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蘇州中航長(zhǎng)風(fēng)數(shù)控科技有限公司
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簡(jiǎn)述電火花機(jī)床放電間隙狀態(tài)檢測(cè)方法
電火花機(jī)床放電間隙狀態(tài)檢測(cè)方法及工作原理 1 高頻檢測(cè)法 高頻檢測(cè)法是通過(guò)間隙電壓上高頻分量的檢測(cè)來(lái)區(qū)分火花放電與電弧放電。在火花放電時(shí)，間隙電壓存在著強(qiáng)而穩(wěn)定的高頻分量（頻率從幾兆到幾十兆）；而電弧放電時(shí)，間隙電壓的高頻分量很弱，甚至不存在。因此可將間隙電壓上的高頻信號(hào)進(jìn)行提取、放大、比較，作為區(qū)分火花放電和電弧放電的依據(jù)。這種方法不僅可區(qū)分火花放電和電弧放電，還可將電弧放電進(jìn)一步區(qū)分為穩(wěn)定電弧放電或是過(guò)渡電弧放電，但難以對(duì)單個(gè)脈沖的放電狀態(tài)進(jìn)行判斷，且電路復(fù)雜、穩(wěn)定性較差。 2 擊穿延時(shí)法 擊穿延時(shí)法是根據(jù)火花放電時(shí)存在一定的擊穿延時(shí)時(shí)間，而電弧放電時(shí)一般沒有擊穿延時(shí)時(shí)間而設(shè)計(jì)的。盡管它不能區(qū)分過(guò)渡電弧放電與穩(wěn)定電弧放電，并且對(duì)單個(gè)脈沖內(nèi)出現(xiàn)的放電狀態(tài)轉(zhuǎn)換不能有效地區(qū)分，但其優(yōu)點(diǎn)是可對(duì)單個(gè)脈沖的放電狀態(tài)進(jìn)行判別，且檢測(cè)電路為數(shù)字電路，抗干擾性及穩(wěn)定性都很好，與電火花加工機(jī)床上的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)連接也很方便。 3 設(shè)置門檻電壓法 從前面放電間隙狀態(tài)鑒別中可看到，正常火花放電與穩(wěn)定電弧放電的單個(gè)脈沖是在實(shí)驗(yàn)室里被極精密的儀器測(cè)出來(lái)的。在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)各種干擾，正常火花放電和穩(wěn)定電弧放電的電壓、電流特性相似，難以區(qū)分。而且，即便被測(cè)到也沒有標(biāo)準(zhǔn)可讓計(jì)算機(jī)識(shí)別。采用設(shè)置門檻電壓法可解決這個(gè)問(wèn)題。 設(shè)置一個(gè)參考電壓，介于電弧放電與火花放電之間。用放大器線性方法檢測(cè)火花放電和電弧放電的電壓值，利用光電耦合器使它們呈現(xiàn)正比關(guān)系。在正常放電電壓時(shí)，光電耦合器（GD）基本處于截止，在電弧放電時(shí)基本處于飽和。如圖 所示設(shè)置參考電平 Uref1。設(shè)置門檻電壓法由此得名。由于光電耦合器的作用，不僅是正常火花放電和穩(wěn)定電弧放電的判別變得簡(jiǎn)單，電路簡(jiǎn)化，還可大大抑制電路干擾，將機(jī)床強(qiáng)電系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)*隔離分開。
圖 正常火花放電脈沖與電弧脈沖在光電耦合后輸出的波形
a——正常火花放電脈沖輸出, b——電弧脈沖輸出
加工中，放電兩極的脈沖電壓值很高，達(dá)幾十伏到幾百伏，必須預(yù)處理電路對(duì)間隙電壓分壓。將衰減后的間隙電壓通過(guò)光電隔離、運(yùn)算放大后再輸入到采樣電路中。由于從安全角度考慮，電火花加工機(jī)床的一個(gè)電極接地，接地線又和交流電源的中線相通，因而除空間電磁場(chǎng)的耦合外，還有地線的直接耦合。EDM 放電間隙不僅是加工區(qū)，也是一個(gè)很強(qiáng)的高頻電磁場(chǎng)干擾源，其頻帶范圍以10～60MHzzui強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)證明，在zui大電流的精加工中系統(tǒng)的干擾zui強(qiáng)。要使 A/D 采樣不會(huì)受到干擾，達(dá)到強(qiáng)電與弱電的隔離，放電間隙狀態(tài)檢測(cè)接口電路中的隔離采用線形光電隔離技術(shù)。 控制的目的是在穩(wěn)定加工下盡量保持火花放電狀態(tài)。前面把放電過(guò)程描述為四種基本狀態(tài)：正常火花放電、穩(wěn)定電弧放電、短路、開路。定時(shí)記錄放電狀態(tài)出現(xiàn)的時(shí)間，即用時(shí)間百分比反映這四種狀態(tài)及其組合： 空載率：Ψd＝Σtd/Σti100% 火花放電率：Ψe＝Σte/Σti100% 穩(wěn)定電弧率：Ψa＝Σta/Σti100% 短路率：Ψs＝Σts/Σti100% 式中 ti——脈寬 td——空載時(shí)間 te——火花放電時(shí)間 ta——穩(wěn)定電弧時(shí)間 ts——短路時(shí)間 這四種基本狀態(tài)只有正常火花放電具有蝕除能力，其余對(duì)蝕除材料沒有作用。因此控制目標(biāo)是：在穩(wěn)定加工前提下，盡量提高火花放電率Ψe。由于放電時(shí)間極短（10-7～10-3s），采樣到單個(gè)脈沖內(nèi)電壓波形的變化非常困難，實(shí)用意義不大，于是用定量脈沖數(shù)與正常火花放電數(shù)的比值作為控制伺服參考電壓的參量，將監(jiān)控的輸入?yún)⒘看_定為穩(wěn)定加工時(shí)單位脈沖出現(xiàn)的火花放電次數(shù)。
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