微细电火花加工机床控制系统的研究

论文摘要

随着科学技术的发展,对产品的小型化和精密化程度的要求越来越高,从目前的情况来看,由于微细电火花加工技术具有电极制造简单、电极与工件间宏观作用力小、可控性好等优点,它已经成为微机械制造领域的一个重要组成部分,在制造业中得到了广泛的应用。通过对微细电火花加工原理特点和国内外多种微细电火花伺服系统的分析研究,提出了微细电火花宏微复合伺服进给系统。该系统采用以PC机控制下的单片机为核心,利用步进电机作为宏驱动,用压电陶瓷和柔性铰链作为微驱动,使系统在提高加工精度的同时保证了加工速度。完成了宏微复合伺服进给系统机械部分和电气部分的设计,编写了可实现电极振动式进给的微细电火花加工控制程序,并根据有限元原理,用ANSYS软件对压电陶瓷与柔性铰链组成的微进给机构进行结构分析,并确定了出合适的结构尺寸。通过该方法设计出的柔性铰链机构具有很高的频率响应和最大行程,有利于提高微细电火花加工的精度与速度。在查阅大量文献并分析了多种常用的电火花放电间隙状态检测方法的基础上,本文采用基于多传感器信息融合技术原理的模糊神经网络来融合电压和电流信息并对间隙放电状态进行判别。该方法能避免单传感器检测出现的误判,能更准确地对放电状态进行识别。最后用Visual C++编写了基于Windows的用户界面,并在微细电火花加工机床上进行了加工实验。加工得到30μm的微细轴和微细孔。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究目的意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究的目的及意义
• 1.2 国内外微细电火花伺服进给系统的研究成果
• 1.2.1 国外微细电火花伺服进给系统研究成果
• 1.2.2 国外微细电火花加工机床的新进展
• 1.2.3 国内微细电火花伺服进给系统的研究成果
• 1.2.4 国内微细电火花加工机床的新进展
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 微细电火花加工特点及系统整体设计
• 2.1 微细电火花加工原理与特点
• 2.2 微细电火花加工机床整体方案设计
• 2.2.1 机床整体框架
• 2.2.2 宏微复合伺服进给系统
• 2.2.3 控制系统
• 2.3 电极尺寸的简易测量
• 2.4 本章小结
• 第3章 伺服进给系统设计
• 3.1 微细电火花加工对伺服进给系统的要求
• 3.2 微细电火花机床伺服进给机构的设计
• 3.2.1 伺服进给机构方案选择
• 3.2.2 宏微复合伺服进给机构设计
• 3.2.3 微进给机构的设计
• 3.3 电气控制系统构成
• 3.4 伺服控制系统的软件设计
• 3.4.1 程序模块设计
• 3.4.2 软件主程序流程图
• 3.5 本章小结
• 第4章 微进给机构的结构设计与有限元分析
• 4.1 柔性铰链的结构设计
• 4.1.1 柔性铰链的概念和结构形式
• 4.1.2 微进给机构的柔性铰链设计
• 4.2 微进给机构的有限元分析
• 4.2.1 分析对象与分析内容的选择
• 4.2.2 基于ANSYS的有限元建模
• 4.2.3 结构静态分析
• 4.2.4 观察静态分析
• 4.2.5 微进给机构模态分析
• 4.2.6 柔性铰链尺寸的确定
• 4.3 微进给机构的参数化语言设计
• 4.3.1 ANSYS的批处理语言APDL概述
• 4.3.2 参数化模型的建立
• 4.3.3 VC与ANSYS的接口
• 4.3.4 微进给机构分析程序的具体实现
• 第5章 微细电火花放电状态检测模块的设计
• 5.1 微细电火花放电状态分析
• 5.2 常用的电火花放电状态检测方法
• 5.2.1 适时采样与设定门槛值
• 5.2.2 脉冲电压积分法和峰值检测法
• 5.2.3 其他电压检测法
• 5.3 多传感器信息融合技术简介
• 5.3.1 信息融合的基本原理和系统结构
• 5.3.2 信息融合的方法和实现
• 5.4 基于模糊神经网络的放电状态检测信息融合
• 5.4.1 模糊神经网络的采用
• 5.4.2 基于模糊推理的多层前馈神经网络用于信息融合的一般方法
• 5.4.3 用于放电状态检测的模糊神经网络
• 5.4.4 微细电火花放电状态模糊逻辑规律的归纳和提取
• 5.4.5 模糊神经网络的学习算法
• 5.4.6 采用BP网络的放电状态检测识别器
• 5.5 本章小结
• 第6章 伺服控制系统用户界面设计与加工实验
• 6.1 伺服控制系统用户界面设计
• 6.1.1 串口通信的实现
• 6.1.2 伺服控制系统上位机控制程序的实现
• 6.2 微细电火花实验机床的加工试验
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果