[发明专利]一种电火花微小孔加工控制方法

摘要

本发明一种电火花微小孔加工控制方法属于电火花加工领域，涉及基于模糊逻辑算法的电火花微小孔加工控制方法。该方法首先建立电火花微小孔加工的闭环控制系统，以任一分析周期内的火花/拉弧率和短路率作为电火花微小孔加工控制系统的输入变量，使用电火花微小孔加工模糊判别算法确定火花/拉弧率和短路率所属的模糊集，再采用基于模糊逻辑的电火花微小孔加工控制规则得到的分析周期内的伺服进给策略作为控制系统的输出，最后利用加工影响因子整定输出变量，确定当前分析周期的电火花微小孔加工控制方法。本发明实现了电火花微小孔加工控制的高准确性，加工效率明显提高；运算量小、运算周期短，控制策略简单实用，确保了加工控制的实时性。

主权项

1.一种电火花微小孔加工控制方法，其特征在于，首先建立电火花微小孔加工的闭环控制系统，然后以任一分析周期内的火花/拉弧率(ζ_SA)和短路率(ζ_S)作为电火花微小孔加工控制系统的输入变量，使用电火花微小孔加工模糊判别算法确定(ζ_SA)和(ζ_S)所属的模糊集，再采用基于模糊逻辑的电火花微小孔加工控制规则得到的分析周期内的伺服进给策略作为控制系统的输出，最后利用加工影响因子整定输出变量，确定当前分析周期内的电火花微小孔加工控制策略；采用基于模糊逻辑算法的电火花微小孔加工控制方法的具体步骤如下：(1)建立电火花微小孔加工的闭环控制系统通过火花/拉弧率(ζ_SA)和短路率(ζ_S)形成表达电火花微小孔加工间隙放电状态的反馈量，经由基于模糊逻辑算法的电火花微小孔加工运动控制器，包括电火花微小孔加工模糊判别算法、电火花微小孔加工控制规则和加工影响因子整定三部分，输出分析周期的进给速度，由电火花微小孔加工自动进给调节轴对放电间隙进行实时调整，以间接实现最优的放电状态，建立精密、高效的电火花微小孔加工闭环控制系统；(2)使用电火花微小孔加工模糊判别算法确定(ζ_SA)和(ζ_S)所属的模糊集将步骤(1)中的任一分析周期内的火花/拉弧率(ζ_SA)和短路率(ζ_S)作为电火花微小孔加工控制规则的两个输入变量，它们与任一分析周期内的开路率(ζ_O)具有恒等关系，采用公式(1)表示为：ζ_SA+ζ_S+ζ_O＝1                       (1)因此，由确定的(ζ_SA)和(ζ_S)即可得到确定的间隙放电状态；将(ζ_SA)和(ζ_S)分别划分为四个模糊集合：(S)—小，(M)—中，(B)—大，(SB)—超大；对于当前分析周期内的(ζ_SA)和(ζ_S)，将其对应的隶属度取代数积运算，得到模糊推理的前提隶属度，其算法用公式(2)表示为：μj,k(ζSA,ζS)=μAj(ζSA)·μBk(ζS)---(2)]]>式中：μ_j，k(ζ_SA，ζ_S)——输入量ζ_SA和输入量ζ_S分别对应第(j)项模糊集和第(k)项模糊集时的加工控制规则的前提隶属度，j∈{S，M，B，SB}，k∈{S，M，B，SB}；(ζ_SA)——输入量ζ_SA的第(j)项模糊集A^j所对应的隶属度，j∈{S，M，B，SB}；(ζ_S)——输入量ζ_S的第(k)项模糊集B^k所对应的隶属度，k∈{S，M，B，SB}；定义适合度λ_i，采用公式(3)表示为：λi=max{μj,k(ζSA,ζS)}×100%---(3)]]>即前提隶属度μ_j，k(ζ_SA，ζ_S)的平方根最大时适合度最好，因此，可确定此时(ζ_SA)对应第(j)项模糊集和(ζ_S)对应第(k)项模糊集，就是(ζ_SA)和(ζ_S)所属的模糊集；(3)采用基于模糊逻辑的电火花微小孔加工控制规则得到分析周期内的伺服进给策略通过步骤(2)中确定(ζ_SA)和(ζ_S)分别属于模糊集(j)和(k)，根据电火花微小孔加工的自身特点，设计电火花微小孔加工模糊控制规则，得到分析周期内的伺服进给策略作为输出变量，用F_i表示，写成集合形式有：{F_i}，i∈{NB，NS，O，PS，PB}，即：F_i∈{F_NB，F_NS，F_O，F_PS，F_PB}，设计得到的10条模糊规则如下：①当j＝S且k＝S时，i＝PB，F_i＝F_PB；②当j＝S且k＝M时，i＝PS，F_i＝F_PS；③当j＝S且k＝B时，i＝NS，F_i＝F_NS；④当j＝S且k＝SB时，i＝NB，F_i＝F_NB；⑤当j＝M且k＝S时，i＝O，F_i＝F_O；⑥当j＝M且k＝M时，i＝NS，F_i＝F_NS；⑦当j＝M且k＝B时，i＝NS，F_i＝F_NS；⑧当j＝M且k＝SB时，i＝NB，F_i＝F_NB；⑨当j＝B时，i＝O，F_i＝F_O；⑩当j＝SB时，i＝NS，F_i＝F_NS；其中：F_NB—电极轴快速回退，F_NS—电极轴慢速回退，F_O—电极轴保持不动，F_PS—电极轴慢速进给，F_PB—电极轴快速进给；(4)利用加工影响因子整定输出变量，确定当前分析周期内的加工控制策略对于步骤(3)中输出的分析周期内伺服进给策略F_i，根据电火花微小孔加工系统中可能存在的各项加工影响因子，将整定后的F_i记为，采用公式(4)将定义为：Fit=Ki·Kr·FS,i∈{NB,NS,O,PS,PB}---(4)]]>公式(4)中：K_i—加工参数复合调整因子，用于控制伺服进给速度及进给方向，K_i与加工电压、伺服系统性能和伺服参数有关；K_r—电极转速调整因子，由主轴转速r决定；F_S—分析周期内的基准进给速度；根据现有加工系统的实际情况，加工参数复合调整因子K_i，i∈{NB，NS，O，PS，PB}，可取如下值，K_NB＝-10、K_NS＝-2、K_O＝0、K_PS＝1、K_PB＝2；而F_S＝10nm/ms；当r>8000转/分时，K_r＝1；5000转/分≤r<8000转/分时，K_r＝0.8；3000转/分≤r<5000转/分时，K_r＝0.5；r<3000转/分时，K_r＝0.25；通过确定各影响因子的值，得出的输出变量Fit∈{FNBt,FNSt,FOt,FPSt,FPBt},]]>即为整定后的分析周期内的加工控制策略。