电火花脉冲电源检测识别系统的设计与仿真

[自控 检测]

收稿日期:2009 10 25;修回日期:2009 11 02

基金项目:浙江省科技厅重点攻关项目(2006C21040);浙江省机械制造及自动化重中之重开放基金资助项目

作者简介:张恒(1981-),男,浙江兰溪人,浙江金华职业技术学院机电学院教师,主要从事数控加工方面研究与教学工作。

电火花脉冲电源检测识别系统的

设计与仿真

张 恒,刘高进,郭生霞

(浙江金华职业技术学院机电工程学院,浙江金华 321017)

摘 要:文章对电火花间隙状态的检测方法进行了介绍,通过分析指出其在精细电火花加工中应用上的限制,将双传感器技术引入电火花加工间隙放电状态的判别中。通过M ATLAB 软件对所设计的模糊神经网络在计算机上进行训练,待网络达到相应要求后,进行了仿真实验,验证了该设计在实际条件下的可行性,并且与单一传感器的模糊神经网络进行了对比,从这些数据可知,该识别系统在复杂的间隙工作状态下可以稳定地工作。关 键 词:金属加工;电火花;脉冲电源;识别系统

中图分类号:TG 66;T P391.9 文献标志码:A 文章编号:1005 2895(2009)06 0052 04

D esign and Si m ulation of EDM Pulse Po w er Suppl y

D etecti on and Recogniti on Syste m

Z HANG Heng ,LI U G ao ji n ,GUO Sheng x ia

(Instit ute o fM echan ical and E lectr i ca l Eng i neering ,Zhe jiang Jinhua Co ll ege o fV ocation and T echno logy ,Jinhua 321017,China)

A bstract :F irs,t the detection m ethods of electrical d ischarge w ere i n troduced .The analysis de m onstrates the li m ita ti o ns in ED M app lication;and then doub l e sensor techno logy w ill be lead i n to the EDM to disti n guish interval d ischarge state .The fina l tra i n i n g on the co m puter w ith fuzzy neura lnet w o r k desi g ned by MATLA

B soft w are ,after t h e net w or k reached a

correspond i n g reques,t conducted a si m u lation experi m ent to verify the desi g n s feasi b ility under realistic cond iti o ns ,and co m pari n g w ith a si n gle senso r f u zzy neural net w ork ,the result of t h ese data sho w ed that the recogniti o n syste m in a co m plex i n terva lwork i n g state can carry on stably .

K ey words :m etal w ork i n g ;e lectric discharge m ach i n i n g(EDM );pulse pow er ;d ischarge condition recogniti o n 0 引言

正常的电火花加工时,工具和工件间有一放电间隙。放电间隙的大小与加工工艺指标如蚀除速度、表面粗糙度有着密切的关系,为了保持较快的蚀除速度同时兼顾较好的表面粗糙度,应该使放电间隙控制在一个适当的范围内,在电火花加工的过程中,工具和工件间放电间隙的调整与控制非常重要,是能否实现优质、稳定、高效加工的关键。1 常用的间隙检测方法

电火花放电时,放电间隙的值非常小,直接测量放电间隙的大小很不现实,目前通常是通过检测间隙间

的放电状态来实现的。电火花加工中,2个电间隙的放电状态情况非常复杂,一般认为有5种状态,包括开路、正常的火花放电、不稳定的电弧放电、稳定电弧放电和短路

[1 2]

。5种放电状态的电压、电流波形如图1

所示,其放电状态有不同的特点:空载时不产生放电,间隙电压为脉冲电源的电压值,间隙间没有放电电流;正常火花放电时有一个间隙放电维持电压,通常为20

~30V 左右,且放电过程具有明显的延迟特性,波形存在振荡高频分量;不稳定电弧放电为正常火花放电和稳定电弧放电的过渡状态;稳定电弧放电的放电维持电压比正常放电要低3~4V 左右,放电延时不明

第27卷第6期2009年12月

轻工机械

L i ght I ndustry M achinery

Vo.l 27N o .6

D ec .2009

显;短路时电极与工件短路,间隙维持电压为零,电流最大,但是对工件没有蚀除作用。对间隙放电状态的检测是非常困难的,前人在这方面做了大量的工作,研

究了放电状态的各种检测方法,归纳起来主要有门限电压检测法、击穿延时检测法和高频信号检测法。要严格区分正常放电、稳定电弧放电、过渡电弧放电是比较困难的,我们通常是通过检测放电间隙间的电压或

者电流来了解放电状态的。

图1 5种放电状态的电压、电流波形

1.1 间隙电压或电流平均值检测法

目前普遍使用放电间隙电压或电流平均值检测法对放电间隙状态进行检测。通过估算与经验得知,在

工具、工件材料、工作液介质及脉冲参数等确定的情况下,放电加工过程稳定进行时,其间隙电压或电流平均值应处于一个区间中,如超出了这个范围,加工过程则处于非正常加工状态:间隙电压平均值超出范围上限(或间隙电流平均值低于范围下限)时,放电加工过程趋于空载加工状态,而间隙电压平均值低于范围下限(或间隙电流平均值超出范围上限),加工过程则趋于电弧放电或短路状态。

图2是放电间隙电压平均值检测法实现方法原理示意图,利用电阻、电容组成的滤波电路获取间隙电压平均值,由电位器提取电压信号进行输出

[4 5]

。只要

R,C 和W 选值适当,在电容C 上能获取间隙平均电压值信息。D 2主要用作防止电容C 通过R 迅速放电,稳压二极管D 1的作用是阻止短路脉冲或稳定电弧放电脉冲通过,在它们接连出现时,电容C 因没有充电电流补充而使电压迅速下降,尽快输出放电间隙趋向短路的讯号。

放电间隙电流平均值检测法与放电间隙电压平均值检测法的实质完全一样,在此不再赘述。它们具有电路实现简单、实用的特点,

但对短路脉冲或稳定电弧

图2 电压平均值检测法方法原理图

放电脉冲的反应灵敏度较低。

1.2 峰值电压或电流检测法

放电脉冲峰值电压(电流)检测方法是根据各种不同的放电脉冲在峰值电压(电流)的差异来鉴别放电状态的一种方法,峰值电流检测方法与峰值电压检测方法实质相同。峰值电压检测法包括击穿电压检测法和击穿延时检测法。

图3为击穿电压检测电路原理图,检测电路中的电容C 为信号存储电容,它充电快、放电慢,可以记录峰值的大小;电路中二极管D 1的作用是阻止负半波以及防止电容C 所存储的电压信号再向输入端倒流放

掉;稳压管D 2能阻止和滤除比其稳压值低的火花维持电压,从而突出空载峰值电压的控制作用,亦即只有出

现多次空载时才能输出进给信号。

图3

击穿电压检测法

图4 击穿延时检测法

图4为击穿延时检测电路,它是在击穿电压检测电路中增加了电阻R 2,使得只有存在击穿延时才能够取得检测电压,且击穿延时越大,检测出的电压值也越高。峰值电压检测法主要用于间隙开路状态的检测,用途比较单一,因此对间隙放电状态的反映不够准确。

53 [自控 检测]

张 恒,等 电火花脉冲电源检测识别系统的设计与仿真