、R11、D6向电容C6充电，当在C6上的电压超过555内部的触发 电平时，V0输出低电平，VT2截止，工具电极保持原来的工作状态。随后，电容C6通过D5、R W4、R12及555内部三极管放电，当电容上的电压下降至一定值时，555内部触发器翻转，V0的输出从低电平转为高电平，VT2饱和导通，A3点被钳位在低电平，VT1截止，A4点为高

11、电平，L1内无电流流过，工具电极抬刀回升。循环重复上述过程，在555输出端V0可获得周期性 的方波输出，从而通过VT2控制L1内电流的通断，实现定时抬刀的功能。进给时间和抬刀时 间与电容C6的充放电时间相等，分别为tpH0.7(RW3+R11)C6和tpL0. 7(RW4+R12)C6。 3试验电路试验在D7140电火花成型机床上进行，当K1处于自动加工位置时，电极从 最高位置快速向工件运动，接近工件后，速度变慢，在两极间隙达到一定值时，工具电极和 工件之间开始有火花和气泡产生，工件和电极附近的工作液由于工件蚀除物的排出而逐渐变 黑，随后两极间隙的火花逐渐密集，以较稳定的火花进行放电加工，工具

12、电极以比较稳定的 速度作进给运动。切断电火花加工的脉冲电源，主轴快速回升。配合定时抬刀控制时，主轴 进给一预设的时间后，回升一预设时间，再重复进给、回升的过程，使加工过程中的蚀除物 顺利排出。调节RW3和RW4，可以控制主轴的进给时间和回升时间，工作过程中抬刀控制电路 无火花和噪声。采用手动控制时，调节RW2至平衡位置，电极静止不动，从平衡位置往不同 方向调节RW2时，工具电极相应地作回升或进给运动，RW2偏离平衡位置的值越大，电极运动 速率也越大，与动圈L1串联的毫安表读数也间接地显示了这一现象。当电极接触到工件时， 电极立即自动回升。控制系统极性转换时能继续工作，任何极性下在对刀位置启动脉

13、冲电源 均不会损坏控制系统。从操作过程看，机床的操作和调整变得简单，自动化程度和控制性能 有一定的提高，加工精度和光洁度不低于原系统。试验结果表明，与一般喷嘴挡板式电火花机床电液自动进给调节机构的控制电路相比，图 1控制电路结构简单，在信号检测、工作过程控制和定时抬刀等方面的性能都有提高，克服 了某些系统在脉冲电源处于正极性时不能在对刀位置上启动脉冲电源的问题，在加工极性转 换时也不需要对检测电路进行手动操作，电路无触点、火花及机械噪声，最佳间隙调整和保 持简单。控制电路成本、体积和功耗较低。 参考文献 1刘亚春，赵家齐特种加工M.北京：机械工业出版社，1994.2苏景云.电火花加工机理的研究J.吉林化工学院学报，2002,