电火花线切割拐角加工精度的实时预测系统与控制

论文摘要

在电火花线切割拐角加工中,拐角加工精度一直是电火花线切割加工领域所追求的重要性能之一。在加工过程中,电极丝由于受放电爆炸力、静电引力等作用而发生振动和变形,使得电极丝的运动轨迹滞后于数控轨迹,导致在拐角处产生拐角加工误差。要想提高拐角加工精度,一方面可通过提高电极丝的张力,使得电极丝即使在加工作用力的作用下也难于振动和变形,从而可提高拐角加工精度,但这种方法有一定的限制。另一方面,也可通过实时补偿因电极丝的运动轨迹滞后于数控轨迹而引起的加工误差,而该方法需要实时检测拐角加工误差,为此本文提出了一种电火花线切割加工拐角加工的实时预测方法。该预测方法通过分析加工过程中电极丝受力振动情况及数控轨迹和电极丝轨迹位置几何关系,建立了电火花线切割拐角加工精度的实时预测系统。系统能够根据实时采集的放电能量及加工参数,通过电极丝振动解析及数控与电极丝位置关系的分析,可得出电极丝形变量与加工误差,从而可将拐角加工形状实时地再现于计算机上,实现了拐角加工精度的实时预测。为了完善电极丝的受力振动模型又进行了实验数据库的建立。为验证上述实时预测系统的正确性和可靠性,分别做了钝角、直角和锐角的验证实验,并将实验结果与系统预测结果进行比较。结果显示不同加工角度对拐角预测形状精度有着一定影响,特别是锐角加工存在较大误差,并且出现凸角的现象。经分析认为拐角角度越小,电极丝与工件越容易重复放电,影响放电圆半径及放电角的大小,导致锐角加工误差较大。最后经过对数学模型的改进,验证了实时预测系统的可行性。本文还在建立的电火花线切割实时预测系统的基础上,提出几种提高拐角加工精度的轨迹控制方法。通过系统的预测功能模拟实际加工现象,找出修正数控轨迹,为日后进一步研究提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电火花线切割加工原理及应用
• 1.2 电火花线切割加工技术的研究现状
• 1.2.1 国外线切割加工的研究现状
• 1.2.2 国内线切割加工的研究现状
• 1.3 电火花线切割拐角加工精度的研究现状
• 1.3.1 电火花线切割拐角误差的原因
• 1.3.2 国内外提高切割拐角加工精度的方法
• 1.4 研究背景及意义
• 1.4.1 研究背景
• 1.4.2 课题意义
• 1.5 论文结构
• 第二章 电火花线切割拐角加工精度的实时预测系统
• 2.1 电火花线切割拐角加工精度实时预测系统概述
• 2.2 电火花线切割加工的理论基础
• 2.2.1 电极丝受力振动模型
• 2.2.2 数控轨迹与电极丝轨迹位置关系几何模型
• 2.3 电火花线切割拐角加工精度实时预测系统的建立
• 2.3.1 数控轨迹
• 2.3.2 电极丝滞后量
• 2.3.3 电极丝轨迹
• 2.4 电火花线切割实时预测系统界面的开发
• 2.5 本章小结
• 第三章 电火花线切割加工数据库的建立
• 3.1 单次脉冲能量与加工参数关系数据库的建立
• 3.1.1 测量原理
• 3.1.2 实验方案
• 3.1.3 实验及结果分析
• 3.2 单次放电冲量Pw与单次脉冲能量E关系数据库的建立
• 3.2.1 实验方案
• 3.2.2 实验及结果分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 实时预测系统实验验证及数学模型的改进
• 4.1 电火花线切割拐角加工精度实验验证
• 4.1.1 实验方案
• 4.1.2 实验及结果
• 4.2 实验误差分析
• 4.2.1 电极丝滞后量大小的分析
• 4.2.2 电极丝滞后量方向的分析
• 4.3 电火花线切割拐角加工数学模型的改进
• 4.3.1 数学模型改进方案
• 4.3.2 拐角处放电圆的分析
• 4.3.3 模型修正后电极丝滞后量的变化
• 4.4 改进数学模型的实验验证
• 4.5 本章小结
• 第五章 实时预测系统拐角加工轨迹控制策略的研究
• 5.1 电火花线切割拐角加工控制方法概述
• 5.1.1 能量控制法
• 5.1.2 轨迹控制法
• 5.2 实时预测系统拐角加工的轨迹控制
• 5.2.1 反解法
• 5.2.2 函数曲线法
• 5.2.3 回切法
• 5.2.4 不同控制方法的比较
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文总结及展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录