超声辅助电火花铣削电火花放电系统设计.pdf

超声辅助电火花铣削电火花放电系统设计 朱 涛 常伟杰 张建华 山东大学机械工程学院 山东 济南 2 5 0 0 6 1 摘要 利用 Vis u a l C 软件开发了超声辅 助放 电软件系统 该 系统能够 实现上位机和脉冲 电源之间的通 信控制 基于关系模型的超声电火花工艺数据库有效解决了超声电火花加工中工艺参数的选择 存 储和管理问题 同时设计了简单宜人的操作界面 该系统能够满足应用需要并能安全稳定工作 关键词 电火花串口通信数据库V is u a l C 中图分类号 T G 6 6 1 文献标识码 A De s i g n o f e l e ct r i ca l d i s ch a r g e s y s t e m in u l t r a s o n i c a i d e d e l e ct r i ca l d i s ch a r g e mi l l in g Z HU T a o C H A N G We i j ie Z H A N G J ia n h u a S ch o o l o f Me ch a n ica l E n g in e e rin g S h a n d o n g U n iv e r s i t y J in a n 2 5 0 0 6 1 C H N Ab s t r a ct U l t r a s o u n d a s s is t e d d i s ch a r g e s o f t w a r e s y s t e m w a s d e v e l o p e d b y t h e me a n s o f v is u a l C s o f t wa r e wh ich ca n ma k e co mmu n ica t io n a n d co n t r o l b e t w e e n in d u s t ri a l co n t r o l co mp u t e r a n d p u l s e p o we r w o r k we l 1 T h e d a t a b a s e o f u l t r a s o n ic a i d e d e l e ct r ica l d is ch a r g e ma ch in in g b a s e d o n r e l a t io n mo d e l co u l d e f f e ct iv e l y s o l v e t h e p r o b l e m o f p a r a me t e r s ch o i ce me mo a n d ma n a g e me n t At t h e s a me t ime o p e r a t io n in t e r f a ce wh ich ca n be o p e r a t e d i n a s imp l e a nd p l e a s a n t wa y wa s d e s i g n e d Th e s y s t e m ca n me e t t h e n e e d o f ma ch in in g a n d w o r k in a s e cu r it y a n d s t a b il it y s t a t e Ke ywo r ds EDM S e ri a l p o r t Co mmu ni ca t io n Da t a b a s e Vis u a l C 电火花铣削是在数控系统控制下采用简单形状的 电极 使其按一定轨迹作类似于数控铣削的分层成形 运动 通过工具与工件之间的火花放电来蚀除金属材 料 完成一定形状加工的工艺 J 电火花铣削加工成 本低 柔性好 加工质量高 工具或工件 的超声振动能 够改善放电间隙内的状况 强化工件的材料去除率 使 加工过程更加稳定 J 复合加工机床中使用的电火 花脉冲电源多为独立式 电源 电源参数多为手工调节 且不能由上位机进行集中控制 利用复合加工机床加工新工件时 一般参考以前 的加工实例 利用与成功实例相似特征的加工方案 再 根据新工件的具体特征和相关经验知识 对其做出适 当的修整 找到接近最优解的加工方案 或者是通过实 验分析的方法得出优化的加工方案 如何存储大量实 验数据并得出工艺规律 存储最优加工方案 为新工件 提供参考方案等都需要建立数据库系统 针对上述问题 本文采用 了满足超声辅助电火花 铣削半精 精加工要求的脉冲电源 该脉冲电源可由 8 6 3计划重点项 目 2 0 0 9 AA 0 4 4 2 0 4 主控计算机 上位机 设置 下传加工参数并控制加工 启停 同时设计开发了基于关系模型的超声电火花加 工数据库 能够有效存储 处理和管理加工信息 并设 计 了简单宜人的操作界面 1 数控高频脉冲电源 数控高频脉冲电源 图 1 具有频域广 功率大等 特点 可用于普通放 电加工和超声辅助放 电加工 数 控高频脉冲电源的柜体上设有操作面板 可通过面板 设置电压档位 同时可以利用面板上 的电流表和电压 表实时监视加工状态 电流表和电压表显示的是 当前 加工电压和加工电流 操作面板上还设有启动和急停 按钮 数控高频脉冲电源主要包括电源电路 脉冲发 生器 接触控制电路 功率放大电路和间隙电压采集 电 路 5个部分 如图 1 b所示 电源电路包括 2个变压器 1 个开关电源和 3个 风扇 2 个变压器用于脉冲放电供电 开关电源用于 电路板的低压供电以及开关电路继电器的供电 3个 8 7 设计与研究 D e si g n a n d R e s ea rc h 风扇用于脉冲电源的对外散热 脉冲发生器 以 5 1单 片机为核心 用于产生所需频率的脉冲 并控制放电电 流的通断 脉冲发生器电路带 有 R S 2 3 2 C接 口 可与 主控计算机进行串行通信 接收主控计算机发送的格 式指令 并返回执行信息 接触控制电路用于调制脉 冲发生器产生的脉冲宽度和脉冲间隔值 并放大脉冲 信号 功率放大电路用于放大脉冲功率 以满足放电 加工的功率要求 间隙电压采集电路用于采集间隙电 压的实时值并进行状态判别 a b 图1开发使用的数控高频脉冲电源 2 RS 2 3 2 C串口通信 超声辅助放 电软件系统采用 V is u a l c 为开发语 言 利用 A D O数据库开发技术开发 了基于关系模型的 数据库系统 并集成 了通信控制和工艺库两个模 块 超声辅助放 电软件系统结构如 图 2所示 上位机和脉 冲电源之间通过 R S 2 3 2 C接 口进行数据传递通讯 数 据库存储 处 理 和管理工 艺系统产生的加工信息 l 璺 兰 l 为工艺系统提供基础的数l 皇 J火 垄 塑 兰 堡 壁 I 据 支 持 可 以 把 当 前 工 艺 l 三 苎 苎 竺 I 二 三 口 据 库 中 也可以从数据库 l 中 选 择放电 参数 作为当 前 I 兰 J 工艺系统的加工参数 工 图2超 件系统 艺系统 为电火花加 工主程 序提供优化的加工方案 优化的工艺参数 用户操作界面直观简单 方便用户使用 如图3 所 示 界面上左上部分是串 口设置部分 中间部分 主要 是脉冲电源主要参数设置 通信控制部分 右上部分是 数据库操作部分 下半部分是数据列表 图3 用户操作界面 上位机 与脉冲 电源之 问的通信采 用 R S 2 3 2 C串 口通信协议 通信模块的 流程如 图 4 每次发送 控 制命 令时 如果 脉冲 电源 返 回正确执 行信 息 则 通 信成功 反之重新发送 连 续 3 次通信失败向用户报 通信错误 上位机发 出指 令 由脉 冲发生器 中的 5 1 卷片判断指令执行正确与 否 返回信息由上位机通 过查询的方式取回 图4 通信模块的流程图 采用 C S e r i a l 类 开发 了串 通信控制模块 l 位机在一个通信周期内把控制参数下传给脉7 I l 电源 下传参数前先发送查询测试代码 若脉冲电源叫 应正确通信代码 则说明通讯正确 若无回应或 回应通 信错误代码 则说明通讯错误 脉 冲电源网传 的信息 主要是通信正确 通信错误 电源掉电信息 这些信息 主要用于判断脉冲电源工作过程 中通讯是否正确 电 源是否断电 加工中修改脉冲电源的基本参数 时 需要先下传 关脉冲指令 再下传数据 再下传开脉冲指令 程序实 现方法为 若使脉冲电源工作需要点 击开始加工按钮 点击后开始加工按钮显示为 停止加工 下传参数按 钮变为非活动按钮 当加工 中需要修改参数时 先点 击 停止加工 按钮下传关脉冲指令 此时下传参数按 钮变为活动按钮 停 止加 工 按钮 显示 为 开 始加 工 然后修改加工参数 下传相关数据 最后点击开 始加工按钮进行加工 这样程序就可以满足修改参数 时脉冲电源 的硬件要求 U I I耋 一 l平 1 3 工艺数据库 超声电火花加工涉及众多加工参数 加工中单个 参数对加工速度 粗糙度 电极损耗 加工精度等的影 响均有一定的规律和经验可循 能够找到满足加工条 件下单个参数的最优解 但是由于各参数之间存在一 定耦合关系 单个最优参数的组合 并不一定能获得最 优的加工效果 孤立地考虑各个参数 很难获得合适 的加工规准 因此 已加工工件合适 的加工规准是用 户进行工艺规划的基础 如何对工艺数据库进行管理 和存储 以便用户能根据加工条件要求迅速准确地查 询到合适的加工规准是建立超声 电火花加工工艺数据 库的关键 利用关系模 型数据库 的相关理论 可 以较 好地解决这个问题 表 1 超声电火花加工工艺参数表 加工参数 第一组 第二组 加工规准代码 l 2 高压 电压 V 1 0 O 8 0 高压 电流 A 2 1 低压 电流 A O 2 极性 O 1 脉冲宽度 i t s 2 5 脉冲间隔 s 3 0 4 0 超 声振 幅 m 0 0 表面粗糙度 R m 1 6 3 2 超声 电火花加工工艺参数如表 l所示 包括 电源 电压 峰值 电流 脉冲宽度 脉冲问隔 超声振幅等 表 既可称为一个关系 也可称为一个实体集 以加工 觇准表示超声电火花加工条件实体集 每项工艺参数 为此实体集的一个属性 每一组加工信息都是这一实 体集的一个实体 考虑到关 系模式 的完备性 添加一 个属性加工规准代码表示加工工艺序号 同时作为这 个关系的关键 字 其 关 系模式 可表 示为 加 工规 准 加工规准代号 高压电压 高压电流 低压电流 极 性 脉冲间隔 脉冲宽度 超声振幅 表面粗糙度 由于脉冲电火花放 电加工 的工艺复杂性 数据库 根据不同的电极和工件材料进行分类 J 以利于数据 管理和后期的工艺分析 每个类别构建一个独立的数 据库 用户可根据工艺实际需要通过软件 自行建立工 艺数据库 程序会根据工艺数据库模板创建和初始化 新建的数据库 将数据库中常使用 的对象和方法 自行封装成 C M y S q l A D O数据库 A D O接 口类 类的封装如下 cl a s s CMy S q l ADO j p u b l ic II u D e si g n a n d R e s e a C h 设计与研究 b o o l C o n n e ct C S t r in g s e r v e r n a m e C S t r in g b a s e n a me C S t r in g u s e r C S t r i n g k e y v o i d D i s C o n n e ct v o i d v o id G e t E r r o r s co l I t一 lT O r e E r r o r s i n t G e t R e co r d C o u n t b o o l Mo v e i n t n R e co r d N u m b e r b o o l M o v e P r e v i o u s b o o l M o v e L a s t b o o l M o v e N e x t b o o l Mo v e F i r s t b o o l O p e n T a b l e C S t r i n g t a b l e 该类中 C o n n e ct 函数 是数据库连接 函数 该 函 数先定义一个一 C o n n e ct io n P t r 类型指针 cn n 然后 调用 C r e a t e I n s t a n ce方法实例化 再调用 C o n n e ct io n对象 的 O p e n 方法创建数据库的连接 用户只需要提供服务 器名 数据库名 用户 名和密匙 不需要配置数据源就 可 以方便地访 问数据库 D is C o n n e ct 是断开数据库 连接函数 G e t E r r o r s 是连接错误信息处理函数 调 用 G e t R e co r d C o u n t 能够得到数据库 当前表 的记录的 条数 类中还封装 了 M o v e M o v e L a s t Mo v e N e x t Mo v e F i r s t Mo v e P r e v io u s 等方法 用 以移动记 录集指针到指定的位置 O p e n T a b l e 是打开表 函数 在 V i s u a l c 中使用 A D O开发数据库 需要引入 A D O动态连接库 方法是在 S t d A f x h文件末尾处引 入 A D O库文件 如下所示 imp o r t C l P r o g r a mFil e s Co mmo n F il e s S y s t e m ADO ms a d o l 5 d l l r e n a me E O F 一 E OF 其中 r e n a m e E O F 一 E O F 表明把 A D O中用 到的 E O F 改为一 E O F 防止发生命名冲突 添加 修 改 工 艺数 据 的界 面如 图 5所 示 点击 选用参数按钮可以把数据 库 中的工艺数据提供给工 艺库 进而可以通过下传 参数按钮把工艺参数下传 给脉冲 电源 添加 当前按 图5 添加 修改记录界面 钮可以把用户正在使用的工艺数据添加到数据库中 新建参数 删除参数 修改参数按钮可以分别实现 在数据库中添加 删除 修改记录 实现这三种操作的 方法是先 生成添加记 录 删 除记 录 修改记 录 的 S Q L 记录的语句 再使用连接对象 C o n n e ct i o n O b j e ct 的 E x e cu t e 方法来实现添加 删除及修改记录 当前库下拉按钮可以选择不同电极和工件材料所 对应的工艺数据库 新建库按钮可以为数据库中没有 下转第 9 3页 8 9 在 向与 y向均为波长 1 m m 峰谷值为 1 0 Ix m的正 弦波 图6 非轴对称微结构加工原理图 3 结语 图7 正弦网格微结构表面 本文介绍了基于快速伺服刀架的微结构表面车削 加工系统 并针对快速伺服刀架的迟滞非线性特点 采 设计与研究 用拓展输入空间法建立了其神经网络逆模型 并将该 逆模型应用到 P I D闭环反馈控制中 大大提高 了 V F S 的动态跟踪性能 最后 利用该加工系统成功实现了 典型非轴对称结构正弦网格微结构表面的车削加工 参考文献 1 P S a n d o z B T r o l a r d D M a r s a u t e t a 1 M icr o s t r u ct u r e d s a Y f a e e e l e me n t f o r h ig h a ccu r a cy p o s it io n me a s u r e me n t b y v is io n a n d p h a s e me a s u r e m e n t C P r o ce e d i n g o f t h e S o ci e t y o f P h o t o O p t i ca l I n s t rum e n t E n g i n e e m S t r a s b o u r g Fr a n ce 2 0 0 4 6 0 6 61 0 2 M We ch S F i s ch e r M a n u f a ct u r i n g o f m i cr o s t ruct u r e s u s i n g u l t r a p r e ci s i o n m a ch in e t o o l s C P a r t o f t h e S y m p o s i u m o n D e s i g n T e s t a n d Micr o f a b r ica t io n o f MEMS a n d MOEMS Pa ri s F r a n ce 1 9 9 9 4 5 0 4 5 5 3 G a o We i J u n Ao k i B i n g F e n g J u e t a1 S u r f a ce p r o fil e m e a s u r e me n t o f a s in u s o id al d u s in g a n a t o mic f o r ce micr o s co p e o n a d ia mo n d t u r n i n g m a ch i n e J P r e ci s i o n E n g i n e e r in g 2 0 0 7 3 1 3 3 0 4 3 0 9 4 G e P J o u a n e h M M o d e l i n g h y s t e r e s is i n p i e z o ce r a m ic a ct u a t o r s J P r e ci s i o n E n g 1 9 9 5 1 7 3 2 1 1 2 3 2 5 L i C h u n t a o T a n Y o n g h o n g A n e u r a l n e t w o r k s mo d e l f o r h y s t e r e s i s n o n l i n e a r i t y J S e n s o r s a n d A ct u a t o r s 2 0 0 4 7 1 1 2 3 4 9 5 4 6 A Ma i n J o h n G a r ci a E p h r a h i m P i e z o e l e ct ric s t a ck a ct u a t o r a n d co n t r o l s y s t e m d e s i g n s t r a t e g i e s a n d p i t f a l l s J J o u r n a l o f g u i d a n ce co n t r o l a n d d y n a m i cs 1 9 9 7 2 0 3 4 7 9 4 8 5 7 P i n g G e Mu s a J o u s a n e h T r a ck i n g co n t r o l o f a p i e z o ce r a m i e a ct u a t o r J I E E E T r a n s C o n t r o l S y s t e m T e ch n o l o g y 1 9 9 6 3 4 2 0 9 2 1 5 8 C h ih L y a n g Hw a n g C h a u J a n Y e H w a C h e n P i e z o me e h a n i cs u s i n g in t e l l ig e n t v a ri a b l e s t r u ct u r e co n t r o l J I EE E Tr a n s I n d u s tri a l El e c t r o n i cs 2 0 0 1 4 8 1 4 7 5 9 第一作者 王晓慧 女 1 9 8 1 年生 博士 研究方向 为微结构表 面超精密车削 微位移机构控制 编辑李静 收稿 日 期 2 0 1 1 0 3 0 9 文章编墨 1 1 0 7 2 7 如累您想发表对本文的看法 请将文章 编号 填入读者意 见调查表中的 相应位置 上接第 8 9页 的电极和工件材料建立一个新的数据库 4 结语 该电火花放电系统能达到与机床本体 良好 的电路 以及软件 的连接 能实现与机床主控计算机之 间的通 信 可以通过用户操作界面实现对放电加工参数的调 节 电源启停控制 超声电火花工艺数据库能够有效 存储 处理和管理工艺数据 该系统能够满足加工需要 并能安全稳定工作 参考文献 1 赵万生 先进电火花加工技术 M 北京