[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

说明书

本发明涉及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，其中自动控制装置主要由进给机构、浮动弹性机构、夹枪机构、焊枪及电控系统等组成，将电极和工件之间的接触力转化为浮动滑台的位移，采用非接触位移传感器进行检测，实现了拉压力测量到位移测量的转变，既提高机械系统的强度，又能实现微小接触力的测量；根据浮动滑台的位移确定电极与工件之间的接触力，并利用控制器和进给机构控制电极沿其轴线进行运动，实现接触力的闭环控制，浮动弹性机构的弹簧阻尼可减小电极与工件之间的振动，显著提高了沉积过程中电极与工件之间接触力自动控制的稳定性和可靠性。

技术领域

本发明涉及电火花沉积堆焊技术领域，具体涉及一种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。

背景技术

电火花加工是一种去除材料的加工方法，电火花沉积堆焊是在电火花加工基础上发展起来的表面强化技术，可在工件材料表面上沉积和堆焊特种材料，能提高工件的硬度、耐磨性、耐热性、耐腐蚀性、疲劳强度和使用寿命等，还可对精密机械零部件表面的划痕、点蚀、超差等表面缺陷进行修复。

与电火花去除加工技术不同，电火花沉积堆焊技术需要电极与工件不断接触进行放电和沉积堆焊。电火花自动沉积的过程就是电极沿一定轨迹在工件表面运动，同时保证电极与工件在接触状态下不断放电沉积，逐层完成沉积层的过程。电极与工件的接触状态直接影响其放电机理和质量转移机理，从而影响其沉积层的质量和生产效率。

在电火花沉积堆焊过程中，电极与工件之间需要不断接触，当电极与工件之间的接触力不同时，电极与工件之间的接触面积也不同，接触面积的大小直接影响沉积过程中的电流密度，从而影响放电和质量转移过程，所以接触力对电极与工件接触状态的影响较大。

电火花沉积堆焊技术有很多优点，但是其主要应用在修复领域，仍未应用在批量生产中，究其原因就是电火花沉积堆焊的自动化技术尚未完善，只能人工操作完成；而人工操作不仅劳动强度大，且对接触力的控制存在较大的随机性，不具备可靠性和稳定性，不能确保沉积层的质量和生产效率；所以实现电火花沉积堆焊的自动化不仅需要控制电极与工件之间的相对运动轨迹，电极与工件之间的接触力控制也是关键。

为了获得高质量的涂层，电极与工件之间的接触力不能太大，一般在0.5N-2N左右；由于电极与工件接触表面的不平整、电极与工件之间会出现短路粘接等原因，电极与工件的相对运动时会产生较大的振动，其冲击力有时远大于其接触力，而这种微小力传感器的尺寸和刚性都比较小，常常会导致用于接触力控制的力传感器过载而失效。由于实现接触力自动控制所需机械机构的滑动部件的摩擦力都会大于电极与工件之间的接触力，造成接触力的控制精度受到影响，无法满足控制要求。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的目的在于提供一种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，用于解决电火花沉积堆焊过程中电极与工件之间微小接触力的精确控制和电极振动的问题，能够精确控制电极与工件之间的接触力且具有减振功能。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

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，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，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；