旋转超声振动辅助电火花加工自适应脉冲电源设计与实验研究
发布时间：2021-01-02 23:06
随着社会发展的不断进步,我国的制造业发展研究方向也逐渐从基础的传统加工方式转变为追求高精尖制造加工的研究,从而实现中国制造2025的目标。由于电火花加工在精密加工中的独特优势,现己被广泛应用于航天工业,汽车制造业,医疗器械等多种领域。通过分析国内外的研究现状,旋转超声辅助电火花加工间隙内由于多场的共同作用导致其加工状态难以控制,对脉冲电源提出了新的要求。因此本文针对电火花放电加工间隙状态的监测进行深入研究,提出了不同工况下脉冲电源对电火花粗加工及精加工工况的自适应机制,并提出自适应脉冲电源的总体设计方案与样机的搭建,进行实验研究,主要内容如下:设计以FPGA芯片为主控单元的硬件电路,结合外围各功能硬件电路搭建自适应脉冲电源实验样机,通过FPGA内IP核的脉冲发生器实现脉冲的发生,经功率与驱动放大电路实现对脉冲信号的处理和驱动控制,加载到电极丝与被加工工件两端,完成脉冲能量的输出。设计数据采集硬件电路及模数转化硬件电路实现对间隙数据的准确采集。软件部分通过编程设计,将采集的极间数据经SPI通信接口发送给FPGA内,经门槛监测法和加工间隙检测的峰值电压监测法相结合进行基础判别,可以高效精准...
【文章来源】：北方工业大学北京市
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
旋转超声振动辅助电火花加工原理图
第一章绪论4制造水平的飞速发展，我国各大高校的研究同样取得了很多不错的成果。自我国自主研制出“自动化数控线切割机床”以来，国内许多著名大学及研究所的学者一直致力于高性能脉冲电源的研究。哈尔滨工业大学王蔚崛博士[23]基于最小方差的自校正控制算法，构建以伺服参考电压和脉冲间隔为输入的线性化数学模型自适应脉冲电源，实现了现在调节伺服参考电压和脉冲间隔的目的。上海交通大学裴景玉[24]设计了在保证加工精度的前提下，建立了多级递阶的微细电火花加工智能控制策略以调整最佳的加工策略(如图1-2所示)，实现了缩短加工时间的目的。图1-2多级阶梯智能控制系统结构图西安工业大学的李琪[25]基于全控型半导体器件IGBT和IPC开放式数控控制系统相结合研发了新型自适应脉冲电源，改进伺服数控系统运动副之间的运动来实现自适应化。哈尔滨工业大学的黄瑞宁[26]设计模糊控制器以差值变化量为输入，以占空比和频率为输出，其对放电状态的判断及预测较为准确和具有实效性，可以提高机床的加工效率，但不能保证其加工精度和质量达到预期的设定目标，并研制了微细电火花加工脉冲电源样机。M.T.Yan[27-28]通过经验法以放电率及频率作为输入量，以伺服机床进给量和脉冲电源占空比作为输出量构建的模糊控制器，实现了对加工间隙状态的优化控制，提高了放电状态的稳定性和加工效率。上海交通大学蒋毅[29]基于可控RC脉冲电源设计脉冲清扫回路，以改善微细电火花加工中的加工状态，避免了在加工过程中的积碳及拉弧现象。设计自校正调节器，基于间隙加工状态和模糊神经网络相结合，实现对间隙平均电压的实时
第一章绪论5调整，实现对电火花加工的伺服智能控制。图1-3可控RC清扫回路脉冲电源哈尔滨工业大学采用电压电流双闭环控制研制出节能型电火花加工脉冲电源[30],由于电压与电流之间的动态响应切换较慢，导致该电源输出的脉冲频率较低，可广泛使用于大脉宽的粗加工。图1-4节能型电火花加工脉冲电源1.3.2电火花加工电源的国外研究现状挪威科技大学KeshengWang[31]采用以脉间宽度，脉冲周期，极间电压及加工间隙距离为输入量，以材料蚀除率及加工精度为输出量的人工神经网络电火花加工工艺优化模型，并与遗传算法相结合，实现对电火花加工参数的优化且提高了加工效率。日本TsutomuKaneko[32-34]等人建立以短路及电弧加工的频率为输入量，以调整加工间隙为输出量的模糊控制机制，提高加工效率。美国Kao.C.C和A.J.Shih[35]建立以极间平均电压与电火花误差率为输入，以调整加工间隙为输出的压电陶瓷自适应模糊控制器，在对间隙状态的加工状态进行有效判别后，调整伺服电机的进给量，以提高加工效率，维持稳定的电火花加工状态。日本农业科技大学韩福柱[36-37]等人建立了响应频率较高的电流检测电路，缩短了电路检测的延迟时间，FET1的关断时间可以延长消电离时间，避免电弧放电，大幅提高了加工效率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电火花脉冲电源研究现状及发展趋势[J]. 肖菊兰. 科技创新与应用. 2016(36)
[2]基于STM32的电火花电源控制的设计[J]. 张友军,季重阳,陈可,徐伟. 现代电子技术. 2016(21)
[3]节能型电火花加工脉冲电源的研究[J]. 黄瑞宁,李毅,刘晓飞. 中国机械工程. 2016(18)
[4]节能型电火花脉冲电源改进研究[J]. 张立材,武剑. 工业控制计算机. 2016(08)
[5]基于电火花加工机床脉冲电源的研究现状与发展趋势[J]. 胡晓明. 产业与科技论坛. 2014(06)
[6]一种新型的电火花放电加工间隙状态控制方法[J]. 颜颖,郭烈恩,钟孟辉. 南昌大学学报(工科版). 2012(03)
[7]基于模糊控制的微细电火花加工脉冲电源研究[J]. 黄瑞宁,刘兵,楼云江. 中国机械工程. 2012(14)
[8]电火花间隙放电状态检测方法综述[J]. 王彤,张广志. 哈尔滨理工大学学报. 2012(03)
[9]微细电火花加工脉冲电源及其脉冲控制技术[J]. 蒋毅,赵万生,顾琳,康小明. 上海交通大学学报. 2011(11)
[10]超声复合微细电火花加工机理与试验[J]. 竺志大,王占和,范仲俊. 新技术新工艺. 2009(01)
硕士论文
[1]基于BP神经网络的PID控制系统研究与设计[D]. 李捷菲.吉林大学 2019
[2]典型脉冲电能特性的研究[D]. 陈浩.合肥工业大学 2017
[3]高效节能电火花铣削脉冲电源及工艺研究[D]. 吕宏伟.哈尔滨工业大学 2015
[4]电火花脉冲电源技术研究[D]. 陈羽.西安建筑科技大学 2015
[5]电火花加工脉冲电源及其在数控系统中的应用[D]. 李琪.西安工业大学 2014
[6]智能型电火花线切割脉冲电源的研究与实现[D]. 葛红光.江南大学 2013
[7]BP算法的改进及其在PID优化控制中的应用研究[D]. 李虎.西安科技大学 2012
本文编号：2953818
【文章来源】：北方工业大学北京市
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
旋转超声振动辅助电火花加工原理图
第一章绪论4制造水平的飞速发展，我国各大高校的研究同样取得了很多不错的成果。自我国自主研制出“自动化数控线切割机床”以来，国内许多著名大学及研究所的学者一直致力于高性能脉冲电源的研究。哈尔滨工业大学王蔚崛博士[23]基于最小方差的自校正控制算法，构建以伺服参考电压和脉冲间隔为输入的线性化数学模型自适应脉冲电源，实现了现在调节伺服参考电压和脉冲间隔的目的。上海交通大学裴景玉[24]设计了在保证加工精度的前提下，建立了多级递阶的微细电火花加工智能控制策略以调整最佳的加工策略(如图1-2所示)，实现了缩短加工时间的目的。图1-2多级阶梯智能控制系统结构图西安工业大学的李琪[25]基于全控型半导体器件IGBT和IPC开放式数控控制系统相结合研发了新型自适应脉冲电源，改进伺服数控系统运动副之间的运动来实现自适应化。哈尔滨工业大学的黄瑞宁[26]设计模糊控制器以差值变化量为输入，以占空比和频率为输出，其对放电状态的判断及预测较为准确和具有实效性，可以提高机床的加工效率，但不能保证其加工精度和质量达到预期的设定目标，并研制了微细电火花加工脉冲电源样机。M.T.Yan[27-28]通过经验法以放电率及频率作为输入量，以伺服机床进给量和脉冲电源占空比作为输出量构建的模糊控制器，实现了对加工间隙状态的优化控制，提高了放电状态的稳定性和加工效率。上海交通大学蒋毅[29]基于可控RC脉冲电源设计脉冲清扫回路，以改善微细电火花加工中的加工状态，避免了在加工过程中的积碳及拉弧现象。设计自校正调节器，基于间隙加工状态和模糊神经网络相结合，实现对间隙平均电压的实时
第一章绪论5调整，实现对电火花加工的伺服智能控制。图1-3可控RC清扫回路脉冲电源哈尔滨工业大学采用电压电流双闭环控制研制出节能型电火花加工脉冲电源[30],由于电压与电流之间的动态响应切换较慢，导致该电源输出的脉冲频率较低，可广泛使用于大脉宽的粗加工。图1-4节能型电火花加工脉冲电源1.3.2电火花加工电源的国外研究现状挪威科技大学KeshengWang[31]采用以脉间宽度，脉冲周期，极间电压及加工间隙距离为输入量，以材料蚀除率及加工精度为输出量的人工神经网络电火花加工工艺优化模型，并与遗传算法相结合，实现对电火花加工参数的优化且提高了加工效率。日本TsutomuKaneko[32-34]等人建立以短路及电弧加工的频率为输入量，以调整加工间隙为输出量的模糊控制机制，提高加工效率。美国Kao.C.C和A.J.Shih[35]建立以极间平均电压与电火花误差率为输入，以调整加工间隙为输出的压电陶瓷自适应模糊控制器，在对间隙状态的加工状态进行有效判别后，调整伺服电机的进给量，以提高加工效率，维持稳定的电火花加工状态。日本农业科技大学韩福柱[36-37]等人建立了响应频率较高的电流检测电路，缩短了电路检测的延迟时间，FET1的关断时间可以延长消电离时间，避免电弧放电，大幅提高了加工效率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电火花脉冲电源研究现状及发展趋势[J]. 肖菊兰. 科技创新与应用. 2016(36)
[2]基于STM32的电火花电源控制的设计[J]. 张友军,季重阳,陈可,徐伟. 现代电子技术. 2016(21)
[3]节能型电火花加工脉冲电源的研究[J]. 黄瑞宁,李毅,刘晓飞. 中国机械工程. 2016(18)
[4]节能型电火花脉冲电源改进研究[J]. 张立材,武剑. 工业控制计算机. 2016(08)
[5]基于电火花加工机床脉冲电源的研究现状与发展趋势[J]. 胡晓明. 产业与科技论坛. 2014(06)
[6]一种新型的电火花放电加工间隙状态控制方法[J]. 颜颖,郭烈恩,钟孟辉. 南昌大学学报(工科版). 2012(03)
[7]基于模糊控制的微细电火花加工脉冲电源研究[J]. 黄瑞宁,刘兵,楼云江. 中国机械工程. 2012(14)
[8]电火花间隙放电状态检测方法综述[J]. 王彤,张广志. 哈尔滨理工大学学报. 2012(03)
[9]微细电火花加工脉冲电源及其脉冲控制技术[J]. 蒋毅,赵万生,顾琳,康小明. 上海交通大学学报. 2011(11)
[10]超声复合微细电火花加工机理与试验[J]. 竺志大,王占和,范仲俊. 新技术新工艺. 2009(01)
硕士论文
[1]基于BP神经网络的PID控制系统研究与设计[D]. 李捷菲.吉林大学 2019
[2]典型脉冲电能特性的研究[D]. 陈浩.合肥工业大学 2017
[3]高效节能电火花铣削脉冲电源及工艺研究[D]. 吕宏伟.哈尔滨工业大学 2015
[4]电火花脉冲电源技术研究[D]. 陈羽.西安建筑科技大学 2015
[5]电火花加工脉冲电源及其在数控系统中的应用[D]. 李琪.西安工业大学 2014
[6]智能型电火花线切割脉冲电源的研究与实现[D]. 葛红光.江南大学 2013
[7]BP算法的改进及其在PID优化控制中的应用研究[D]. 李虎.西安科技大学 2012
本文编号：2953818
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