电火花沉积堆焊接触力转位移的自动控制装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电火花沉积堆焊接触力转位移的自动控制装置及控制方法，其中自动控制装置主要由进给机构、浮动弹性机构、夹枪机构、焊枪及电控系统等组成，将电极和工件之间的接触力转化为浮动滑台的位移，采用非接触位移传感器进行检测，实现了拉压力测量到位移测量的转变，既提高机械系统的强度，又能实现微小接触力的测量；根据浮动滑台的位移确定电极与工件之间的接触力，并利用控制器和进给机构控制电极沿其轴线进行运动，实现接触力的闭环控制，浮动弹性机构的弹簧阻尼可减小电极与工件之间的振动，显著提高了沉积过程中电极与工件之间接触力自动控制的稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
电火花沉积堆焊接触力转位移的自动控制装置及控制方法
本专利技术涉及电火花沉积堆焊
，具体涉及一种电火花沉积堆焊接触力转位移的自动控制装置及控制方法。
技术介绍
电火花加工是一种去除材料的加工方法，电火花沉积堆焊是在电火花加工基础上发展起来的表面强化技术，可在工件材料表面上沉积和堆焊特种材料，能提高工件的硬度、耐磨性、耐热性、耐腐蚀性、疲劳强度和使用寿命等，还可对精密机械零部件表面的划痕、点蚀、超差等表面缺陷进行修复。与电火花去除加工技术不同，电火花沉积堆焊技术需要电极与工件不断接触进行放电和沉积堆焊。电火花自动沉积的过程就是电极沿一定轨迹在工件表面运动，同时保证电极与工件在接触状态下不断放电沉积，逐层完成沉积层的过程。电极与工件的接触状态直接影响其放电机理和质量转移机理，从而影响其沉积层的质量和生产效率。在电火花沉积堆焊过程中，电极与工件之间需要不断接触，当电极与工件之间的接触力不同时，电极与工件之间的接触面积也不同，接触面积的大小直接影响沉积过程中的电流密度，从而影响放电和质量转移过程，所以接触力对电极与工件接触状态的影响较大。电火花沉积堆焊技术有很多优点，但是其主要应用在修复领域，仍未应用在批量生产中，究其原因就是电火花沉积堆焊的自动化技术尚未完善，只能人工操作完成；而人工操作不仅劳动强度大，且对接触力的控制存在较大的随机性，不具备可靠性和稳定性，不能确保沉积层的质量和生产效率；所以实现电火花沉积堆焊的自动化不仅需要控制电极与工件之间的相对运动轨迹，电极与工件之间的接触力控制也是关键。为了获得高质量的涂层，电极与工件之间的接触力不能太大，一般在0.5N-2N左右；由于电极与工件接触表面的不平整、电极与工件之间会出现短路粘接等原因，电极与工件的相对运动时会产生较大的振动，其冲击力有时远大于其接触力，而这种微小力传感器的尺寸和刚性都比较小，常常会导致用于接触力控制的力传感器过载而失效。由于实现接触力自动控制所需机械机构的滑动部件的摩擦力都会大于电极与工件之间的接触力，造成接触力的控制精度受到影响，无法满足控制要求。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的目的在于提供一种电火花沉积堆焊接触力转位移的自动控制装置及控制方法，用于解决电火花沉积堆焊过程中电极与工件之间微小接触力的精确控制和电极振动的问题，能够精确控制电极与工件之间的接触力且具有减振功能。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种电火花沉积堆焊接触力转位移的自动控制装置，包括机械系统和电控系统，所述机械系统包括进给机构、浮动弹性机构、夹枪机构和焊枪；其中，进给机构主要由进给丝杠、进给滑台、进给底座组成；浮动弹性机构主要由上底座、光轴、直线轴承、下底座、弹簧、浮动滑台组成，上底座和下底座相互平行，两者之间通过光轴连接，浮动滑台设在上底座和下底座之间，通过直线轴承穿设在光轴上且能够沿光轴上下移动，弹簧将浮动滑台和上底座连接在一起，上底座的下表面上安装有非接触位移传感器，用于测量浮动滑台的上下位移；所述机械系统还包括调节板A、调节板B和调节板C，夹枪机构通过调节板C安装在浮动弹性机构的浮动滑台侧面，浮动弹性机构通过调节板B安装在进给机构的滑台侧面，进给机构通过调节板A安装在电火花沉积堆焊装置的相应部位，焊枪固定在夹枪机构上，焊枪上安装电极；进给机构和焊枪的轴线及安装平面垂直于水平面；当焊枪与工件之间的夹角改变时，通过转动调节板A、调节板B和调节板C进行调整，使进给机构的轴线与焊枪的轴线一直保持平行，浮动弹性机构的轴线一直保持垂直；所述电控系统包括控制器、A/D模块、位移传感器、步进电机及驱动器，位移传感器通过A/D模块连接控制器，控制器内存储有标定的接触力-位移表格数据，控制器内设有PID控制软件，控制器输出接口连接步进电机的驱动器，步进电机连接进给机构。进一步地，焊枪与水平放置的工件之间的夹角可以进行特定角度的调整，所述特定角度包括：0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°。进一步地，在所述机械系统中，忽略光轴对浮动滑台的摩擦阻力，电极与工件的接触力和浮动滑台位移之间的关系为：FNi＝k(z0-zi)，其中，z0表示t0时刻即电极工件未接触时浮动滑台的位移，zi表示ti时刻浮动滑台的位移，FNi表示ti时刻工件对电极的支撑力，即电极与工件之间的接触力，k为弹簧的弹性系数。进一步地，在标定接触力-位移关系时，通过在工件下方设置称重传感器直接测量工件对电极的支撑力，即电极与工件之间的接触力，通过位移传感器测量获得浮动滑台的位移，由此获得接触力-位移对应数据并存储在控制器中。使用上述的电火花沉积堆焊接触力转位移的自动控制装置的控制方法，将标定好的接触力所对应的浮动滑台位移表格数据存储在电控系统的控制器中，同时设置电火花沉积过程所需自动保持的接触力；在电火花沉积过程中，控制器连续周期性的检测位移传感器的输入，并根据接触力-位移对应数据将位移数据转化为接触力，然后与设定的接触力值进行比较，其差值通过控制器内部的PID控制软件产生输出信号，由驱动器控制步进电机的转动，通过进给机构带动焊枪和电极沿其轴线移动，此时与工件接触的电极推动浮动滑台产生相应的移动，使得电极与工件之间的接触力产生相应的变化，从而实现接触力的自动闭环控制。有益效果：1、本专利技术在电火花沉积堆焊的进给机构和焊枪之间设置了浮动弹性机构，巧妙地将电极与工件之间的接触力转化为浮动滑台的位移，采用非接触位移传感器检测浮动滑台的位移，实现了拉压力测量到位移测量的转变，通过标定后可根据浮动滑台的位移确定电极与工件之间的接触力，并利用控制器和进给机构控制电极沿其轴线进行运动，实现了接触力的闭环控制。2、本专利技术没有采用力传感器而是采用非接触位移传感器来测量接触力，既提高机械系统的强度，又能实现微小接触力的测量，显著提高了电极与工件之间接触力自动控制装置的可靠性。3、本专利技术的浮动弹性机构采用滚珠直线轴承和光轴配合，具有较小的摩擦系数；浮动弹性机构的光轴一直处于垂直状态，浮动滑台与光轴之间的正压力也很小，使浮动滑台与光轴之间的摩擦力达到很小，从而确保电极与工件之间微小接触力的自动控制，接触力的控制精度可达到0.5N。4、本专利技术的浮动弹性机构具有减振功能，其弹簧阻尼可减小电极与工件之间的振动，提高沉积过程的稳定性。5、本专利技术可有级调节电极与工件之间的夹角。调整夹角时，浮动弹性机构的光轴始终处于垂直状态，进给机构的轴线始终与焊枪和电极的轴线平行。当电极损耗时，控制器和进给机构带动焊枪沿焊枪的轴线向前移动，不仅可保持接触力稳定，还使电极与工件的接触位置保持不变，确保了自动沉积过程中电极运动位置的控制精度。附图说明图1是本专利技术的整体原理图；图2是焊枪与工件未接触时浮动弹性机构受力图；图3是本专利技术接触力--位移标定时浮动弹性机构受力图；图4是本专利技术接触力闭环控制原理图；图5是本专利技术具体实施例机械部分原理图；图6是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电火花沉积堆焊接触力转位移的自动控制装置，包括机械系统和电控系统，其特征在于，所述机械系统包括进给机构、浮动弹性机构、夹枪机构和焊枪；其中，进给机构主要由进给丝杠、进给滑台、进给底座组成；浮动弹性机构主要由上底座、光轴、直线轴承、下底座、弹簧、浮动滑台组成，上底座和下底座相互平行，两者之间通过光轴连接，浮动滑台设在上底座和下底座之间，通过直线轴承穿设在光轴上且能够沿光轴上下移动，弹簧将浮动滑台和上底座连接在一起，上底座的下表面上安装有非接触位移传感器，用于测量浮动滑台的上下位移；/n所述机械系统还包括调节板A、调节板B和调节板C，夹枪机构通过调节板C安装在浮动弹性机构的浮动滑台侧面，浮动弹性机构通过调节板B安装在进给机构的进给滑台侧面，进给机构通过调节板A安装在电火花沉积堆焊装置的相应部位，焊枪固定在夹枪机构上，焊枪上安装电极；进给机构和焊枪的轴线及安装平面垂直于水平面；当焊枪与工件之间的夹角改变时，通过转动调节板A、调节板B和调节板C进行调整，使进给机构的轴线与焊枪的轴线一直保持平行，浮动弹性机构的轴线一直保持垂直；/n所述电控系统包括控制器、A/D模块、位移传感器、步进电机及驱动器，位移传感器通过A/D模块连接控制器，控制器内存储有标定的接触力-位移表格数据，控制器内设有PID控制软件，控制器输出接口连接步进电机的驱动器，步进电机连接进给机构。/n...

【技术特征摘要】
1.一种电火花沉积堆焊接触力转位移的自动控制装置，包括机械系统和电控系统，其特征在于，所述机械系统包括进给机构、浮动弹性机构、夹枪机构和焊枪；其中，进给机构主要由进给丝杠、进给滑台、进给底座组成；浮动弹性机构主要由上底座、光轴、直线轴承、下底座、弹簧、浮动滑台组成，上底座和下底座相互平行，两者之间通过光轴连接，浮动滑台设在上底座和下底座之间，通过直线轴承穿设在光轴上且能够沿光轴上下移动，弹簧将浮动滑台和上底座连接在一起，上底座的下表面上安装有非接触位移传感器，用于测量浮动滑台的上下位移；
所述机械系统还包括调节板A、调节板B和调节板C，夹枪机构通过调节板C安装在浮动弹性机构的浮动滑台侧面，浮动弹性机构通过调节板B安装在进给机构的进给滑台侧面，进给机构通过调节板A安装在电火花沉积堆焊装置的相应部位，焊枪固定在夹枪机构上，焊枪上安装电极；进给机构和焊枪的轴线及安装平面垂直于水平面；当焊枪与工件之间的夹角改变时，通过转动调节板A、调节板B和调节板C进行调整，使进给机构的轴线与焊枪的轴线一直保持平行，浮动弹性机构的轴线一直保持垂直；
所述电控系统包括控制器、A/D模块、位移传感器、步进电机及驱动器，位移传感器通过A/D模块连接控制器，控制器内存储有标定的接触力-位移表格数据，控制器内设有PID控制软件，控制器输出接口连接步进电机的驱动器，步进电机连接进给机构。


2.如权利要求1所述的一种电火花沉积堆焊接触力转位移的自动控制装置，其特征在于，焊枪与水平放置的工件之间的夹角可以进行特定角度的调整，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩红彪，李梦楠，李世康，刘何，杨鑫，侯玉杰，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南;41