[发明专利]电火花线切割加工间隙放电状态检测装置与方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种电火花线切割加工间隙放电状态检测装置与方法，属于电火花加工技术领域。 

背景技术：

电火花加工是通过工具电极和工件之间脉冲性火花放电来蚀除工件材料，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。电火花加工方法不受工件的材料硬度、强度等机械性能的限制，同时具有宏观切削力小等优点，因此特别适合加工难加工材料及复杂形状工件加工，在航空、航天、模具等领域有着广泛的应用。 

在金属材料的电火花加工过程中，极间电压信号反应了加工过程中脉冲放电情况，这与电火花加工的效率和精度密切相关。当脉冲放电为火花放电状态时，间隙两端电压由空载电压经过一段时间的击穿延时，间隙发生击穿，间隙两端电压由空载电压下降为放电维持电压。在电火花线切割加工中，由于电极丝和工件存在相对运动，一般认为不存在稳定电弧放电现象。但在实际加工过程中，存在没有击穿延时的放电现象，这种放电状态为偏短路的不稳定电弧放电状态。它表明此时间隙排屑困难，加工状态差，所以在电火花线切割加工过程中，需要将这种放电状态和含有击穿延时的火花放电状态区分出来。因此在金属材料的电火花线切割加工中，间隙脉冲放电状态分为：空载，火花放电，不稳定电弧放电和短路。 

电火花加工技术一般用来加工导电材料，现有的辅助电极法可以实现利用电火花技术加工绝缘陶瓷，其原理是在工件表面附加导电层，利用放电过程中形成的导电膜构成辅助电极实现放电加工。在绝缘陶瓷的电火花线切割加工过程中，当导电膜形成差时，此时导电膜厚度小，电阻大，出 现间隙高电压放电现象。当间隙放电电压高于加工金属时的维持电压，将此时的火花放电状态称为高阻火花状态，此时的短路状态称为高阻短路状态。当导电膜形成良好时，此时导电膜厚度大，电阻小，间隙放电电压近似等于加工金属时的维持电压，将此时的火花放电状态称为低阻火花状态，此时的短路状态称为低阻短路状态。因此，在绝缘陶瓷电火花线切割加工中，间隙放电状态被分为五种，分别是空载、高阻火花、低阻火花、高阻短路和低阻短路状态。 

目前的电火花线切割加工机床，一般只对间隙的平均电压进行检测，并以此为参考值决定当前伺服进给速度的大小。当间隙平均电压高于参考值时，则加快进给，当间隙平均电压低于参考值时，工作台停止进给，进入等待，当检测到的短路达到一定数量，则控制工作台伺服回退。这种间隙状态检测方法能够近似反映当前间隙放电状态，但由于间隙平均电压是由各种放电状态的电压平均构成，并不能对单个脉冲放电状态进行检测，所以平均电压法含有不确定的因素，不能实现对间隙实时和精确监控，有可能会恶化加工效果。特别是对于绝缘陶瓷电火花线切割加工，由于存在高阻放电状态，间隙的平均电压高，采用平均电压检测法会加快进给速度，而这将导致加工效果恶化甚至不能加工，此时平均电压检测法失效。 

发明内容：

本发明的目的在于提供一种电火花线切割加工放电状态检测装置，该检测装置通过实时采样每个脉冲的间隙电压，通过判断间隙电压所处的区间以及对间隙击穿信号的检测，在脉宽结束时判断出当前脉冲放电状态，并对脉冲状态信息进行统计处理，推测出间隙的加工状态，以此作为伺服控制的依据。 

本发明是通过以下技术方案实现的： 

电火花线切割加工间隙放电状态检测装置，包括差分采样模块、阈值比较模块、光电隔离模块、CPLD判别和处理模块、上位机、PCI104总线电缆、CPLD程序下载电缆和信号传输电缆，差分采样模块通过信号传输电 缆与电火花机床的两极相连，差分采样模块的信号输出端与阈值比较模块的信号输入端连接，阈值比较模块的信号输出端与光电隔离模块的信号输入端连接，CPLD状态判别和处理模块的第一信号输入端与光电隔离模块的信号输出端连接，CPLD状态判别和处理模块的信号输出端通过PCI104总线电缆与上位机的信号输入端连接，上位机的信号输出端通过CPLD程序下载电缆与CPLD状态判别和处理模块的第二信号输入端连接。 

电火花线切割加工间隙放电状态检测方法，包括如下步骤： 

利用集成运算放大器采用差分运算的方式将间隙电压信号采集到检测装置，并接入阈值比较模块； 

所述阈值比较模块通过集成比较器将采样的间隙电压信号和设定的三个阈值进行比较，并将比较的结果送入光电隔离模块； 

所述光电隔离模块通过光电耦合器将比较结果经光电隔离送入CPLD状态判别和处理模块；