[发明专利]电火花加工主轴系统伺服响应延时测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种电火花加工主轴系统伺服响应延时测量系统及方法，其中，该系统包括：电火花加工系统主轴装夹工具电极，控制工具电极进给运动；非接触式电涡流位移传感器固定于电火花加工系统的主轴上，监测记录主轴和工具电极的位移动作；加工间隙伺服控制系统的输入端连接工具电极和工件极间，输出端连接主轴驱动电机，用于分别反馈工件极间电信号和输出工具电极运动的控制信号；双通道数字示波器的第一通道与输出信号线连接，其第二通道与工具电极和工件连接，以分别监测并比较工具电极运动的变化时刻和工件极间的电信号变化时刻得到全闭环响应延时。该系统成本低、操作便捷、分辨率和灵敏度高，可通用于各种机床运动系统的伺服响应延时测量。

技术领域

本发明涉及特种加工技术领域，特别涉及一种电火花加工主轴系统伺服响应延时测量系统及方法。

背景技术

电火花加工是利用工具电极和工件之间的脉冲式火花放电实现材料的去除。电火花加工能够正常进行的条件之一，就是工具电极和工件之间始终维持微小放电间隙，其大小通常取决于放电参数和加工状态。由于加工过程中工件被加工和工具电极不断损耗，造成工件和电极之间的加工间隙变大。当加工间隙增大到超过放电间隙范围时，将无法继续进行电火花加工。因此，在电火花加工过程中通常伺服控制工具电极进退，以维持较为理想的加工间隙。这是通过高速采集电极和工件极间状态量作为反馈信号，比较反馈状态量与正常加工设定的极间间隙状态量来得到控制信息，利用控制信息闭环伺服控制工具电极以维持放电间隙。

对于这种微小加工间隙的闭环伺服控制过程，控制系统的响应延时影响其伺服控制特性。此伺服控制过程中包括加工状态量采样、控制算法计算、信号输入输出、运动系统驱动传动等多个环节，每个环节都可能产生一定的延时。这样，整个闭环总的响应延时包括控制系统接收放电状态检测信号、控制系统运算输出控制信号、驱动元件接收控制信号输出运动、传动系统作用到工具电极终端的全部响应时间。虽然延时时间非常短(毫秒甚至微妙量级)，但对微小加工间隙(微米量级)的伺服控制效果影响却较为明显，而且这主要取决于整个闭环环节总的响应延时。为优化电火花加工间隙的伺服控制特性，需要精确测量这个全闭环伺服控制响应延时(或响应频率)。

常规测量方法无法精度测量上述这种全闭环响应延时时间。基于光栅、激光干涉仪等反馈元件的测量系统，还主要是对驱动传动机械系统伺服响应延时或响应频率的测量。这只是得到从控制信号输出到驱动元件(比如电机)或终端执行机构(比如工作台、刀具)动作响应之间的延时。电火花加工主轴控制系统伺服响应延时测量具有特殊性，是要测量从加工间隙变化产生反馈信号到工具电极受控产生运动状态变化之间的整个环节响应时间。

目前尚缺乏一种电火花加工主轴系统全闭环伺服响应延时的简易直观、高效且精确的测量系统及方法。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种电火花加工主轴系统伺服响应延时测量系统。

本发明的另一个目的在于提出一种电火花加工主轴系统伺服响应延时测量方法。该方法成本低、操作便捷、分辨率和灵敏度高，可通用于各种机床运动系统的伺服响应延时测量。

为达到上述目的，本发明一方面提出了电火花加工主轴系统伺服响应延时测量系统，包括：电火花加工系统主轴，所述电火花加工系统的主轴装夹有工具电极，以控制所述工具电极进给运动；非接触式电涡流位移传感器，所述非接触式电涡流位移传感器固定于所述电火花加工系统的主轴上，以监测记录所述主轴和所述工具电极的位移动作；加工间隙伺服控制系统，所述加工间隙伺服控制系统的输入端连接所述工具电极和所述工件极间，所述加工间隙伺服控制系统的输出端连接主轴驱动电机，用于以分别反馈工件极间电信号和输出工具电极运动的控制信号；双通道数字示波器，所述双通道数字示波器具有第一通道和第二通道，其中，所述第一通道与输出信号线连接，所述第二通道与所述工具电极和工件连接，以分别监测所述工具电极运动变化时刻和工件极间的电信号变化时刻，并比较两个信号的时间差，以得到全闭环响应延时。