[发明专利]用于电火花加工机床的往复渐进式自适应进给控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电火花加工机床的进给控制方法，属于数控技术与电加工装备领域。

背景技术

电火花加工是利用电极之间脉冲放电产生的电火花的电蚀作用对材料进行蚀除加工的一种特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工。

进行电火花加工时，工具电极和被加工材料（即工件）分别接脉冲电源的两极，通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给，当两电极间的间隙达到一定距离时，两电极上施加的脉冲电压将电极之间的工作液击穿，产生火花放电。火花放电产生的局部高温高压使放电点附近的微量材料熔化甚至气化，并爆炸式地向外飞溅，然后被工作液迅速冷凝成固体微粒后带走。这时在工件表面上便留下一个微小的凹坑。暂停片刻待工作液恢复绝缘状态后再施加脉冲电压，这时在两电极相对接近的位置将产生新的电火花。虽然每次脉冲放电蚀除的材料极少，但是若以每秒成千上万次脉冲放电的频率不断重复上述过程，就能蚀除较多的材料，实现具有一定生产率的材料加工。

按照工具电极的形式及其与工件之间相对运动的特征，电火花加工可大体分为：电火花成形加工、电火花线切割加工、电火花磨削加工、电火花展成加工、非金属电火花加工和电火花表面强化等类型。其中应用最广泛的是电火花成形加工和电火花线切割加工。电火花成形加工是通过成形工具电极相对于工件作进给运动，从而将工具电极的形状和尺寸复制到工件上，它包括电火花型腔加工和穿孔加工两种。电火花线切割加工是利用轴向移动的金属丝作工具电极，通过控制电极丝和工件的相对移动轨迹把工件切割成预定的形状。按金属丝电极移动的速度大小分为高速走丝和低速走丝线切割两种。

无论哪一种加工形式，根据电火花加工的基本原理，使工具电极与工件在加工过程中保持一个合适大小的间隙是保证电火花产生和放电加工持续进行的基本条件，也是电火花加工过程中获得最大切割速度和最佳表面质量的技术关键。然而，由于这个间隙十分微小（一般为0.1～0.01mm），加上工件被加工部位通常浸没在浑浊的工作液中，而且随着工件材料不断被蚀除，间隙的位置在不断发生变化，因此直接在线检测间隙的大小几乎无法实现。为此，现有的电火花加工机床进给控制系统是通过检测电火花加工过程的放电状态来间接估计放电间隙的大小，从而实现进给速度的自动调节。在利用电火花加工方法加工金属材料时，空载、正常放电和短路这三种状态所对应的间隙电压和电流具有非常明显的放电脉冲波形特征。传统的电火花加工机床进给控制系统通过这些特征的识别就能方便地确定放电状态进而根据不同状态的比例关系调整进给速度。

当应用上述方法进行硅、锗等半导体材料加工时，由于半导体材料具有与金属材料迥异的电学特性，如进电时存在较大的接触垫垒及较高的电阻率、放电延时具有随机性等，正常放电状态和短路状态的间隙电压和电流相差不大，即使电极丝已经与硅材料紧密接触，极间电压幅值也不会立即降至零，此时仍然可以正常放电加工。这样就导致传统的进给控制方法难以区分正常放电状态和短路状态，从而造成进给控制系统完全失效，出现欠进给或者电极丝弯曲甚至断丝现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于电火花加工机床的往复渐进式自适应进给控制方法，通过“前进－后退－再前进”的往复渐进运动模式回避了放电间隙大小难以检测以及正常放电状态与短路状态难以区分的难题。本发明既适用于金属材料加工，又适用于硅、锗等半导体材料的电火花加工，并且具有弱化换向纹、加速切屑排除、提高加工质量和加工效率等优点。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种用于电火花加工机床的往复渐进式自适应进给控制方法，通过控制工具电极与工件产生往复渐进式进给运动实现自适应进给控制，利用短路状态总是发生在正常放电状态之后的规律，在空载状态执行渐进运动，并在识别到正常放电状态之后停止渐进运动，避免电火花放电加工陷入短路状态，同时利用往复运动中的回退运动加大工具电极与工件的间隙，加速切屑排除，改善放电条件；所述往复渐进式进给运动为往复运动和渐进运动一体化的运动方式，或者往复运动和渐进运动分离的运动方式；所述往复运动是指工具电极相对于工件在给定的进给路线上以前进－后退－再前进的运动模式不断地反复前进后退；所述渐进运动是指在往复运动的同时，往复运动的中心位置沿给定进给路线逐渐向前推进。

作为本发明的进一步优化方案，所述往复运动和渐进运动一体化的运动方式，包括以下步骤：

步骤1，在空载状态设定往复渐进运动的初始参数；