基于模糊PID短电弧铣削加工电极损耗研究与优化

摘要

面对目前高硬度、高强度、高韧性难加工材料应用领域及范围的日益增多，特种加工以其独有的加工优势为机械制造业中遭遇的瓶颈开辟了一片新天地，其中包括短电弧加工，它主要是利用极间放电通道中产生的高温和爆炸力对工件进行去除加工，并且在加工中利用带一定压强的气液混合介质将熔化的金属废渣冲走。此过程中工具与工件之间
　　本文首先分析了短电弧加工的放电机理，掌握放电通道形成原理、熟悉工件材料被蚀除过程，并采用 Thermcamvision A40红外热成像仪观察了实际加工中极间温度的变化情况，为了避免发生短路时温度过高烧毁工件，对不同控制方法的优缺点进行比较后，本文提出在控制系统中引入模糊控制算法。
　　本研究的出发点是对短电弧铣削加工进行优化，实现低电极损耗、高加工效率的目的。通过实验和阅读文献发现正常加工时，引起电极损耗的主要因素包括电参数（电压幅值、占空比、频率）的变化、电极材料的选取、工作介质的状态、进给量的大小。为了探究不同因素对电极损耗的影响情况，实验采用单因素分析法，在设定其他研究参数不变的情况下，选取多组试验参数进行对比，得出电极损耗相对较小的加工状态。但在实际加工中，由于放电参数不连续、蚀除材料未及时排除等原因会造成短路，此时工具电极与工件材料之间出现“机械加工”，这样会加剧电极的损耗量，降低工件质量。为了避免这种情况，本文提出建立基于模糊 PID控制算法的自适应控制系统，将电信号的实际值与系统设定阈值的偏差及偏差变化率作为控制器的输入，根据控制系统制定的模糊规则自适应调整控制器的输出，并对此数学模型进行Simulink仿真验证其可行性。由于加工中通过电流大小来判断工件与工具的间隙，因此针对电流信号的采集，本文通过对比分析采用了PCI-1716数据采集卡，以Delphi7.0作为开发工具，运用信号发生器SG2040A发送信号，将示波器所显示的波形与Delphi采集界面显示的波形进行对比，发现两组波形一致，验证了该采集系统的可行性。

目录

第1章 绪论

1.1 特种加工的背景和意义、方法

1.2 短电弧加工的优势

1.3 短电弧加工研究现状

1.4 短电弧加工控制方法的选取

1.5 本课题主要研究任务

第2章 短电弧铣削加工电极损耗影响因素研究

2.1 短电弧加工机理分析

2.2 电参数的影响

2.3 非电参数的影响

2.4 本章小结

第3章 基于模糊PID控制的电极损耗优化设计

3.1 短电弧铣削加工模糊PID自适应控制简介

3.2 伺服系统数学模型的建立

3.3 自适应模糊PID控制器的设计

3.4 系统仿真模型与结果

3.5 本章小结

第4章 基于PCI-1716数据采集卡控制系统的建立

4.1 伺服控制系统原理

4.2 数据采集硬件系统

4.3 数据采集软件系统组成

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢

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