叶片高精度电解加工间隙智能在线监控方法的研究

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电解加工中,加工间隙是核心工艺参数,它受电磁场、电极极化和电解液温度、浓度、压力等因素的影响,是加工过程中各物理、化学因素的综合,因此加工间隙的变化直接影响着加工精度、加工效率、表面质量,也是设计工具阴极,选择加工参数的主要依据。在电解加工过程中,加工间隙的不稳定性造成的复制误差、重复误差及过程的不可控性,目前还找不到很好的解决方法。如何有效在线检测并控制加工间隙,是电解加工专家、学者们始终希望解决的一个关键难题。  本文在国家自然科学基金项目资助下,从电解液作用在阴极上的六维力及加工电流信号两个全新的角度入手,以平面、斜面、叶片型面三种工件的电解加工为对象,进行了电解加工间隙在线检测及智能控制的研究,对六维力、加工电流与加工间隙之间的关系进行了广泛而深入的探索。  首先研究六维力与加工间隙之间的关系。基于流体力学原理,用UG造型出某型航空发动机8级涡轮转子叶片,用流场计算软件FLUENT构造电解加工中叶片的流场计算区域,经数值计算得到六维力的分布,并从理论上建立六维力与间隙之间的关系方程式,为后续试验研究提供了参考依据。  试验中,自行研制了基于Stewart平台的球铰接式六维力传感器,并把传感器嵌入安装到机床主轴与阴极之间,检测电解液作用在阴极上的六维力。试验过程分别对平面、斜面、叶片型面三种加工情况进行研究,对采集的数据处理后,利用最小二乘多变元线性回归的方法,建立六维力与加工间隙的关系方程式。把试验关系方程式与数值计算的关系式进行对比,分析试验和理论计算之间存在差距的原因,并修正试验关系方程式,使其更加准确合理。  其次研究加工电流与间隙之间的关系。对不同阴极型面电解加工的电流信号进行采集,选取多组间隙下对应的电流信号,建立阴极平面、斜面加工中两者之间的关系方程式,并以叶片型面阴极加工的数据来验证所建关系式的准确性,然后对关系式进行适当修正,使其满足加工检测需求。  利用最小二乘信息融合技术,对上述两种方法得到的多传感器信息进行融合,得到六维力、加工电流与加工间隙的融合关系方程式。把检测信号输入到融合关系方程式,实时输出间隙值,从而实现在线检测加工间隙。  根据信息融合关系方程式,设计出控制加工间隙的MISO模糊控制器。把被控系统检测出的六维力和电流信号经信息融合关系式反馈到输入端,与预设间隙比较,间隙偏差及偏差变化率作为模糊控制器输入信号,阴极进给速度作为输出信号,建立二输入单输出的模糊控制器。对模糊控制系统进行仿真,为模糊控制器硬件的设计提供了理论基础和研究依据。  本文实现了在线检测加工间隙,该研究在国内外尚属首例,具有一定的开创性。实现在线检测加工间隙必将大大提高电解加工的精度,改善停车测间隙的繁冗过程,缩短电解加工的制造周期,为我国航空事业及国防建设发挥重大作用。
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