气体介质中电火花加工伺服策略设计与实验研究

【作者】 李立青； 王运航；

【机构】 哈尔滨工业大学机电工程学院；

【摘要】 气体介质中电火花加工过程对加工环境友好,且具有电极损耗低、热影响层小、放电凹坑大而浅的优点。该加工方法既可以实现低能量规准的精加工,又可以实现较大规准的粗加工,因此气体介质电火花加工方法有望成为传统电火花加工技术的有利补充。然而在常规加工规准下,气体介质电火花加工速度需要进一步提升。虽然气体介质电火花加工与传统液体介质电火花加工均是利用介质放电产生的热能蚀除工件材料的,但是由于气体介质和液体介质理化性能差异的存在,使得气体介质中电火花加工微观放电过程和工艺特点具有特殊性。在工艺参数确定的条件下,放电稳定性和加工效率取决于伺服控制系统的性能,即气体介质电火花加工速度的提升有赖于加工机床伺服运动与放电间隙变化相吻合。为了深入地了解气体介质电火花加工伺服加工特点,根据气体介质电火花加工间隙变化小以及加工中开路率和短路率高的特点,基于固高GTS运动控制卡提出了两种气中电火花伺服控制策略:一是基于间隙平均电压和短路率双伺服判据的伺服控制策略(在此称为改进策略),二是基于PID的气中电火花加工伺服策略。伺服策略一:设定主轴进给速度上限和伺服回退步长;将短路率作为主轴伺服回退的依据,电弧放电作为有效放电;主轴开路变速进给,有效放电点附近缓慢进给。伺服策略二:建立了气中电火花间隙电压控制模型,利用Simulink仿真确定了PID参数;对比分析了PI、PD和PID的控制性能,结果表明PID和PD两种策略的响应速度好于PI控制策略。仿真结果说明气中电火花加工中减少超调量、加快主轴响应以及维持放电稳定性方面,PD和PID的效果会较好。最后,完成了气中电火花加工两种控制策略的实验验证,结果表明:在电极无旋转的情况下,与传统策略相比,改进策略加工速度提高了21.5%,PID控制策略的加工速度提高了88.3%;在电极旋转情况下,改进策略加工速度比传统策略提高了114%,PI、PD和PID加工速度分别提高了63.3%、136.5%、93.3%。研究结果表明,设计的两种控制策略可提高气中电火花加工效率;同时说明合理设计气体介质电火花加工伺服策略是提高气中电火花加工速度的有效手段。更多还原