电火花微小孔加工控制方法及参数优化的研究

论文摘要

随着现代精微制造技术的发展,超精细、高精度的微细电火花加工技术以其非接触式和易实现微三维结构加工的独特技术优势,在微制造领域中得以广泛应用。电火花微小孔加工作为微细电火花加工的重要应用领域,在很大程度上标志着电火花加工的研究发展水平。在影响因素复杂、随机性强的电火花微小孔加工中,成熟可靠的加工系统、准确的放电状态检测技术、合理的加工控制方法和加工工艺参数的优化是获得理想稳定的放电状态,实现电火花微小孔高效、高稳定性和高精度加工的关键技术。因此,对上述技术难点的研究具有重要的理论意义和应用价值。针对电火花微小孔加工的特点和要求,研制出一台具有旋振式加工机构的电火花微小孔加工系统,该系统的精度高、动态响应速度快,并具备功能完善的数控系统;针对电火花微小孔加工放电状态复杂的特点,提出了微细电火花加工放电状态逐级映射检测技术,并在设计电火花微小孔加工控制系统的基础上,以检测到的放电状态比率为输入,提出了一种基于模糊逻辑算法的电火花微小孔加工控制方法;针对加工时间、电极损耗和孔径间隙三项加工目标的优化,以上述检测和控制方法为基础,通过正交试验分析,得到了各参数对单个加工目标的影响规律,使单项指标分别达到了最优效果,并引入灰关联度理论,将多项工艺指标的优化转化为单目标灰关联度的最大化,得到了多目标下的参数优化组合。在本论文研制的电火花微小孔加工系统上进行试验研究,加工控制方法试验结果证明,以加工效率为目标,本论文提出的检测技术和控制方法明显优于传统控制方法,且微小孔的深径比越大,加工效率的提高效果越显著,可见微细电火花放电状态逐级映射检测技术和基于模糊逻辑算法的电火花微小孔加工控制方法非常适用于电火花微小孔加工领域;多目标参数优化验证试验结果表明,基于正交试验的灰关联度优化方法能够同时实现加工时间、电极损耗和孑L径间隙的优化,提高了电火花微小孔的加工效率、加工精度和加工稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 微细电火花加工技术概述
• 1.2.1 微细电火花加工的产生与发展
• 1.2.2 电火花微小孔加工的原理和特点
• 1.3 电火花微小孔加工系统的研究与进展
• 1.3.1 电火花微小孔加工伺服进给系统的研究现状
• 1.3.2 微细电火花加工机床的发展与应用
• 1.4 电火花微小孔加工检测与控制技术的研究现状
• 1.4.1 电火花加工放电状态检测方法的研究现状
• 1.4.2 微细电火花智能控制技术的研究进展
• 1.5 微细电火花加工工艺参数优化的研究现状
• 1.6 课题的研究目的及意义
• 1.7 论文的主要研究内容
• 2 电火花微小孔加工系统的研制
• 2.1 电火花微小孔加工设备的总体方案
• 2.1.1 电火花微小孔加工设备的整体结构
• 2.1.2 电火花微小孔加工数控系统的设计
• 2.2 电火花微小孔加工机械系统的构成
• 2.2.1 机械系统的总体结构
• 2.2.2 旋转主轴机构
• 2.2.3 微振动工作台
• 2.2.4 Z轴直线电机工作台
• 2.2.5 X/Y轴步进电机工作台
• 2.2.6 工具电极的设计
• 2.3 电火花微小孔加工电气系统的设计与实现
• 2.3.1 微能脉冲电源的要求及外围电路
• 2.3.2 主控制回路的设计
• 2.3.3 三轴电机的驱动控制电路
• 2.3.4 旋转主轴的变频器控制电路
• 2.3.5 间隙电压和电流信号的采集电路
• 2.4 电火花微小孔加工的检测控制系统
• 2.4.1 检测控制系统的硬件构成及原理
• 2.4.2 加工系统软件的设计与实现
• 2.5 本章小结
• 3 电火花微小孔加工智能控制方法的研究
• 3.1 微细电火花加工放电状态的分析
• 3.2 电火花微小孔加工智能检测和控制方法的提出
• 3.3 微细电火花加工放电状态的逐级映射检测技术
• 3.3.1 逐级映射检测的基本原理
• 3.3.2 采样点放电状态的辨识
• 3.3.3 分析周期内放电状态的统计
• 3.4 基于模糊逻辑算法的电火花微小孔加工控制方法
• 3.4.1 基于模糊逻辑算法的电火花微小孔加工控制系统及原理
• 3.4.2 控制系统输入量的模糊化
• 3.4.3 电火花微小孔加工模糊判别算法的设计
• 3.4.4 电火花微小孔加工控制规则的制定
• 3.4.5 控制系统输出变量的整定
• 3.5 控制方法试验研究
• 3.6 本章小结
• 4 电火花微小孔加工工艺参数优化的研究
• 4.1 工艺参数优化试验设计
• 4.2 基于正交试验的单目标参数优化分析
• 4.2.1 加工工艺参数对加工时间的影响分析
• 4.2.2 加工工艺参数对电极损耗的影响分析
• 4.2.3 加工工艺参数对孔径间隙的影响分析
• 4.3 电火花微小孔加工多目标下工艺参数优化的研究
• 4.3.1 灰色关联度分析方法
• 4.3.2 基于灰关联度的多目标工艺参数的优化
• 4.3.3 验证试验
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 电火花微小孔加工系统的部分实物照片
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢