電火花放電間隙狀態(tài)檢測方法及工作原理

時間：2020-01-05作者：蘇州中航長風數(shù)控科技有限公司瀏覽：819

電火花放電間隙狀態(tài)檢測方法及工作原理

實現(xiàn)電火花加工，（中走絲線切割 電火花中走絲線切割）

**使工具電極和工件間維持合理的距離，在該距離范圍內(nèi)，既可滿足脈沖電壓不斷擊穿介質(zhì)，產(chǎn)生火花放電，又可適應在火花通道熄滅后介質(zhì)消電離(消除電離子影響)及排出蝕除產(chǎn)物的要求。這段距離稱之為“加工間隙”或“放電間隙”。間隙是否合理，受到脈沖電壓、火花通道的能量及介質(zhì)的介電系數(shù)等因素的制約。一般情況下，電火花加工的放電間隙在數(shù)微米到數(shù)百微米范圍內(nèi)。且在一定時間范圍內(nèi)脈沖放電集中在某一區(qū)域；在另一段時間內(nèi)，則應轉(zhuǎn)移到另一區(qū)域。只有如此，才能避免積碳現(xiàn)象，進而避免發(fā)生電弧和局部燒傷。因此，放電間隙是控制的主要對象。目前在許多機床上采用間隙電壓作為反映間隙大小的傳感信號，當間隙偏大時，由于短路和短的擊穿延時，U值也小。無論如何，隨著間隙電壓的增加，放電間隙也增大。這樣，加工過程中不可連續(xù)測量的放電間隙大小就可用連續(xù)測量加工間隙電壓的方法來獲得。但是，間隙電壓與其它控制參數(shù)之間的交互作用很大。因此準確檢測電火花放電間隙狀態(tài)已成為不可回避的問題。 研究電火花加工過程單個脈沖波形的“時態(tài)”有五種基本形態(tài)，即正常火花放電、過渡電弧(可恢復性不穩(wěn)定電弧)、穩(wěn)定電弧、短路、開路(空載)。它們的特點是： (1) 正常火花放電：放電期間放電電壓波形上有高頻雜波分量出現(xiàn)，峰值大，有擊穿延時現(xiàn)象。而在形成火花放電過程中，電壓電流波形平直，規(guī)律性整齊。

(2) 過渡電?。悍烹娖陂g放電電壓波形上，高頻雜波分量幾乎沒有，擊穿延時也不明顯，波形無規(guī)律。這種波形可通過伺服控制恢復為正常火花放電，也可因間隙狀態(tài)變化而自行恢復為正常火花放電。因此它是作為理論研究提出的，實際加工控制過程中不需要專門測量(本文不考慮這一狀態(tài))。 (3) 穩(wěn)定電弧(不可恢復燒傷性穩(wěn)定電弧)：在間隙放電條件惡劣的情況下，如深孔加工時，穩(wěn)定電弧形成而燒傷工件，這時工具電極及工件表面都會形成局部凸包或凹坑，電壓及電流波形都很光滑，形成燒弧后，如不擦除黑斑，加工過程不可能自行恢復正常。

(4) 短路：電壓很低，電流波形光滑。雖然短路本身不蝕除工件，也不損傷電極，但在短路處造成了一個熱點，當短路消除時易引發(fā)拉弧。 (5) 開路：間隙加工介質(zhì)沒有被擊穿。 為了清晰地描述放電間隙狀態(tài)，文中給出的間隙狀態(tài)圖是經(jīng)過處理的。在實際電火花加工過程中，這五種類型都可能出現(xiàn)，甚至在一個脈沖單元中同時出現(xiàn)。短路、開路的情況好區(qū)別，本文不作詳細說明。正?；鸹ǚ烹姾头€(wěn)定電弧放電這兩種狀態(tài)的電壓、電流幅值特征較接近，如僅用電壓和電流的幅值來區(qū)分是較困難的，因為它們的間隙電壓和電流幅值差別小，而且隨著工藝規(guī)準的變化還在一定范圍內(nèi)波動。 70年代以來的檢測技術主要有兩種：高頻檢測法和擊穿延時法。由于光電技術的引入，我們采用新的方法——設置門檻電壓法。從檢測放電間隙電壓入手，應用光電耦合器屏蔽干擾，采集信息接入 PC 機處理。

3 電火花放電間隙狀態(tài)檢測方法及工作原理 3.1 高頻檢測法 高頻檢測法是通過間隙電壓上高頻分量的檢測來區(qū)分火花放電與電弧放電。在火花放電時，間隙電壓存在著強而穩(wěn)定的高頻分量(頻率從幾兆到幾十兆)；而電弧放電時，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進行提取、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，還可將電弧放電進一步區(qū)分為穩(wěn)定電弧放電或是過渡電弧放電，但難以對單個脈沖的放電狀態(tài)進行判斷，且電路復雜、穩(wěn)定性較差。 3.2 擊穿延時法 擊穿延時法是根據(jù)火花放電時存在一定的擊穿延時時間，而電弧放電時一般沒有擊穿延時時間而設計的。盡管它不能區(qū)分過渡電弧放電與穩(wěn)定電弧放電，并且對單個脈沖內(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)點是可對單個脈沖的放電狀態(tài)進行判別，且檢測電路為數(shù)字電路，抗干擾性及穩(wěn)定性都很好，與電火花加工機床上的計算機控制系統(tǒng)連接也很方便。 3.3 設置門檻電壓法 從**放電間隙狀態(tài)鑒別中可看到，正?；鸹ǚ烹娕c穩(wěn)定電弧放電的單個脈沖是在實驗室里被較精密的儀器測出來的。在實際應用中會出現(xiàn)各種干擾，正?；鸹ǚ烹姾头€(wěn)定電弧放電的電壓、電流特性相似，難以區(qū)分。而且，即便被測到也沒有標準可讓計算機識別。采用設置門檻電壓法可解決這個問題。 設置一個參考電壓，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)正比關系。在正常放電電壓時，光電耦合器(GD)基本處于截止，在電弧放電時基本處于飽和。如圖 4 所示設置參考電平 Uref1。設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單，電路簡化，還可大大抑制電路干擾，將機床強電系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)*隔離分開。


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