淺析電火花加工間隙狀態(tài)的鑒別與檢測(cè)（上） 1 引言 電火花加工 （edm） 因其*的優(yōu)點(diǎn)和在模具制造中舉足輕重的作用，使其加工過程控制*化與加工設(shè)備智能化成為科技工作者的主攻方向之一。 智能控制的概念zui早出現(xiàn)于60年代。智能控制系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，能自主地調(diào)節(jié)自己的控制結(jié)構(gòu)、參數(shù)方法，進(jìn)行決策規(guī)劃或廣義問題求解，以完成任務(wù)。加工過程智能控制目前主要包括三個(gè)方面：（1） 專家控制；（2） 模糊控制；（3） 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。 智能控制實(shí)質(zhì)上是一種預(yù)測(cè)控制——預(yù)測(cè)模型、滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正。它把電火花加工控制從嚴(yán)格的數(shù)學(xué)模型束縛中解脫出來，將過程作為“黑箱”處理，*撇開對(duì)系統(tǒng)的內(nèi)部描述，用隸屬函數(shù)來刻畫和描述定性信息，達(dá)到模擬熟練操作者的思維方式，根據(jù)當(dāng)前的加工狀態(tài)和前一次的抉擇來調(diào)整參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提高加工效率和穩(wěn)定加工過程的目的。因此，首要解決前提問題——“黑箱”的輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)是什么，以及需檢測(cè)和控制什么參量，必須結(jié)合電火花加工的特殊工藝規(guī)律來決定。 進(jìn)一步的研究表明，主軸伺服進(jìn)給、電機(jī)提升（抬刀）、放電間隙調(diào)節(jié)是 edm 的主要控制量。事實(shí)上至今 edm 激勵(lì)也沒有令人滿意的解釋，對(duì)edm 放電間隙狀態(tài)的檢測(cè)是 edm 智能控制不可回避的難點(diǎn)。所以必須應(yīng)用新的先進(jìn)技術(shù)得到準(zhǔn)確的放電間隙情況，給研究和實(shí)現(xiàn) edm 過程的智能控制提供前置技術(shù)支撐。 2 電火花加工過程的控制和間隙放電狀態(tài)的鑒別 *，電火花放電加工時(shí)，放電須是短時(shí)間的脈沖放電。持續(xù)時(shí)間一般為10-6～10-3s。如放電時(shí)間等于或大于10-2s，則轉(zhuǎn)變?yōu)殡娀》烹姡瑥亩辜庸げ荒苷＿M(jìn)行。因此要實(shí)時(shí)地在微秒級(jí)或毫秒級(jí)對(duì)眾多復(fù)雜的變化因素進(jìn)行檢測(cè)并加以控制。 電火花加工過程控制的目標(biāo)是：（1） 確保避免電弧放電損傷工件，保持穩(wěn)定的加工狀態(tài)；（2） 滿足加工表面粗糙度、精度等各種規(guī)格的參數(shù)；（3） 盡可能滿足高速加工的要求。因此首先遇到的問題就是要有高靈敏度的 edm 自動(dòng)控制單元。 與其他傳統(tǒng)加工方法相比，電火花加工過程是一個(gè)較慢的過程，因此它的控制目標(biāo)函數(shù)就是在保證表面質(zhì)量和加工精度的條件下，以zui短的加工時(shí)間（zui快的加工速度）來實(shí)現(xiàn)。電火花加工控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
圖1 電火花加工控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
實(shí)現(xiàn)電火花加工，必須使工具電極和工件間維持合理的距離，在該距離范圍內(nèi)，既可滿足脈沖電壓不斷擊穿介質(zhì)，產(chǎn)生火花放電，又可適應(yīng)在火花通道熄滅后介質(zhì)消電離（消除電離子影響）及排出蝕除產(chǎn)物的要求。這段距離稱之為“加工間隙”或“放電間隙”。間隙是否合理，受到脈沖電壓、火花通道的能量及介質(zhì)的介電系數(shù)等因素的制約。一般情況下，電火花加工的放電間隙在數(shù)微米到數(shù)百微米范圍內(nèi)。且在一定時(shí)間范圍內(nèi)脈沖放電集中在某一區(qū)域；在另一段時(shí)間內(nèi)，則應(yīng)轉(zhuǎn)移到另一區(qū)域。只有如此，才能避免積碳現(xiàn)象，進(jìn)而避免發(fā)生電弧和局部燒傷。因此，放電間隙是控制的主要對(duì)象。目前在許多機(jī)床上采用間隙電壓作為反映間隙大小的傳感信號(hào)，當(dāng)間隙偏大時(shí)，由于短路和短的擊穿延時(shí)，u值也小。無(wú)論如何，隨著間隙電壓的增加，放電間隙也增大。這樣，加工過程中不可連續(xù)測(cè)量的放電間隙大小就可用連續(xù)測(cè)量加工間隙電壓的方法來獲得。但是，間隙電壓與其它控制參數(shù)之間的交互作用很大。因此準(zhǔn)確檢測(cè)電火花放電間隙狀態(tài)已成為不可回避的問題。 研究電火花加工過程單個(gè)脈沖波形的“時(shí)態(tài)”有五種基本形態(tài)，即正?；鸹ǚ烹姟⑦^渡電?。苫謴?fù)性不穩(wěn)定電?。⒎€(wěn)定電弧、短路、開路（空載）。它們的特點(diǎn)是： （1） 正?；鸹ǚ烹姡悍烹娖陂g放電電壓波形上有高頻雜波分量出現(xiàn)，峰值大，有擊穿延時(shí)現(xiàn)象。而在形成火花放電過程中，電壓電流波形平直，規(guī)律性整齊。見圖2。
圖2 正?；鸹ǚ烹婋妷骸㈦娏鞑ㄐ螆D
（2） 過渡電?。悍烹娖陂g放電電壓波形上，高頻雜波分量幾乎沒有，擊穿延時(shí)也不明顯，波形無(wú)規(guī)律。這種波形可通過伺服控制恢復(fù)為正常火花放電，也可因間隙狀態(tài)變化而自行恢復(fù)為正?；鸹ǚ烹?。因此它是作為理論研究提出的，實(shí)際加工控制過程中不需要專門測(cè)量（本文不考慮這一狀態(tài)）。 （3） 穩(wěn)定電弧（不可恢復(fù)燒傷性穩(wěn)定電?。涸陂g隙放電條件惡劣的情況下，如深孔加工時(shí)，穩(wěn)定電弧形成而燒傷工件，這時(shí)工具電極及工件表面都會(huì)形成局部凸包或凹坑，電壓及電流波形都很光滑，形成燒弧后，如不擦除黑斑，加工過程不可能自行恢復(fù)正常。見圖3。
圖3 穩(wěn)定電弧放電電壓、電流波形圖
（4） 短路：電壓很低，電流波形光滑。雖然短路本身不蝕除工件，也不損傷電極，但在短路處造成了一個(gè)熱點(diǎn)，當(dāng)短路消除時(shí)易引發(fā)拉弧。 （5） 開路：間隙加工介質(zhì)沒有被擊穿。 為了清晰地描述放電間隙狀態(tài)，文中給出的間隙狀態(tài)圖是經(jīng)過處理的。在實(shí)際電火花加工過程中，這五種類型都可能出現(xiàn)，甚至在一個(gè)脈沖單元中同時(shí)出現(xiàn)。短路、開路的情況好區(qū)別，本文不作詳細(xì)說明。正常火花放電和穩(wěn)定電弧放電這兩種狀態(tài)的電壓、電流幅值特征較接近，如僅用電壓和電流的幅值來區(qū)分是較困難的，因?yàn)樗鼈兊拈g隙電壓和電流幅值差別小，而且隨著工藝規(guī)準(zhǔn)的變化還在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。 70年代以來的檢測(cè)技術(shù)主要有兩種：高頻檢測(cè)法和擊穿延時(shí)法。由于光電技術(shù)的引入，我們采用新的方法——設(shè)置門檻電壓法。從檢測(cè)放電間隙電壓入手，應(yīng)用光電耦合器屏蔽干擾，采集信息接入 pc 機(jī)處理。 （未完，接下篇） 蘇州中航長(zhǎng)風(fēng)數(shù)控科技有限公司:線切割機(jī)床全面提供-友情編輯整理發(fā)布。
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