某走丝线切割工艺的检测技术

某走丝线切割工艺的检测技术 文章来源：中国切割机网

　　　1在电火花加工中，加工间隙的放电状态是进行伺服进给控制和脉冲电源自适应控制的重要依据，因此间隙放电状态的准确检测一直是国内外电加工研究人员十分关心的课题。目前，针对高速走丝线切割加工间隙放电状态检测的研究还较少，由于高速走丝线切割的加工特点，其放电状态的检测与电火花成形加工的检测方法是有所区别的。在高速走丝电火花线切割加工中，由于稳定电弧状态出现的几率很低，通常根据放电间隙中的脉冲电压、电流的波形特性把间隙状态分成三类：开路状态、正常放电状态和短路状态。不同的放电间隙状态有截然不同的加工性能。　　2放电间隙电压特性　　对于电火花加工，间隙电压一直是对加工状态进行实时检测的重要参数，因此研究高速走丝线切割加工间隙电压的变化特性对准确检测间隙状态具有重要的意义。高速走丝电火花线切割加工等效电路图见。在电火花线切割加工中，两电极间电压（C、D两点电压）是无法直接测量的，实际检测的间隙电压为进电块和工件之间的电压（A、D两点的电压）。本文研究的是实际检测的放电间隙电压。　　表示两电阻并联的阻值。在正常放电状态时，两电极间电压大小仅与电极对材料及工作液性质有关，而电源参数和极间距离对其几乎没有影响；在开路状态时，由于瞬间电流较小（由于工作液的导电性而产生的漏电流），因此开路状态下的间隙电压较明显高于其他状态，这一点与后面试验观察值是一致的。由于表达式中R的大小不仅与工件厚度及切割方向有关，而且与放电点的位置有关，在加工中放电点位置是随机变化的，这使得理论分析R对放电间隙检测电压的影响十分困难。因此，本文运用试验的方法来研究不同加工条件下放电间隙检测电压的变化特性，为准确检测高速走丝线切割加工放电间隙状态提供了依据。　　3试验研究　　试验在国产TP7725高速走丝电火花线切割机上进行。试验条件为：电极丝直径为0.2mm，丝速为10m/s，进电方式为双点进电，高频脉冲电源产生分组脉冲，脉冲电压为90V，切割工件为低合金钢，工作液为浓度10的乳化液，加工区外的电极丝长度上下两端各为20mm，电压测量位置为进电点和工件。放电间隙电压量的检测和记录是用频宽为200MHz的数字存储式示波器（DSO）IWATSU-8623记录。　　试验设计采用正交试验法来研究正常放电状态和短路状态电压量的变化特性与加工中峰值电流、工件厚度和切割方向之间的关系，用方差分析法研究这三个因素对放电间隙电压影响的显著性。试验为混合正交试，有三个因素且每个因素的水平不同，没有现成的混合正交表使用。为此采用拟水平法来设计试验，研究中用正交表的前四列来设计本试验。　　3.1正常放电状态电压特性　　正常放电状态电压方差分析。对试验中各因素的影响效应进行F分布检验，结果表明，加工中的峰值电流对正常放电的电压的影响是显著的，而工件厚度和切割方向的影响是不显著的，其中显著因素的影响率为0.90.因此可知，当峰值电流确定时，加工中正常放电状态的放电间隙电压值波动是较小的。　　3.2短路状态电压特性　　短路状态的电压的方差分析。对试验中各因素的影响效应进行F分布检验，数据表明，峰值电流对短路电压大值的影响是显著的，而工件厚度和切割方向对短路状态电压的影响是较显著的，各因素的影响率分别为0.69、0.26、0.05.其中工件厚度和切割方向对短路电压的影响较显著，可以认为是当切割厚度增加和不同的切割方向，使R变化的范围增大，由此引起短路状态电压的变化也大。同时说明相同的电源参数在不同的切割方向上，进给跟踪情况迥然不同，其原因是工件厚度和切割方向对短路电压的大小影响增大，特别是在大厚度工件切割时，使伺服跟踪系统难以适应。　　由上分析可知，高速走丝电火花线切割加工的放电间隙电压与间隙放电状态是密切相关的。然而，由于间隙电压随脉冲电源中峰值电流的增加而发生显著变化，因此简单的门槛电压检测是难以对放电间隙状态进行有效检测的。　　4检测原理　　在电火花线切割加工中，加工电源的脉冲频率很高，一般为2100kHz，且放电加工本身具有较强的随机性，只对单个脉冲放电状态的辨别难以对加工状态进行有效的判定，因此本文中研制的检测模块是计算在一个采样周期内三种间隙状态的相对时间比率值来反映当前的加工状态，这对控制系统而言是更具有意义的。为了有效辨别三种间隙状态，对放电间隙的电压和电流进行采样，设计了四个阈值：高压阈值U，低压阈值UL，脉冲间隔鉴别阈值UO和电流信号鉴别阈值UA。检测模块采用高精度电压比较器。　　由于当峰值电流变化时，反映放电间隙状态的电压会发生变化，固定的电压阈值是难以实现对不同峰值电流设定时的间隙状态的准确检测。因此研究中采用非易失性EPOTTM数控电位器来设定阈值电压UH和UL，该电位器提供的比较电压可由软件设定，当加工中电参数发生变化时（如峰值电流），可方便地通过软件自适应地改变阈值电压以实现对高速走丝电火花线切割加工放电间隙状态的准确检测。为记录一定采样周期内三种间隙状态的时间积分，可采用高频率计数器（如Intel8253，AM9513等）分别对三种间隙状态进行计数，通过读取计数值，可获得在采样周期内三种间隙状态持续的时间，在脉冲间隔时，计数器停止计数。在检测过程中，相对时间比率的计算由单片机完成，并传输给PC以文件的形式保存以便进行后续分析。　　5试验验证　　将研制的检测模块和PC构成的检测系统用于TP7725高速走丝电火花线切割机，进行现场数据采集。在电火花加工中，只有正常火花放电能有效地蚀除金属，因此在电参数设置不变的条件下，等厚度工件稳定加工时，正常放电状态的时间与切割长度之间呈较严格的线性关系，并且在以加工时间（t）和切割长度（L）为X、Y的坐标系中，该直线应经过原点。　　本文是应用这一原理来对检测模块进行检验的。　　试验条件：电参数为210（加工代号），工件材料为低合金钢，厚度45mm，丝速为10m/s.为进行对比，手工设定一组电压阈值12V和24V.可知，检测模块所采集的数据较好地符合上述原理，因此通过确定合理电压阈值，可以较方便、准确地实现对高速走丝电火花线切割加工放电间隙放电状态的检测。　　6结束语　　提出了变阈值电压法实现对高速走丝电火花线切割加工中间隙状态的检测，在此基础上开发了基于集成电路的电火花线切割放电间隙检测模块，试验表明该模块能有效地检测电火花线切割加工中放电间隙的加工状态。该模块主要功能由集成芯片完成，具有较强的抗干扰性，且实现方便。此外，该模块以插卡的形式置于PC扩展槽中，极易与机床的控制系统集成构成新一代智能加工控制系统。

更多>> 行业资讯

水切割机工作原理及应用领域 (9-13)
激光切割机使用注意事项 (9-13)
等离子切割机日常保养知识：延长寿命，保证效果！ (9-13)
火焰切割机使用注意事项及安全指导 (8-22)
焊接机的日常保养知识与技巧 (8-22)
切割机的组成和工作原理 (8-22)
焊接机器人激光-电弧复合焊 (11-19)
2018年1-8月全国焊接钢管产量为3191.2万吨同比增长9%.. (11-19)

切割机全国