CC BY
11
УДК 621.9.048
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-9-535-537
УЛУЧШЕНИЕ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ
ПОСРЕДСТВОМ РЕГУЛИРОВКИ ТОКА
Н.О. Кирянов, А.А. Злобарь, А.Б. Николаев
Предложен и описан метод регулировки тока в цепи электроэрозионного станка. В основе метода заложено управление током в разрядном контуре посредством программного ПИД-регулятора.
Ключевые слова: электроэрозионная обработка, качество обработанной поверхности, управление током, программный ПИД-регулятор.
В настоящее время метод электроэрозионной обработки (ЭЭО) для производства то-копроводящих деталей различной формы и сложности является крайне востребованным [1-3].
В результате распространения метода ЭЭО, на рынке электроэрозионного оборудования наблюдается значительный рост спроса на электроэрозионные станки различного назначения. Это связано с прогрессом в области исследований электроэрозионной обработки и внедрением современных технологий в конструкцию электроэрозионного оборудования, что позволило расширить область применения электроэрозионной обработки, существенно улучшить технологические показатели процесса и повысить его экономическую эффективность. В связи с этим, усовершенствование станков для электроэрозионной обработки с целью улучшения их рабочих характеристик, например, таких как качество обработанной поверхности (шероховатость) и производительность, является актуальной задачей.
Улучшения рабочих характеристик: производительность и качество обработанной поверхности можно достичь путем качественной регулировки режима работы с целью препятствовать отклонению от заданного режима из—за наличия сложной многокомпонентной нагрузки в цепи генератора импульсов. Эта нагрузка снижает точность следования импульсов во времени и их энергию, а это напрямую влияет на производительность и качество обрабатываемой поверхности [4, 5].
В результате ЭЭО поверхность приобретает характерные неровности. Обрабатываемая поверхность формируется из перекрывающих друг друга произвольно расположенных лунок. Шероховатость поверхности, а точнее - размеры лунок (диаметр и глубина) зависят от энергии и частоты импульсов.
Яг = кн • Ж/ • Р , (1)
где кн — коэффициент, зависящий от режима обработки, материала электродов, их размеров, вида и состояния рабочей среды; х, у - коэффициенты зависящие от материала заготовки; Ж - энергия импульса;/- частота следования импульсов.
Производительность ЭЭО (0 оценивается отношением объема или массы удаленного металла ко времени обработки.
В идеальных условиях, производительность можно было бы оценить, как произведение энергии импульсов на их частоту. Но на практике условия протекания каждого отдельного импульса отличаются из-за различий в состоянии межэлектродного промежутка и размера зазора, несоответствия между числом импульсов, выработанных генератором, и числом импульсов, реализуемых в зазоре, а также из-за прочих причин. Таким образом выражение, характеризующее производительность ЭЭО, имеет следующий вид:
Q= гр^ а • Г , (2)
где Жи - энергия импульса; / - частота следования импульсов; а - объем металла, снимаемый одним или несколькими импульсами суммарной энергией 1 Дж.; у - коэффициент, учитывающий количество холостых импульсов.
Энергию импульса Ж можно рассчитать по формуле:
Щ, = иср • Ч^и , (3)
где Рср - средняя мощность импульса: Рср = иср • 1ср; Пср - среднее напряжение; 1ср - средний ток; q - скважность; -длительность импульса.
535
Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. Вып. 9
Исходя из формул (1), (2) и (3) можно однозначно сделать вывод, что как можно более точное поддержание значений тока и напряжения в цепи генератора благоприятно сказывается на производстве изделий ЭЭО методом.
Генератор импульсов с возможностью реализации управления током. На основании типов генераторов импульсов [6] можно сделать вывод, что добиться непосредственной регулировки работы генератора без внесения значительных корректировок в электрическую схему возможно при применении генераторов с коммутирующим устройством (рис. 1). При применении данного типа генератора возможно на одном станке работать в разных режимах обработки заготовки, а также точно следовать заданным параметрам импульсов.
Рис. 1. Структурная схема генераторов импульсов с встроенной системой контроля
и регулировки тока
Структурно система контроля и регулировки тока (рис. 2) представляет собой микроконтроллер, который обрабатывает полученные данные из цепи разряда посредством датчика тока и на их основе подает управляющий сигнал на драйвер MOSFET-транзистора, который управляет ключом. Микроконтроллер связывается с персональной электронно-вычислительной машиной (ПЭВМ) для получения - необходимого значения тока для поддержания в цепи.
Рис. 2. Структурная схема системы контроля и регулировки тока
Алгоритм работы программного пид-регулятора для управления током в цепи.
Микроконтроллер подает на ключ ШИМ-сигнал с периодом модуляции, зависящим от значения тока в цепи. Период модуляции ШИМ-сигнала рассчитывается с учетом регулировочного коэффициента ПИД-регулятора, который реализован программно.
ПИД-регулятор в системе контроля и регулировки тока работает следующим образом: берётся разница между текущей величиной тока и нужной, умножается на настраиваемый коэффициент регулирования, исходя из этого получается период ШИМ-сигнала, который управляет ключом в данный момент. Это пропорциональная составляющая, она работает в момент появления рассогласования — то есть моментально откликается на изменение. Но эффект от воздействия проявляется с запаздыванием. На ток воздействует не только микроконтроллер, но еще и нагрузка в канале разряда. Поэтому чистый пропорциональный регулятор колеблется вокруг точки поддержания.
Чтобы компенсировать «внешние» воздействия, в цепь добавляют интегральную составляющую. Всё рассогласование, которое было в системе, идёт на интегратор. И накопленный интеграл, со своим коэффициентом, даёт свою прибавку-убавку к периоду. В результате такого подхода, при стационарном процессе, через некоторое время интеграл подбирает такой период ШИМ-сигнала, который компенсирует потери от нагрузки, и колебания исчезают —
536
интеграл становится стабильным, поэтому период становится постоянным. Причем так как при этом держится ток на одном значении, то рассогласование отсутствует, пропорциональная составляющая не работает вообще.
Для компенсации влияния задержек между воздействием и реакцией системы, в систему добавляют дифференциальную составляющую. Просто пропорциональный регулятор изменяет период ШИМ пока не достигнет постоянного значения тока, пропорционально-дифференциальный перестает изменять период раньше, чем достигли нужной величины тока — так как рассогласование уменьшается, имеется наличие отрицательной производной, уменьшающей воздействие. Это позволяет минимизировать превышения величины необходимого периода ШИМ-сигнала (превышение необходимой величины тока в системе) при больших переходах.
Список литературы
1. El-Hofy H.A.G. Advanced machining processes: nontraditional and hybrid machining processes. NY: McGraw Hill, 2005. 253 p.
2. Kibra G., Bhattacharyya B., Davim J.P. (eds) Nontraditional Micromachining Processes: Fundamentals and Applications. Berlin: Springer, 2017. 422 p.
3. Rajurkar K.P., Sundaram M.M., Malshe A.P. Procedia CIRP. 2013, 6. P. 13-26.
4. Фотеев Н.К. Технология электроэрозионной обработки. М.: Машиностроение, 1980, 184 с.
5. Золотых Б.Н. Физические основы электрофизических и электрохимических методов обработки. Ч. 1. М.: МИЭМ, 1975. 106 с.
6. Лившиц А.Л., Отто М.А. Импульсная электротехника. М.: Энергоатомиздат, 1983.
352 с.
Кирянов Николай Олегович, магистр, оператор, kirianov_nik@mail.ru, Россия, Анапа, ФГАУ «ВИТ «ЭРА»,
Злобарь Александр Андреевич, старший научный сотрудник, kirianov_nik@mail.ru, Россия, Анапа, ФГАУ ВИТ «ЭРА»,
Николаев Александр Борисович, канд. воен. наук, старший преподаватель, kirianov_nik@mail.ru, Россия, Тверь, Военная академия воздушно-космической обороны
IMPROVING THE OPERATING CHARACTERISTICS OFELECTROEROSIVE PROCESSING BY
CURRENT REGULATION
N.O. Kiryanov, A. A. Zlobar, A.B. Nikolaev
A method for adjusting the current in the circuit of an EDM machine is proposed and described. The method is based on the control of the current in the discharge circuit by means of a software PID controller.
Key words: electrical discharge machining, quality of surface, current control, software PID controller.
Kiryanov Nikolay Olegovich, operator, kirianov_nik@mail.ru, Russia, Anapa, FGAU «MIT
«ERA»,
Zlobar Alexander Andreevich, senior researcher, kirianov_nik@mail.ru, Russia, Anapa, FGAU «MIT «ERA»,
Nikolaev Alexander Borisovich, candidate of military sciences, senior lecturer, kir-ianov_nik@mail.ru, Russia, Tver, Military Academy of Aerospace Defense
