電火花線切割加工工件形位誤差的形成機(jī)理研究及抑制方法.pdf

1、電火花線切割加工(WEDM)是在傳統(tǒng)電火花成型加工(EDM)的基礎(chǔ)上，采用移動(dòng)電極絲取代仿形電極，而得到一種加工效率和加工質(zhì)量更高的新型電加工方式。由于工具電極直徑較小(0.02-0.3mm)，無切削應(yīng)力，且可以加工上下異性件及復(fù)雜曲面，電火花線切割加工廣泛應(yīng)用于對零件形位精度要求較高的領(lǐng)域，如：精密模具、儀器儀表、航空航天等。然而，實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行直線切割時(shí)，當(dāng)電極絲直徑為250μm，零件的切縫寬度最大可達(dá)420μm；進(jìn)行拐角切割時(shí)，

2、零件的拐角誤差達(dá)到10-200μm；進(jìn)行錐度切割時(shí)，零件的錐度誤差可達(dá)20％。如此顯著的形位誤差難以滿足精密制造領(lǐng)域的需求。
　　本文旨在研究和抑制電火花線切割工件的形位誤差。主要研究內(nèi)容如下：
　　針對不合適的進(jìn)給速度導(dǎo)致同一位置重復(fù)放電，從而降低工件的形位精度，建立了連續(xù)脈沖材料蝕除熱模型來預(yù)測材料去除率。首先，綜合考慮多個(gè)因素，分別建立了電火花線切割單脈沖放電和連續(xù)脈沖放電材料蝕除熱模型來預(yù)測材料去除率。其次，根據(jù)熱模

3、型預(yù)測得到的材料去除率，在CNC系統(tǒng)中設(shè)置相應(yīng)的最佳進(jìn)給速度抑制重復(fù)放電現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：在確定加工參數(shù)情況下，最佳進(jìn)給速度可以使得實(shí)際加工速度和切縫精度同時(shí)達(dá)到最優(yōu)。
　　針對加工參數(shù)交互影響的復(fù)雜性，難以同時(shí)達(dá)到多個(gè)工藝目標(biāo)最優(yōu)，采用工藝參數(shù)優(yōu)化方法提高工件的形位精度。以拐角誤差為例，設(shè)計(jì)27組不同角度切割的田口實(shí)驗(yàn)，采用廣義回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測和支持向量機(jī)回歸方法對加工參數(shù)進(jìn)行回歸建模，根據(jù)回歸模型進(jìn)行加工參數(shù)優(yōu)化。同理，工

4、藝加工參數(shù)優(yōu)化的方法也可用于錐度切割誤差和切縫寬度優(yōu)化，本文不再贅述。
　　針對不規(guī)則的電極絲運(yùn)動(dòng)軌跡導(dǎo)致工件形位誤差，分別建立了電極絲撓曲變形和振動(dòng)的理論模型，并提出相應(yīng)的抑制方法。首先，針對厚工件(h>10mm)的形位誤差，分析了電極絲在導(dǎo)輪之間的受力情況，考慮不均勻溫度場的影響，建立了導(dǎo)輪間的電極絲撓曲變形理論模型。其次，針對薄工件(h<2mm)的形位誤差，分別建立了電極絲的三維溫度場、電磁場和運(yùn)動(dòng)場模型，在此基礎(chǔ)上，建立了

5、電極絲三維振動(dòng)的耦合模型。最后，與前人模型對比結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：本文建立的電極絲運(yùn)動(dòng)軌跡模型具有較高的精度，可以為控制系統(tǒng)對電極絲軌跡補(bǔ)償提供初步基礎(chǔ)。
　　針對電極絲撓曲變形和振動(dòng)，建立了電極絲恒張力控制系統(tǒng)。首先，通過改進(jìn)走絲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，增加閉環(huán)控制，搭建了該系統(tǒng)的軟硬件平臺；其次，采用系統(tǒng)辨識與智能PID控制方法精確控制電極絲張力。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：該控制系統(tǒng)能夠快速精準(zhǔn)地控制電極絲張力；此外，該系統(tǒng)能夠有效地降低拐角誤差(