1 石墨电极研磨成形机成形原理研磨机成形原理如图 1所示。待加工石墨块 3安装在平动工作台 4上 ,平动工作台带动石墨块作微小圆周平动运动 ,研具 2安装在滑台 1上 ,研具可在滑台带动下沿ｚ轴向下移动 ,实现进给。先通过ＲＰ原型或样件复制研具 ,研具由磨料和粘结剂固化成形后 ,将研具和石墨块安装在研磨机上 ,在研磨加工时 ,研具向下缓慢进给 ,逐渐磨去作圆周平动的石墨块上的多余石墨材料 ,直到最后形成与研具表面相反的石墨电极。电火花加工后的石墨电极有一定的损耗 ,可将它重新装夹在研磨机上再加工 ,作进一步的研磨即可修复好电极。石墨电极研磨成形机主要用于电火花加工 (ＥＤＭ)用石墨电极的成形及其修复。图 1 石墨电极研磨成形机组成2 研磨机数控系统组成2 1 研磨机数控系统硬件组成在研磨机研磨加工时 ,由于研磨下来的石墨屑会塞满三维研具表面的空隙 ,阻碍研磨加工的继续进行 ,因此研磨一段时间后进给滑台必须抬起 ,用冲洗液冲洗研具表面和石墨的被加工表面。另外 ,在加工过程中石墨材料在水平面作直径为ｄ的微小圆周振动 ,因而加工后的石墨电极ｘ、ｙ 向尺寸比研具缩小ｄ。用石墨电极加工钢模时 ,移动钢模在ｘ、ｙ 向的位置 ,当移动距离为ｄ时 ,钢模在ｘ、ｙ 向的尺寸得到补偿<1> 。因此 ,必须监控平动台的微小圆周振动 ,将振动量提供给电火花加工。图 2为研磨机数控系统的硬件组成。图 2 研磨机硬件组成总体框图2 2 研磨机数控系统软件组成研磨机数控软件采用面向对象的方法用ＢｏｒｌａｎｄＣ ++ｆｏｒＷｉｎｄｏｗｓ软件进行设计。从总体上看 ,数控软件分为主控模块、键控模块、数据采集模块、控制处理模块、显示模块、故障处理模块等。数控软件组成如图 3所示。主控模块主要是协调各模块的工作。键控模块的作用是在工作现场启用控制柜上的小面板操作机床。控制处理模块分为自图 3 研磨机软件组成框图动控制和手动控制两部分。数据采集模块实时采集加工参数和机器运行状况参数 ,并显示在计算机显示器上 ,确保研磨机研磨加工的顺利进行。3 大质量进给滑台定位图 4 脉冲编码器研磨机加工过程中进给滑台的每一工作循环包括快进、慢进、工进、快退 4个步骤 ,进给滑台上升或下降时 ,计算机实时监测其运行位置。在实际系统中 ,我们采用了滚珠丝杠带动进给滑台上下移动 ,在丝杠的末端固定了一个同轴的光电编码器。光电编码器的Ａ相、Ｂ相脉冲与输入板中的计数器如图 4连接。滚珠丝杠正转时 ,Ａ相方波信号的高电平比Ｂ相提前Ｔ/ 4,因此在Ｂ相下降沿 ,Ａ相为低电平 ,此时ＧＡＴＥ1被封锁 ,正、反转记数脉冲Ｓ +和Ｓ -保持高电平 ;而在Ａ相下降沿 ,Ｂ相为高电平 ,因此ＧＡＴＥ0打开 ,ＣＬＫ0作为Ａ相输入端输入计数方波 ,Ｓ +输出记数脉冲 ,正转计数器减 1记数 ,但Ｓ -保持为高电平。滚珠丝杠反转时 ,则相反。数控软件利用 82 5 3芯片的计数器锁存功能 ,就可以得到进给滑台的位置信号 ,从而进行上下移动控制。图 5 计数器计数脉冲输出4 平动台振动量在线检测研磨加工过程中平动台的振动量直接影响石墨电极的尺寸。因此 ,需要检测平动台振动量 ,并调整研磨机参数 ,将振动量控制在一定的范围之内。为了提高检测精度 ,采用了ＳＪ4- 1高精度电涡流传感变换器检测平动台振动量。电涡流传感器基于电涡流效应 ,当金属导体中的磁通发生变化时 ,就会在导体中产生感应的电涡流 ,电涡流的产生必然要消耗一部分磁场能量 ,使产生磁场的线圈阻抗发生变化 ,从而引起输出电压的变化<2 > 。但是 ,输出电压的变化与振动物体的振动量之间存在着严重的非线性 ,必须作非线性逼近处理。ＢＰ神经网络是由三层或三层以上神经元构成的非线性系统 ,有很强的非线性映射能力。因此 ,采用ＢＰ神经网络<3 > 来逼近电涡流传感变换器的标定值。用Ｖ表示传感变换器输出电压 ,ｕ表示平动台振动量 ,三层神经网络的输入输出映射关系如下。(1)层节点输出 Ｏ1=Ｖｋ ｋ =1,2 ,3,∧ ,ｒ ｒ为训练数据 (Ｖ ,ｕ)的对数。(2 )层点节输入 Ｉ2ｊ =ω2ｊＯ1 ｊ=1,2 ,3,∧ ,ｎ ｎ为节点数。输出Ｏ2 ｊ =ｆ(Ｉ2 ｊ+ｂｊ) 节点变换函数为ｓｉｇｍｏｉｄ函数 ,ｂｊ为节点阈值。(3)层节点输入 Ｉ3 = ｎｊ=1ω3 ｊＯ2 ｊ ｊ =1,2 ,3,∧ ,ｎ ｎ为节点数。输出 ｕｋ =Ｉ3 +ｂ 节点变换函数为线性函数 ,ｂ为节点阈值。由上可知 ,神经网络的输入输出关系为 ｕｋ = ｎｊ=1ω3 ｊｆ(ω2 ｊＶｋ+ｂｊ) +ｂ (1) 定义学习误差函数为Ｅ =12 ｒｋ =1(ｕｋ- ｕｋ) 2 (2 ) 采用梯度下降学习算法训练神经网络 ,第二层节点数为 6 ,训练数据如图 6 (ａ)所示 ,经过 10万次训练后 ,拟合曲线如图 6 (ｂ)所示 ,误差Ｅ <0 0 0 2。将训练后的节点权值和阈值保存下来 ,检测传感变换器的输出电压 ,由式 (1)即可得到实时的平动台振动量。将平动台振动量作为控制参量 ,在软件程序设计中 ,实现控制系统的自适应模糊控制 ,使得研磨机的工艺参数能够自动调整 ,保证研磨机在整个加工过程中始终处于研磨效率最佳状态 ,同时保证电极的几何加工质量 ,提高了研磨机自动化程度 ,劳动生产率提高 10 %以上 ,从而避免研磨机因研具和电极间作用力过大、“绞死”等异常现象的产生 ,延长了研磨机的使用时间。图 6 神经网络训练数据与拟合曲线5 结束语石墨电极研磨成形技术是一种新型的快速制造石墨电极的成形方法。这种技术的发展对快速模具制造有很重要的作用<1> 。石墨电极研磨成形数控系统的开发达到了成形研磨加工的要求 ,但是 ,成形研磨加工本身是一种复杂的加工方式 ,在加工精度上需要进一步研究整体石墨电极研磨成形机数控系统开发与研究@韩权利$西安科技学院机械工程系!陕西西安701154
@杨来侠$西安科技学院机械工程系!陕西西安701154
@马宏伟$西安科技学院机械工程系!陕西西安701154石墨电极;;研磨;;数控;;振动;;神经网络介绍了石墨电极研磨成形机的原理和数控软、硬件系统的研制开发 ;用光电编码器实现了大质量进给滑台的位置检测 ;并用电涡流传感器检测平动台振动量 ,进而实现了机器参数的自动调整 ,从而保证了石墨电极研磨成形机研磨加工的顺利进行。<1> 卢秉恒 ,唐一平 ,李涤尘 激光快速成形制造的发展和应用
全国高等学校机床学研究会会议论文集 1996 5 6-72
<2 > 梁鸿生 ,刘庆丰 ,方永兴 电缆铝炉套厚度在线测量的研究 西安理工大学学报 ,1998,(14 )
<3 > 焦李成 神经网络系统理论 西安 :西安电子科技大学出版社 ,1990陕西省自然科学基金资助项目 !(99C13 );;
陕西省教委专项基金资助项目 !(99JK2 19)高了研磨机自动化程度 ,劳动生产率提高 10 %以上 ,从而避免研磨机因研具和电极间作用力过大、“绞死”等异常现象的产生 ,延长了研磨机的使用时间。图 6 神经网络训练数据与拟合曲线5 结束语石墨电极研磨成形技术是一种新型的快速制造石墨电极的成形方法。这种技术的发展对快速模具制造有很重要的作用<1> 。石墨电极研磨成形数控系统的开发达到了成形研磨加工的要求 ,但是 ,成形研磨加工本身是一种复杂的加工方式 ,在加工精度上需要进一步研究整体石墨电极研磨成形机数控系统开发与研究@韩权利$西安科技学院机械工程系!陕西西安701154
@杨来侠$西安科技学院机械工程系!陕西西安701154
@马宏伟$西安科技学院机械工程系!陕西西安701154石墨电极;;研磨;;数控;;振动;;神经网络介绍了石墨电极研磨成形机的原理和数控软、硬件系统的研制开发 ;用光电编码器实现了大质量进给滑台的位置检测 ;并用电涡流传感器检测平动台振动量 ,进而实现了机器参数的自动调整 ,从而保证了石墨电极研磨成形机研磨加工的顺利进行。<1> 卢秉恒 ,唐一平 ,李涤尘 激光快速成形制造的发展和应用 全国高等学校机床学研究会会议论文集 1996 5 6-72
<2 > 梁鸿生 ,刘庆丰 ,方永兴 电缆铝炉套厚度在线测量的研究 西安理工大学学报 ,1998,(14 )
<3 > 焦李成 神经网络系统理论 西安 :西安电子科技大学出版社 ,1990陕西省自然科学基金资助项目 !(99C13 );;
陕西省教委专项基金资助项目 !(99JK2 19)
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