電火花加工過程的控制和間隙放電狀態(tài)的鑒別
電火花放電加工時，放電須是短時間的脈沖放電。持續(xù)時間一般為10-6～10-3s。如放電時間等于或大于10-2s，則轉(zhuǎn)變?yōu)殡娀》烹姡瑥亩辜庸げ荒苷＿M(jìn)行。因此要實時地在微秒級或毫秒級對眾多復(fù)雜的變化因素進(jìn)行檢測并加以控制。
電火花加工過程控制的目標(biāo)是：(1) 確保避免電弧放電損傷工件，保持穩(wěn)定的加工狀態(tài)；(2) 滿足加工表面粗糙度、精度等各種規(guī)格的參數(shù)；(3) 盡可能滿足高速加工的要求。因此首先遇到的問題就是要有高靈敏度的 edm 自動控制單元。
與其他傳統(tǒng)加工方法相比，電火花加工過程是一個較慢的過程，因此它的控制目標(biāo)函數(shù)就是在保證表面質(zhì)量和加工精度的條件下，以最短的加工時間(最快的加工速度)來實現(xiàn)。電火花加工控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
圖1 電火花加工控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
實現(xiàn)電火花加工，必須使工具電極和工件間維持合理的距離，在該距離范圍內(nèi)，既可滿足脈沖電壓不斷擊穿介質(zhì)，產(chǎn)生火花放電，又可適應(yīng)在火花通道熄滅后介質(zhì)消電離(消除電離子影響)及排出蝕除產(chǎn)物的要求。這段距離稱之為“加工間隙”或“放電間隙”。間隙是否合理，受到脈沖電壓、火花通道的能量及介質(zhì)的介電系數(shù)等因素的制約。一般情況下，電火花加工的放電間隙在數(shù)微米到數(shù)百微米范圍內(nèi)。且在一定時間范圍內(nèi)脈沖放電集中在某一區(qū)域；在另一段時間內(nèi)，則應(yīng)轉(zhuǎn)移到另一區(qū)域。只有如此，才能避免積碳現(xiàn)象，進(jìn)而避免發(fā)生電弧和局部燒傷。因此，放電間隙是控制的主要對象。目前在許多機(jī)床上采用間隙電壓作為反映間隙大小的傳感信號，當(dāng)間隙偏大時，由于短路和短的擊穿延時，u值也小。無論如何，隨著間隙電壓的增加，放電間隙也增大。這樣，加工過程中不可連續(xù)測量的放電間隙大小就可用連續(xù)測量加工間隙電壓的方法來獲得。但是，間隙電壓與其它控制參數(shù)之間的交互作用很大。因此準(zhǔn)確檢測電火花放電間隙狀態(tài)已成為不可回避的問題。
研究電火花加工過程單個脈沖波形的“時態(tài)”有五種基本形態(tài)，即正常火花放電、過渡電弧(可恢復(fù)性不穩(wěn)定電弧)、穩(wěn)定電弧、短路、開路(空載)。它們的特點是：
(1) 正常火花放電：放電期間放電電壓波形上有高頻雜波分量出現(xiàn)，峰值大，有擊穿延時現(xiàn)象。而在形成火花放電過程中，電壓電流波形平直，規(guī)律性整齊。見圖2。
圖2 正常火花放電電壓、電流波形圖
(2) 過渡電弧：放電期間放電電壓波形上，高頻雜波分量幾乎沒有，擊穿延時也不明顯，波形無規(guī)律。這種波形可通過伺服控制恢復(fù)為正常火花放電，也可因間隙狀態(tài)變化而自行恢復(fù)為正常火花放電。因此它是作為理論研究提出的，實際加工控制過程中不需要專門測量(本文不考慮這一狀態(tài))。
(3) 穩(wěn)定電弧(不可恢復(fù)燒傷性穩(wěn)定電弧)：在間隙放電條件惡劣的情況下，如深孔加工時，穩(wěn)定電弧形成而燒傷工件，這時工具電極及工件表面都會形成局部凸包或凹坑，電壓及電流波形都很光滑，形成燒弧后，如不擦除黑斑，加工過程不可能自行恢復(fù)正常。見圖3。
圖3 穩(wěn)定電弧放電電壓、電流波形圖
(4) 短路：電壓很低，電流波形光滑。雖然短路本身不蝕除工件，也不損傷電極，但在短路處造成了一個熱點，當(dāng)短路消除時易引發(fā)拉弧。
(5) 開路：間隙加工介質(zhì)沒有被擊穿。
為了清晰地描述放電間隙狀態(tài)，文中給出的間隙狀態(tài)圖是經(jīng)過處理的。在實際電火花加工過程中，這五種類型都可能出現(xiàn)，甚至在一個脈沖單元中同時出現(xiàn)。短路、開路的情況好區(qū)別，本文不作詳細(xì)說明。正常火花放電和穩(wěn)定電弧放電這兩種狀態(tài)的電壓、電流幅值特征較接近，如僅用電壓和電流的幅值來區(qū)分是較困難的，因為它們的間隙電壓和電流幅值差別小，而且隨著工藝規(guī)準(zhǔn)的變化還在一定范圍內(nèi)波動。