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电火花线切割的控制及未来的发展趋势

作者:admin 时间:2019-02-03 21:30   

众所周知,电火花线切割加工普遍存在加工过程不稳定、易拉弧烧伤工件表面的现象,尤其在中小规准的加工及深盲孔加工中特别突出,妨碍了电火花加工技术的广泛应用。电火花加工的自适应控制就是基于这类情况被提出来的,学者们就此课题展开了广泛的探究。
 
比利时鲁文大学的学者通过对自适应控制在电加工的应用基础和所产生的经济效益的详细阐述,总结了CIRP成员及设备生产商已经建立的ACC系统和ACO系统,展现了ACO系统在参数优化方面较传统控制策略的优势。Rajurkar等从理论和实验角度分析了已有电火花加工伺服机制。描述了电加工的随机模型,应用自适应控制提出了一种新型的自调节伺服控制器;他们还提出一种多输入模型,通过描述放电间隙平均反馈电压、火花频率和工作台进给率之间的关系,在线估计工件高度来优化火花频率,通过实验证明了自适应控制系统能提高辨识工件高度的稳定性和精度。Junkar等将知识获取概念引进电加工自适应控制系统。并分别将操作者经验、克隆法和专家知识应用于控制器,获得了一定的成效。周明等通过分析电火花加工过程的线性和非线性特征,利用替代数据法和相空间重建技术中的非线性交互预测法,证明了电火花线切割加工过程的确定性非线性和可预测性。基于此,建立了描述电火花加工过程的线性时变模型,并据此模型开发了以电极抬刀周期内的电极放电时间为调节参数的自适应控制器。与开环控制加工相比,其加工效率提高近一倍,加工过程更稳定。
 
电火花线切割加工过程自适应控制的目标是在满足表面粗糙度要求的前提下优化蚀除速度,使生产效率尽量提高。然而,电火花加工需要优化的参数很多,且各参数之间又是相互耦合的。上述各种自适应控制方法,基本上都是控制单一变量,或是相互分离地控制几个变量,至于变量之间的耦合问题还未涉及到,致使自适应控制方法难以实现真正意义上的最优控制。总之,电火花加工的自适应控制尽管已取得可喜的成绩,但无论在理论还是实际应用上都有待进一步探究和发展。
 
针对目前电火花线切割加工的现状,提出几点有关控制技术在电火花加工领域的发展趋势:
 
1、目前,数控铣削加工技术几乎能满足任意复杂曲面和超硬材料的加工要求,且相对于传统电火花加工而言,切削加工工具有更快的加工速度、更低的加工成本和更好的加工柔性。这对电火花加工的高效化提出了强烈的要求,因而高速电火花加工控制系统的研究就显得尤为重要。
 
2、随着航天技术、微机电技术和生物技术的不断发展,窄槽、深孔、微细零件的加工仍将是电火花成形加工面临的重要课题,而加工工艺的微细化已成为重要发展方向之一。因此,微细化电火花加工控制系统的研究仍然是未来重要的研究方向之一。
 
3、目前学者们所做的研究,在实验设计和实验验证时,所使用的工件材料绝大多数都是导电材料,而工作液介质皆为液体(如:煤油、去离子水)。随着非导电材料的电火花加工技术和以气体为介质的电火花加工技术不断发展和成熟,对这两方面的控制系统的研究也将不断提出新的要求。
 
4、绿色发展和节能已成为当今世界发展的主旋律,也是我国“十二五”规划的重要内容。因此,提高加工效率、降低工具电极磨损率、改善工件表面加工质量的目标已不能满足现代发展的要求。在原有控制目标的基础上,研究和发展自身功能耗低、实现成本低、软件化程度高的新型绿色控制系统,实现能源最优化和经济效益最大化,必将成为下一代控制系统开发的趋势和发展方向。