CN115488451A - 基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测方法、装置、计算机及存储介质 - Google Patents
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Abstract
基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测方法、装置、计算机及存储介质，涉及电火花加工稳定性检测领域。本发明解决了采用电压、电流作为检测信号判断电火花加工间隙状态，干扰信号多，会产生误差的问题。所述方法包括：增加伺服位置检测至电火花数控***，并采集伺服位置数据；根据所述采集的伺服位置数据在理想情况、侧面放电情况和二次放电情况进行伺服检测稳定性的数据分析；根据所述的伺服检测稳定性的数据分析进行特征提取，获取电火花加工过程的稳定性。所述采集伺服位置数据，具体为：加工时间、加工位置、第一次放电位置、抬刀开始位置和放电最深位置。本发明适用于电火花加工领域，用于间隙状态的检测。
Description
技术领域
本发明涉及电火花加工稳定性检测领域，尤其涉及一种基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测方法。
背景技术
电火花加工稳定性是高效电火花加工的重要条件，影响电火花加工稳定的因素很多，如机床的刚性和精度、脉冲电源参数、主轴头伺服***的灵敏度、工作液过滤和循环方式以及加工工艺等。现有技术在电火花加工间隙状态检测采用平均电压法。电火花间隙状态检测中，通常以电压信号作为检测对象。平均电压检测法就是利用间隙电压与间隙成近似线性关系的特性，设置门槛电压来判断放电状态。这种方法的反应灵敏度较低，在实际加工中检测的电压信号变化大，不稳定，检测结果误差较大。传统检测方法中还包括高频检测法和击穿延时法等。高频检测法是根据不同放电状态的电压信号中的高频分量特性不同这一原理进行放电状态检测，击穿延时法是利用击穿延时时间与放电间隙大小成正比的特性进行检测。这两种方法都有一定的局限性，在实际加工中检测的精度不高，相比平均电压检测法的应用范围更小。
由于传统检测方法的种种局限因素，学者们引入其他方法设计出了新型检测技术。赵万生教授等人在2009年1月8日的专利CN100595030C中提出了一种基于小波变换的电火花间隙放电状态检测方法。使用小波分析的方法处理电火花加工中的强非线性的非平稳信号，使用低频小波系数来判断放电状态。实时性好，稳定可靠。
贾振元、周明等人在2004年10月29日的专利CN100413645C中提出一种微细电火花间隙放电状态检测方法，引入模糊控制与神经网络，将采样点的电压、电流值作为输入，根据模糊控制逻辑表和神经网络结构对采样点的值进行归类，对一组采样点进行统计求和，按照放电状态划分准则确定电火花加工的间隙放电状态，在高频、微能的微细电火花加工中能准确分辨加工间隙放电状态。
以上的方法都是采用电压、电流作为检测信号判断间隙放电状态。电火花加工中，干扰信号较多，产生的电压信号是一种非线性的非平稳信号。采用电压、电流值作为检测信号必然会产生一定的误差值。且平均电压法在检测中实时性较差，检测一段时间内的电压值对于后续加工的指导意义不大，因此这种检测方法在实际应用中发挥的作用有限。
发明内容
本发明解决了采用电压、电流作为检测信号判断电火花加工间隙状态，干扰信号多，会产生误差的问题。
本发明提供一种基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测方法，所述方法包括：
增加伺服位置检测至电火花数控***，并采集伺服位置数据；
根据所述采集的伺服位置数据在理想情况、侧面放电情况和二次放电情况进行伺服检测稳定性的数据分析；
根据所述的伺服检测稳定性的数据分析进行特征提取，获取电火花加工过程的稳定性。
进一步的，还提供一种优选实施方式，所述采集伺服位置数据，具体为：
加工时间、加工位置、第一次放电位置、抬刀开始位置和放电最深位置。
进一步的，还提供一种优选实施方式，所述根据所述的伺服检测稳定性的数据分析进行特征提取，获取电火花加工过程的稳定性，具体为：
根据第一次放电位置、抬刀开始位置和放电最深位置的方差均值判断某一段时间内的电火花位置变化幅度，并利用数据统计获取电火花不稳定程度；
根据位置变化幅度和电火花不稳定程度进行加权获得特征提取数值；
所述特征提取数值用于反应电火花加工过程的稳定性。
进一步的，还提供一种优选实施方式，所述伺服参考电压SV为5档，伺服速度V为2档。
本发明所述的基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测装置，所述装置包括：
伺服位置数据采集单元，用于增加伺服位置检测至电火花数控***，并采集伺服位置数据；
伺服检测稳定性的数据分析单元，用于根据所述采集的伺服位置数据在理想情况、侧面放电情况和二次放电情况进行伺服检测稳定性的数据分析；
电火花加工过程的稳定性获取单元，用于根据所述的伺服检测稳定性的数据分析进行特征提取，获取电火花加工过程的稳定性。
进一步的，还提供一种优选实施方式，所述伺服位置数据采集单元，包括：
加工时间模块、加工位置记录模块、第一次放电位置记录模块、抬刀开始位置记录模块和放电最深位置记录模块。
进一步的，还提供一种优选实施方式，所述电火花加工过程的稳定性获取单元，具体为：
电火花不稳定程度获取单元，用于根据第一次放电位置、抬刀开始位置和放电最深位置的方差均值判断某一段时间内的电火花位置变化幅度，并利用数据统计获取电火花不稳定程度；
特征提取数值获取单元，用于根据位置变化幅度和电火花不稳定程度进行加权获得特征提取数值；
所述特征提取数值用于反应电火花加工过程的稳定性。
本实施方式所述的一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行根据上述任一项中所述的基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测方法。
本实施方式所述的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于储存计算机程序，所述计算机程序执行上述任一项中所述的基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测方法。
本发明的有益之处在于：
本发明解决了采用电压、电流作为检测信号判断电火花加工间隙状态，干扰信号多，会产生误差的问题。
1.现有的电火花放电状态检测中，检测的信号都为电信号，如平均电压、脉冲宽度、脉冲频率等。这些信号难以表征放电间隙中电蚀产物的浓度及其对加工可能产生的影响。本发明所述的电火花加工伺服稳定性检测方法，通过伺服位置的变化程度反映蚀除物浓度的变化，从而判断加工过程的稳定性。
2.在现有技术中伺服位置通常应用于运动控制领域，主要为伺服电机的位置环控制。伺服电机通过外部输入的脉冲频率来确定转动速度的大小，通过脉冲个数来确定转动的角度，用于定位；本发明涉及电火花加工稳定性检测领域，本发明所述的基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测方法，基于伺服位置提取特征检测电火花加工过程稳定性，分析了有抬刀电火花加工理想情况、二次放电情况、侧面放电情况的伺服位置特征，根据不同情况特征关系检测电火花加工稳定性，检测方法考虑了实际加工因素影响，特征参数选取合理，检测精度高，可靠性强，对于电火花加工稳定性实时检测及抬刀决策提供了前提保证；在实际加工检测中，可以良好地获得加工过程的稳定性。
本发明适用于电火花加工领域，用于间隙状态的检测。
附图说明
图1为实施方式一所述的基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测方法的流程图；
图2为实施方式十所述的理想情况抬刀复位位置示意图；
图3为实施方式十所述的理想情况第一次放电位置示意图；
图4为实施方式十所述的理想情况放电最深位置示意图；
图5为实施方式十所述的理想情况抬刀开始位置示意图；
图6为实施方式十所述的侧面放电情况第一次放电位置示意图；
图7为实施方式十所述的侧面放电情况抬刀开始位置示意图；
图8为实施方式十所述的二次放电情况第一次放电位置示意图；
图9为实施方式十所述的二次放电情况放电最深位置示意图；
图10为实施方式十所述的二次放电情况抬刀开始位置示意图；
图11为实施方式十所述的不同加工情况下位置关系示意图；
图12为实施方式十所述的加工记录的数据图；
图13为实施方式十所述的电火花加工情况示意图；
图14为实施方式十所述的根据抬刀位置计算伺服过程稳定性变化情况示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案及优点表述得更加清楚，现结合附图对本发明的若干实施方式做进一步详细地描述，但以下所述的各个实施方式仅为本发明的几个较佳实施方式而已，并不用于限制发明。
实施方式一、参见图1说明本实施方式。本实施方式所述的基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测方法，所述方法包括：
增加伺服位置检测至电火花数控***，并采集伺服位置数据；
根据所述采集的伺服位置数据在理想情况、侧面放电情况和二次放电情况进行伺服检测稳定性的数据分析；
根据所述的伺服检测稳定性的数据分析进行特征提取，获取电火花加工过程的稳定性。
本实施方式基于伺服位置提取特征检测电火花加工过程稳定性，分析了有抬刀电火花加工理想情况、二次放电情况、侧面放电情况的伺服位置特征，根据不同情况特征关系检测电火花加工稳定性，检测方法考虑了实际加工因素影响，特征参数选取合理，检测精度高，可靠性强，对于电火花加工稳定性实时检测及智能抬刀决策提供了前提保证；在实际加工检测中，可以良好地获得加工过程的稳定性。
实施方式二、本实施方式是对实施方式一所述的基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测方法的进一步限定，所述采集伺服位置数据，具体为：
加工时间、加工位置、第一次放电位置、抬刀开始位置和放电最深位置。
在实际应用中，采集伺服位置数据后易于检测，通过采集加工时间、加工位置、第一次放电位置、抬刀开始位置和放电最深位置这些数据后，可通过其变化来判断电蚀产物浓度的变化。
实施方式三、本实施方式是对实施方式一所述的基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测方法的进一步限定，所述根据所述的伺服检测稳定性的数据分析进行特征提取，获取电火花加工过程的稳定性，具体为：
根据第一次放电位置、抬刀开始位置和放电最深位置的方差均值判断某一段时间内的电火花位置变化幅度，并利用数据统计获取电火花不稳定程度；
根据位置变化幅度和电火花不稳定程度进行加权获得特征提取数值；
所述特征提取数值用于反应电火花加工过程的稳定性。
本实施方式采用伺服位置和不同加工情况的伺服位置参数特征作为检测电火花加工伺服稳定性的参数，避免了强非线性、不稳定的电信号的干扰，检测方法考虑了实际加工因素的影响，检测精度高，可靠性强。
实施方式四、本实施方式是对实施方式一所述的基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测方法的进一步限定，所述伺服参考电压SV为5档，伺服速度V为2档。
本实施方式选用了粗加工参数，这种参数的组合在加工中可以产生明显的不稳定现象。
实施方式五、本实施方式所述的基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测装置，所述装置包括：
伺服位置数据采集单元，用于增加伺服位置检测至电火花数控***，并采集伺服位置数据；
伺服检测稳定性的数据分析单元，用于根据所述采集的伺服位置数据在理想情况、侧面放电情况和二次放电情况进行伺服检测稳定性的数据分析；
电火花加工过程的稳定性获取单元，用于根据所述的伺服检测稳定性的数据分析进行特征提取，获取电火花加工过程的稳定性。
实施方式六、本实施方式是对实施方式五所述的基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测装置的进一步限定，所述伺服位置数据采集单元，包括：
加工时间模块、加工位置记录模块、第一次放电位置记录模块、抬刀开始位置记录模块和放电最深位置记录模块。
实施方式七、本实施方式是对实施式五所述的基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测装置的进一步限定，所述电火花加工过程的稳定性获取单元，包括：
电火花不稳定程度获取单元，用于根据第一次放电位置、抬刀开始位置和放电最深位置的方差均值判断某一段时间内的电火花位置变化幅度，并利用数据统计获取电火花不稳定程度；
特征提取数值获取单元，用于根据位置变化幅度和电火花不稳定程度进行加权获得特征提取数值；
所述特征提取数值用于反应电火花加工过程的稳定性。
实施方式八、本实施方式所述的一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行根据权利要求1-4任一项中所述的基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测方法。
实施方式九、本实施方式所述的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于储存计算机程序，所述计算机程序执行根据实施方式一至实施方式四任一项中所述的基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测方法。
实施方式十、参见图2至图14说明本实施方式，本实施方式是为实施方式一提供一个具体方式，同时还用于解释实施方式一至实施方式四，具体的：
检测步骤为：
步骤一：对于电火花机床数控***进行改造，添加伺服位置检测功能。在加工过程中实时检测伺服位置，统计记录伺服位置数据，每组数值以上次加工的最深伺服位置为基准。数据采集频率为1hz，统计记录的数据类别包括：加工时间、加工位置、第一次放电位置、抬刀开始位置、放电最深位置(第一次回退位置)；
步骤二：分析统计数据。分析三个位置的变化幅度以及相对于放电最深位置的波动范围，在数据中提取有抬刀情况下理想情况、侧面放电情况、二次放电情况的参数特征，初步检测伺服过程的稳定性；
步骤三：分析加工稳定性。根据第一次放电位置、抬刀开始位置、放电最深位置的方差作为加工稳定性评价的依据。具体的：根据第一次放电位置、抬刀开始位置、放电最深位置的方差的大小判断某一段时间内的电火花加工的位置变化幅度，结合步骤二中所提取出的特殊情况的特征数值，获得电火花加工过程的稳定性。
步骤二所述的在数据中提取有抬刀情况下理想情况、侧面放电情况、二次放电情况的参数特征，初步检测伺服过程的稳定性，具体原理为：
在理想情况下，开始加工时电极从抬刀复位位置开始无放电下降，如图1所示。前一次加工的抬刀运动使得两极间隙变大，电蚀产物获得足够的运动空间，在流场中受力的作用得以排除。理想状况下，间隙中电蚀产物浓度极少，电极到达第一次放电位置开始放电。如图2所示。电极从第一次放电位置继续放电进给，过程中电蚀产物的产生速度大于排除速度，电蚀产物的浓度增加。电极进给到放电最深位置，如图3所示。间隙中电蚀产物浓度较大，为了保证放电间隙处于稳定值，电极需回退一段距离。此时电极一方面在放电蚀除工件，另一方面回退，达到间隙平衡位置，如图4所示。在间隙平衡位置，电极放电结束。设定一次加工的蚀除量为ε。此时，电极开始抬刀，故理想状态的间隙平衡位置也是抬刀开始位置。在第一次放电位置和间隙平衡位置电极与工件间隙都达到了稳定间隙状态，不同的是第一次放电位置时的电蚀产物浓度低，而间隙平衡位置时经过了电极放电进给、放电回退的过程后，电蚀产物的浓度高，故在间隙平衡位置时的稳定放电间隙更大，间隙平衡位置应在第一次放电位置之上。在此位置电极开始抬刀，抬刀高度h由***设定，之后电极进给到抬刀复位位置，准备下一次的加工。如此循环，就构成了理想状态电火花加工的整个过程。
在侧面放电情况下，电极从抬刀复位位置开始无放电下降时，若上一次放电加工产生的电蚀产物没有及时排除，聚积在间隙中，颗粒之间彼此搭接形成大电蚀颗粒，则会对加工间隙大小产生影响，影响加工质量和稳定性。
电极从抬刀复位位置开始无放电下降后，若侧面出现大电蚀颗粒，则电极进给到大颗粒附近时就会开始放电，则本次加工的第一次放电位置高于上次加工的第一次放电位置，如图5。电极放电将大颗粒蚀除分解后，继续进给，到达抬刀时间后，电极开始抬刀。此时的抬刀开始位置低于第一次放电位置，如图6所示。电极抬刀高度为h，进给到抬刀复位位置后，本次加工结束。
在二次放电情况下，如图7、图8、图9所示。电蚀颗粒沉积、彼此搭接会产生尺寸较大的电蚀颗粒，可能会导致二次放电现象。若上次加工进给过大，电蚀产物浓度较大，产生了大颗粒电蚀产物，那么本次加工的稳定间隙变大，第一次放电位置相较于上次变高，其放电伺服过程与理想状态的过程一致，区别在于第一次放电位置、放电最深位置、抬刀开始位置都相应变高。
由上述分析可知，在不同加工情况下，第一次放电位置、放电最深位置和抬刀开始位置之间的位置关系不同，具体情况如图10所示。根据第一次放电位置、放电最深位置和抬刀开始位置这些位置关系，即可判断放电情况及电蚀产物浓度，通过这四个位置即可表征加工状态的稳定性。图中可知抬刀复位位置在不同加工情况中变化幅度不大，因此在统计记录是重点分析的是首次放电位置、抬刀开始位置和放电最深位置。需注意的是，本次加工的第一次放电位置、抬刀开始位置、抬刀复位位置都是以上次加工的放电最深位置进行比较的，数据统计时将第一次回退位置作为放电最深位置。
本实施方式采用德瑞加电火花教工数控机床进行加工。工件材料为钢，电极材料为铜，工作液为火花油，电极直径12，伺服参考电压SV为5档，伺服速度V为2档。
共加工169.67min,在加工中共采集了10180组数据。
图12是加工记录的数据图，其中，截取了6542-6576组数据。由图中数据可以看出，这段时间内发生了两次严重的二次放电现象。分别是6542-6548组，6567-6575组。在这两段时间内，下次加工的抬刀位置、首次放电位置、第一次回退位置都高于上次加工记录的数据，且变化值较大。这一特征符合出现二次放电的特征情况，可以判断出此时发生了严重的加工不稳定情况。
图13为抬刀位置的位置变化情况。从图中可以看出，5200-6600组抬刀位置数据出现了严重的波动情况，说明此时的加工稳定性较差。2000-3000组数据抬刀位置波动范围不大，相比5000-6000组数据其伺服过程更加稳定。选取这两组数据进行加工速度计算。2000-3000组数据加工位置变化了1202μm,5000-6000组数据加工位置变化689μm，加工时间都为16.67min,其加工速度分别为72.12μm/min，41.34μm/min。这两组加工速度对比也可说明其稳定性差异。
图14为根据抬刀位置计算伺服过程稳定性变化情况示意图。当前采用抬刀位置的方差来表征抬刀位置数据的平均偏离程度和稳定性的整体波动情况。图中可以看出前1000组数据和后5000组数据的波动范围较大，稳定性差。符合图13的数据计算情况。
按照上述情况对数据进行分析，即可得出过程中所有特殊加工情况，进而判断电火花加工伺服稳定性。
以上通过具体实施方式对本申请进行详细说明，但以上所述仅为本申请的较佳实施方式而已，并不用于限制本申请，凡在本申请的精神和原则范围之内所作的任何修改、实施方式的组合、等同替换和改进等，均应当包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测方法，其特征在于，所述方法包括：
增加伺服位置检测至电火花数控***，并采集伺服位置数据；
根据所述采集的伺服位置数据在理想情况、侧面放电情况和二次放电情况进行伺服检测稳定性的数据分析；
根据所述的伺服检测稳定性的数据分析进行特征提取，获取电火花加工过程的稳定性。
2.根据权利要求1所述的基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测方法，其特征在于，所述采集伺服位置数据，具体为：
加工时间、加工位置、第一次放电位置、抬刀开始位置和放电最深位置。
3.根据权利要求1所述的基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测方法，其特征在于，所述根据所述的伺服检测稳定性的数据分析进行特征提取，获取电火花加工过程的稳定性，具体为：
根据第一次放电位置、抬刀开始位置和放电最深位置的方差均值判断某一段时间内的电火花位置变化幅度，并利用数据统计获取电火花不稳定程度；
根据位置变化幅度和电火花不稳定程度进行加权获得特征提取数值；
所述特征提取数值用于反应电火花加工过程的稳定性。
4.根据权利要求1所述的基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测方法，其特征在于，所述伺服参考电压SV为5档，伺服速度V为2档。
5.基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测装置，其特征在于，所述装置包括：
伺服位置数据采集单元，用于增加伺服位置检测至电火花数控***，并采集伺服位置数据；
伺服检测稳定性的数据分析单元，用于根据所述采集的伺服位置数据在理想情况、侧面放电情况和二次放电情况进行伺服检测稳定性的数据分析；
电火花加工过程的稳定性获取单元，用于根据所述的伺服检测稳定性的数据分析进行特征提取，获取电火花加工过程的稳定性。
6.根据权利要求5所述的基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测装置，其特征在于，所述伺服位置数据采集单元，包括：
加工时间模块、加工位置记录模块、第一次放电位置记录模块、抬刀开始位置记录模块和放电最深位置记录模块。
7.根据权利要求5所述的基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测装置，其特征在于，所述电火花加工过程的稳定性获取单元，包括：
电火花不稳定程度获取单元，用于根据第一次放电位置、抬刀开始位置和放电最深位置的方差均值判断某一段时间内的电火花位置变化幅度，并利用数据统计获取电火花不稳定程度；
特征提取数值获取单元，用于根据位置变化幅度和电火花不稳定程度进行加权获得特征提取数值；
所述特征提取数值用于反应电火花加工过程的稳定性。
8.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行根据权利要求1-4任一项中所述的基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于储存计算机程序，所述计算机程序执行根据权利要求1-4任一项中所述的基于伺服位置的电火花加工伺服稳定性检测方法。
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