气体介质电火花加工间隙特性及伺服控制系统研究

发布时间：2020-06-02 03:09

【摘要】：电火花加工技术的巨大发展与其在特种加工领域不可替代的作用相得益彰。但随着制造业绿色化发展趋势的不断延伸,传统煤油介质电火花加工所引发的一系列环境问题,如有害气体的产生、废弃工作液的处理等,越来越受到人们的关切。气中电火花加工技术的出现开拓了电火花领域可持续发展的新局面。然而,放电稳定性差,加工效率低的问题一直制约着气中电火花加工的实际应用。伺服控制是影响电火花加工性能的核心因素。为此本文在前人研究的基础上,针对气中电火花加工伺服控制进行研究,旨在进一步改善气中电火花放电稳定性,提高加工效率,推动其实用化和深层次的研究进程。了解间隙特性是进行电火花加工伺服控制研究的重要依据。为此,首先针对气中电火花的放电加工间隙和脉冲序列进行了实验研究,分析了气体介质的放电加工间隙和相对放电率;同时与煤油介质的相关性能进行对比,得出气中电火花加工对间隙变化更加敏感,并分析出传统煤油介质电火花加工伺服控制与气中电火花加工不匹配的原因;通过以上研究,提出了两种伺服控制策略,即基于间隙平均电压和短路率双伺服判据的伺服控制策略(简称“改进策略”)和基于PID算法的伺服控制策略;其次,依据提出的控制策略,完成基于GTS运动控制卡的气中电火花伺服控制系统的总体设计,即完成晶体管脉冲电源、间隙平均电压检测电路、短路状态检测及概率统计模块的硬件搭建和软件设计;在此基础上,完成气中电火花改进策略和基于PID算法控制策略的设计,同时建立了基于PID算法的气中电火花间隙控制模型,并利用Simulink完成了系统仿真,对比分析了P、PI、PD和PID的控制性能,为选择合适的PID参数提供了参考;最后,针对所搭建的整体系统进行了调试实验,分别确定了两种伺服控制策略中适合气中电火花加工的伺服参数;通过不同控制策略加工实验的对比,既验证了改进策略和基于PID算法控制策略的可行性,同时得出在气中电火花放电稳定性和加工效率的改善方面,改进策略、PD控制和PID控制更为有效;在上述研究的基础上,为了进一步论证电火花加工伺服控制与介质特性匹配的重要性,研究分析了不同气体介质的伺服控制特性,提出了对应气体介质伺服控制的优化方案,并通过实验验证了优化方案的有效性。
【图文】：

示意图,电火花加工,模式,准爆

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文现高精度加工；在进行气中高速三维铣削的实验中，他们发现，通过选择合适的能量参数，气中电火花可实现正常模式向“准爆炸”模式或“爆炸”模式的过渡，图 1-2 是气中电火花加工模式过渡示意图。他们认为，相比于不可控的“爆炸模式”，“准爆炸模式”的放电弧柱是局部的，不仅可控，而且可以实现几乎 10 倍的正常模式下的加工速度。图 1-3 是氧气介质中“准爆炸”模式下的实际加工场景。实验证明，气中电火花“准爆炸”加工模式不仅能实现可与煤油介质相比的加工速度，还保持了电极损耗小的优势。

示意图,准爆,模式

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文现高精度加工；在进行气中高速三维铣削的实验中，他们发现，通过选择合适的能量参数，，气中电火花可实现正常模式向“准爆炸”模式或“爆炸”模式的过渡，图 1-2 是气中电火花加工模式过渡示意图。他们认为，相比于不可控的“爆炸模式”，“准爆炸模式”的放电弧柱是局部的，不仅可控，而且可以实现几乎 10 倍的正常模式下的加工速度。图 1-3 是氧气介质中“准爆炸”模式下的实际加工场景。实验证明，气中电火花“准爆炸”加工模式不仅能实现可与煤油介质相比的加工速度，还保持了电极损耗小的优势。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG661

【参考文献】