基於ＶＢ６.０ 的電（diàn）解加工機床控（kòng）製係（xì）統設計與（yǔ）實現
2016-11-16 來源：鹽城工學院機械工程學院 作者：王福元 張文寵 禹斌
摘要： 為實現電解（jiě）加工（gōng）機床（chuáng）自動控製， 提高加工精度， 針對複雜零（líng）件（jiàn）電解加工（gōng）控製要求， 設計了控製（zhì）係統。采用ＰＣ機、數據采集卡和運動（dòng）控製卡等硬（yìng）件實現集成（chéng）控製， 並采用ＶＢ６.０ 軟件平台對主控製係統軟件進行設計， 主（zhǔ）要包括軟件控（kòng）製界麵的設（shè）計、伺（sì）服驅動器參數（shù）的設置和單軸獨動、多軸聯動的控製程序設計， 並根據實際應用添加手動加工、自動加工和故障診斷等功能。最後， 通過基於該（gāi）控製係統軟件的加工實驗， 評（píng）估工具陰極的進給定位精度（dù）和（hé）試件的加工質量情況，以確保軟件運行（háng）的可靠性和穩定性。實驗結果表明： 工具陰極的進給定位精度能（néng）夠（gòu）達到±０.００５ ｍｍ， 試件加工後的縫寬尺寸為０.２７８ ｍｍ， 滿足尺寸精要求， 反映出（chū）控製係統可靠性高、穩（wěn）定性好。
關鍵詞： 電（diàn）解加工； 控製係（xì）統； 可靠性； 穩定性
電解（jiě）加工是一種通過電化學腐（fǔ）蝕去除工件表麵（miàn）材料的特種（zhǒng）成型加工（gōng）方法（fǎ）。電解加工（gōng）以其加工（gōng）速度快、表（biǎo）麵質量好、凡金屬（shǔ）都能加工、陰極無損耗、無宏觀切（qiē）削力等優點（diǎn）， 在加工形狀複雜零件及型腔（qiāng）時有著（zhe）巨大（dà）的優勢， 目前已廣泛應（yīng）用於葉片型麵、炮管膛線、模具、特殊孔類、倒角去毛刺、拋光、鈦合金和高溫（wēn）耐熱合金（jīn）薄壁機匣等加工， 並廣泛應用於國防工業中（zhōng）［１－３］ 。２０ 世（shì）紀７０ 年（nián）代初， 前蘇聯與西方（fāng）一些發達國家開始了脈衝電（diàn）流機製、機床加工控製係統的研（yán）究， 使得脈衝電解加工（gōng）機床逐漸用於實際（jì）加工中［４］ ，當時一般采用繼電器或儀表作為電解加工控製係統的控製元件。近年來， 計算機技術在電解加工中將得（dé）到更高水平應用（yòng）， 合肥工業大學開始將ＰＬＣ 技術應用於電解加工機床， 采用步進電機驅動的一套電解加工機床（chuáng）ＰＬＣ 控製係統［５］ ， 實現了電解加（jiā）工機床多功能穩定運行， 但它在（zài）控製集成化、多軸（zhóu）聯動方麵存在不足， 有待進一步研究。結合硬件及加工工藝要求， 采用ＶＢ６.０ 對主控製係（xì）統軟件主要包括（kuò）軟件控（kòng）製界麵、伺服驅動器參數和單軸獨（dú）動、多軸聯動（dòng）控製程序進行設計， 並根據操作（zuò）人員的實際應用加（jiā）入（rù）了手動加工、自動（dòng）加工（gōng）和故（gù）障診斷等其他功能（néng）， 並通過試件（jiàn）加工實驗（yàn）驗證數控電解加工機床軟件控製係統（tǒng）的可靠性。
1.電解加工原理
電解加工主要利用電化學陽極溶解原理［６］ 。工作時， 工件連接電源陽極（jí）， 工具連接電源陰極， 工具陰極向工件陽極進給， 保留一定間隙， 讓具有（yǒu）合適壓力的電解（jiě）液經間隙（xì）流過，實現對工件（jiàn）的電化學（xué）腐（fǔ）蝕成形加工（gōng）， 溶解的切屑隨電解液一起流出，以達到電解加工目的。圖１ 為（wéi）電解加（jiā）工的原理圖［７］ 。
圖１ 電解加工原理圖
２.電解加工機床主控製係統硬件結構
目前， 電解加工機床的控製係統主要分為４ 類：繼電器控製、簡易數控、ＰＬＣ 控製以及微機控製［８］ 。文中（zhōng）以ＰＣ 機、ＰＣＩ-８２６ＬＵ 數據采集卡、ＰＩＳＯ-ＰＳ３００運動（dòng）控製卡以及相應參數控製的方（fāng）式實現集（jí）成控製。該控製係（xì）統包括如下子係統： 運動控製子係統、加工電源子係統、電解液輸送調節子（zǐ）係統。控製係統組成框圖如圖２ 所示。
圖２ 控製係統硬件組成框圖
當電解加工機床正常（cháng）工作且控製係統正常運行時， ＰＣ 機直接通過通信端口與智（zhì）能溫（wēn）度控製器進行數據通信， 並由智能溫度控製（zhì）器根據溫度傳感器采集的數據來控製加熱器是（shì）否運行。作為係統的核心（xīn）板卡， 多功能數據采集卡ＰＣＩ-８２６ＬＵ 采集大量來自加工過程中的實時數據， 經ＰＣ 機中的控（kòng）製軟（ruǎn）件（jiàn）檢測並記錄實時數（shù）據後（hòu）， 進行相關運算， 並反（fǎn）饋給相應的控製元器件（jiàn）， 有效保（bǎo）證了控（kòng）製係統的（de）集成控製。在整個加工運動控（kòng）製過程中（zhōng）， ＰＣ 機通過智（zhì）能控製軟件與（yǔ）ＰＩ-ＳＯ-ＰＳ３００ 運動控製卡在進（jìn）行通信（xìn）連接後， 利用已配置的３ 個ＭＲ-Ｊ３-６０Ａ 伺服驅動器， 對機床的交流伺服電機進行驅動， 實現（xiàn）對Ｘ、Ｙ、Ｚ 軸的同步控製。同（tóng）時， ＰＣＩ-８２６ＬＵ 數據采集卡通過與之配套使用的ＤＢ-１６Ｒ 型、ＤＢ-１６Ｐ 型端子板和ＤＮ-３７ 導軌安裝接線板，完成相應（yīng）功能的數（shù）據采集和控製。
３.軟件開發平台（tái）及其功能要求
３.１ 基於ＶＢ６. ０ 的軟件設（shè）計（jì）
ＶＢ６. ０ 集成開發環境提供了設計、運行和調試應用程序的相關工具， 用戶在使用過程中無需打（dǎ）開額外的程序（xù）就可以實現程序設計、運行和調試。ＶＢ 擁有圖形用戶界麵（miàn）（ＧＵＩ） 和快速應用（yòng）程序（xù）開（kāi）發（ＲＡＤ）係統， 可（kě）以使用ＤＡＯ、ＲＤＯ、ＡＤＯ 連（lián）接數據（jù）庫和創建ＡｃｔｉｖｅＸ 控件。通（tōng）過自有組件快速建（jiàn）立一個支持多種數據庫應用程序［９］ 。ＶＢ６.０ 具有（yǒu）開發周期短、功（gōng）能強大、應用廣（guǎng）泛（fàn）等優（yōu）點， 同時也（yě）具有可視化（huà）的麵向對象編程、事件驅動的編程（chéng）機製、結構化的程序設計語言（yán）、支持（chí）ＤＤＥ、ＤＬＬ 和ＯＬＥ、ＡｃｔｉｖｅＸ 技術的特點（diǎn）［１０］ ， 因（yīn）此， 選用（yòng）ＶＢ６.０ 作（zuò）為係統的（de）軟件平台。
３. ２ 軟件體係功（gōng）能要求
軟件實時監測機（jī）床的電（diàn）解加工機床係統、電（diàn）解液（yè）係統、加工電源係統， 有利於操作人員（yuán）了解並掌握（wò）整個電解加（jiā）工流程。因此， 在設計軟件過（guò）程中應盡可能保證軟件的功能集成特性， 以下給出的是控（kòng）製係（xì）統軟件需實現的重（chóng）點功能：
（１） 控製軟件可實現選擇（zé）、裝載和卸載（zǎi）加（jiā）工程序代碼功能（néng）， 並設按（àn）鈕控製（包括三軸運動控製按鈕和設（shè）備開關（guān）按（àn）鈕等）。機床編程需嚴格規範， 包括（kuò）準備功（gōng）能Ｇ 指令（lìng）代碼、輔（fǔ）助功能Ｍ 指令代碼、進給功能Ｆ 指令代碼和順序號Ｎ 代碼等［１１］ 。
（２） 數據采集和監測。在機床係統運（yùn）行時， 對加工電壓、加工電流、電解液工（gōng）作壓力（lì）（壓力顯示表）、電解液設定（dìng）溫度和電解液測量（liàng）溫度等進行監（jiān）測（cè）。同時包括（kuò）Ｘ、Ｙ、Ｚ 軸運動狀態及其運動位置讀數顯示， 便於操作人員（yuán）手動操作三軸（zhóu）的運行和及（jí）時鍵盤手動編輯對應加工程序。
（３） 手動加工（gōng）。手動加（jiā）工是電解（jiě）和普通加工中常用加（jiā）工（gōng）方式， 當操作人員發現加（jiā）工過程中用戶界麵參數不合理變化（huà）時， 可立即按下加工急停按鈕， 以（yǐ）進行（háng）設備故障排查。
（４） 自動加工。操作人（rén）員設置完參數後， 利用已設定參數（給液（yè）、上電位置和工具陰極進給速度等） 編寫加工程序， 軟件自動控製電解加工機床的對刀、回（huí）退（tuì）、加工和衝液等操作， 實（shí）現自動加工功能。
（ ５） 故障診斷。主控製係統中（zhōng）， 通過采集、提取、融合信息的方式， 實現電解加工過程的（de）全方位檢測， 提高（gāo）了電（diàn）解加工設備的可靠性和（hé）加工零件的（de）複雜性。
４.控製（zhì）係（xì）統軟件設計
４.１ 用戶界麵（miàn）設計
根（gēn）據軟件體（tǐ）係要求及其（qí）功能（néng）， 設計出了電解加工集（jí）成（chéng）控製係統的用戶界麵［１２］ ， 如圖３ 所示。
圖３ 控製係統（tǒng）用戶界麵（miàn）
４.２ 伺服驅動器（qì）參（cān）數的設置
為保證控製係統安全穩（wěn）定運行， 需要對部分元器件進行參數設定， 其（qí）中伺服驅動器的參數設定（dìng）更為重要。選用ＭＲ-Ｊ３-６０Ａ 型號的伺服驅動（dòng）器， 大部分參數保持默認設置， 需修改參數如表１ 所示。
表１ 修改的參數
４。３ 控（kòng）製係統軟件程序設計
通過單軸運動控製程序設計過（guò）渡到多（duō）軸聯動控製程序設（shè）計， 實現（xiàn）軟件對電解加工機床的穩定控製， 圖４ 為機床運動控製的程序設（shè）計框圖， 其中圖（ａ） 表示單軸運動控製流程圖， 圖（ｂ） 表示多軸聯動控製（zhì）流程圖。
圖４ 機床運動控製程（chéng）序設計框圖
５.控製係統軟件調試及（jí）加工實驗
為測試控製軟件的功能可靠性和控製加工精度，安排了剃須刀靜刀蓋加工實（shí）驗。在加工過程中， 選用（yòng）ＯＰＴＥＸ ＦＡ 公（gōng）司生（shēng）產ＣＤ５-Ｗ３５０ 型高（gāo）精度激光位移傳感器和配（pèi）套的高性能（néng）控製器（具有較高線性度） 對控製係（xì）統工具陰極定位精度進行測（cè）量（liàng）， 實驗裝置如圖５ 所示。多次（cì）記錄工具陰極運動１００ ｍｍ 時， 對（duì）應位置控製器讀數， 如表２ 所示。實驗結（jié）果表明： 軟件控製的工具（jù）陰極（jí）定位誤差在（zài）±０.００５ ｍｍ 以內， 滿足控製要求， 可靠性高。
圖５ 實驗裝（zhuāng）置（zhì）
表２ 實驗數據誤差（chà）分析表（biǎo）
在（zài）滿足工具陰極定位誤差後（hòu）， 設置（zhì）不同電解液壓力、溫度和電導率， 以及不同加工電壓和電流。采用（yòng）控製變量法， 保持其中４ 種參數不變， 改變其中一種參數， 觀察刀蓋縫寬（kuān）變化， 做對比實驗， 最終確定該零件的最佳加工參數［１３］ 。要求加（jiā）工出的刀蓋縫寬基本尺寸（cùn）為０.２７５ ｍｍ， 尺寸精度為±０.００５ ｍｍ。圖６ 為加工出的剃須刀（dāo）刀蓋， 測得試件的（de）縫寬（kuān）為0.２７８ ｍｍ，滿足尺寸精度要求， 穩定（dìng）性好（hǎo）。
圖６ 加工剃須（xū）刀靜刀蓋
６.結束語
控製係統軟件是數控電解加工機床的重要組成部分， 其性能的優越將直接影響產品加（jiā）工的質量。采用ＶＢ６.０ 開（kāi）發電解加工機床（chuáng）控製係統（tǒng）軟件， 實現了人機交互、自動控製和實時監測等（děng）功能， 並通過剃須刀靜刀蓋加工實驗驗證了控製係統軟件的可靠性和（hé）穩定性， 在保證加工精度的（de）同時， 提高了電解（jiě）加工機床的自動（dòng）程度， 能滿足一些複雜零件的加工需求， 有利於機械加工自動化的發展。
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