数控电火花线切割机床工作液智能控制系统的设计研究

摘要

数控电火花低速走丝线切割加工在汽车、航空航天与其它精密机械的模具加工中正发挥着越来越重要的作用。目前，低速走丝线切割加工正向着高精度和高效率方向发展。在高精度线切割加工过程中，工作液的电导率影响放电效果，其温度影响工件的受热变形。工作液的电导率和温度影响切割加工精度和表面质量的问题已成为高精度线切割加工的一个技术瓶颈。因此，对工作液电导率和温度的实时、在线精确控制问题的研究变的十分重要。 本课题针对切割机床工作液电导率测量和控制存在的问题，通过对工业水电导率的测量方法，以及影响切割机床工作液电导率测量因素的研究分析，基于创新思想，提出了一种线切割机床工作液电导率测量、转换、传输、处理的新方法。本课题以苏州三光科技有限公司DK7632型低速走丝线切割机床为研究对象，进行了理论与实验研究，完成了数控线切割机床工作液智能控制系统的设计。并通过实验研究证明了本研究内容的先进性和可行性。本论文共分六章主要研究内容如下： 第一章概述。首先通过对电火花线切割技术发展的介绍，阐述了课题来源；通过对国内外线切割机床与工作液控制技术研究现状的分析，结合我国当前线切割机床工作液的控制技术，提出了数控数控线切割机床工作液智能控制系统设计研究课题，并确立了课题的主要研究内容。 第二章工作液智能控制系统模型。通过对工作液电导率测量机理的分析，与系统的加工模式，加工要求、工作液系统的运行状态等相结合，构建了一种新型线切割机床工作液测量、转换、传输、处理的工艺方案。依据工艺方案，构建了工作液的电学测量模型；在测量模型的基础上，采用模糊控制理论构建了基于模糊理论的工作液智能控制系统模型。 第三章硬件设计。依据构建的工艺方案和智能控制系统模型，针对系统的采样、传输、抗干扰性和执行机构性能等实际要求，研究设计了工作液智能控制系统的硬件平台。 第四章软件设计。根据工作液采样信号的控制要求，结合系统的智能控制模型和已设计的硬件平台，使用C++语言在Visual C++编译环境下设计模糊控制算法、开发了工作液智能控制系统软件。 第五章实验研究。将智能系统的软硬件系统结合起来，安装到DK7632机床上，对工作液进行实验研究控制，通过实验研究对系统参数进行优化和改进，最后圆满的完成了既定研究目标。研究课题正在转向产业化生产中. 第六章总结与展望。对本文所做的主要研究和设计内容进行了总结和概括，并对实验研究的结果进行分析，提出了课题的不足之处和未来改进的方向， 本论文主要有以下创新点： 1、提出了一种电火花线切割机床工作液电导率信号采集和处理、抗干扰传输的新方法. 2、针对工作液电导率测量和控制过程存在着模糊现象的问题，采用模糊控制理论与电导率测量相结合的方法，建立工作液系统智能控制模型。 3、在系统的智能控制模型基础上，用Protel软件设计了系统的硬件平台，并使用C++语言在Visual C++编译环境下开发控制系统软件，并进行调试运行，为该课题的深入研究提供了理论与实验基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题来源及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1工作液电导率测量的国内外现状

1.2.2工作液温度的补偿方法

1.2.3工作液电导率测量的发展趋势

1.3本课题的主要研究工作

第二章智能控制系统的数学建模

2.1线切割加工机床电火花放电机理与工作液的作用

2.2工作液智能控制系统工艺方案

2.3工作液电导率测量影响因素及电路模型

2.3.1工作液的电导率

2.3.2工作液电导率测量影响因素

2.3.3单一稳态交流频率下工作液极化的电路模型

2.3.4线性极化下的双电层电容模型

2.3.5基于理论模型的工作液极化误差与电容误差

2.4系统采用的模糊控制理论

2.4.1模糊控制理论概述

2.4.2模糊集合、模糊逻辑及其运算

2.4.3模糊关系与复合关系

2.4.4模糊逻辑推理及运算

2.4.5模糊判决方法

2.5模糊控制系统原理

2.6工作液智能控制系统模型的设计过程

2.6.1工作液智能控制系统的设计内容与原则

2.6.2工作液智能控制系统的控制规则形式

2.7工作液智能控制系统的模型设计

2.7.1工作液电导率相关参数和设定值的模糊化和模糊规则集

2.7.2工作液智能控制系统模糊控制器离线设计

2.7.3工作液智能控制系统模糊控制器在线实现

第三章系统的硬件设计

3.1常见的电导率测量方法

3.2本系统的测量原理

3.3系统总体硬件方案设计

3.4硬件电路的设计与实现

3.4.1工作液测量电源的要求与设计

3.4.2电导率采样与放大电路的设计

3.4.3信号传输电流环电路的设计

3.4.4采样保持与A／D转换电路的设计

3.4.5信号传输与隔离电路的设计

3.4.6 ISA总线接口电路的设计

3.4.7离子泵电机触发控制电路设计

第四章系统的软件设计

4.1控制系统的软件平台

4.1.1从C到C++

4.1.2控制系统的编译环境

4.2控制系统软件结构的设计与实现

4.2.1数据处理方法与系统控制软件界面

4.2.2模糊控制过程与算法

第五章系统的实验研究

5.1实验方案的设计

5.1.1实验装置的设计

5.1.2实验方案的设计

5.2实验研究过程

5.3实验结论

5.3.1试验结果分析

5.3.2改进方案探索

第六章总结与展望

6.1总结

6.2问题与展望

参考文献

硕士期间发表论文

附录

致 谢