電火花加工技術(shù)是特種加工領(lǐng)域的一個重要研究方向,獲得了許多國家的重視,并廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)學(xué)、微電子器件等方面。但是如何實現(xiàn)穩(wěn)定和高效的加工一直是人們努力研究的方向。電火花加工間隙狀態(tài)的檢測及伺服控制技術(shù)是制約電火花高效穩(wěn)定加工的重要因素,因此研制出高精度間隙狀態(tài)檢測系統(tǒng)及適應(yīng)能力強的伺服控制系統(tǒng)對于保障電火花加工性能具有重要的意義。本文基于實驗分析了電火花加工中各種間隙狀態(tài)的特征,研究了電火花加工過程中各種間隙狀態(tài)下電壓、電流和頻率變化規(guī)律,以此制定了可將間隙狀態(tài)區(qū)分為開路、火花放電、電弧放電、短路、脈間等五種間隙狀態(tài)的辨識原則:電壓高代表開路狀態(tài);電壓中、頻率高則代表火花放電狀態(tài),電壓中、頻率低則代表電弧放電狀態(tài);電壓為低、電流高則代表短路狀態(tài),電壓低、電流低則代表脈間狀態(tài)。進而對間隙狀態(tài)檢測系統(tǒng)中各模塊進行了設(shè)計,重點對火花放電和電弧放電區(qū)分模塊進行了設(shè)計,搭建了可以準確識別五種間隙狀態(tài)的新型間隙狀態(tài)檢測系統(tǒng)。對自適應(yīng)伺服控制系統(tǒng)進行了總體設(shè)計。通過對晶體管電源模塊、間隙平均電壓檢測模塊和基于ARM的間隙狀態(tài)概率統(tǒng)計模塊進行設(shè)計,完成了伺服控制系統(tǒng)的硬件搭建。將電火花加工間隙簡化后建立其數(shù)學(xué)模型,確定了基于增量式PID的控制算法,并開發(fā)了上位機控制平臺。使用Simulink建立了電火花加工間隙的仿真模型,并通過設(shè)定不同的PID參數(shù)對間隙的進行了仿真分析,確定了合適的PID參數(shù)調(diào)節(jié)范圍。進行了間隙狀態(tài)檢測的實驗研究。通過實驗驗證間隙狀態(tài)檢測系統(tǒng)在RC脈沖電源模式和晶體管電源模式下的準確性,并在各種脈寬的晶體管電源模式下采用間隙狀態(tài)檢測裝置進行實驗,分析了檢測延遲時間和脈寬的關(guān)系。通過單因素實驗,分析了供電電壓、峰值電流、材料對電火花放電狀態(tài)變化的影響規(guī)律。通過實驗研究不同PID參數(shù)下加工速度與加工深度的關(guān)系,確定不同加工深度下的最優(yōu)PID,制定了自適應(yīng)PID伺服控制策略,通過實驗證明了自適應(yīng)PID伺服控制系統(tǒng)相比于無PID調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)能顯著提升加工速度。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TP273;TG661
【部分圖文】：

日本三菱電機公司的金井、廣井和中野三人共同研究了用超聲波檢測電火花加工間隙狀態(tài)的方法[28]，他們用圖1-4 所示的裝置研究了電火花加工間隙的超聲波傳導(dǎo)系數(shù)。通過改變加工間隙距離、吹入間隙的氣泡含量以及金屬粉末的濃度對超聲波傳導(dǎo)系數(shù)進行測試[29]。實驗發(fā)現(xiàn)，在一定的間隙大小內(nèi)超聲波傳導(dǎo)系數(shù)受間隙距離和間隙粉末濃度的影響很小，但是當(dāng)往間隙之間吹入氣泡之后，流量在 0~50ml/mm 之間的超聲波傳導(dǎo)系數(shù)會迅速降低為原先的一半左右。在正常的火花放電過程中，氣泡濃度會逐漸增加，間隙傳導(dǎo)系數(shù)也會相應(yīng)下降，但抬刀之后，氣泡會被排出間隙而使間隙傳導(dǎo)系數(shù)恢復(fù)到接近初始值[30]。加工間隙間的超聲波傳導(dǎo)系數(shù)隨著加工能量的增大會迅速下降，而峰值電流對加工能量的影響最為顯著，所以加工間隙之間的超聲波傳導(dǎo)系數(shù)可以作為衡量系統(tǒng)是否處于穩(wěn)定加工狀態(tài)的指標(biāo)。實驗證明，加工間隙的大小和平均間隙電壓都不能直接反映間隙的污染程度，而超聲波傳導(dǎo)系數(shù)卻可以作為衡量間隙污染程度的指標(biāo)[31]。所以這種檢測方法對于改進系統(tǒng)的伺服控制和提高加工性能有顯著的意義。圖 1-4 間隙狀態(tài)超聲波檢測法

圖 1-8 多輸入模糊邏輯控制系統(tǒng)濱工業(yè)大學(xué)的李剛博士對比了多種伺服機構(gòu)的性能和缺點，電機的自適應(yīng) PID 伺服控制系統(tǒng)[41]，如圖 1-9 所示，并搭建 1-10 所示，加工出的微細槽寬度可以達到 22μm。該伺服系精度高、響應(yīng)快等優(yōu)點，有效的降低了工具電極相對損耗率。對本課題有很大的參考價值。

圖 1-8 多輸入模糊邏輯控制系統(tǒng)哈爾濱工業(yè)大學(xué)的李剛博士對比了多種伺服機構(gòu)的性能和缺點，最后直線電機的自適應(yīng) PID 伺服控制系統(tǒng)[41]，如圖 1-9 所示，并搭建了實如圖 1-10 所示，加工出的微細槽寬度可以達到 22μm。該伺服系統(tǒng)具高、精度高、響應(yīng)快等優(yōu)點，有效的降低了工具電極相對損耗率，提效率。對本課題有很大的參考價值。

【參考文獻】

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本文編號：2808171