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电火花加工间隙状态的鉴别与检测方法
摘 要：现代工业控制已进入到智能控制阶段，为了获得被控对象准确的工作情况并对其进行控制，它要求更先进的检测作为前置支撑技术。本文就电火花加工(EDM)的智能控制，对检测环节提出一种新的检测间隙电压的方法和工作原理，并设计了试验装置。
关键词：电火花加工 间隙电压 鉴别和检测
1 引言
电火花加工 (EDM) 因其独特的优点和在模具制造中举足轻重的作用，使其加工过程控制最优化与加工设备智能化成为科技工作者的主攻方向之一。
智能控制的概念最早出现于60年代。智能控制系统具有自学习和自适应能力，能自主地调节自己的控制结构、参数方法，进行决策规划或广义问题求解，以完成任务。加工过程智能控制目前主要包括三个方面：(1) 专家控制；(2) 模糊控制；(3) 神经网络控制。
智能控制实质上是一种预测控制——预测模型、滚动优化和反馈校正。它把电火花加工控制从严格的数学模型束缚中解脱出来，将过程作为“黑箱”处理，完全撇开对系统的内部描述，用隶属函数来刻画和描述定性信息，达到模拟熟练操作者的思维方式，根据当前的加工状态和前一次的抉择来调整参数，进而实现提高加工效率和稳定加工过程的目的。因此，首要解决前提问题——“黑箱”的输入参数和输出参数是什么，以及需检测和控制什么参量，必须结合电火花加工的特殊工艺规律来决定。
进一步的研究表明，主轴伺服进给、电机提升(抬刀)、放电间隙调节是 EDM 的主要控制量。事实上至今 EDM 激励也没有令人满意的解释，对EDM 放电间隙状态的检测是 EDM 智能控制不可回避的难点。所以必须应用新的先进技术得到准确的放电间隙情况，给研究和实现 EDM 过程的智能控制提供前置技术支撑。
2 电火花加工过程的控制和间隙放电状态的鉴别
众所周知，电火花放电加工时，放电须是短时间的脉冲放电。持续时间一般为10-6～10-3s。如放电时间等于或大于10-2s，则转变为电弧放电，从而使加工不能正常进行。因此要实时地在微秒级或毫秒级对众多复杂的变化因素进行检测并加以控制。
电火花加工过程控制的目标是：(1) 确保避免电弧放电损伤工件，保持稳定的加工状态；(2) 满足加工表面粗糙度、精度等各种规格的参数；(3) 尽可能满足高速加工的要求。因此首先遇到的问题就是要有高灵敏度的 EDM 自动控制单元。
与其他传统加工方法相比，电火花加工过程是一个较慢的过程，因此它的控制目标函数就是在保证表面质量和加工精度的条件下，以最短的加工时间(最快的加工速度)来实现。电火花加工控制系统结构框图如图1所示。
研究电火花加工过程单个脉冲波形的“时态”有五种基本形态，即正常火花放电、过渡电弧(可恢复性不稳定电弧)、稳定电弧、短路、开路(空载)。它们的特点是：
(1) 正常火花放电：放电期间放电电压波形上有高频杂波分量出现，峰值大，有击穿延时现象。而在形成火花放电过程中，电压电流波形平直，规律性整齐。见图2。 图2 正常火花放电电压、电流波形图 (2) 过渡电弧：放电期间放电电压波形上，高频杂波分量几乎没有，击穿延时也不明显，波形无规律。这种波形可通过伺服控制恢复为正常火花放电，也可因间隙状态变化而自行恢复为正常火花放电。因此它是作为理论研究提出的，实际加工控制过程中不需要专门测量(本文不考虑这一状态)。
(3) 稳定电弧(不可恢复烧伤性稳定电弧)：在间隙放电条件恶劣的情况下，如深孔加工时，稳定电弧形成而烧伤工件，这时工具电极及工件表面都会形成局部凸包或凹坑，电压及电流波形