高温合金电火花小孔加工放电状态识别控制及实验研究

论文摘要

电火花加工作为一种不同于以往传统加工的新型精密机械加工方法,正愈来愈广泛的应用于模具业、航空业以及汽车业等新型和精密加工要求高的行业之中。从历史经验我们可得出这样一个结论,国家的工业化水平在很大程度上取决于制造业的水平,而制造业的水平有在很大程度上取决于工艺与装备的水平,制造工艺与装备的水平主要体现在精密度和自动化程度两个方面。可以这样说,一个国家的精密制造业的水平代表了该国的工业化水平。因此,进行电火花精密加工的高效化研究不但具有现实意义,而且对将来国家工业化水平的提高也不无裨益。本论文以研究高温合金的小孔加工过程为载体,通过对加工过程中放电状态的在线检测、在线识别、实时反应等一系列自适应控制作为实验和研究的主线,积极吸收相关学科的学术思想,旨在为解决无人值守状态下的精密、高效电火花加工提供一条思路。本文的主要研究内容有:1、针对电火花加工过程这样无法用精确数学模型来描述的非线性、时变系统的控制问题,结合近年来迅速发展的智能控制理论与技术,展开自适应控制在电火花加工过程中的应用研究。研究工作涉及电火花加工过程间隙放电状态在线检测、设计对逐个放电脉冲中,各放电状态分量的时间比率进行在线监测的脉冲放电状态检测装置原理。2、详细分析电火花加工过程中的控制问题。研究电火花加工过程间隙放电状态鉴别方法,设计对放电脉冲电压在各放电状态不同门槛值进行检测的装置,并进行了控制系统设计。为研究和实现EDM过程的自适应控制策略提供前置支撑技术。3、运用模糊控制基本原理,针对传统PID控制和传统模糊控制的特点,提出具有更强的适应性和鲁棒性、能明显的改善控制系统动态性能的参数自适应模糊PID新型控制器,研究其设计方法,并将其应用于电火花加工过程控制。4、通过以上的研究成果同时又根据加工的需要和工艺要求在实验室原有设备的基础上设计了一个自适应电火花加工装置。5、根据设计的自适应电火花加工装置进行实验验证,在高温合金上加工出直径为1.5mm和2.0mm的小孔,通过常规周期抬刀控制法加工与自适应模糊PID控制装置的电火花加工机床加工的小孔的粗糙度和小孔圆度以及加工效率的比较,以数据证明该实验取得了令人满意的结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电火花小孔加工产生的背景、研究的目的和意义
• 1.3 电火花小孔加工的原理和特点
• 1.4 电火花小孔加工国内外研究的现状和水平
• 1.4.1 电火花加工技术的发展现状
• 1.4.2 电火花加工技术的发展趋势
• 1.5 高温合金的加工特点和常用的加工手段以及比较
• 第二章 电火花小孔加工自适应模糊控制的机理
• 2.1 引言
• 2.2 模糊控制基本理论
• 2.2.1 理论基础阐述
• 2.2.2 控制模糊集
• 2.2.3 模糊化
• 2.2.4 推理机
• 2.2.5 解模糊
• 2.3 电火花加工参数自适应模糊PID控制
• 2.3.1 电火花加工参数自适应模糊PID控制系统控制参量选择
• 2.3.2 电火花加工参数自适应模糊PID控制系统的设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 电火花小孔加工放电状态控制系统设计
• 3.1 引言
• 3.2 放电加工的物理本质和正常加工的基本条件
• 3.2.1 电火花加工的物理本质及其能量转换
• 3.2.2 电火花加工必须满足的基本条件
• 3.3 放电加工规律及参数选择和加工条件
• 3.4 电火花加工自适应控制系统设计方案
• 3.5 本章小结
• 第四章 控制系统的软、硬件设计
• 4.1 引言
• 4.2 检测电路设计中各电气元素的要求和参数的确定
• 4.3 电火花加工过程间隙放电检测电路设计
• 4.3.1 电火花加工过程间隙放电状态的识别
• 4.3.2 电火花加工过程间隙放电状态检测及检测电路
• 4.4 电火花加工过程中的控制问题及其解决
• 4.5 EDM加工过程智能控制系统硬件设计
• 4.6 基于自适应控制理论的模糊智能PID控制检测程序的设计
• 4.7 本章小结
• 第五章 电火花小孔加工实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验设备与条件
• 5.2.1 实验设备
• 5.2.2 实验条件
• 5.3 实验结果分析与讨论
• 5.3.1 加工圆度对比
• 5.3.2 加工粗糙度对比
• 5.3.3 微观形貌对比
• 5.3.4 加工效率对比
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文及科研工作
• 致谢
• 附录A 程序全文及说明