CN108340033A - 加工pcd复合片的电火花成型机床智能深度控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床智能深度控制系统及方法。上述电火花成型机床智能深度控制系统包括数据处理器、主轴伺服控制及驱动单元、数据存储单元和间隙电流检测单元。在启动加工后，数据处理器通过访问间隙电流检测单元，自动识别和记录电极和聚晶金刚石复合片间隙的脉冲电流个数，并将之与数据存储单元中存储的脉冲电流个数预设值相比较；当检测到实际的脉冲电流个数等于脉冲电流个数预设值时，将当前主轴头所处的位置设置为坐标零点，从而可以准确地确定加工起点。该电火花成型机床智能深度控制系统用在加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床上，使得加工起点的确定变得智能。
Description
技术领域
本发明涉及一种加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床智能深度控制系统，同时涉及加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床智能深度控制方法，属于电火花加工技术领域。
背景技术
聚晶金刚石复合片简称PCD复合片，这种材料的特点是硬度高、脆性大、电阻率高、熔点高、导热性好，用传统的机械加工方法很难去量加工。
电火花脉冲放电加工是一种非接触式以柔克刚的加工方式，通过电极与工件之间脉冲放电能够对电阻率小于100Ω·cm的材料进行低成本加工。因此，利用电火花成型加工机床对PCD复合材料进行去量加工可以大幅降低加工成本，提高加工效率。
用当前现有的数控电火花成型机床加工PCD复合片有许多不方便的地方。(1)当前数控电火花成型加工机床确定加工起点(坐标零点)都是在电极与工件(即，待加工PCD复合片)之间加低于20V直流电压，让电极逐渐接近工件直至开始有火花放电来确定坐标零点。(2)PCD复合片由于粒度不同分成多种型号，加工各种型号的PCD复合片时电极损耗是不同的，而且加工深度越大，电极损耗越大。在加工每一个PCD复合片时预置加工深度数值需要根据PCD复合片的型号和需要实际达到的加工深度来计算。
综上，在大批量的流水生产线上，用现有的电火花成型数控机床加工PCD复合片，给操作者带来很大麻烦，有时由于工件表面的微观不平度使得零点确定产生误差，有时会由于操作者计算有误使得加工尺寸产生误差，不仅辅助加工时间长，且实际使用过程均不同程度地存在智能化程度较低、达不到加工精度、使用效果差等多种缺陷和不足。
发明内容
本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床智能深度控制系统。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床智能深度控制方法。
为实现上述目的，本发明采用下述的技术方案：
根据本发明实施例的第一方面，提供一种加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床智能深度控制系统，包括数据处理器、主轴伺服控制及驱动单元、数据存储单元和间隙电流检测单元，其中，
所述主轴伺服控制及驱动单元用于根据所述数据处理器的加工指令，控制主轴电机带动主轴头下行；
所述数据存储单元用于存储电极和聚晶金刚石复合片间隙的脉冲电流个数预设值；
所述间隙电流检测单元用于检测电极和聚晶金刚石复合片间隙的实际脉冲电流个数；
所述数据处理器，用于从所述间隙电流检测单元获取实际的脉冲电流个数，并将之与所述数据存储单元中存储的脉冲电流个数预设值相比较；当检测到实际的脉冲电流个数等于脉冲电流个数预设值时，将当前主轴头所处的位置设置为坐标零点；所述数据处理器，还用于控制设置在主轴头上的电极对聚晶金刚石复合片进行伺服脉冲放电加工。
其中较优地，所述数据存储单元还用于存储不同型号的聚晶金刚石复合片的电极损耗率经验公式；
所述数据处理器，还用于从所述数据存储单元获取与聚晶金刚石复合片的型号相对应的电极损耗率经验公式，并根据聚晶金刚石复合片的加工深度计算主轴头需要下行的绝对数值；当主轴头从坐标零点下行移动累计数值达到需要下行的绝对数值时，结束加工。
其中较优地，所述的加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床智能深度控制系统，还包括间隙电压检测单元，所述间隙电压检测单元用于检测聚晶金刚石复合片和电极之间的实时间隙平均电压，所述主轴伺服控制及驱动单元根据所述实时间隙平均电压控制聚晶金刚石复合片和电极之间的伺服加工间隙。
其中较优地，所述数据处理器通过高频脉冲电源控制单元和脉冲电源功率放大单元控制所述电极对所述聚晶金刚石复合片进行伺服脉冲放电加工；所述高频脉冲电源控制单元，用于根据所述数据处理器提供的加工规准产生脉冲信号；所述脉冲电源功率放大单元，用于将脉冲信号进行功率放大，提供用于功率放电的脉冲电流。
其中较优地，所述的加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床智能深度控制系统，还包括与所述数据处理器连接的数据输入单元，所述数据输入单元用于输入所述聚晶金刚石复合片的型号和加工深度。
其中较优地，所述数据输入单元包括键盘、开关按钮及指示灯。
其中较优地，所述的加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床智能深度控制系统，还包括与所述数据处理器连接的数据显示单元。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床智能深度控制方法，包括如下步骤：在主轴头下行的过程中，实时检测电极与聚晶金刚石复合片之间的实际的脉冲电流个数，并将之与脉冲电流个数预设值相比较；当检测到实际的脉冲电流个数等于脉冲电流个数预设值时，将当前主轴头所处的位置设置为坐标零点；所述数据处理器控制设置在主轴头上的电极对聚晶金刚石复合片进行伺服脉冲放电加工。
其中较优地，该电火花成型机床深度控制方法还包括如下步骤：在主轴头下行的过程中，根据间隙电压检测单元检测到的实时间隙平均电压控制电极和聚晶金刚石复合片之间的伺服加工间隙。
其中较优地，该电火花成型机床深度控制方法还包括如下步骤：获取与聚晶金刚石复合片的型号相对应的电极损耗率经验公式，并根据聚晶金刚石复合片需要达到的加工深度计算主轴头需要下行的绝对数值；当主轴头从坐标零点下行移动累计数值达到需要下行的绝对数值时，结束加工。
本发明所提供的加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床智能深度控制系统，在启动加工后，数据处理器通过访问间隙电流检测单元，自动识别和记录电极和PCD复合片间隙的实际脉冲电流个数，并将之与脉冲电流个数预设值相比较，当检测到实际的脉冲电流个数等于脉冲电流个数预设值时，将当前主轴头所处的位置设置为坐标零点，从而可以准确地确定加工起点。该电火花成型机床智能深度控制系统用在加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床上，使得加工起点的确定变得智能。
并且，优选地，在数据存储单元中还可以存储加工各种型号聚晶金刚石复合片的电极损耗率经验公式，在加工过程中可以根据聚晶金刚石复合片的型号和加工深度实现后台自动补偿，计算出主轴头实际需要下行的绝对数值，从而对电火花加工过程进行智能控制。
上述加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床智能深度控制系统用在加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床上，使得加工起点的确定及加工深度的控制变得智能，且操作简便、降低对操作者的技术要求、减少加工辅助时间、提高加工精度及降低废品率。
附图说明
图1是本发明提供的加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床智能深度控制系统的结构示意图；
图2是图1所示电火花成型机床深度控制系统的控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容作进一步的说明。
本发明提供的加工聚晶金刚石复合片(简称PCD复合片)的电火花成型机床智能深度控制系统可以实现两个功能：第一个功能是不需要预先用低压火花放电的方式确定加工的起点，在主轴头下行的过程中，通过检测聚晶金刚石复合片和电极间隙的实际脉冲电流个数，精确确定加工起点；第二个功能是系统中存储了加工各种型号PCD复合片的电极损耗率经验公式，根据操作者输入的待加工PCD复合片的型号和加工深度(即需要达到的去除量)，系统内部会自动进行补偿计算，计算出主轴头需要下行的绝对数值，进而自动确定电火花加工过程的终点，结束加工过程，从而加工出合格的PCD复合片。
具体来说，如图1所示，本发明提供的加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床智能深度控制系统，包括数据处理器、主轴伺服控制及驱动单元、数据存储单元、数据输入单元、数据显示单元、高频脉冲电源控制单元、脉冲电源功率放大单元、间隙电压检测单元和间隙电流检测单元。
其中，数据处理器是整个电火花成型机床智能深度控制系统参数检测及数据处理的核心。数据处理器由单片机及一些外围接口芯片、微型继电器、计数器、计时器、A/D转换器、可编程逻辑控制器及光电隔离器所组成。数据处理器用于根据系统检测参数确定电火花加工过程的起点及终点，并用于控制电火花加工的加工过程。
数据输入单元、数据存储单元和数据显示单元分别与数据处理器连接。数据存储单元用于存储大量临时及固定的数据，例如用于存储工件(即PCD复合片)和电极间隙的脉冲电流个数预设值，用于存储不同型号的PCD复合片的电极损耗率经验公式，还用于存储数据处理器从间隙电流检测单元获取的实际脉冲电流个数、主轴头加工零点坐标、主轴头需要下行的绝对数值及实际下行移动的累计数值等。数据输入单元用于输入聚晶金刚石复合片的型号、加工深度(即需要达到的去除量)、加工模式及其他加工参数。数据输入单元包括键盘、开关按钮及指示灯等。数据显示单元用于对外显示各种数据。
间隙电流检测单元用于实时检测设置在主轴头上的电极和工件(即待加工PCD复合片)间隙的实际脉冲电流个数。数据处理器，用于从间隙电流检测单元获取实际的脉冲电流个数，并将之与数据存储单元中存储的脉冲电流个数预设值相比较；当检测到实际的脉冲电流个数等于脉冲电流个数预设值时，将当前主轴头所处的位置设置为坐标零点，即加工起点。
数据处理器，还用于通过高频脉冲电源控制单元和脉冲电源功率放大单元控制设置在主轴头上的电极对聚晶金刚石复合片进行伺服脉冲放电加工。高频脉冲电源控制单元，用于根据数据处理器提供的加工规准产生脉冲信号。脉冲电源功率放大单元，用于将脉冲信号进行功率放大，为加工过程提供用于功率放电的脉冲电流。
主轴伺服控制及驱动单元用于根据数据处理器的加工指令控制主轴电机带动主轴头下行。在主轴头下行的过程中，间隙电压检测单元用于实时检测电极和工件(即待加工PCD复合片)之间的实时间隙平均电压。主轴伺服控制及驱动单元还用于根据间隙电压检测单元检测到的实时间隙平均电压控制电极和工件之间的伺服加工间隙。
数据处理器，还用于从数据存储单元获取与聚晶金刚石复合片的型号相对应的电极损耗率经验公式，并根据聚晶金刚石复合片的加工深度计算主轴头需要下行的绝对数值；当主轴头从坐标零点下行移动累计数值达到需要下行的绝对数值时，结束加工。
上面对本发明提供的加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床智能深度控制系统进行了介绍。本发明同时提供了与之相对应的加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床智能深度控制方法。
该电火花成型机床智能深度控制方法主要对加工起点和加工终点的确定进行改进，从而实现了对聚晶金刚石复合片电火花加工过程的智能控制。包括如下步骤：
(1)加工起点的确定：在主轴头下行的过程中，实时检测电极与工件之间的实际的脉冲电流个数，并将之与脉冲电流个数预设值相比较；当检测到实际的脉冲电流个数等于脉冲电流个数预设值时，将当前主轴头所处的位置设置为坐标零点，即加工起点。
(2)数据处理器控制设置在主轴头上的电极对聚晶金刚石复合片进行伺服脉冲放电加工；在主轴头下行的过程中，根据间隙电压检测单元检测到的实时间隙平均电压控制电极和聚晶金刚石复合片之间的伺服加工间隙。
(3)加工终点的控制：获取与聚晶金刚石复合片的型号相对应的电极损耗率经验公式，并根据聚晶金刚石复合片需要达到的加工深度计算主轴头需要下行的绝对数值；当主轴头从坐标零点下行移动累计数值达到需要下行的绝对数值时，结束加工。
下面结合图2所示的流程图，对上述加工聚晶金刚石复合片(简称PCD复合片)的电火花成型机床智能深度控制系统实现智能控制的流程进行详细说明。上述控制流程是由数据处理器内部的软件实现的。
电火花成型机床上电后，单片机对整个数据处理器进行初始化。
一操作者通过数据输入单元预置各种加工参数，包括：PCD复合片的型号、加工深度(即需要达到的去除量)及加工模式等；与此同时数据处理器访问数据存储单元，根据输入的PCD复合片的型号调取相对应的电极损耗率经验公式，并结合PCD复合片的加工深度计算出主轴头实际需要下行的绝对数值，并将该数值存储在单片机的RAM中。
当数据处理器检测到具备加工条件后(如各个电机已经启动、液位达到标准等)，自动打开高频脉冲电源，主轴头开始自动下行。当聚晶金刚石复合片与电极无限接近后，间隙中就会产生放电脉冲电流。与此同时，数据处理器不断访问间隙电流检测单元，检测是否有脉冲电流产生，程序在此处循环。当检测到有脉冲电流产生，自动记录有效的脉冲电流个数，并将之与脉冲电流个数预设值相比较。当检测到的脉冲电流个数等于脉冲电流个数预设值时，就将当前主轴头所处的位置设置为坐标零点，即加工起点。
主轴头开始伺服加工，随着聚晶金刚石复合片表面不断地被电火花蚀除掉，主轴头会自动向下进给。在该过程中，主轴伺服控制及驱动单元根据间隙电压检测单元检测到的实时间隙平均电压控制电极和工件之间的伺服加工间隙。与此同时，数据处理器通过光栅尺读取主轴头下行移动累计数值，并将之与主轴头需要下行的绝对数值进行比较；当上述两个数值相等时，关闭各个电机及高频电源，结束加工。
综上所述，本发明所提供的加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床智能深度控制系统，在数据存储单元中存储了用于确定加工起点的脉冲电流个数预设值，在启动加工后，数据处理器通过访问间隙脉冲电流检测单元，自动识别和记录工件和电极间隙的脉冲电流个数，当检测到实际的脉冲电流个数等于脉冲电流个数预设值时，将当前主轴头所处的位置设置为坐标零点，从而可以准确地确定加工起点。并且，在数据存储单元中还存储了加工各种型号PCD复合片的电极损耗率经验公式，在加工过程中可以实现后台自动补偿，可以通过计算获得主轴头需要下行的绝对数值，从而对加工终点进行精确控制，不再需要操作者逐个计算实际加工深度。上述电火花成型机床智能深度控制系统用在加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床上，使得加工起点的确定及加工深度的控制变得智能，且操作简便，降低对操作者的技术要求、减少加工辅助时间、提高加工精度及降低废品率。
以上对本发明所提供的一种加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床智能深度控制系统及方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。
Claims (10)
1.一种加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床智能深度控制系统，其特征在于包括数据处理器、主轴伺服控制及驱动单元、数据存储单元和间隙电流检测单元，其中，
所述主轴伺服控制及驱动单元用于根据所述数据处理器的加工指令，控制主轴电机带动主轴头下行；
所述数据存储单元用于存储电极和聚晶金刚石复合片间隙的脉冲电流个数预设值；
所述间隙电流检测单元用于检测电极和聚晶金刚石复合片间隙的实际脉冲电流个数；
所述数据处理器，用于从所述间隙电流检测单元获取实际的脉冲电流个数，并将之与所述数据存储单元中存储的脉冲电流个数预设值相比较；当检测到实际的脉冲电流个数等于脉冲电流个数预设值时，将当前主轴头所处的位置设置为坐标零点；所述数据处理器，还用于控制设置在主轴头上的电极对聚晶金刚石复合片进行伺服脉冲放电加工。
2.如权利要求1所述的加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床智能深度控制系统，其特征在于：
所述数据存储单元还用于存储不同型号的聚晶金刚石复合片的电极损耗率经验公式；
所述数据处理器，还用于从所述数据存储单元获取与聚晶金刚石复合片的型号相对应的电极损耗率经验公式，并根据聚晶金刚石复合片的加工深度计算主轴头需要下行的绝对数值；当主轴头从坐标零点下行移动累计数值达到需要下行的绝对数值时，结束加工。
3.如权利要求1所述的加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床智能深度控制系统，其特征在于还包括间隙电压检测单元，所述间隙电压检测单元用于检测聚晶金刚石复合片和电极之间的实时间隙平均电压，所述主轴伺服控制及驱动单元根据所述实时间隙平均电压控制聚晶金刚石复合片和电极之间的伺服加工间隙。
4.如权利要求1所述的加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床智能深度控制系统，其特征在于：
所述数据处理器通过高频脉冲电源控制单元和脉冲电源功率放大单元控制所述电极对所述聚晶金刚石复合片进行伺服脉冲放电加工；所述高频脉冲电源控制单元，用于根据所述数据处理器提供的加工规准产生脉冲信号；所述脉冲电源功率放大单元，用于将脉冲信号进行功率放大，提供用于功率放电的脉冲电流。
5.如权利要求2所述的加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床智能深度控制系统，其特征在于还包括与所述数据处理器连接的数据输入单元，所述数据输入单元用于输入所述聚晶金刚石复合片的型号和加工深度。
6.如权利要求5所述的加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床智能深度控制系统，其特征在于：
所述数据输入单元包括键盘、开关按钮及指示灯。
7.如权利要求1至6任一项所述的加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床智能深度控制系统，其特征在于还包括与所述数据处理器连接的数据显示单元。
8.一种加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床深度控制方法，其特征在于包括如下步骤：
在主轴头下行的过程中，实时检测电极与聚晶金刚石复合片之间的实际的脉冲电流个数，并将之与脉冲电流个数预设值相比较；当检测到实际的脉冲电流个数等于脉冲电流个数预设值时，将当前主轴头所处的位置设置为坐标零点；所述数据处理器控制设置在主轴头上的电极对聚晶金刚石复合片进行伺服脉冲放电加工。
9.如权利要求8所述的加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床深度控制方法，其特征在于还包括如下步骤：
在主轴头下行的过程中，根据间隙电压检测单元检测到的实时间隙平均电压控制电极和聚晶金刚石复合片之间的伺服加工间隙。
10.如权利要求8所述的加工聚晶金刚石复合片的电火花成型机床深度控制方法，其特征在于还包括如下步骤：
获取与聚晶金刚石复合片的型号相对应的电极损耗率经验公式，并根据聚晶金刚石复合片需要达到的加工深度计算主轴头需要下行的绝对数值；当主轴头从坐标零点下行移动累计数值达到需要下行的绝对数值时，结束加工。
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