隨著人民對(duì)美好生活的追求與傳統(tǒng)機(jī)械加工水平之間的矛盾日益加深,制造業(yè)開(kāi)始向著精密化的方向傾斜。在航天飛機(jī)、醫(yī)療器械中小孔結(jié)構(gòu)非常常見(jiàn),使用傳統(tǒng)機(jī)械加工很困難,由于電火花加工具有無(wú)宏觀的機(jī)械切削力和加工精度高等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用在小孔加工中。在其加工中放電狀態(tài)和伺服裝置是保障電火花能夠完成高質(zhì)量高效率加工的關(guān)鍵。所以本文針對(duì)電火花加工過(guò)程中的隨機(jī)性強(qiáng)的特點(diǎn),改善了放電狀態(tài)檢測(cè)裝置和伺服控制策略的方案,對(duì)保障加工質(zhì)量和加工效率具有重要的意義。本文首先簡(jiǎn)述了國(guó)內(nèi)外有關(guān)放電狀態(tài)檢測(cè)和伺服控制策略的研究現(xiàn)狀,分析了不同放電狀態(tài)檢測(cè)和伺服控制的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),針對(duì)電火花加工中放電隨機(jī)性強(qiáng)、控制系統(tǒng)難以用數(shù)學(xué)手段建模和整個(gè)加工系統(tǒng)參數(shù)隨著加工時(shí)間的推移而變化的特點(diǎn),提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的放電狀態(tài)檢測(cè)裝置和基于模糊PID來(lái)自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)的伺服控制策略。為了分析不同放電狀態(tài)下的電壓和電流信號(hào)的特點(diǎn),首先基于實(shí)驗(yàn)采集了五種典型放電狀態(tài)下的電壓和電流波形,人為的標(biāo)記五種不同的放電狀態(tài),并尋找其規(guī)律。然后提出了下位機(jī)采集間隙放電信號(hào)和上位機(jī)識(shí)別放電狀態(tài)的總體方案。設(shè)計(jì)了基于ARM的可高速采集放電間隙的電信號(hào)的下位機(jī)... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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電火花加工原理

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-3-下五種放電狀態(tài)，包括開(kāi)路、偏開(kāi)路、火花放電、偏短路、短路五種狀態(tài)[7]。目前有傳統(tǒng)檢測(cè)法和智能檢測(cè)法兩種狀態(tài)檢測(cè)方法。傳統(tǒng)檢測(cè)方法通常依靠硬件電路實(shí)現(xiàn)，其中包括平均間隙電壓檢測(cè)法、峰值檢測(cè)法、電流檢測(cè)法、門檻電壓檢測(cè)法、多傳感器融合法、高頻與音頻信號(hào)檢測(cè)法、擊穿延時(shí)法等[8][9]。（1）門檻電壓檢測(cè)法由于不同的放電狀態(tài)下電壓信號(hào)是十分明顯的，而門檻電壓檢測(cè)法就是依據(jù)不同放電狀態(tài)下，其電壓波形的差異從而進(jìn)行放電狀態(tài)的識(shí)別[10]。如圖1-2所示為門檻電壓檢測(cè)法的原理，首先采集的放電間隙的電壓，然后經(jīng)過(guò)電阻組成的高阻分壓器后，最后根據(jù)邏輯電路達(dá)到判斷放電狀態(tài)的目的。很顯然，通過(guò)設(shè)定兩個(gè)閾值Vref1、Vref2，就可以將放電間隙的間隙狀態(tài)分成短路、火花、開(kāi)路三種狀態(tài)，具體判定過(guò)程如下：①當(dāng)極間電壓V大于Vref1，判定為開(kāi)路狀態(tài)；②當(dāng)極間電壓V大于Vref2，小于Vref1，判定為火花狀態(tài)；③當(dāng)極間電壓V小于Vref2，判定為短路狀態(tài)；此種放電狀態(tài)的優(yōu)點(diǎn)是其原理和硬件電路簡(jiǎn)單，使用起來(lái)方便；缺點(diǎn)是門檻電壓Vref1和Vref2的設(shè)定卻比較復(fù)雜，需根據(jù)實(shí)際加工中的放電數(shù)據(jù)才能選擇效果較好Vref1和Vref2，并且不能區(qū)分過(guò)渡電弧和穩(wěn)定電唬如果想要進(jìn)行區(qū)分，則需要測(cè)量更多的放電過(guò)程中的參數(shù)，這些參數(shù)都需要大量的實(shí)驗(yàn)才能夠獲得，不經(jīng)增加了電路的成本，而且在實(shí)際使用時(shí)也增加了測(cè)量的難度。圖1-2門檻電壓檢測(cè)法（2）浮動(dòng)閾值檢測(cè)法在點(diǎn)火花加工時(shí)，隨著工件電極深入到工件內(nèi)部，會(huì)導(dǎo)致排屑困難，而鐵屑會(huì)改變擊穿電壓等電參數(shù)，所以事先設(shè)定的閾值已經(jīng)不能準(zhǔn)確描述此時(shí)的放電狀態(tài)，閾值需要?jiǎng)討B(tài)的調(diào)整和設(shè)定。其原理如圖1-3所示，該檢測(cè)裝置主要

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-4-由采集部分、濾波電路和波形判斷等部分構(gòu)成。使用霍爾傳感器采集的加工時(shí)的電流，由此電流而生成變化的浮動(dòng)閾值電壓Ude、Ues，再與放電間隙的電壓Vfz做對(duì)比，將對(duì)比的結(jié)果送至判斷模塊得出極間放電狀態(tài)。浮動(dòng)閾值檢測(cè)法具有是閾值可以任意調(diào)節(jié)、不易受外界影響和閾值調(diào)節(jié)精準(zhǔn)優(yōu)點(diǎn)，在電火花加工中放電狀態(tài)的判斷[11]有著優(yōu)秀的表現(xiàn)。該原理首先由李明輝[12]等人提出，隨后由山東大學(xué)的霍孟友等人[13]提出創(chuàng)新的浮動(dòng)閾值檢測(cè)法。圖1-3浮動(dòng)閾值檢測(cè)法框圖（3）多傳感器融合技術(shù)檢測(cè)法多傳感器融合法的識(shí)別機(jī)制是根據(jù)用戶自己創(chuàng)建的規(guī)則依靠多個(gè)傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行組合，梳理其不同信息之間的冗余或互補(bǔ)的關(guān)系，從而得到被觀測(cè)對(duì)象的特征描述。如圖1-4所示，把多傳感器融合法應(yīng)用在放電狀態(tài)識(shí)別上，具體做法是通過(guò)兩個(gè)傳感器分別采集放電間隙的峰值電壓和電流信號(hào)，然后對(duì)多傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，最終按照給定的規(guī)則進(jìn)行放電狀態(tài)的判斷[14]。多傳感器融合法的優(yōu)點(diǎn)是可以降低有畸形信號(hào)帶來(lái)的錯(cuò)誤判斷，還能夠是整個(gè)系統(tǒng)在低采樣頻率下工作，所以進(jìn)一步降低對(duì)傳感器的工作頻率要求。其缺點(diǎn)是由于噪聲的影響而導(dǎo)致不能根據(jù)單一的電壓信號(hào)或電流信號(hào)判斷放電狀態(tài)。圖1-4多傳感器融合技術(shù)檢測(cè)系統(tǒng)圖

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