五軸聯(lián)動電火花加工數(shù)控系統(tǒng)及其相關關鍵技術的研究.pdf

1、電火花加工技術具有無宏觀切削力、加工材料范圍廣、加工能力與材料的強度與硬度無關等特點。與常規(guī)加工工藝相比，多軸聯(lián)動電火花加工在對具有復雜結構與自由曲面外形、采用難加工材料制造的零部件進行加工時具有獨特的優(yōu)勢，因而成為渦輪盤等航空、航天領域關鍵航天發(fā)動機的主流加工方法。設計與實現(xiàn)應用滿足實時性、穩(wěn)定性與可靠性要求的多軸聯(lián)動電火花加工數(shù)控系統(tǒng)是實現(xiàn)多軸聯(lián)動電火花加工技術的關鍵。此外，高速抬刀技術、參數(shù)化曲線的多軸聯(lián)動技術等相關技術，也已經或

2、正逐漸成為研究熱點。
　　針對多軸聯(lián)動電火花加工的要求，本文研究并設計了基于Linux的五軸聯(lián)動電火花加工數(shù)控系統(tǒng)。首先對數(shù)控系統(tǒng)進行了總體設計：研究了數(shù)控電火花加工機床的組成與結構、分析了全體數(shù)控功能、并對數(shù)控系統(tǒng)軟硬件實現(xiàn)方式進行了研究。在此基礎上，分別實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)軟硬件體系的設計：數(shù)控系統(tǒng)采用了以PC和Linux為上位機、可編程運動控制器PMAC為下位機的雙核體系結構，并采用了全閉環(huán)速度指令的運動控制模式。進一步基于數(shù)控系

3、統(tǒng)的上、下位機分別實現(xiàn)了非實時、實時數(shù)控任務的程序設計。此外，為了保證旋轉軸伺服加工的穩(wěn)定性，研究并實現(xiàn)了旋轉軸角速度自適應倍率控制技術。
　　高速抬刀能夠極大改善電火花加工的排屑性能，在加工窄槽類零件時發(fā)揮著不可替代的重要作用。為了實現(xiàn)主軸高速抬刀技術，研究與設計了基于PMAC的電火花加工高速抬刀控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)通過構建全閉環(huán)速度指令控制模式、優(yōu)化運動軸瞬態(tài)性能以及合理規(guī)劃抬刀運動加減速過程等方法，實現(xiàn)了主軸高速抬刀加工功能

4、。實驗表明，與傳統(tǒng)的中低速抬刀系統(tǒng)相比，本文的高速抬刀控制系統(tǒng)使窄槽加工的最大加工深度與加工效率有了成倍的提高。
　　傳統(tǒng)的參數(shù)化曲線電火花加工方法存在一系列不足，如工藝路徑規(guī)劃復雜，數(shù)控文件過大并占用大量系統(tǒng)內存，由小線段插補方法帶來的“速度損失”與采樣周期過長等問題降低了放電穩(wěn)定性等。為了解決上述問題，本文研究并設計了等弦長實時NURBS插補器。該插補器通過采用一種二次插補的方法，有效解決了傳統(tǒng)方法中的“速度損失”并實現(xiàn)了較短

5、的采樣周期。實驗顯示，與傳統(tǒng)插補器相比，等弦長實時插補器在弓高誤差、速度精度與加工效率等方面均具有不同程度的性能優(yōu)勢。
　　為了綜合驗證本文基于Linux的五軸聯(lián)動電火花加工數(shù)控系統(tǒng)的各項性能，進行了閉式整體渦輪葉盤樣件的加工實驗。實驗過程與結果表明，數(shù)控系統(tǒng)具備了實現(xiàn)高穩(wěn)定性伺服加工的性能；所采用的角速度自適應倍率控制技術能夠完全取代加工經驗，實現(xiàn)倍率的最優(yōu)化調整，繼而提高旋轉軸伺服加工的穩(wěn)定性；通過采用全閉環(huán)速度指令的控制模式