[发明专利]电火花沉积堆焊接触力转位移的自动控制装置及控制方法

权利要求书

1.一种电火花沉积堆焊接触力转位移的自动控制装置，包括机械系统和电控系统，其特征在于，所述机械系统包括进给机构、浮动弹性机构、夹枪机构和焊枪；其中，进给机构主要由进给丝杠、进给滑台、进给底座组成；浮动弹性机构主要由上底座、光轴、直线轴承、下底座、弹簧、浮动滑台组成，上底座和下底座相互平行，两者之间通过光轴连接，浮动滑台设在上底座和下底座之间，所述浮动滑台通过直线轴承穿设在光轴上且能够沿光轴上下移动，弹簧将浮动滑台和上底座连接在一起，上底座的下表面上安装有非接触位移传感器，用于测量浮动滑台的上下位移；

所述机械系统还包括调节板A、调节板B和调节板C，夹枪机构通过调节板C安装在浮动弹性机构的浮动滑台侧面，浮动弹性机构通过调节板B安装在进给机构的进给滑台侧面，进给机构通过调节板A安装在电火花沉积堆焊装置的相应部位，焊枪固定在夹枪机构上，焊枪上安装电极；当焊枪与工件之间的夹角改变时，通过转动调节板A、调节板B和调节板C进行调整，使进给机构的轴线与焊枪的轴线一直保持平行，浮动弹性机构的轴线一直保持垂直；

在所述机械系统中，忽略光轴对浮动滑台的摩擦阻力，电极与工件的接触力和浮动滑台位移之间的关系为：，其中， z0表示t0时刻即电极工件未接触时浮动滑台的位移，zi表示ti时刻浮动滑台的位移，F_Ni表示ti时刻工件对电极的支撑力，即电极与工件之间的接触力，k为弹簧的弹性系数；

在标定接触力-位移关系时，通过在工件下方设置称重传感器直接测量工件对电极的支撑力，即电极与工件之间的接触力，通过位移传感器测量获得浮动滑台的位移，由此获得接触力-位移对应数据并存储在控制器中；

所述电控系统包括控制器、A/D模块、位移传感器、步进电机及驱动器，位移传感器通过A/D模块连接控制器，控制器内存储有标定的接触力-位移表格数据，控制器内设有PID控制软件，控制器输出接口连接步进电机的驱动器，步进电机连接进给机构。

2.如权利要求1所述的一种电火花沉积堆焊接触力转位移的自动控制装置，其特征在于，焊枪与水平放置的工件之间的夹角可以进行特定角度的调整，所述特定角度包括：0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°。

3.如权利要求1所述的一种电火花沉积堆焊接触力转位移的自动控制装置的控制方法，其特征在于：将标定好的接触力所对应的浮动滑台位移表格数据存储在电控系统的控制器中，同时设置电火花沉积过程所需自动保持的接触力；在电火花沉积过程中，控制器连续周期性的检测位移传感器的输入，并根据接触力-位移对应数据将位移数据转化为接触力，然后与设定的接触力值进行比较，其差值通过控制器内部的PID控制软件产生输出信号，由驱动器控制步进电机的转动，通过进给机构带动焊枪和电极沿其轴线移动，此时与工件接触的电极推动浮动滑台产生相应的移动，使得电极与工件之间的接触力产生相应的变化，从而实现接触力的自动闭环控制。