微细电火花铣削加工伺服控制及电极运动轨迹规划研究

【摘要】：微细电火花铣削加工具有无宏观作用力、不受材料硬度限制等优势,在精密微细化零件加工中发挥着不可替代的作用。但加工效率低、加工精度难以控制等问题在一定程度上制约了微细电火花铣削加工技术的发展和应用。在微细电火花铣削加工中伺服控制和轨迹规划直接影响着微细零部件的加工效率和加工精度。因此,研究微细电火花铣削加工的伺服控制方法和轨迹规划的影响因素具有重要意义。本文采用MATLAB/Simulink组件对机床的交流伺服控制系统进行了建模与仿真,并采用速度输出量微分,位移输入偏差比例-积分的控制算法对系统进行PID校验,使系统上升时间减小至24.2ms,调节时间和超调量分别为84.6ms和12.5%。根据块电极磨削和分层铣削加工的特点,在块电极磨削和分层铣削时分别采用匀变速伺服进给和模糊控制的方法对电极运动速度进行调节,并通过试验实现了加工伺服参数的优化。通过VC++编程将模糊控制器集成到数控系统中,完善了微细电火花铣削加工数控系统。研究了放电间隙的测量方法及其影响因素,在此基础上确定了型腔加工时电极的偏移量。根据电极形貌和单道槽底面轮廓确定了较优的轨迹重叠率,减小了型腔底面的残余凸起。研究了分层厚度、电极运动速度和单脉冲放电能量对型腔加工轨迹规划的影响,得出实际加工深度随着分层厚度、单脉冲放电能量和电极运动速度的变化而变化,对于特定的单脉冲放电能量和分层厚度,存在理想的电极运动速度使得实际加工深度等于分层厚度。通过上述研究,为型腔加工的轨迹规划提供了指导。采用本文提出的伺服方法和盘蛇改进型轨迹进行了型腔加工试验,加工出边界尺寸偏差小于1.5μm、深度尺寸偏差小于3μm的凹四棱台型腔,提高了型腔的加工尺寸精度,进而验证了完善后的微细电火花伺服控制系统及优化后的铣削加工轨迹规划方法的可行性。