專利名稱：電火花加工機床的神經網絡快速進給控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電火花加工機床的快速進給控制裝置。
目前在電火花加工機床加工過程中，主要是通過控制伺服主軸頭的進給，即控制伺服主軸頭的勵磁線圈電流來實現電極上移(即抬刀)、下移(即進給)和進給快慢的控制。在現有技術領域中，實現上述控制的方法主要有(1)基于模型參考自適應的伺服系統增益控制;(2)抬刀參數自適應控制;(3)放電過程模糊自適應控制;(4)變遺忘因子自適應控制;(5)廣義抬刀自適應控制。這些控制方法中絕大多數是通過軟件方式實現的，也有極小部分是通過硬件數字電路來實現的，由于放電加工過程中伴隨有大量的電磁波幅射，因此使用模擬電路的控制器常常產生參數漂移不能滿足工藝的要求。用硬件實現的數字電路控制器，是將所推導和簡化的低階ARMA模型用硬件數字電路來實現。而一般放電脈沖的寬度為40μS～500μS，脈間一般與脈寬相等，使用上述各種控制方法的控制律運算周期均為毫秒級以上，這樣只能在若干個放電脈沖之后施加一次控制，所施加的控制是依據這若干周期的平均值，這樣就掩蓋了這若干個周期中產生的拉弧現象，不能使間隙狀態始終保持在較佳的工作狀態，解決這個問題的辦法是縮短控制律運算周期，提高電火花放電過程控制的實時性，這是上述諸方法所無法做到的。
本發明的目的是采用具有并行信號處理功能的數字式神經網絡高速調節器與電火花加工機床構成控制系統，提供一種電火花加工機床的神經網絡快速進給控制裝置，使之能夠在電火花放電的每一個脈沖周期內施加若干次控制作用，真正做到電火花加工過程的實時控制。
為達到上述目的，本發明采用的技術方案是放電間隙電壓檢測裝置其輸入端與電火花加工機床的脈沖電源連接，其輸出端的間隙電壓檢測值V1與數字式神經網絡高速調節器的壓頻轉換器VFC1連接，經數字式神經網絡高速調節器的模數轉換器DAC輸出為控制作用電壓信號V3，再經電火花加工機床的電流放大器，作電壓/電流變換和電流放大后，加到電火花加工機床的伺服主軸頭的勵磁線圈上，控制伺服主軸頭帶動電極上、下移動。在數字式神經網絡高速調節器的壓頻轉換器VFC2上加上代表正常放電間隙電壓設定值的電壓信號V2。考慮到數字式神經網絡高速調節器的輸出控制信號經過變換后成為電極的移動，這一過程所產生的時滯效應，可對采用的數字式神經網絡高速調節器進行滯后補償和對脈間設定值信號進行切除。
本發明與背景技術相比具有的有益的效果是由放電間隙電壓檢測裝置，數字式神經網絡高速調節器，與電火花加工機床中的脈沖電源，電流放大器，伺服主軸頭構成控制回路，并在數字式神經網絡高速調節器上增加并行的滯后補償線路和脈間設定值信號切除線路，由于數字式神經網絡高速調節器其運算律的實現周期為微秒級，故本裝置可以有效地實現電火花加工過程的實時控制。
下面結合附圖，通過對實施例的描述給出本發明的細節。


圖1、本發明的結構示意圖;
圖2、放電間隙電壓檢測裝置的線路圖;
圖3、在原數字式神經網絡高速調節器上增加的滯后補償線路及脈間設定值信號切除線路框圖。
如圖1所示，電火花加工機床其主要結構大致可分成三個部分，如虛線框內的脈沖電源3，電流放大器4，伺服主軸頭5。電火花加工機床的脈沖電源以一定的周期在電極6與工件7之間加載伺服電壓，工件浸在液體電介質(如煤油等)之中，通過控制電極6的上下移動來調節電極6與工件7之間的距離，電極6與工件之間通過電介質產生脈沖火花放電，從而對工件7進行電蝕加工。電極與工件之間的距離稱為放電間隙，在其他因素確定的情況下(比如脈沖電壓、電介質特性等)，放電間隙的大小決定了加工過程的質量，若間隙過大，難以產生火花放電;間隙太小，容易產生拉弧放電而燒傷工件;間隙過小，則會產生短路現象。因此，需要在每一個脈沖周期內，調整電極的上移(即抬刀)或下移(即進給)來保證電極與工件之間的間隙，從而產生較為穩定的火花放電。在這個過程中，由于間隙不同，工件與電極之間的放電間隙電壓亦不相同，可分為四種情況即空載電壓(間隙過大)，火花放電電壓，拉弧電壓(間隙太小)，短路電壓(間隙過小)。放電間隙電壓檢測裝置1，如圖2所示，是利用連在電極6與件7之間兩極上的一個可調電阻W，按一定比例取出放電間隙電壓，經光電耦合管GD隔離后，又經運算放大器C3140的放大電路，這樣就可以測得相應的放電間隙電壓信號V1。該測量值V1就代表了不同的放電間隙，從數字式神經網絡高速調節器2的壓頻轉換器VFC1輸入，如圖1、圖3所示，這種調節器正如申請人已申請發明專利的“數字式神經網絡高速比例積分微分調節器”，申請日為1994年9月10日，申請號為9410864.4;或“數字式神經網絡高速不完全微分比例積分微分調節器”，申請日為1994年9月10日，申請號為94108685.2。同時代表能產生正常火花放電間隙電壓的信號V2作為設定值，從數字式神經網絡高速調節器的壓頻轉換器VFC2輸入，這二個信號通過調節器控制律運算后，經模數轉換器DAC輸出為控制作用電壓信號V3，將V3信號送入電火花加工機床的電流放大器4進行轉換和功率放大后，加載到電火花加工機床的伺服主軸頭5的勵磁線圈上，以控制電極進給或抬刀。在這個過程中，若測得V1較V2大，則數字式神經網絡高速調節器2，通過電流放大器4和伺服主軸頭5控制電極6進給;反之，若測得V1較V2小，則控制電極抬刀，從而始終保持一個較好的放電間隙，產生穩定的火花放電。
考慮到數字式神經網絡高速調節器的輸出控制電壓，經過變換后成為電極的移動，會產生一定的時滯效應，故需對所采用的數字式神經網絡高速調節器進行滯后補償，如圖3所示，在數字式神經網絡高速調節器2中的數據鎖定器SS1的輸出端信號，一路經數據鎖定器SSa送減法器JF，另一路送減法器JF，減法器JF輸出送乘法器CF、加法器A，與數字式神經網絡高速調節器2中的數據鎖定器SSa連接，與乘法器CF另一輸入端相連的是數據鎖定器SSb，其中存貯常數kb，與加法器A另一輸入端相連的是數字式神經網絡高速調節器的減法器JF1。即利用間隙電壓的微分進行補償，取本周期和上周期間隙電壓對應的脈沖個數之差，該差乘以一個系數kb后加到數字式神經網絡高速調節器的間隙電壓檢測值與設定值所對應的脈沖個數之差上。
考慮到由于火花放電過程的電源電壓為脈沖電壓，因此存在在脈間切除設定值信號的問題，如圖3所示，電源脈沖信號Vp和原數字式神經網絡高帶調節器2中的數據鎖定器SS2的信號經與門YM，與原數字式神經網絡高帶調節器2中的減法器JF1連接。即將電源電壓的脈沖信號Vp引出，將之轉換為數字電路芯片的高低電平信號，與設定值二進制表示的信號逐位通過相應個數的與門YM，作為新的設定值信號送數字式神經網絡高速調節器。這樣，當脈沖放電時，與原設定值與的各位均為1，設定值不變;當脈沖放電間隙時，與原設定值與的各位均為0，設定值變為0，這時由于沒有放電電壓，間隙電壓測量值為0.沒有控制作用輸出。
本發明采用的壓頻轉換器為AD650，模數轉換器為DAC-08H，數據鎖定器為SN74LS75，加法器為SN74LS283，與門為SN74LS08，乘法器為16×16位乘法器，減法器由加法器和原反碼選擇器SN74H87組成。
權利要求
1.一種電火花加工機床的神經網絡快速進給控制裝置，其特征是放電間隙電壓檢測裝置[1]其輸入端與電火花加工機床的脈沖電源[3]連接，其輸出端的放電間隙電壓檢測信號V1與數字式神經網絡高速調節器[2]的壓頻轉換器VFC1連接，經數字式神經網絡高速調節器[2]的模數轉換器DAC輸出為控制作用電壓信號V3，再經電火花加工機床的電流放大器[4]，加到電火花加工機床的伺服主軸頭[5]的勵磁線圈上，在數字式神經網絡高速調節器[2]的壓頻轉換器VFC2上加代表正常放電間隙電壓設定值的電壓信號V2。
2.根據權利要求1所述的電火花加工機床的神經網絡快速進給控制裝置，其征是在數字式神經網絡高速調節器[2]中的數據鎖定器SS1的輸出端信號，一路經數據鎖定器SSa送減法器JF，另一路送減法器JF，減法器JF輸出送乘法器CF、加法器A，與數字式神經網絡高速調節器[2]中的數據鎖定器SS3連接，與乘法器CF另一輸入端相連的是數據鎖定器SSb，與加法器A另一輸入端相連的是數字式神經網絡高速調節器[2]的減法器JF1。
3.根據權利要求1或2所述的電火花加工機床的神經網絡快速進給控制裝置，其特征是電源脈沖信號Vp和數字式神經網絡高速調節器[2]中的數據鎖定器SS2的信號經與門YM，與數字式神經網絡高速調節器[2]中的減法器JF1連接。
全文摘要
一種電火花加工機床的神經網絡快速進給控制裝置，采用放電間隙電壓檢測裝置，數字式神經網絡高速調節器，與電火花加工機床中的脈沖電源、電流放大器、伺服主軸頭構成控制回路，并在數字式神經網絡高速調節器上增加并行的滯后補償線路和脈間設定值信號切除線路，通過調節器其運算律的實現周期為微秒級，故本裝置可以有效地實現電火花加工過程進給的實時控制。
文檔編號B23H1/02GK1106327SQ94118599
公開日1995年8月9日 申請日期1994年12月9日 優先權日1994年12月9日
發明者鮑立威, 蔡穎, 鄭良桂 申請人:浙江大學