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工程陶瓷电火花铣削加工进给控制系统及应用技术研究

沈蓉

  工程陶瓷因其高硬度、高强度、导电性差、耐磨性高等特点致使机械加工非常困难,电火花加工是较为有效地加工手段。由于电火花加工工程陶瓷与金属材料比较起来,产生火花放电的间隙更小,范围更窄,更容易出现电弧或者空载等不希望地加工状态,故工程陶瓷电火花铣削加工高效稳定的控制一直是较难以解决的问题。 论文采用理论研究与试验分析相结合的方法,开展了工程陶瓷电火花铣削加工进给控制系统与应用技术地研究工作,对于放电过程中间隙状态的辨识进行了较为深入地研究,在此基础上设计了伺服进给控制系统及其外围电路,研究了工程陶瓷电火花铣削加工的智能化脉冲电源,在此基础上进行了工程陶瓷火花铣削加工试验,并对加工过程中电极损耗和加工参数优化等内容进行研究,取得了一定地研究成果。 采用PC机与单片机作为主从控制器的结构形式,设计了工程陶瓷电火花铣削加工进给控制系统,并基于Windows操作系统开发部分控制软件。 研究了工程陶瓷电火花铣削加工放电信号地检测方法,采用基于间隙电压下降沿辨识、基于神经网络数据库辨识以及基于小波分解低频系数辨识的三种方法来辨识间隙状态并取得很好地辨识效果。在采用小波分解对间隙电压的低频系数进行辨识之前,对间隙电压信号进行了去噪处理,对比分析了不同的小波函数和小波去噪方法,并根据小波分解的低频系数对放电状态进行了很好地辨识。 根据间隙状态辨识结果,设计了进给控制的PD控制器,基于H_2 /H_∞混合控制准则对由于工件蚀除与工具损耗产生微小颗粒的不确定影响从而引起间隙大小的干扰与扰动进行了有效控制,并确定了优化条件下的PD控制器参数。 分析了工程陶瓷电火花加工蚀除机理,并在此基础上提出了工程陶瓷专用脉冲电源的研制要求,该电源用PC机与单片机作为控制器来控制脉冲电源的脉宽、脉间与电流大小,设计了间隙电压检测电路并利用霍尔元件检测电流,采样间隙电压与电流信号进入控制器形成闭环控制,形成具有一定智能地工程陶瓷电火花加工脉冲电源。 在上述基础上,利用NH250精密电火花加工机与本次设计的电火花进给控制系统与专用脉冲电源对工程陶瓷SiC进行了加工试验,对比分析了脉宽、脉间、峰值电流与峰值电压变化时,两种控制方式不同的加工效果,包括材料去除率、表面平均粗糙度以及电极相对损耗率。试验表明,本次设计的控制系统在加工SiC陶瓷时有较稳定的加工效果,具有较高的材料去除率与较小的电极相对损耗率。 研究了SiC陶瓷电火花加工时紫铜电极损耗的原因,利用电镜扫描与能谱分析结果分析了电极相对损耗率与电极表面等价碳体积含量之间的关系,总结出电极等价碳体积含量计算公式,并给出电极相对损耗率与电极表面等价碳体积百分比之间的经验公式。试验研究了电流上升斜率与电极相对损耗率之间的关系,以及加工时间与电极相对损耗率之间的曲线,集中分析了试验中获得的脉宽、脉间、峰值电流与峰值电压与电极相对损耗率之间的曲线,利用相关分析法分析了上述因素与电极相对损耗率的相关性,利用回归分析法获得了电极相对损耗率与主要影响因素之间的二次回归多项式,为进给控制系统提供了电极损耗补偿地依据。……   
[关键词]:工程陶瓷;电火花铣削加工;进给控制系统;电极损耗
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国石油大学2010年
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