變厚度電火花線切割加工機理研究

《變厚度電火花線切割加工機理研究》是依託上海交通大學，由奚學程擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：變厚度電火花線切割加工機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：奚學程
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

線切割工具機加工變厚度工件時會發生斷絲或加工效率低的現象。本課題基於瞬時能量推導出線上工件厚度識別算法，在已知厚度的情況下對厚度識別係數進行校準，並用支持向量機為厚度識別係數建立與加工參數相關的模型。在為線切割加工過程建立一個多輸入多輸出模型的基礎上，把厚度辨識問題和過程控制問題統一在多變數滑模控制的框架之下。在多維空間中選取理想加工過程的滑模平面，厚度變化造成系統偏移了理想的滑模平面，滑模控制的目的是把偏移的系統狀態在有限時間內重新拉回到滑模平面，以保證系統的穩定性。識別出的厚度作為可測量的干擾量加入到滑模控制法則中。通過精確的工件厚度識別，強壯的多變數滑模控制算法，提高變厚度工件切割的穩定性、表面質量和加工效率。算法將在自主研製的線切割數控軟體中實現並驗證，切實提高國產線切割工具機的水平

結題摘要

本課題針對線切割加工變厚度工件時的斷絲和效率低下問題，開展了離線與線上厚度識別、3D 工件模型高度信息提取、加工過程模型建立、以及模型預測控制等方面的研究，以期提高加工的穩定性和加工效率。 為了進行變厚度線切割加工，首先需要獲得工件在加工路徑上的厚度，然後才能根據厚度選取合適的加工參數。本課題針對電火花線切割加工時有無工件的3D 模型提出了採用“白盒法”和“黑盒法”分別處理。當已知工件三維模型數據時，則從工件三維模型中直接提取加工路徑上的工件厚度信息，並套用到數控系統中線上控制加工過程，即所謂的“白盒法”。 當缺少工件三維模型時，利用“黑盒法”建立工件厚度的辨識模型。鑒於支持向量機在非線性系統建模方面的優異特性，本課題利用支持向量機，根據線切割加工過程中採集的放電頻率和進給速度以及控制輸入量伺服電壓和脈衝間隔，建立工件厚度辨識模型，即所謂的“黑盒法”。輸出量是待辨識的工件厚度，而模型輸入量為放電加工參數(伺服電壓和脈衝間隔)以及放電頻率和工具機的進給速度。在建立了工件厚度辨識模型之後，在加工中套用該模型實時地辨識工件厚度。 隨著工件厚度範圍的不斷擴大，加工過程中所採集的加工信息也不斷增加。這些數據不但可以線上指導加工過程，而且還可以用於線上修正工件厚度辨識模型，目的是使模型包含的加工狀況更豐富、模型更準確。本課題利用最小二乘支持向量機的線上算法實時修正工件厚度辨識模型。當新的數據產生後，線上算法根據投影法稀疏性處理判斷新的數據是否需要參與模型計算。如果新的數據需要參與模型計算，則刪除支持向量中對模型影響最小的向量。該算法確保參與建模的數據量不會超過預先設定的數量，這不僅減少了計算量和存儲量，而且解決了最小二乘支持向量機固有的稀疏性問題。 無論是通過“黑盒法”還是“白盒法”獲得的工件厚度，最終目的是根據工件厚度，選取合適的加工參數，控制加工過程，達到避免斷絲和提高加工效率的目的。為了控制加工過程，基於標準支持向量機建立了加工過程模型，設計了適合變厚度線切割加工的模型預測控制器，當工件厚度變化時，由檢測到的工件厚度實時計算出放電頻率和加工速度參考值，模型預測控制器根據參考值實時調整輸入量伺服電壓和脈衝間隔，控制加工過程在不斷絲的前提下保持高的加工效率。