往复走丝电火花线切割恒张力控制及工件厚度识别的研究

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1、工学博士学位论文往复走丝电火花线切割恒张力控制及工件厚度识别的研究RESEARCHONWIRECONSTANTTENSIONCONTROLANDWORKPIECEHEIGHTESTIMATIONINHS-WEDM李强哈尔滨工业大学2016年10月国内图书分类号：TG661学校代码：10213国际图书分类号：621.9.048密级：公开工学博士学位论文往复走丝电火花线切割恒张力控制及工件厚度识别的研究博士研究生：李强导师：白基成教授申请学位：工学博士学科：机械制造及其自动化所在单位：机电工程学院答辩日期：2016年10月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classifi

2、edIndex:TG661U.D.C:621.9.048DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONWIRECONSTANTTENSIONCONTROLANDWORKPIECEHEIGHTESTIMATIONINHS-WEDMCandidate:LiQiangSupervisor:Prof.BaiJichengAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringMechanicalManufacturingandSpeciality:AutomationAffi

3、liation:SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence:October,2016Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology摘要摘要往复走丝电火花线切割机床作为我国特有的电火花线切割加工设备被广泛的应用于各行各业之中，但是其加工表面质量较低，尤其是形状复杂、厚度变化的结构件加工表面质量难以满足现代工业的需求，这个问题一直困扰着往复走丝电火花线切割加工技术的进一步发展。本文主要从调控电极丝张力恒定以及在线识别工件厚度两个关键技术出发，通过减小电极

4、丝振动和改善变厚度工件加工环境的手段，以提高电火花线切割加工表面质量为目的，进行了本课题的深入研究。本文在分析国内外电极丝张力控制技术的基础上，全面深入的研究了影响往复走丝电火花线切割机床电极丝振动的主要因素，并从理论分析和试验研究两方面入手研究了这些影响因素对电极丝张力变化的影响规律，获得了火花放电产生的放电爆炸力对电极丝振动的影响规律。为了深入了解放电爆炸力对电极丝振动的影响，针对目前国内外在电极丝振动仿真时加载的放电爆炸力为恒定载荷的现状，基于水下爆炸理论，采用显示动力分析软件Autodyn仿真研究了火花放电时产生的冲击力，并对爆炸物材料属性进行了修正；根

5、据电火花线切割加工时的实际尺寸和材料属性，建立了线切割放电仿真模型，得到了电极丝表面不同位置的压强，并获得了电极丝受放电爆炸力随时间的变化规律。针对目前大部分研究成果采用静态仿真方法研究电极丝振动的问题，利用ANSYSworkbench软件建立了电火花线切割连续放电加工时电极丝振动仿真模型，基于电极丝受动态放电爆炸力的变化规律，提出了一种放电区域内随机位置加载动态放电爆炸力的方法，在每一个脉冲周期内均加载一个动态放电爆炸力，加载位置随机分布于放电区域内，进行瞬态动力学仿真分析，研究了火花放电时电极丝振动的动态特性；分别获得了电极丝不同位置在X、Y轴方向上的位移变

6、化规律，以及整个长度上电极丝的最大位移变化规律，并在此基础上获得了放电爆炸力大小对振动幅度的影响规律。为了减小电极丝张力变化，抑制电极丝振动，提高电火花线切割加工质量，进行了往复走丝电火花线切割机床恒张力控制技术的研究，研制了一套电极丝恒张力控制系统。在研究现有走丝机构以及张力传感器结构特点的基础上，优化了电极丝张力检测模块结构以及基于直流伺服电机驱动一维运动平台的驱动模块，实现了电极丝张力自动控制功能，断丝保护功能以及上丝自动紧丝功能；-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文建立了电极丝正、反转时受摩擦力影响时的电极丝张力物理模型，研究了走丝机构上电极丝往复循环运

7、动时的张力动态特性。优化了电极丝走丝系统的结构参数，实现放电区域内的电极丝张力在电极丝正、反转时始终保持一致，提高了线切割加工的稳定性。针对张力传感器检测到的电极丝正、反转时张力具有固定偏差的特点，提出了一种消除由传感器不在放电区域而产生的系统偏差的控制策略。针对往复走丝电火花线切割机床电极丝张力具有上下波动的特性，提出了一种带死区的PID调节控制策略的恒张力控制系统，建立了恒张力控制系统的传递函数模型，研究证明死区为0.2时控制系统在阶跃响应下进入稳态的时间为5.5ms，解决了控制系统的快速响应性问题。为了实现往复走丝电火花线切割加工变厚度工件的高精度加工，本

8、文着重研究了工件厚度在线