微細電火花加工放電狀態(tài)辨識與預測的理論和方法.pdf

1、微細電火花加工是微細加工領域的一個重要研究方向，其加工技術已經(jīng)得到世界上許多國家的廣泛重視，但實現(xiàn)準確、高效和穩(wěn)定的微細電火花加工仍然是目前人們努力研究的方向。本文以微小孔電火花加工為代表研究微細電火花加工過程控制的穩(wěn)定性問題。放電狀態(tài)的準確檢測是實現(xiàn)微小孔電火花加工過程穩(wěn)定控制的前提條件；準確、高效的微小孔電火花加工涉及到加工時間、孔徑間隙和電極損耗等多項工藝目標的參數(shù)優(yōu)化問題；而放電狀態(tài)的準確預測是實現(xiàn)微小孔電火花加工過程穩(wěn)定控制的

2、保證。 微細電火花加工過程中的放電脈沖頻率高、能量小的特點使放電間隙中的放電波形畸變嚴重，信噪比低，信號變化的隨機性大，從而使放電狀態(tài)的準確檢測成為微細電火花加工的技術難點之一。本文針對微細電火花加工的特點，建立了微細電火花加工放電狀態(tài)辨識系統(tǒng)，該系統(tǒng)由模糊辨識模塊、學習矢量量化(LVQ)神經(jīng)網(wǎng)絡分類模塊和模糊統(tǒng)計判別模塊這三個功能模塊組成，其簡潔、信息全面的特點保證了實時、準確的目的。 針對加工過程的穩(wěn)定性問題，通過對

3、放電狀態(tài)辨識系統(tǒng)中的放電狀態(tài)占有率進行剖析，總結了放電參數(shù)(開路電壓、峰值電流和脈寬)和控制參數(shù)(脈沖間隔、抬刀周期和伺服電壓)對加工過程穩(wěn)定性的影響規(guī)律。在定性分析的基礎上，又分別對放電狀態(tài)與電參數(shù)之間的關系進行進一步的定量處理，在比較線性回歸模型和等式誤差模型(ARX010)的損失函數(shù)的大小后，得出等式誤差模型(ARX010)優(yōu)于線性回歸模型的結論，同時進一步指出，線性回歸模型與等式誤差模型(ARX010)的參數(shù)估計不是無偏估計，這

4、一點是造成所建立的電參數(shù)與放電狀態(tài)之間的關系模型存在較大損失函數(shù)的原因之一，本文提出用輔助變量法對等式誤差模型ARX010進行進一步的探討，得到了損失函數(shù)值進一步減少近乎一倍的無偏估計模型—輔助變量法模型Ⅳ010。隨后又根據(jù)對電火花加工過程復雜性的認識，分別對比了各階輔助變量法模型對實際數(shù)據(jù)的擬合與對未來狀態(tài)的預測能力，得到了損失函數(shù)值更小、預測精度更高且實際操作性強的輔助變量法模型Ⅳ110。 圍繞微小孔電火花加工過程中各項工藝

5、目標的實現(xiàn)途徑，本文首先通過正交試驗分析試驗中的極間電壓、峰值電流、脈沖寬度和脈沖間隔等電參數(shù)對加工速度、電極損耗和孔徑間隙等各項工藝目標的影響規(guī)律。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，對工藝目標如電極損耗、孔徑間隙和加工時間等的要求的側重點不同，所組合的電規(guī)準參數(shù)不同，甚至有時是相互矛盾的。針對這一問題，本文采用交叉學科相關理論-灰色理論中的灰相關性理論，以正交試驗數(shù)據(jù)為依據(jù)，研究因素間的幾何對應關系。根據(jù)對各項工藝目標下的因子各水平平均灰關聯(lián)度系數(shù)的

6、分析，得出了單項工藝目標下較正交試驗更為具體的參數(shù)優(yōu)化設計方案。隨后，針對電火花加工多項工藝目標之間相互關聯(lián)的灰關聯(lián)度進行分析，用灰關聯(lián)度衡量多項工藝目標的完成情況，得到了多目標下參數(shù)優(yōu)化的途徑與優(yōu)化方案。 微細電火花加工的高頻脈沖放電使放電狀態(tài)的變化比常規(guī)電火花加工的放電狀態(tài)的變化快得多，因而常規(guī)電火花加工的控制方法難以滿足微細電火花加工過程實時、準確控制的要求。鑒于此，本文提出，對未來放電狀態(tài)進行預測，并進行控制，以消除這種

7、控制的滯后性帶來的不利影響，從而達到穩(wěn)定的控制過程。 本文針對放電狀態(tài)預測模型的建立展開研究，由于電火花加工的電參數(shù)數(shù)目多，放電狀態(tài)與電參數(shù)之間的關系是多輸入、單輸出的關系，在參數(shù)的辨識運算中，每增加一個輸入都會導致辨識算法的運算量呈指數(shù)級增長，因此，這種多輸入、單輸出的關系模型并不適合實時、在線的辨識運算。本文在考慮不丟失信息、辨識模型又能準確反映實際加工情況的前提下，從實際應用角度出發(fā)，結合理論論述，提出利用放電狀態(tài)初值(可