电火花线切割加工间隙放电状态检测装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电火花线切割加工间隙放电状态检测装置与方法，属于电火花加工技术领域。该装置的差分采样模块通过信号传输电缆与电火花机床的两极相连，差分采样模块的信号输出端与阈值比较模块的信号输入端连接，阈值比较模块的信号输出端与光电隔离模块的信号输入端连接，CPLD状态判别和处理模块的第一信号输入端与光电隔离模块的信号输出端连接，CPLD状态判别和处理模块的信号输出端通过PCI104总线电缆与上位机的信号输入端连接，上位机的信号输出端通过CPLD程序下载电缆与CPLD状态判别和处理模块的第二信号输入端连接。本发明专利技术可用于电火花线切割加工机床的间隙脉冲放电状态检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于电火花加工

技术介绍
电火花加工是通过工具电极和工件之间脉冲性火花放电来蚀除工件材料，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。电火花加工方法不受工件的材料硬度、强度等机械性能的限制，同时具有宏观切削力小等优点，因此特别适合加工难加工材料及复杂形状工件加工，在航空、航天、模具等领域有着广泛的应用。在金属材料的电火花加工过程中，极间电压信号反应了加工过程中脉冲放电情况，这与电火花加工的效率和精度密切相关。当脉冲放电为火花放电状态时，间隙两端电压由空载电压经过一段时间的击穿延时，间隙发生击穿，间隙两端电压由空载电压下降为放电维持电压。在电火花线切割加工中，由于电极丝和工件存在相对运动，一般认为不存在稳定电弧放电现象。但在实际加工过程中，存在没有击穿延时的放电现象，这种放电状态为偏短路的不稳定电弧放电状态。它表明此时间隙排屑困难，加工状态差，所以在电火花线切割加工过程中，需要将这种放电状态和含有击穿延时的火花放电状态区分出来。因此在金属材料的电火花线切割加工中，间隙脉冲放电状态分为空载，火花放电，不稳定电弧放电和短路。电火花加工技术一般用来加工导电材料，现有的辅助电极法可以实现利用电火花技术加工绝缘陶瓷，其原理是在工件表面附加导电层，利用放电过程中形成的导电膜构成辅助电极实现放电加工。在绝缘陶瓷的电火花线切割加工过程中，当导电膜形成差时，此时导电膜厚度小，电阻大，出现间隙高电压放电现象。当间隙放电电压高于加工金属时的维持电压，将此时的火花放电状态称为高阻火花状态，此时的短路状态称为高阻短路状态。当导电膜形成良好时，此时导电膜厚度大，电阻小，间隙放电电压近似等于加工金属时的维持电压，将此时的火花放电状态称为低阻火花状态，此时的短路状态称为低阻短路状态。因此，在绝缘陶瓷电火花线切割加工中，间隙放电状态被分为五种，分别是空载、高阻火花、低阻火花、高阻短路和低阻短路状态。目前的电火花线切割加工机床，一般只对间隙的平均电压进行检测，并以此为参考值决定当前伺服进给速度的大小。当间隙平均电压高于参考值时，则加快进给，当间隙平均电压低于参考值时，工作台停止进给，进入等待，当检测到的短路达到一定数量，则控制工作台伺服回退。这种间隙状态检测方法能够近似反映当前间隙放电状态，但由于间隙平均电压是由各种放电状态的电压平均构成，并不能对单个脉冲放电状态进行检测，所以平均电压法含有不确定的因素，不能实现对间隙实时和精确监控，有可能会恶化加工效果。特别是对于绝缘陶瓷电火花线切割加工，由于存在高阻放电状态，间隙的平均电压高，采用平均电压检测法会加快进给速度，而这将导致加工效果恶化甚至不能加工，此时平均电压检测法失效。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电火花线切割加工放电状态检测装置，该检测装置通过实时采样每个脉冲的间隙电压，通过判断间隙电压所处的区间以及对间隙击穿信号的检测，在脉宽结束时判断出当前脉冲放电状态，并对脉冲状态信息进行统计处理，推测出间隙的加工状态，以此作为伺服控制的依据。本专利技术是通过以下技术方案实现的电火花线切割加工间隙放电状态检测装置，包括差分采样模块、阈值比较模块、光电隔离模块、CPLD判别和处理模块、上位机、PCI104总线电缆、CPLD程序下载电缆和信号传输电缆，差分采样模块通过信号传输电缆与电火花机床的两极相连，差分采样模块的信号输出端与阈值比较模块的信号输入端连接，阈值比较模块的信号输出端与光电隔离模块的信号输入端连接，CPLD状态判别和处理模块的第一信号输入端与光电隔离模块的信号输出端连接，CPLD状态判别和处理模块的信号输出端通过PCI104总线电缆与上位机的信号输入端连接，上位机的信号输出端通过CPLD程序下载电缆与CPLD状态判别和处理模块的第二信号输入端连接。电火花线切割加工间隙放电状态检测方法，包括如下步骤利用集成运算放大器采用差分运算的方式将间隙电压信号采集到检测装置，并接入阈值比较模块；所述阈值比较模块通过集成比较器将采样的间隙电压信号和设定的三个阈值进行比较，并将比较的结果送入光电隔离模块；所述光电隔离模块通过光电耦合器将比较结果经光电隔离送入CPLD状态判别和处理模块；所述CPLD状态判别和处理模块对输入的信号进行处理，通过对间隙击穿信号的检测和对输入信号进行逻辑运算，判断出当前脉冲的放电状态，并通过PCI104总线电缆传送到上位机；所述上位机获取每个脉冲的放电状态信息，并进行统计处理，推断出此时间隙的加工状态，为控制系统的运行提供依据。本专利技术的有益效果主要包括1、检测装置采用CPLD进行状态判别和处理，CPLD承担了主要的状态判别工作，由于CPLD为在线可编程模块，因此整个检测装置具有非常大的柔性。2、检测装置可以实现对每个脉冲放电状态进行判别，能够获得更全面的间隙状态信息，并且间隙放电状态检测装置能够区分无击穿延时的不稳定电弧放电状态，有利于更准确地判断当前的间隙加工状态，因此装置具有实时性好，精确且稳定等优点。3、检测装置既可以用于金属材料的电火花线切割加工，也能够用于绝缘陶瓷材料的电火花线切割加工，只需通过调整阈值即可实现，因此装置具有操作便利和适用范围广的优点。附图说明图1是电火花线切割加工脉冲放电状态波形判别图，其中图a)是金属材料电火花线切割加工波形判别图，金属材料在进行电火花加工过程中，脉冲放电状态有空载、火花、不稳定电弧和短路状态，CMPUCMP2和CMP3是CPLD的三个输入信号，Vrfl，Vrf2，Vrf3是设置的三个阈值；图b)是绝缘陶瓷电火花线切割加工波形判别图，在绝缘陶瓷电火花线切割加工过程中，脉冲放电状态有空载、高阻火花、低阻火花、高阻短路和低阻短路状态，CMPU CMP2和CMP3是CPLD的三个输入信号，Vefl, Vef2和Vef3是设置的三个阈值；图2是电火花线切割加工间隙放电状态检测装置的结构示意图，其中标号1表示电火花加工机床，标号2表示信号传输电缆，标号3表示差分采样模块，标号4表示阈值比较模块，标号5表示光电隔离模块，标号6表示CPLD状态判别和处理模块，标号7表示 PCI104总线电缆，标号8表示上位机，标号9表示CPLD程序下载电缆；图3是电火花线切割加工间隙放电状态检测装置电路原理示意图；图4是电火花线切割加工间隙放电状态检测装置的CPLD内部电路程序示意图；图5是CPLD内部电路程序SERVO程序块的电路结构示意图；图6是金属材料电火花线切割加工CPLD程序仿真波形图；图7是绝缘陶瓷材料电火花线切割加工CPLD程序仿真波形图。具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术做进一步的详细说明本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述实施例。如图2所示，本实施例所涉及的电火花间隙放电状态检测装置，包括信号传输电缆2、差分采样模块3、阈值比较模块4、光电隔离模块5、CPLD(复杂可编程逻辑器件)状态判别和处理模块6、PCI104总线电缆7、上位机8以及CPLD程序下载电缆9。连接方式如下差分采样模块3通过信号传输电缆2与电火花机床1的两极相连，差分采样模块3的信号输出端与阈值比较模块4的信号输入端连接，阈值比较模块4的信号输出端与光电隔本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电火花线切割加工间隙放电状态检测装置，其特征在于，包括差分采样模块、阈值比较模块、光电隔离模块、ＣＰＬＤ判别和处理模块、上位机、ＰＣＩ１０４总线电缆、ＣＰＬＤ程序下载电缆和信号传输电缆，差分采样模块通过信号传输电缆与电火花机床的两极相连，差分采样模块的信号输出端与阈值比较模块的信号输入端连接，阈值比较模块的信号输出端与光电隔离模块的信号输入端连接，ＣＰＬＤ状态判别和处理模块的第一信号输入端与光电隔离模块的信号输出端连接，ＣＰＬＤ状态判别和处理模块的信号输出端通过ＰＣＩ１０４总线电缆与上位机的信号输入端连接，上位机的信号输出端通过ＣＰＬＤ程序下载电缆与ＣＰＬＤ状态判别和处理模块的第二信号输入端连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭永丰，侯朋举，郑绍清，陈兰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93