李強(qiáng)，朱國征，白基成

(哈爾濱工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001)

微細(xì)電火花加工機(jī)床開放式數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用

李強(qiáng)，朱國征，白基成

(哈爾濱工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001)

為了實(shí)現(xiàn)我國具有微細(xì)陣列孔結(jié)構(gòu)的工業(yè)級精密微噴關(guān)鍵部件的自主開發(fā)，圍繞微細(xì)電火花加工的關(guān)鍵技術(shù)，在研制具有多種功能的微細(xì)電火花機(jī)床基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于PMAC運(yùn)動控制卡和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的開放式數(shù)控系統(tǒng)。分析了工作臺控制系統(tǒng)、線電極磨削控制系統(tǒng)、電火花脈沖電源控制系統(tǒng)、工作液控制系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)等部分的相關(guān)組成及控制方案。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)較高的機(jī)床運(yùn)動精度，滿足了微細(xì)電火花加工中對脈沖電源信號控制和反饋的具體加工需求，保證了微細(xì)電極的在線制作以及微細(xì)陣列孔的加工，對我國微細(xì)電火花加工技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

微細(xì)電火花；微細(xì)陣列孔；PMAC卡；開放式數(shù)控系統(tǒng)

微細(xì)陣列孔作為一種典型的微細(xì)結(jié)構(gòu)在精密儀器、航空航天、微機(jī)械、化纖等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。電火花加工作為一種非接觸式的加工方法，在加工中具有加工應(yīng)力小，工件損耗小等優(yōu)點(diǎn)，在微細(xì)制造業(yè)中具有無可比擬的優(yōu)勢[1]。因此開展對微細(xì)陣列孔電火花加工技術(shù)的研究，對實(shí)現(xiàn)我國工業(yè)級精密微噴關(guān)鍵部件的自主開發(fā)及生產(chǎn)具有重要意義。數(shù)控系統(tǒng)作為微細(xì)電火花加工機(jī)床的主要組成部分之一，對機(jī)床的運(yùn)動精度、加工性能以及穩(wěn)定性都有較大的影響[2]。一般分為傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)和開放式的數(shù)控系統(tǒng)。目前，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)系統(tǒng)大多采用專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，軟、硬件對用戶封閉，產(chǎn)品的彼此不兼容使得數(shù)控系統(tǒng)難以進(jìn)行結(jié)構(gòu)的改變和功能的擴(kuò)展，不能滿足微細(xì)電火花加工技術(shù)的發(fā)展要求；開放式數(shù)控系統(tǒng)具有穩(wěn)定、可靠和全面開放的特點(diǎn)，同時能夠滿足本文對微細(xì)陣列孔加工的特殊要求。開放式數(shù)控系統(tǒng)最早出現(xiàn)于美國，并在歐美等發(fā)達(dá)國家迅速發(fā)展，而國內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)研究發(fā)展較慢，并且高檔數(shù)控系統(tǒng)也一直受到相關(guān)的技術(shù)封鎖[3]。本文采用美國Delta Tau公司研制的基于ISA總線的PMAC多軸運(yùn)動控制卡作為開放式數(shù)控系統(tǒng)的核心處理部件，該運(yùn)動控制卡具有開放性的硬件以及開放性的軟件結(jié)構(gòu)[4]，支持多種工作平臺的多功能軟件，既能與步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)等多種電機(jī)連接，又能接受各種檢測元件的反饋信號，具有強(qiáng)大的邏輯功能和判斷能力?；赑C機(jī)的嵌入式運(yùn)動控制卡能夠在保證開放性控制系統(tǒng)性能的同時，具有降低研發(fā)成本，減小體積等多種優(yōu)勢[5]。因此本文以Windows操作系統(tǒng)為軟件平臺、VC++為開發(fā)工具，針對微細(xì)電火花加工技術(shù)的特點(diǎn)，研制了一種基于PC +PMAC具有開放式操作的數(shù)控系統(tǒng)，加速了微細(xì)電火花加工技術(shù)的發(fā)展。

1 開放式數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

微細(xì)電火花加工的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：高精度微小進(jìn)給裝置；微細(xì)電極制作技術(shù)；微小能量的加工電源；與其他技術(shù)組合的新型加工技術(shù)；加工過程的監(jiān)控技術(shù)[6]。本文研究的微細(xì)電火花加工機(jī)床與傳統(tǒng)的微細(xì)電火花加工機(jī)床相比[7]，具有更高精度的工作臺進(jìn)給、微能脈沖電源供電、塊電極制作、線電極制作、在線測量、工作液制備等多種功能，可以實(shí)現(xiàn)微細(xì)陣列孔工件的小批量生產(chǎn)。因此，本文主要從以下幾個部分對微細(xì)電火花加工機(jī)床的開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究。

1.1 開放式數(shù)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本文研制的控制系統(tǒng)主要是PMAC運(yùn)動控制卡以及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。工控機(jī)主要完成非實(shí)時任務(wù)，包括程序編寫和參數(shù)設(shè)置，而實(shí)時任務(wù)性較強(qiáng)的事件主要由插入工控機(jī)擴(kuò)展槽的PMAC運(yùn)動控制卡完成。

機(jī)床的工作臺運(yùn)動系統(tǒng)主要功能是實(shí)現(xiàn)X/Y/Z三軸聯(lián)動，本文中的X/Y/Z三軸均采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動精密滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)工作臺進(jìn)給，再由伺服電機(jī)的編碼器反饋構(gòu)成位置閉環(huán)修正進(jìn)給，同時在機(jī)床本體上裝配精密光柵尺測量工作臺位移，將測量結(jié)果反饋給運(yùn)動控制卡。線電極磨削控制系統(tǒng)包括線電極磨削裝置、收絲伺服電機(jī)、恒張力控制等，保證電極絲在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的穩(wěn)定性。電火花加工控制系統(tǒng)主要由脈沖電源控制部分以及放電狀態(tài)檢測部分組成，保證了電火花加工過程中的高效性和穩(wěn)定性。此外，機(jī)

床采用高純度去離子水作為加工工作液，工控機(jī)通過繼電器等開關(guān)電路對其進(jìn)行控制。

圖1 微細(xì)電火花機(jī)床控制系統(tǒng)總體方案Fig. 1 The program of CNC system for micro-EDM device

1.2 工作臺控制系統(tǒng)

在微細(xì)電火花加工中，由于微細(xì)電火花加工的脈沖放電能量小，蝕除速度緩慢，而且放電間隙只有數(shù)微米，可供調(diào)節(jié)的間隙范圍有限，這就要求機(jī)床工作臺控制系統(tǒng)具有很高的響應(yīng)速度和控制靈敏度[8]。本文的工作臺運(yùn)動系統(tǒng)主要控制機(jī)床的工作臺分別沿X/Y/Z三方向的預(yù)定軌跡精確運(yùn)動，控制策略如圖2所示，保證了微細(xì)電火花加工機(jī)床的位置控制精度，達(dá)到理想的加工效果。

圖2 機(jī)床工作臺控制策略示意圖Fig. 2 The schematic diagram of motion control system

圖2中，工作臺控制系統(tǒng)由輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、工控機(jī)、PMAC卡、伺服電機(jī)、光柵、限位開關(guān)等部分組成。PMAC卡作為控制系統(tǒng)核心，實(shí)現(xiàn)了伺服電機(jī)的驅(qū)動控制、機(jī)床位置的采樣處理、誤差補(bǔ)償以及外部電路響應(yīng)等多種功能。X/Y/Z三軸工作臺是機(jī)床的主體部分，其中X/Y工作臺采用二維交叉式直線滾動導(dǎo)軌，降低了工作臺質(zhì)量和慣量，提高了靈敏度，Z軸為機(jī)床主軸所在工作平臺。PMAC卡發(fā)送PWM信號控制了三軸伺服電機(jī)，伺服電機(jī)通過柔性聯(lián)軸器驅(qū)動高精密滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，使工作臺在導(dǎo)軌上按照預(yù)訂軌跡往返運(yùn)動。同時，伺服電機(jī)驅(qū)動器接收編碼器反饋的位置信號，對輸出脈沖信號進(jìn)行修正，達(dá)到位置閉環(huán)控制效果。通過設(shè)定伺服電機(jī)驅(qū)動器的電子齒輪，工作臺的移動精度最終達(dá)到了單脈沖20 nm。為了實(shí)時監(jiān)測工作臺的移動位置，運(yùn)動控制系統(tǒng)采用了分辨率較高的Renisshaw光柵尺，光柵尺信號通過細(xì)分盒后可達(dá)到單脈沖20 nm的矩形脈沖信號，脈沖信號反饋至PMAC卡，準(zhǔn)確地反映出工作平臺的位置。另外X/Y/Z三軸的限位開關(guān)采用光電式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確判斷機(jī)床是否處于工作行程范圍內(nèi)，并及時將光電信號轉(zhuǎn)換為電平信號反饋給PMAC卡。

機(jī)床工作臺控制系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)工作臺定點(diǎn)、定位移動，也能實(shí)現(xiàn)恒速連續(xù)運(yùn)動。作為微細(xì)電火花機(jī)床，其運(yùn)動精度要求較高，而在機(jī)床安裝過程中很難達(dá)到所需要求，所以在機(jī)床使用前必須進(jìn)行螺距誤差補(bǔ)償。本機(jī)床的補(bǔ)償策略采用軟件誤差補(bǔ)償方法，是根據(jù)PMAC卡供應(yīng)商提供的配套軟件Pewin32實(shí)現(xiàn)的。軟件誤差補(bǔ)償方法是利用計(jì)算機(jī)輔助補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏㄎ徽`差，具有靈活性大，補(bǔ)償量修改方便等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)楸疚牡墓ぷ髋_行程較小，X/Y/Z三軸工作臺的行程分別為120/100/80 mm，并且不易于裝夾激光干涉儀的干涉鏡和反射鏡，所以本文采用工作臺上安裝精密光柵尺對工作臺的定位誤差進(jìn)行測量。機(jī)床的實(shí)際應(yīng)用過程中，工作臺的移動距離是不確定的。本文采用采樣點(diǎn)之間間距不定的方法，對機(jī)床的定位誤差進(jìn)行測量，其中X軸的測量結(jié)果如圖3所示。

圖3 X軸誤差補(bǔ)償前的定位誤差Fig. 3 The measurements of positioning error for X axis without error compensation

從圖3中可以看出X軸在補(bǔ)償前，螺距累積誤差較大，對微細(xì)電火花加工存在很大的影響，最大可達(dá)12.3 μm，并存在一定的反向間隙誤差，約為1.7 μm，因此根據(jù)軟件誤差補(bǔ)償方法進(jìn)行補(bǔ)償。誤差補(bǔ)償?shù)臄?shù)據(jù)測量時，每個采樣點(diǎn)之間的距離均相等，為4 mm，X軸工作臺總行程120 mm的采樣點(diǎn)數(shù)目為30個。多次測量每個采樣點(diǎn)的定位誤差，并取得平均值。根據(jù)PMAC卡的絲杠補(bǔ)償功能以及伺服電機(jī)的電子齒輪計(jì)數(shù)單位，計(jì)算每個采樣點(diǎn)處的補(bǔ)償脈沖數(shù)，輸入到間隙補(bǔ)償表和絲杠補(bǔ)償表，可以達(dá)到雙向補(bǔ)償?shù)男Ч罱KX軸經(jīng)過補(bǔ)償后得到的定位誤差如圖4所示。可以看出，X軸在補(bǔ)償后螺距累積誤差以及反向間隙誤差均得到了較大的改善。應(yīng)用同樣的方法，Y/Z軸的采樣個數(shù)分別為25和20，在進(jìn)行螺距累積誤差補(bǔ)償和反向間隙誤差補(bǔ)償后，獲得的Y/Z軸工作臺的定位誤差如圖5、6所示。最終按照國標(biāo)的規(guī)定，分別對X/Y/Z軸工作臺進(jìn)行多次測量，計(jì)算得到X/Y/Z三軸工作臺的重復(fù)定位精度分別為2.9/4.2/2.3 μm，達(dá)到了微細(xì)電火花加工的要求。

圖4 X軸誤差補(bǔ)償后的定位誤差Fig. 4 The measurements of positioning error for X axis with error compensation

圖5 Y軸誤差補(bǔ)償后的定位誤差Fig. 5 The measurements of positioning error for Y axis with error compensation

圖6 Z軸補(bǔ)償后的定位誤差Fig. 6 The measurements of positioning error for Z axis with error compensation

1.3 微細(xì)脈沖電源及伺服運(yùn)動控制系統(tǒng)

微細(xì)脈沖電源作為微細(xì)電火花加工機(jī)床的重要組成部分之一，脈沖電源的優(yōu)劣對微細(xì)電火花加工存在較大的影響[9]，特別是放電狀態(tài)檢測模塊是機(jī)床實(shí)現(xiàn)伺服運(yùn)動的重要組成部分，因此脈沖電源及其檢測是數(shù)控系統(tǒng)不可或缺的一部分。本文的微細(xì)脈沖電源采用了自主研發(fā)的多種電加工模式、能量可選范圍較大的納秒級加工脈沖電源，其控制示意圖如圖7所示。

圖7中，工控機(jī)通過RS485接口控制格爾仕公司研制的DWW-2型直流電源，設(shè)定主回路中的開路電壓以及最大電流值，并為功放電路提供所需的穩(wěn)壓直流電源。主振電路、驅(qū)動電路、功放電路主要通過控制晶體管關(guān)斷為微細(xì)電火花加工提供所需的加工脈沖電源。

圖7 微細(xì)脈沖電源控制系統(tǒng)示意圖 Fig. 7 The diagram of micro-pulse power control system

在電火花加工過程中，脈沖電源正、負(fù)兩極分別連接到工件和電極，實(shí)現(xiàn)工件的放電蝕除。放電狀態(tài)檢測部分通過實(shí)時測量放電兩極之間的平均電壓，然后壓頻轉(zhuǎn)換電路將電壓信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號，并經(jīng)過檢測電路處理后，將兩極之間的放電狀態(tài)反饋信號返回至PMAC卡，實(shí)時的顯示、判斷電火花加工的放電加工狀態(tài)。

電火花加工一般分為短路、開路以及正常放電3種放電加工狀態(tài)，本研究的機(jī)床運(yùn)動就是根據(jù)放電兩極之間的放電加工狀態(tài)轉(zhuǎn)換的壓頻信號來實(shí)現(xiàn)對機(jī)床的伺服運(yùn)動進(jìn)行控制，如圖8所示。

圖8 機(jī)床電機(jī)伺服控制策略Fig. 8 The servo control strategy of micro-EDM device

開路時，放電兩極之間的間隙大于放電間隙，需要機(jī)床實(shí)現(xiàn)快速進(jìn)給提高工作效率，對應(yīng)開路速度Va；短路時，放電兩極之間的間隙小于放電間隙，需要機(jī)床快速回退，避免電極和工件損壞，對應(yīng)短路速度Vb；正常放電時，放電兩極之間的間隙約等于放電間隙，需要機(jī)床根據(jù)正常放電時的平均電壓，自適應(yīng)調(diào)整機(jī)床的進(jìn)給速度，正常放電狀態(tài)下最大和最小的電機(jī)伺服速度分別為VU和VL。在數(shù)控系統(tǒng)中Va、Vb、VU、VL均能夠根據(jù)實(shí)際加工狀況進(jìn)行在線調(diào)節(jié)，滿足不同加工要求的同時，提高放電穩(wěn)定性和加工效率。

1.4 線電極磨削控制系統(tǒng)

本文研制的機(jī)床最終目的是加工固定間距的微細(xì)陣列群孔，而微細(xì)陣列群孔的加工需要制備微細(xì)電極，微細(xì)電極的在線制作主要有塊電極磨削和線電極磨削兩種方法[10]。本數(shù)控系統(tǒng)為提高加工效率以及加工質(zhì)量，選擇了加工效率較高的塊電極磨削作為粗磨削加工以及加工質(zhì)量較高的線電極磨削作為精磨削加工。塊電極磨削采用銅粉燒結(jié)而成的銅塊作為塊磨削電極，電極軸沿徑向方向進(jìn)給，達(dá)到粗磨削的效果，進(jìn)給控制比較簡單，而線電極磨削需要配套的線電極磨削裝置，其控制相對復(fù)雜。

線電極磨削裝置，如圖9所示，主要包括儲絲筒、磁滯制動器、導(dǎo)輪、導(dǎo)電輪、收絲電機(jī)等[11]。線電極磨削控制系統(tǒng)的主要目的是保證線電極磨削裝置中電極絲的恒速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)以及電極絲的恒定張緊力，因此本文采用了伺服電機(jī)恒扭矩驅(qū)動電極絲的移動，雙磁滯制動器產(chǎn)生恒定阻尼，控制電極絲內(nèi)部張緊力恒定，最終形成的控制系統(tǒng)如圖10所示。

圖9 線電極磨削裝置示意圖Fig. 9 The movement wire system of WEDG

圖10 線電極磨削裝置控制示意圖Fig. 10 The schematic diagram of WEDG control system

本文使用三菱伺服電機(jī)作為收絲電機(jī)，既可采用脈沖脈寬調(diào)制信號(PWM)進(jìn)行位置控制，又可以采用模擬量信號進(jìn)行速度和轉(zhuǎn)矩控制?？紤]到微細(xì)電火花加工中線電極絲速較低并且穩(wěn)定，通過PMAC卡輸出收絲控制信號，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)后實(shí)現(xiàn)控制伺服電機(jī)，同時控制系統(tǒng)將電機(jī)編碼器的反饋信號發(fā)送至PMAC卡中，構(gòu)成位置閉環(huán)[12]，使伺服電機(jī)以恒定的轉(zhuǎn)速和扭矩旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動電極絲在導(dǎo)輪上移動，電極絲的絲速約為1mm/min。

磁滯制動器a固定于儲絲筒之上，其主要目的是減小儲絲筒受慣性力的影響。磁滯制動器b安裝于導(dǎo)輪之間，其主要目的是調(diào)節(jié)電極絲的恒定張緊力，使電極絲與導(dǎo)電輪接觸良好，以及電極絲在放電加工位置穩(wěn)定。磁滯制動器通電后的扭矩與電流成正比關(guān)系，因此對磁滯制動器的控制是通過改變電流來實(shí)現(xiàn)的。本文通過工控機(jī)控制微處理器輸出PWM，經(jīng)過脈寬調(diào)制電路處理后輸出對應(yīng)關(guān)系的直流電信號，分別對磁滯制動器a和b進(jìn)行控制。由收絲電機(jī)控制部分以及磁滯制動器控制部分組成的微細(xì)電火花線電極磨削控制系統(tǒng)，經(jīng)過大量試驗(yàn)驗(yàn)證，能夠保證線電極磨削裝置的正常、穩(wěn)定加工，比較準(zhǔn)確的磨削特定尺寸的高質(zhì)量微細(xì)電極。

1.5 工作液制取控制系統(tǒng)

本文的工作液采用了高純度的去離子水，運(yùn)用三級過濾裝置，使去離子水電阻率不小于16MΩ·cm。去離子水制取及其控制系統(tǒng)如圖11所示。工控機(jī)通過PMAC卡控制開關(guān)電路，分別對三級循環(huán)離子樹脂過濾部分的開關(guān)閥、水泵以及抽取去離子水作為工作液的供給泵進(jìn)行控制。電阻率測量儀實(shí)時監(jiān)測去離子水的電阻率，并按照一定的頻率反饋檢測信號給PMAC卡，判斷去離子水是否達(dá)到加工所需要求。同時水位傳感器實(shí)時判斷工作液是否低于正常水位，并發(fā)送反饋信號于PMAC卡進(jìn)行處理。工作液控制系統(tǒng)能夠使去離子水通過三級過濾裝置后，滿足高純度去離子水的要求，也保證了微細(xì)電火花的正常加工。

圖11 去離子水工作液制取控制示意圖Fig. 11 The diagram of working fluid control system

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及其組成部分詳細(xì)的設(shè)計(jì)，本文研制了基于PMAC卡的微細(xì)電火花數(shù)控系統(tǒng)的硬件部分。由于微軟的VC++開發(fā)軟件具有面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，便于與上位機(jī)進(jìn)行通訊連接、編程周期短等優(yōu)點(diǎn)，本文運(yùn)用其對微細(xì)電火花機(jī)床控制系統(tǒng)進(jìn)行了程序開發(fā)，編寫了數(shù)控軟件，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖12所示。

圖12 數(shù)控系統(tǒng)軟件部分示意圖 Fig. 12 The diagram of software design for numerical control system

從圖11中可知微細(xì)電火花數(shù)控系統(tǒng)不僅具有一般電火花加工機(jī)床的功能，而且針對微細(xì)陣列孔加工的特殊要求增加了孔中心定位、線電極裝置控制、去離子水裝置控制、工藝參數(shù)庫等功能。

本文使用的工件是通過2個定位孔來實(shí)現(xiàn)定位的，陣列孔的加工位置坐標(biāo)也均是基于定位孔中心坐標(biāo)設(shè)定的?？字行亩ㄎ还δ?，是使用電火花加工技術(shù)中接觸感知的方法確定兩個定位孔中心點(diǎn)的位置坐標(biāo)，然后自動生成加工坐標(biāo)系，在加工坐標(biāo)系中移動到陣列孔加工的特定位置。工藝參數(shù)庫包含了微細(xì)脈沖電源中可設(shè)定的多種電加工參數(shù)，如開路電壓、電阻、電容、脈寬、脈間等，同時可以根據(jù)所選的電加工參數(shù)對伺服進(jìn)給參數(shù)進(jìn)行選擇，使脈沖電源的放電能量可選范圍變大。

3 加工案例

本文采用上述的開放式數(shù)控系統(tǒng)，通過多次試驗(yàn)及調(diào)試得到合適的加工參數(shù)，可以順利的加工直徑約45μm，直徑偏差不大于1μm，長徑比大于16的電極軸。應(yīng)用所加工的微細(xì)電極，加工了2×128的陣列孔，孔間距0.558 8mm，孔間距誤差約1.5μm，如圖13所示。單個微細(xì)孔的加工時間約10s，2×128的陣列孔孔徑為50±1μm，通過電子掃描顯微鏡獲得微細(xì)孔的微觀圖如圖14所示。

圖13 2×128陣列孔的孔間距誤差Fig. 13 The position deviation of distances between each two holes in 2×128 micro array holes

圖14 單個微細(xì)孔的SEM圖Fig. 14 SEM photograph for one micro hole

4 結(jié)論

本文在分析研究微細(xì)電火花加工的關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對微細(xì)電火花加工中存在的工作臺高精度運(yùn)動控制、線電極磨削裝置恒張力控制、電火花放電狀態(tài)檢測等技術(shù)難點(diǎn)，構(gòu)建了基于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和PMAC運(yùn)動控制卡的開放式數(shù)控系統(tǒng)。這種數(shù)控系統(tǒng)在本文的微細(xì)電火花加工中得到了很好的運(yùn)用，使X、Y、Z三軸工作臺的重復(fù)定位精度分別達(dá)到了2.1、4.2、2.3 μm。線電極磨削裝置能夠?qū)崿F(xiàn)恒張力控制，最終可以比較穩(wěn)定的獲得直徑約45 μm，直徑偏差不大于1 μm，長徑比大于16的電極軸。脈沖電源控制系統(tǒng)可以為微細(xì)電火花加工提供所需的加工脈沖電源，同時通過實(shí)時檢測兩極之間的放電狀態(tài)，為加工過程中的伺服進(jìn)給提供了判斷依據(jù)。去離子水裝置控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電阻率不小于16 MΩ·cm的去離子水制取，并為微細(xì)電火花放電加工提供工作液。利用該控制系統(tǒng)，微細(xì)電火花加工機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定加工2×128陣列孔，孔間距誤差小于約1.5 μm，孔徑誤差小于2 μm。

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Development and application of open CNC system for micro-EDM machine

LI Qiang, ZHU Guozheng, BAI Jicheng

(School of Mechatronics Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)

In order to develop an independently developed micro-EDM machine that can produce industrial-grade precision micro components, with micro array holes structure, key features of micro-EDM were anslysed,then a micro-EDM device with multiple functions was developed, providing a new open CNC system based on a PMAC motion control card and an industry PC. Emphasis is placed on analyses of compositions and control schemes of a CNC table control system, wire electrode grinding control system, pulse power control system, working liquid control system, and software system. The resulting CNC system can be applied to a machine that provides high accuracy motion. It satisfies processing requirements for signal control and feedback of pulse power in micro-EDM. So it can realize EDM electrode manufacturing on line as well as micro array hole machining. This research plays an important role in the further development of micro-EDM technology.

micro-EDM; micro array holes; PMAC card; open CNC system

2013-08-01.

時間：2015-07-15.

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51175120)；江蘇省科技支撐項(xiàng)目(BE201248)；泰州市產(chǎn)業(yè)化基金資助項(xiàng)目(TZCX2011020).

白基成(1961)，男，教授，博士生導(dǎo)師.

白基成，E-mail:jichengbai@hit.edu.cn.

10.3969/jheu.201308003

TG661

A

1006-7043(2015)09-1234-06

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1390.U.20150715.1728.009.html