電火花成型加工機(jī)床放電間隙狀態(tài)的檢測方法

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(shí)，間隙電壓存在著強(qiáng)而穩(wěn)定的高頻分量(頻率從幾兆到幾十兆)；而電弧放電時(shí)，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(hào)進(jìn)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(jìn)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(duì)單個(gè)脈沖的放電狀態(tài)進(jìn)行判斷，且電路復(fù)雜、穩(wěn)定性較差。

2. 擊穿延時(shí)法

擊穿延時(shí)法是根據(jù)火花放電時(shí)存在一定的擊穿延時(shí)時(shí)間，而電弧放電時(shí)一般沒有擊穿延時(shí)時(shí)間而設(shè)計(jì)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(duì)單個(gè)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(diǎn)是可對(duì)單個(gè)脈沖的放電狀態(tài)進(jìn)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(jī)床上的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)連接也很方便。

3. 設(shè)置門檻電壓法

從前面放電間隙狀態(tài)鑒別中可看到，正常火花放電與穩(wěn)定電弧放電的單個(gè)脈沖是在實(shí)驗(yàn)室里被極精密的儀器測出來的。在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)各種干擾，正常火花放電和穩(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(biāo)準(zhǔn)可讓計(jì)算機(jī)識(shí)別。采用設(shè)置門檻電壓法可解決這個(gè)問題。

設(shè)置一個(gè)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(guān)系。在正常放電電壓時(shí)，光電耦合器(gd)基本處于截止，在電弧放電時(shí)基本處于飽和。如圖 4 所示設(shè)置參考電平 uref1。設(shè)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(jī)床強(qiáng)電系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)完全隔離分開。
 

圖4 正常火花放電脈沖與電弧脈沖
在光電耦合后輸出的波形
a——正常火花放電脈沖輸出, b——電弧脈沖輸出

加工中，放電兩極的脈沖電壓值很高，達(dá)幾十伏到幾百伏，必須預(yù)處理電路對(duì)間隙電壓分壓。將衰減后的間隙電壓通過光電隔離、運(yùn)算放大后再輸入到采樣電路中。由于從安全角度考慮，電火花加工機(jī)床的一個(gè)電極接地，接地線又和交流電源的中線相通，因而除空間電磁場的耦合外，還有地線的直接耦合。edm 放電間隙不僅是加工區(qū)，也是一個(gè)很強(qiáng)的高頻電磁場干擾源，其頻帶范圍以10～60mhz最強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)證明，在最大電流的精加工中系統(tǒng)的干擾最強(qiáng)。要使 a/d 采樣不會(huì)受到干擾，達(dá)到強(qiáng)電與弱電的隔離，放電間隙狀態(tài)檢測接口電路中的隔離采用線形光電隔離技術(shù)。

控制的目的是在穩(wěn)定加工下盡量保持火花放電狀態(tài)。前面把放電過程描述為四種基本狀態(tài)：正常火花放電、穩(wěn)定電弧放電、短路、開路。定時(shí)記錄放電狀態(tài)出現(xiàn)的時(shí)間，即用時(shí)間百分比反映這四種狀態(tài)及其組合：

空載率：ψd＝σtd/σti��100%
火花放電率：ψe＝σte/σti��100%
穩(wěn)定電弧率：ψa＝σta/σti��100%
短路率：ψs＝σts/σti��100%

式中 ti——脈寬
td——空載時(shí)間
te——火花放電時(shí)間
ta——穩(wěn)定電弧時(shí)間
ts——短路時(shí)間

這幾種基本狀態(tài)只有正常火花放電具有蝕除能力，其余對(duì)蝕除材料沒有作用。因此控制目標(biāo)是：在穩(wěn)定加工前提下，盡量提高火花放電率ψe。由于放電時(shí)間極短(10-7～10-3s)，采樣到單個(gè)脈沖內(nèi)電壓波形的變化非常困難，實(shí)用意義不大，于是用定量脈沖數(shù)與正常火花放電數(shù)的比值作為控制伺服參考電壓的參量，將監(jiān)控的輸入?yún)⒘看_定為穩(wěn)定加工時(shí)單位脈沖出現(xiàn)的火花放電次數(shù)。