[发明专利]一种基于能耗预测模型的线切割电参数控制策略

说明书

本发明提出一种基于能耗预测模型的线切割电参数控制策略。在电火花线切割加工中，通过脉冲能量所转化的热能融化切割工件是电火花线切割加工的本质，而单位脉冲能量的大小则受电参数的控制。通过建立电参数与表面粗糙度模型、脉冲系统材料去除率模型以及脉冲系统平均功率模型，获得合适的理论加工电参数组合，并利用能耗预测模型对各加工电参数组合进行能耗预估、对比和筛选，从而获得低能耗的电火花线切割电参数。该策略对电火花线切割加工具有节能减排的效果。

【技术领域】

本发明涉及电火花线切割加工的技术领域，特别是针对电火花线切割加工低能耗电参数控制的技术领域。

【背景技术】

环境和能源问题已成为全球性的重要问题。在所有人类活动中，工业活动的能源消耗量占比最大。工业活动消耗了大量资源，并且工业能耗在目前呈现快速上升趋势。预计2013年至2025年，全球工业能耗年均增长1.3％。生产过程和制造过程在工业能耗中起着重要作用，约占工业能耗的90％。因此，对机床加工行业的能耗研究已经成为重要课题。

电火花线切割加工过程能耗更多受电参数的影响。这是由于单位时间内脉冲能量的大小是脉冲持续时间(脉宽)与峰值电流的乘积。同时电参数对加工质量与加工速度也会造成较大影响。现有研究已经建立了电参数对电火花线切割加工能耗影响的预测模型，但是在加工工艺设计阶段，相应的低能耗的电火花线切割电参数确定策略还不曾被提出。

【发明内容】

为了填补现有技术中的空白，本发明提出一种基于能耗预测模型的线切割电参数控制策略。在电火花线切割加工中，通过脉冲能量所转化的热能融化切割工件是电火花线切割加工的本质，而单位脉冲能量的大小则受电参数的控制。电参数控制策略包含以下步骤：

步骤一：根据待加工工件的材料、尺寸和加工质量要求，选择合适的机床以及电极丝材料；

步骤二：根据加工质量要求，利用能耗预测模型中的电参数与表面粗糙度模型选择合适的脉宽与峰值电流进行组合；所述的电参数与表面粗糙度模型如下：其中R_a为表面粗糙度(μm),C为常数(受机床、电极丝、工件等因素影响)，t_on为脉宽，I_p为峰值电流，C₁、C₂为模型系数；

步骤三：根据相应的峰值电流I_p及能耗预测模型中的材料去除率模型确定相应脉间距的取值范围，并使得公式取值处于较大值范围；所述的材料去除率模型如下：MRR_pulse＝C₃I_p+C₄I_p²+C₅t_off+C₆t_off²+δ，其中MRR_pulse为材料去除率，t_off为脉间距，C₃、C₄、C₅、C₆、δ分别为模型系数；

步骤四：根据脉间距t_off取值范围与峰值电流I_p，以及能耗预测模型中的脉冲系统平均功率模型确定具体的峰值电流I_p与脉间距t_off，并使得公式结果大于零且尽量小；所述的脉冲系统平均功率模型如下：其中为脉冲系统平均功率，C₇、γ为模型系数；

步骤五：根据已确定的峰值电流I_p、表面粗糙度R_a和脉间距t_off确定脉宽t_on，获得合适的低能耗加工电参数组合。