CN103240474A - 一种电火花加工设备放电间隙控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电火花加工设备放电间隙控制方法，是一种可应用于线切割机床、电火花穿孔机、电火花成型机等电火花加工设备的控制方法。其特征在于这种控制方法是根据非统计方法做出控制决定的。它是通过不断探测“开路放电分界面”为方法，保证电极尽可能多的存在于“正常放电间隙范围”为目的来保证最高效率加工速度的。这种控制方法是通过控制电极在“放电间隙范围”内的深度来控制加工效果的。本发明的方法为电火花加工设备工件与电极之间的放电间隙控制提供了一种简单、廉价、精确、主动高效、有自适应性、有容错性、广泛实用于各种工作要求的解决方法。

Description

一种电火花加工设备放电间隙控制方法

技术领域

 本发明涉及一种电火花加工设备放电间隙控制方法，尤其是一种可应用于线切割机床、电火花穿孔机、电火花成型机等电火花加工设备的放电间隙控制方法。 

背景技术

电火花加工是利用电极间脉冲放电时产生的电腐蚀现象，对材料进行加工的方法。研究表明，在两极发生放电的过程中，放电通道瞬时产生大量的热，足以使电极材料表面局部熔化或气化，并在一定条件下，熔化或气化的部分能抛离电极表面，形成放电腐蚀的坑穴。在液体等介质中重复性脉冲放电的过程，能够对导电材料进行尺寸加工，即成为“电火花加工法”。 

实现电火花加工，必须使电极和工件间维持合理的距离，在该距离范围内，既可满足脉冲电压不断击穿介质，产生火花放电，又可适应在火花通道熄灭后介质消电离即排出腐蚀产物的要求。这段距离称之为 “放电间隙"。“放电间隙"是否合理受到脉冲电压、火花通道的能量及介质的介电系数等因素的制约。一般情况下，电火花加工的放电间隙在数微米到数百微米范围内。要实现放电间隙的调整与控制，似乎需检测实际间隙值的大小。经典的现阶段业界认为：隙值的测量对放电间隙的调整与控制并没有太大的意义。其原因在于随着加工过程的进行，加工介质的温度及介质中碎屑的浓度等在不断变化，致使加工介质的介电性能不稳定，把当前放电间隙值调整为其他稳定加工时刻的间隙值，并不一定能保证加工过程继续稳定进行。 

一般来讲，经典的业内看法认为：电火花加工过程中单个脉冲波形的放电状态有五种基本形态，即“正常放电”、“过渡电弧”(可恢复性不稳定电弧)、“电弧放电”、“短路”、“开路”(空载)，如图1所示。它们的特点是： 

(1)正常放电：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，电流波形平直，规律性整齐。

(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。 

(3)电弧放电(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，电压及电流波形都很光滑，形成烧弧后，如果不擦除黑斑，加工过程不可能自行恢复正常。 

(4)短路：电压很低，电流波形光滑。虽然短路本身不蚀除工件，也不损伤电极，但在短路处造成了一个热点，当短路消除时易引发拉弧。 

(5)开路：间隙过大时，脉冲电源电压不能击穿间隙形成放电脉冲，间隙电压值为脉冲电源电压值，间隙中没有放电电流，波形中没有高频分量；它对工件没有去除作用，属于无效放电脉冲。 

常用的电火花线切割间隙状态控制原理是通过对电极与工件之间的间隙放电状态进行检测、采样，然后通过一定的反馈增益和控制算法来调节加工速度以保持最佳加工间隙和间隙放电状态。到目前为止常用的有以下几种检测方法。 

A、间隙电压与电流平均值检测法 

B、放电脉冲有效火花数检测法

C、间隙平均脉宽电压检测

D、间隙脉宽电压数字平均法

E、脉冲电压积分法

从上述的检测方法的名称上大家都可以看出来它们是依据对一段时间的数据统计，做出控制操作决定的。平均、积分以及统计放电脉冲分类数量都是统计方法。统计的具体形式有用软件算法的，也有用硬件积分电路等方法的。先天就具有延迟问题。

从采集分析的数据来看，“正常放电”、“过渡电弧”、“电弧放电”要区分起来确实有一定的难度，因为区别本身就不大，特征本身也不明显。本来认为 “正常放电”和“电弧放电”的最大最简单的区别是延迟击穿现象。但后续大量研究结果表明，电弧放电脉冲有时也存在放电击穿延时现象，这样把有击穿延时的放电脉冲统统归为火花放电脉冲，显然严重影响了间隙状态检测的准确性。目前在放电脉冲鉴别方面已很少用这种方法了。而使用高频分量的判别方式则需要用到昂贵的高速ADC转换器和高速的DSP对数据进行处理。然而对干扰问题头疼，也让这种分析方法困难重重，制造价格也过于高昂。经典电火花业界认为：一般而言，要想实现其间隙状态自动控制必须建立一个数学模型，以描述实际过程中各物理量之间的关系。由于电火花加工过程到目前尚没有一个非常好的数学模型来描述。故应用一般控制技术不易达到良好的控制效果。有些甚至还需操作者在加工中一面观察加工情况一面调整参数。比如使用间隙电压作为参数的线切割，根据电压控制变频来调整进给的速率。就需要工人根据加工情况来调整参数。世界各国专家学者在这方面做了广泛的探索研究工作。重要的是如何在没有短路和电弧产生的基础上优化加工参数获得更高的工艺指标。为此解决方法层出不穷：“模糊控制”“灰色预测”“专家系统”“遗传算法”“人工神经网络”“小波分析”等等。 

一个有趣的逻辑。当我们使用统计的方法得到数据进行操作。统计总是一段时间之后才能得出统计结果。而这个统计结果肯定是滞后于实时的情况的。当你得到的数据是速度太慢，必定得出操作结论调整加快速度。但新的统计数据必定基于你以前的慢速度和现在的快速度一起统计的。这时你的结果肯定导致统计数据偏慢，实际进给速率过快。同理，一段时间后，又得出操作结论降低速度。结果也一样。这时的统计数据中又包含你快速的数据。结果导致速度忽快忽慢不停波动。就算使用了对放电高频分量的分析，不良放电仍然有可能发生。由于统计的先天延迟性，总会有超过正常速度的速度出现。 

另一个有趣的逻辑：当进给速度慢时，加工效率不高。为了提高加工速度，进给速率提高。但又不知道要提到多高合适.所以依靠检测“过渡电弧” 、“稳定电弧”和“短路”来知道速度高了该减速了。检测到就意味着已经发生了“过度电弧” 、“稳定电弧”或“短路”。由于工况随时在变。需要随时了解最合适的进给速度。不随时对“过渡电弧” 、“稳定电弧”和“短路”进行试探，怎能随时了解最高效率的进给速度呢？本来为了提高加工效率，而又要避免“过度电弧”“稳定电弧”和“短路”的控制方法。变成了依赖“过度电弧”、“稳定电弧”和“短路”发生才能正常工作的控制方法。 

发明内容

本发明公开了一种电火花加工设备放电间隙控制方法，是一种可应用于线切割机床、电火花穿孔机、电火花成型机等电火花加工设备的控制方法。其特征在于这种控制方法是根据非统计方法做出控制决定的。它是通过不断探测“开路放电分界面”为方法，保证电极尽可能多的存在于“正常放电间隙范围”为目的来保证最高效率加工速度的。这种控制方法是通过控制电极在“放电间隙范围”内的深度来控制加工效果的。在必要的时候可以通过检测“开路放电分界面”和“短路”的位置来测试“放电间隙范围”的深度。它需要检测的电状态简化为：“‘开路’ 、‘放电’”和 “‘开路’ 、‘放电’、 ‘短路’”两种组合。同时需要判定的电火花放电状态简化为：“‘开路状态’ 、‘放电状态’”和 “‘开路状态’ 、‘放电状态’、 ‘短路状态’”两种组合。而其中“开路状态”和“放电状态”是通过真实发生了“放电”的脉冲间隔时间长短来区分的。本发明的方法为电火花加工设备工件与电极之间的放电间隙控制提供了一种简单、廉价、精确、主动高效、有自适应性、有容错性、广泛实用于各种工作要求的解决方法。 

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中： 

图1是经典的电火花放电5种状态的示意图；

图2是间隙范围示意图；。

具体实施方式

电火花间隙控制的根本目的就是控制间隙。虽然我们探测到的是放电状态，但这只是一个表面现象，间隙才是导致不同放电状态的本质。如果有5种放电状态，必定存在5种放-电间隙范围。按经典的理论来划分，间隙范围对应5种放电状态分别为：“开路间隙范围”、“正常放电间隙范围”、“过渡电弧间隙范围”、“电弧放电间隙范围”、“短路间隙范围”。 

开路间隙范围：开路状态对应的间隙范围。 

正常放电间隙范围：正常放电状态对应的间隙范围。 

过渡电弧间隙范围：过渡电弧状态对应的间隙范围。 

电弧放电间隙范围：电弧放电状态对应的间隙范围。 

短路间隙范围：短路状态对应的间隙范围。 

开路和正常放电间隙的分界位置为“开路放电分界面”。 

从“开路放电分界面”到工件的这段范围统称为“放电间隙范围”。 

从工件表面开始以上的所有空间统称为“间隙范围”。 

电状态我们称为“开路”、“放电”、“短路”。 

电火花设备的电极与工件之间的电火花放电状态我们称为“开路状态”、“放电状态”、“短路状态”。 

 其实多少种放电间隙范围并不重要。那要取决于人类定义多少种放电状态。必定放电间隙才是产生放电状态的本质。如果以间隙范围来考虑问题事情就变的简单了。从理论上讲，我们只要知道了“开路放电分界面”，“正常放电间隙范围”自然就在它的旁边。当然这样是不够严谨的。这样我们没有办法，精确的控制电极所在的间隙范围。必定要知道“短路”的位子才能知道整个“放电间隙范围”的宽度。才能依靠实验经验知道“放电间隙范围”的大体分布位置。这样我就能随心所欲的控制电极所在的深度以达到我们想要的效果。这种理论下，对于“过渡电弧”和“电弧放电”的放电状态的判定变得透明。我们不用去判定它们，然而它们仍然存在。 

我们怎样才能探测到“开路放电分界面”和“短路”的位子呢。我们只需要探测“开路”“放电”“短路”3种电状态。然而由于电火花放电都是脉冲的特殊情况。自然要引入“开路状态”“放电状态”“短路状态”3种电火花放电状态。 

那电火花放电状态和电状态有什么关系呢？我们必须要以现实应用的角度，判定“开路状态”和“放电状态”的区别。脉冲之间的间隙从电状态来讲都是“开路”。那么脉冲之间的间隙要怎样判定为“开路状态”还是“放电状态”呢？RC震荡器中的每一个脉冲都是有电流流过的。而脉冲电源呢？当电极在“正常放电间隙范围”内时并不是有100个脉冲。就会有100个放电的。无效脉冲总是有可能的。工作介质稍微恶劣一点无效脉冲率还可能比较高。甚至还会有干扰和错误元素的影响。所以检查每一个脉冲是否为“开路”或“放电”状态也不合适。不管有没有无效脉冲率，使用真实发生了“放电”的脉冲间隔时间长短来判定是否为“开路状态”或“放电状态”都更加合适一点。总体上来说“开路状态”和“放电状态”在时间上有一定的关联，无法分别下定义。那让我们讨论一下“放电状态“和“开路状态”的区分吧。“放电状态”必定是一连串发生了“放电”电状态的脉冲，这是“放电状态”的本质。当检测到“放电”发生的时刻，在_Δt的时间内必定再次发生“放电”。“放电状态”的起始时间是起于检测到“放电”发生的时间点的。在检测到“放电”发生的时间点之前，是“开路状态”。“放电状态”期间，如果在_Δt之内没有发生放电，在_Δt的结束时刻，状态就转化为“开路状态”。“开路状态”的起始时刻也正是“放电状态”的结束时刻。这个_Δt因不同的设计而不同，但总能找到一个很宽的范围。_Δt的最小值无限接近于现实中发生两个“放电”脉冲的时间间隔。_Δt的数值最大值可以到无穷大。只是说越接近最小值，效率越高。但略略提高这个值可以增加容错能力，使加工更稳定。现实生活中是不可能取无穷大的。而“短路状态”在脉冲电源中必定是一连串的脉冲都发生了“短路”现象或是RC震荡器中的一个连续的“短路”现象。当检测到一个脉冲为“短路”时或一个短路的开始前沿时，为“短路状态”的开始时间。一般这时的操作是快速回退。当下一次检测到“开路”的时刻。即为“短路状态”的结束时刻，也是“开路状态”的开始时刻。下一次检测到“开路”的时刻，在脉冲电源和RC震荡器中也有些不同。一般来说，再脉冲电源中，扫描检测总是和时钟同步的，当一个脉冲为“开路”即为“开路状态”的开始。而RC振荡器。要保持和放电同步。一般是以放电前沿信号作为同步信号的。然而短路期间没有触发信号了，这个“开路状态”怎样检测呢？自然需要在同步之外，还有一个检测“开路”的程序。可以是一个循环程序，当然也可以是以“短路”的后延作为触发信号的程序。不论如何只要能有效的检测到“开路”电状态就行。 

下面我们讨论一下电状态、电火花放电状态、“间隙范围”以及“开路放电分界面”的关系。我们一般认为当电极由“开路间隙范围”慢慢靠近工件的过程中。当发生“放电”时也就是“放电状态”的起始时刻，即到达非常接近“正常放电间隙范围”的最远端，非常接近“开路放电分界面”的位子，这样也就探测到“开路放电分界面”在那一时刻的位置了。在目前的科技状况下，无论步进电机还是伺服电机乃至光标等记录这一位置都是很简单的事情。知道了“开路放电分界面”的位置只要再知道“短路”位置自然就知道了整个“放电间隙范围”的宽度。再加上实验经验也就了解“间隙范围”的分层情况了。只是“短路”会留下一个热点。但是如果探测到“开路放电分界面”后。立刻切换为小电流，去探测“短路”位置。自然就不会留下有害的热点了。当然无害的“短路”位置测试方法也许还有很多，这只是一种方法。当电压一定，工作介质一定。“放电间隙范围”的宽度就基本上没有多大变化。当然如果工作中介质或电压会变化的情况。也可以根据情况择机测试。所以检测“短路”的次数即使必要时也是很少的。这样把电极放在“放电间隙范围”内的任何深度在目前的科技状态下都是能做到的。 

然而现实和理论总是有一些区别的，首先现实生活中如果只需把电极放在“正常放电间隙范围”时，根本就不需要测试“短路”的位子。因为“正常放电间隙范围”就在“开路放电分界面”偏向工件的旁边，不管它有多深的深度。我们把电极放在“开路放电分界面”偏向工件的边缘，无论如何是非常保守和安全的。还有目前实验中发现一个现象，导致目前在现实生活中这种探测“开路放电分界面”并控制电极所在深度的方法在具体实施时需要一些调整。实验中的现象是，当你检测到放电发生时，电极已经冲入“放电间隙范围”内一定的深度。而且当速度过快时，电极甚至冲到短路的位子之前都不会检测到“放电”发生。从实验现象来讲，结果是电极到达“开路放电分界面”以内，却会有短暂的延时才检测到“放电”。目前经过数次实验，修改了无数次电路，最终无法排除这个现象。由于本人知识的局限性，目前有以下猜测。可以认为是电火花放电本身的特性“当电极到达‘放电间隙范围’，即使电极之间满足‘放电’要求的电学条件，也会有一个短暂的延时才会发生‘放电’现象。”也就是说我们只要控制进给的速度。就可以在检测到“放电”发生的时刻已经把电极放在“放电间隙范围”内我们需要的深度。其实也就是探测“开路放电分界面”和控制电极在“放电间隙范围”内的深度一气呵成的完成了。反而要知道“开路放电分界面”在这一时刻的位子还需要通过实验数据推算出来。当然这个结果也只是最近做实验时发现的。正确性还有待时间的考验。由于有待时间的考验。也可以看做探测时的数据误差导致探测到“放电”时有延时的现象。当然也可能是延时现象和数据误差共同导致的。不过误差从来都是不可避免的，恰恰设计时提高容错能力才是我们需要努力的。目前的实验中使用控制速度，来控制电极在“放电间隙范围”内深度的方法，工作稳定，且加工效果良好，而且由于探测和控制深度一气呵成，效率更高。当然你用慢速进入“放电间隙范围”的方法也还是可以的。总之目的就是要检测“开路放电分界面”并控制电极在“放电间隙范围”内的深度。无论如何我们从理论和现实中都找到了方法来控制电极在“放电间隙范围”内的深度。实践中还需要更多的经验，来完善。如果哪天能消除延时当然更好，精度还可以提升。 

 大多数情况我们要想不发生不良的放电状态。肯定是把电极放在“正常放电间隙范围”内。要达到最高加工速度其实也是要电极最多的时间存在于“正常放电间隙范围”内。因为只要电极在“正常放电间隙范围”内，就会发生正常的放电加工，发生正常的放电加工的时间越多，加工速度自然就越高。以往是用电极进给速度来考虑问题的。“开路”只是速度过慢的信号，不良状态是速度过快的信号。而现在是以间隙范围来思考问题的。只要能保证电极尽可能多的存在于“正常放电间隙范围”内就能达到最高的加工速度。其实如同上面所讨论的，探测“开路放电分界面”自然要判定“开路状态”和“放电状态”的区分位置。判定“开路状态”和“放电状态”必定是要探测“开路”和“放电”的。本质就是要电极不断反复穿越“开路放电分界面”，不断在“放电状态”和“开路状态”之间交替变换。上面我们已经讨论了电极最安全保守的位置。但如果不想那么保守，也可以靠实验得到深度的经验值为放置电极的深度依据，把电极放到“正常放电间隙范围”内更深的位子。 

但不发生不良的放电状态也是一把双刃剑。在加工过程中，也有不已此作为首要目的的时候。任何事物都有它的两面性，当然不良状态必定有它的价值。比如电火花穿孔机，在深孔加工的过程中。有时会要求更深的穿孔深度。这时会放弃不发生不良状态的要求。而且在这样的工况下也很难达到不发生不良状态的要求。深孔中，介质液难以交换。加工产物不断堆砌。在放电间隙之间充斥着不良混合介质。包括加工液、加工金属微粒产物、电解气体。当恶化到一定的程度，最终的结果必定是丧失放电加工的先决条件。既然放电加工的先决条件都丧失了，必定也就没有了电火花放电的概念，同时也就没有了“放电间隙”的概念。即使你的电极还是放在以前“正常放电间隙范围”内。“短路”不可避免必定发生。同样可能遇到这种情况的电火花设备，都会允许不良放电状态发生。甚至由于成本限制或是设备老化，导致机械的不稳定，也会发生短路现象。然而这种工况，我们仍然不需要测试“短路”的具体位置来了解“放电间隙范围”的深度。因为这种短路是被迫的。我们的目的仍然没有改变，还是把电极放在“正常放电间隙范围”。另外，任何事物都有它的两面性。所谓的不良状态，只是目前的科学定义。总有一天，也会发现它们的用处。从上面的讨论中我们讨论了“放电间隙范围”深度的探测和电极在“放电间隙范围”内深度的控制。我们用这样的方法就可以控制电极在“放电间隙范围”内的任意深度来达到我们的目的，产生我们需要的加工效果。而在允许不良状态发生的情况下，一个重要电火花放电状态“短路状态”出现了。所以“短路”也要加入电状态检测的范围。 

由于只有不允许不良状态发生和允许不良状态发生的两种状态。并且虽然“过度电弧”“稳定电弧”从逻辑上是存在的，但在现实中我们成功的绕开了对它们的判定。我们担心的内容是：是否“开路”、“放电”和“短路”。我们把需要检测的电状态简化为：“‘开路’ 、‘放电’”以及 “‘开路’ 、‘放电’、 ‘短路’”。两种组合。需要判定的电火花放电状态也简化为“‘开路状态’、‘放电状态’”以及“‘开路状态’、‘放电状态’、‘短路状态’”两种组合。 

以前使用统计的方法来控制放电间隙，天生的延迟不可避免。现在简单了。我们要了解的是某一时刻是否为“开路”、“放电”或“短路”。电火花放电状态和电状态又有清晰的时间关系。“开路状态”时就快速进给把电极放入“放电间隙范围”内我们需要的深度。在电极存在于“放电间隙范围”内时，必定会探测到“放电”的电状态。电火花放电状态转化为“放电状态”。你可以使用很多种方法再次探测“开路状态”。一旦探测到“开路状态”，尽快把电极放入“放电间隙范围”内我们需要的深度。你可以看出来，状态探测没有模糊性，都有明显可区分的特征，而且有明确的时间关系。很容易在状态发生转变的时刻下达控制指令。从而也就避免了使用统计方法和它与生俱来的延迟性。我们每一个状态的转换时间点正是执行操作的转换时间点。 

这样当我们要求不允许发生不良状态时。可实施的方法和步骤的组合很多，无法一一罗列，以下只是举例： 

a、当“开路状态”时，以适当的速度靠近工件，检测到“放电”表示到达“正常放电间隙范围”内，状态转变为“放电状态”。这时放电加工开始。你可以很保守的让电极进给停止，由于加工会导致电极和工件的距离增加，只需等待这一周期放电结束，电极移出“正常放电间隙范围”。自然也就探测到了“开路状态”。于是又执行“开路状态”的操作，继续进给进入下一周期的放电。

b、可以在a的基础上根据大量实验数据的经验在检测到“放电状态”时稍微延时，再继续进入 “正常放电间隙范围”内更接近工件的位置。然后等待这一周期放电结束，检测到“开路状态”，执行“开路状态”的操作，继续进给进入下一周期的放电。 

c、    在a、b的基础上。当电极进入“正常放电间隙范围”内，也可以在“正常放电间隙范围”内震动。以增加工作介质的交换。 

d、    在a、b、c基础上这个电极当然也可以在进入“正常放电间隙范围”内时择机主动离开这个“正常放电间隙范围”，到达“开路间隙范围”内，重新探测“开路放电分界面”并把电极放到合适的位子。这样工作介质交换更加充分。 

允许发生不良状态时同样有很多方法和步骤的组合。以下只是一个举例，无法一一罗列： 

a、 当“开路状态”时，电极以合适的速度靠近工件。检测到“放电”时表示到达“放电间隙范围”内，转化为“放电状态”。这时就让电极进给停止，然后等待这一周期放电结束，当探测到“开路状态”时，继续进给进入下一周期的放电。期间任何时候发生“短路”，尽快执行回退操作以消除“短路状态”，待检测到“开路”时，执行“开路状态”的操作，再次进给进入下一个放电周期。

b、可以在a的基础上当检测到“放电”时根据经验稍微延时，再继续进入 “放电间隙范围”内更接近工件的位子。然后等待这一周期放电结束，继续进给进入下一周期的放电。期间任何时候发生“短路”现象，尽快执行回退操作以消除“短路状态”，待检测到“开路”时，执行“开路状态”的操作，再次进给进入下一个放电周期。 

c、在a、b的基础上。当进入“放电间隙范围”内，可以进行一个微小的震动。以增加工作介质的交换。增加穿孔机的极限穿孔深度。期间任何时候发生“短路”现象，尽快执行回退操作以消除“短路状态”，待检测到“开路”时，执行“开路状态”的操作，再次进给进入下一个放电周期。 

d、  在a、b、c基础上这个电极在“放电间隙范围”内时当然也可以离开这个“放电间隙范围”，定期把电极退出工件最高点，以保证工作介质充分交换。期间任何时候发生“短路”现象，尽快执行回退操作以消除“短路状态”，待检测到“开路”时，执行“开路状态”的操作，再次进给进入下一个放电周期。 

再讨论一下精度问题。比如脉冲电源有3000赫兹。那当我们以这个频率检测电状态。如果这样的频率来驱动步进，当步进为8细分，丝杆牙距1.5mm时，进给速度为2.8125mm/s.远高于电火花加工进给速度单位mm/分钟。必定驱动步进的频率远小于3000赫兹。所以在实际加工过程中，每进给一个微小的空间距离（步进进给一步的进给行程0.0009375mm），会扫描很多次。从实际应用中是可行且相当精确的。不管是一个微小的时间段，还是一个微小的空间段。都可以进行大量次数的探测。而且精度还有很大的上升空间。 

我们再看看扫描电状态的具体方法。在高频电源中，一般由时钟产生连续的脉冲。可以所有状态检测都与脉冲放电保持同步。一般直接由时钟触发中断就行了。当然你也可以像RC震荡电源中一样，以放电的前沿作为触发信号来触发中断保持同步。然后在中断程序中写入状态检测和执行操作的功能程序就可以了。还有开路信号的检测，在脉冲电源中，开路的检测也可以和时钟保持同步。而RC震荡器中，由于同步是由放电脉冲的前沿触发的。在短路时没有脉冲信号。这时怎样扫描“开路”呢？自然还需要一个扫描“开路”的功能程序。它可以是一个循环程序，也可以是由短路的尾沿触发的程序。当然这只是例子，扫描电状态你可以使用不同的方法。目的是准确的扫描各个电状态，为点火花放电状态判定服务。 

关于检测电路，那更是仁者见仁，智者见智了。相信对任何有正常电路设计能力的人来说都是没有问题的。 

具体形态变化范围太大了，下面我们只能从编程中的逻辑结构具体举例加以说明。

实施例一： 

逻辑如下：

A、 一旦检测到放电线路中有达到放电电流大小的电流流过的时刻即被认为是“放电状态”起始时刻。 执行结果是电极“静止”_Δt的时间。

B、 当“放电状态”之前或当“放电状态”中一次放电后延时的_Δt时间内没有检测到“放电”发生的时刻即为“开路状态”的起始时刻。执行结果是电极维持恒定速度V_a靠近工件。 

其中V_a是个恒定速度。目前实验数据显示，V_a可以取一个相当宽的数值。我们来分析一下整个工作过程吧。当距离太远，“开路状态”执行结果是维持恒定速度V_a靠近工件。在距离靠近的过程中电极穿过了“开路放电分界面”达到了“正常放电间隙范围”内。及产生了正常的电火花放电。检测为“放电状态”，执行“静止”_Δt时间的操作。正常放电继续进行。_Δt只需要略大于连续的两次电火花“放电”发生的时间就行了。这样只要在_Δt内又发生了电火花放电,继续再延时_Δt，加工电极任然“静止”在那里，等待下次“放电”。当在一次“放电”发生后_Δt时间内没有检测到电火花放电，表示电极穿过“开路放电分界面”进入了“开路间隙范围”。即被判定为“开路状态”，这时立即启动电极维持恒定速度V_a靠近工件的执行操作。进给恒定速度V_a非常快，距离又很短。这样很快再次进入“正常放电间隙范围”内，完成一个工作循环。工作中有但几乎不会感到电火花放电的间隔时间。整个过程积极主动，能自动适应工况，加工速度能够随时保持非常接近最高加工速度，并且避免了不良状态的发生。实验过程中。在保证加工环境良好甚至稍微恶劣的加工环境下，观察结果非常理想。 

实施例二： 

我们使用以下逻辑关系。

A、 当电极之间的电压低到短路电压值的时刻即被认为是“短路状态”的起始时刻。“短路状态”直到检测到“开路”结束。执行结果是电极维持恒定速度V_b远离工件。 

B、 当非短路状态，测到放电线路两端的电压下降达到“放电”的判断标准的时刻，即被认为是“放电状态”的开始时刻。 执行结果是电极“静止”_Δt的时间。 

C、 当“放电”状态之前或“放电”状态中一次放电后延时_Δt时间内没有发生放电的时刻，即为“开路状态”。包括“短路状态”后也为“开路状态”。开路状态的起始时刻执行结果是电极维持恒定速度V_a靠近工件。 

因为在正常条件下我们排除掉了不良状态。制造机械故障导致短路，似乎也没太大意义。于是“短路状态”只能在极端恶劣的情况下才能遇见。为了了解极端恶劣的情况是否能正常工作。我们做了以下实验。在很小的容器内，很少的不良介质液体（自来水）。没有冲介质液的环境，介质液也不流动。实心铜棒进行深孔的实验。铜棒直径2mm。当加工一段时间后介质液极其浑浊，在加工到3mm之前没有检测到短路和执行回退操作的现象。随着介质液的恶化与电极的深入。介质液难以进入深孔，放电产物也难以排除。还伴随着电解过程产生的气体。这时加工环境极端恶劣。电火花加工的先决条件丧失。只有使电极远离工件，注入本来就不新鲜的工作液并带走放电加工的产物以及电解气体，才能继续工作。实验结果，当加工到大约3毫米时。检测到“短路”状态并开始有电极后退的操作执行。随着电极的继续深入，平均进给速度变慢。电极回退频率增加。在这样极端恶劣的情况下，实验机仍然继续工作。完成30mm工件打通的穿孔任务。 

实施例三： 

如实施例一，把暂停和开始控制链接到成套的CNC控制设备。由于一般的成套CNC设备一般没有设置回退操作。只有保证加工环境和机械的良好以保证不发生“短路”状态。这样只要G代码（流行的数控代码）中的F值（进给速度值）在合适的范围内。即使5轴乃至5轴以上的加工都没有任何问题。

实施例四： 

如实施例二，如果成套CNC设备加入了回退操作。就可吧暂停、开始和回退的控制链接到成套的CNC设备。只要G代码（流行的数控代码）中的F值（进给速度值）在合适的范围内。即使5轴乃至5轴以上的加工都没有任何问题。

  

实施例五：

如实施例一、实施例二、实施例三和实施例四，只是把恒定速度改为可变的速度。只要在适当的速度范围内，就算V_a和V_b不断连续变化，对整个加工结果都没有多大影响。

实施例六： 

如实施例一、实施例二、实施例三、实施例四和实施例五。把“当检测到‘放电状态’的时刻，立刻执行电极‘静止’_Δt的时间的操作”，改为“检测到‘开路状态’后的第一次‘放电’发生时刻延时t_a 再执行电极‘静止’_Δt时间的结果”。其它的“放电”状态执行结果不变。但必须保证电极不会冲入不良放电间隙范围。这样可以适应在电火花成型加工过程中电极过重并且惯性过大，需要适当的减速时间的工作情况。而且一般的CNC步进电机控制，其实都是有一个减速时间的。

其实，细心的人都能看到。这个放电间隙控制方法。还有非常不错的容错性能。比如。当发生第一次脉冲放电时没检测到。没问题呀。电极反正都要冲进去一点点的。毕竟“正常放电间隙范围”也是有一定宽度的。当我们的目的是把电极放在“开路放电分界面”很近的位子时，最安全。多几个“放电”脉冲没有检测到也不会冲出“正常放电间隙范围”。如果放电脉冲中间也有没有检测到的“放电”。也没问题呀。你可以把_Δt设置的稍微大一点点。只是稍微的降低加工的效率。而且这一点效率的降低也是微乎其微的。本来放电检测的时间间隔就短。比如3000赫兹的脉冲，那检测的时间间隔就是1/3000秒。就算把安全等级提高10倍，_Δt的数值也是1/300秒。这么小的延时时间对现实的加工真的是微乎其微。如果脉冲电源的频率非常的高，这个延时更是可以忽略的。其实一般还是很容易保证准确的。只是考虑到干扰和给设备留下一定的容错性能，这样的有容错性能的设备能更稳定的适应更加严酷的工业加工环境，更好的保证精度。 

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。 

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替代。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。  

Claims (7)

1.一种电火花加工设备放电间隙控制方法，其特征在于这种控制方法是根据非统计方法做出控制决定的。

2.一种电火花加工设备放电间隙控制方法，其特征在于这种控制方法是通过不断探测“开路放电分界面”为方法，保证电极尽可能多的存在于“正常放电间隙范围”为目的来保证最高效率加工速度的。

3.一种电火花加工设备放电间隙控制方法，其特征在于这种控制方法是通过控制电极在“放电间隙范围”内的深度来控制加工效果的。

4.一种电火花加工设备放电间隙控制方法，其特征在于这种控制方法在必要的时候可以通过检测“开路放电分界面”和“短路”的位置来测试“放电间隙范围”的深度。

5.一种电火花加工设备放电间隙控制方法，其特征在于需要检测的电状态简化为：“‘开路’ 、‘放电’”和 “‘开路’ 、‘放电’、 ‘短路’”两种组合。

6. 一种电火花加工设备放电间隙控制方法，其特征在于需要判定的电火花放电状态简化为：“‘开路状态’ 、‘放电状态’”和 “‘开路状态’ 、‘放电状态’、 ‘短路状态’”两种组合。

7.如权利要求6所述一种电火花加工设备放电间隙控制方法，其特征在于 “开路状态”和“放电状态”是通过真实发生了“放电”的脉冲间隔时间长短来区分的。

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