五軸聯(lián)動(dòng)電火花加工數(shù)控系統(tǒng)及其相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、電火花加工技術(shù)具有無宏觀切削力、加工材料范圍廣、加工能力與材料的強(qiáng)度與硬度無關(guān)等特點(diǎn)。與常規(guī)加工工藝相比，多軸聯(lián)動(dòng)電火花加工在對(duì)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)與自由曲面外形、采用難加工材料制造的零部件進(jìn)行加工時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因而成為渦輪盤等航空、航天領(lǐng)域關(guān)鍵航天發(fā)動(dòng)機(jī)的主流加工方法。設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)應(yīng)用滿足實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性與可靠性要求的多軸聯(lián)動(dòng)電火花加工數(shù)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)電火花加工技術(shù)的關(guān)鍵。此外，高速抬刀技術(shù)、參數(shù)化曲線的多軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)等相關(guān)技術(shù)，也已經(jīng)或

2、正逐漸成為研究熱點(diǎn)。
　　針對(duì)多軸聯(lián)動(dòng)電火花加工的要求，本文研究并設(shè)計(jì)了基于Linux的五軸聯(lián)動(dòng)電火花加工數(shù)控系統(tǒng)。首先對(duì)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)：研究了數(shù)控電火花加工機(jī)床的組成與結(jié)構(gòu)、分析了全體數(shù)控功能、并對(duì)數(shù)控系統(tǒng)軟硬件實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上，分別實(shí)現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)軟硬件體系的設(shè)計(jì)：數(shù)控系統(tǒng)采用了以PC和Linux為上位機(jī)、可編程運(yùn)動(dòng)控制器PMAC為下位機(jī)的雙核體系結(jié)構(gòu)，并采用了全閉環(huán)速度指令的運(yùn)動(dòng)控制模式。進(jìn)一步基于數(shù)控系

3、統(tǒng)的上、下位機(jī)分別實(shí)現(xiàn)了非實(shí)時(shí)、實(shí)時(shí)數(shù)控任務(wù)的程序設(shè)計(jì)。此外，為了保證旋轉(zhuǎn)軸伺服加工的穩(wěn)定性，研究并實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)軸角速度自適應(yīng)倍率控制技術(shù)。
　　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(shí)發(fā)揮著不可替代的重要作用。為了實(shí)現(xiàn)主軸高速抬刀技術(shù)，研究與設(shè)計(jì)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(gòu)建全閉環(huán)速度指令控制模式、優(yōu)化運(yùn)動(dòng)軸瞬態(tài)性能以及合理規(guī)劃抬刀運(yùn)動(dòng)加減速過程等方法，實(shí)現(xiàn)了主軸高速抬刀加工功能

4、。實(shí)驗(yàn)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(fù)雜，數(shù)控文件過大并占用大量系統(tǒng)內(nèi)存，由小線段插補(bǔ)方法帶來的“速度損失”與采樣周期過長(zhǎng)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(shè)計(jì)了等弦長(zhǎng)實(shí)時(shí)NURBS插補(bǔ)器。該插補(bǔ)器通過采用一種二次插補(bǔ)的方法，有效解決了傳統(tǒng)方法中的“速度損失”并實(shí)現(xiàn)了較短

5、的采樣周期。實(shí)驗(yàn)顯示，與傳統(tǒng)插補(bǔ)器相比，等弦長(zhǎng)實(shí)時(shí)插補(bǔ)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(shì)。
　　為了綜合驗(yàn)證本文基于Linux的五軸聯(lián)動(dòng)電火花加工數(shù)控系統(tǒng)的各項(xiàng)性能，進(jìn)行了閉式整體渦輪葉盤樣件的加工實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果表明，數(shù)控系統(tǒng)具備了實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性伺服加工的性能；所采用的角速度自適應(yīng)倍率控制技術(shù)能夠完全取代加工經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)倍率的最優(yōu)化調(diào)整，繼而提高旋轉(zhuǎn)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