高速往复走丝电火花线切割大能量切割烧伤机理及伺服控制研究

摘要

近年来研究人员一直致力于提高高速往复走丝电火花线切割的切割表面质量以及精度，而稳定切割效率一直没有太大的提高，一个主要原因是在大能量切割条件下，极间工作液汽化严重，导致蚀除产物无法及时排屑出去，从而在工件表面烧结形成烧伤条纹，严重影响切割表面质量和电极丝寿命。同时由于检测信号具有延时性，会造成伺服响应过慢，也会对切割效率的提高产生很大的影响。
　　本研究主要内容包括：⑴研究了烧伤物质组成成分，通过放电波形分析了烧伤产生机理为大能量条件下，极间工作液汽化严重，蚀除产物无法及时排出，在工件表面烧结形成烧伤条纹。⑵分析了正反向切割、丝速以及占空比对工件烧伤的影响，并提出正反向变占空比异速加工方式，可以有效的减小或消除工件表面烧伤现象。⑶设计了两种基于脉冲放电概率检测伺服控制方式。一种为基于霍尔电流传感器来检测放电信号并通过单片机计算放电概率，而后控制机床进给，该种方式不需对机床做大的改动，可直接外加，但需要考虑霍尔电流传感器响应速度与精度问题；另一种方法要对机床进行相应的改造，将机床的脉冲电源与放电概率检测伺服控制整合到一起，通过软件编辑控制界面，方便实用，成本较低。⑷分析了极间距离与放电波形之间的关系，即随着极间距离缩短，放电波形的击穿延时越少，当脉间无法完全消电离时，将会形成过渡放电（无击穿延时放电），最终直至短路。⑸验证了基于放电概率检测伺服控制方式是可以实现切割方向上极间距离的控制，通过放电波形可以看出，随着设定目标概率值的增大，极间距离缩短，加工越稳定。⑹选取合理的加工参数，试验了基于放电概率检测伺服控制方式对大能量下工件表面烧伤的影响，得到新的控制方式可以更好的减轻大能量下工件表面烧伤问题，并在外部加工条件不变的条件下（工作液、工件材料、喷液方式等），将稳定加工效率提高了近50％左右。

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