基于多轴运动控制卡的微细电火花加工装置控制系统开发
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摘 要：随着工业技术的不断发展，人们对产品在小型化和经济化上提出了不断的要求。人类能够进入狭小空间进行工作往往是比较危险的，因此采取自助行走的微型机器人替代人进入狭小空间进行操作。例如在外科手术中血管内进行的人体腔体内的管道手术等。在当前的医疗手术中较为常见。随着微细加工技术的不断提高，在精密制造工业领域里，微细电火花，加工。在机床加工中通过降低人员劳动强度，增强安全性，获得了企业的一致认可，成为了当前机械制造精细加工中运用较为广泛的技术。
关键词：多轴运动；控制技术；微细电火花加工
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.048
当前在狭小空间内，人类投入了大量的研究，对于自主行走的微型机器人进行了论证，并且在技术实践领域进行了广泛的应用。例如在血管内完成手术和检查的微型机器人，再比如加工技术中微细超声加工，微细切削加工，为其添机加工，微细电火花加工等技术。上述这些微细加工技术各自拥有优缺点，但是也存在一定的问题。因此随着科学技术的发展，以及对产品的小型化精细化的不断提升，目前大量的资源研究已经集中在微细加工技术的开发和创新上。
1 微细加工技术概述
以微细电火花加工等微细加工技术为例，在微细电解加工中，不受加工材料强度和硬度的限制，而且要保证加工质量好，需要对微细加工技术进行深入的研究。例如在加工过程中，加工电机的损耗，工具电极的制造，工业加工表面的微细裂纹等都是要值得注意的。随着加工技术的不断提升，当前加工装置中采用高位移分辨率，高频率响应的方式，在加工过程中发挥的作用是比较小的，而且加工成本较高，因此传统的微细加工技术已经存在了一定的问题[1]。
通过微细加工平台的创新，在生物医疗航空航天化学纤维等众多领域进行了相关的理论研究和实际应用之后，得到了受到国内外研究学者广泛关注的结果。
2 微细加工数控平台技术现状
首先，随着科学技术和工业生产的高速发展，金属的应用是的微细孔加工技术应用广泛，在已知的微小声孔加工方法中，已经拥有了数十种。从磨削加工到钻削加工，使用了超声波激光加工技术。例如当前在国外微细加工上使用数控机床，经过各大公司进行了研发之后，目前已经实现了精密平台可旋转，工件微小沟槽，可以实行加工，同时还可以实现微线电机磨削，微型枪加工，微细电火花算削等加工技术。
3 微细电火花加工装置控制系统
例如有一些公司推出了直线运动轴旋转运动轴，晶系微放电加工机械，该机械可以通过CNC的控制，实现微小零件加工，并进行异形孔加工。目前我国在进行微细加工数控平台的研究上，得到了大量的研究成果，取得很好的成效。例如微细电火花加工平台上可以进行微细电解加工实验，通过对微细小孔进行加工，采用超声电火花复合加工方法，探索了电火花电解机械复合加工技术。在例如在数控精密电火花加工机床中，运用电极进行装置的修正，采用电极加工的方式，通过相关轴的联动，进行各种形状的电机反烤加工，开发出具有穿丝孔加工技能的微细电化学装置[2]。
该装置中包含了专用pc脉冲电源，加工状態检测模块控制系统，精密高速旋转主轴等等。在装置中加工微细孔为三维结构，有联动功能，能够实现插补功能，而且在该装置上进行了微细电加工，加工出的微细轴最小直径可以达到6UM三微细电火花加工。微细电火花加工原理是利用电极材料进行火花放电的过程。在电化学和胶体化学等过程中，施加脉冲电压，极间介质被击穿，形成极小的放电通道。在离子和电子中受到周围的液体介质和放电时的电磁力的压缩，通道中的电流密度加大，可以达到较大的温度。
此时粒子的动能可以转化为热能，通道中离子流和电子流。经过阴极和阳极的表面的冲击，在大量的热能产生作用下，实现了瞬间的高温下的融化和蒸发，最终形成小凹坑。如此高频率的循环，可以使得共集电极不断的靠前。在加工过程中，一部分能量是放在工具电极上，造成工具电极的损耗，而通道内因为高温膨胀产生的初始压力，使得通道在瞬间扩展到很大阻力，反过来对电子流产生周围介质惯性动力压缩效应，电火花放电去除材料的过程，使光效应热效应，声效应等综合冲击的过程[3]。
4 结语
为了控制系统的软件设计方法和功能实现，也为了能够加工出小尺度的微细装置，给出了轴运动控制卡的加工装置的基本组成，微细电火花加工装置控制系统的组成方案，并分析了控制系统的组成原理，本文详细介绍了基本的硬件配置结构控制和系统设计方案，绍了多轴运动控制卡功能及软硬件的开放性。通过该基于多轴运动控制卡的控制系统实现了电火花加工装置的实时控制与伺服控制，最终方案的实施，需要保证两种状态的相对平衡，一般采用先加工，然后再安装主轴头上的加工方法。此时对微型电机进行加工，需要得到尺度更小的电极，采用传统的方法进行微细电极的二次夹装，容易产生变形和庄家误差，难以保证主轴铜电极的同轴度，也难以保证加工面同工具电机间的垂直度，因此采用离线方式进行电机的检测是不可取的。从当前的应用看，采用磨削技术的微细电火花加工技术，能够极大地改善微细工具电极制备困难，获得小精度的微细电火花电机。
参考文献：
[1]张伟.基于多轴运动控制卡的微细电火花加工装置控制系统开发[D].广东工业大学，2014.
[2]杨大师.超声复合电加工过程参数检测控制及试验[D].扬州大学，2017.
[3]张伟，郭钟宁，连海山等.多轴运动控制卡在微细电火花加工控制系统中的应用[J].机电工程技术，2014（10）：34-37.
课题：一种改进型电火花加工控制系统的设计实现
课题编号：潍坊工商职业学院科研项目（2017A09）
作者简介：王春晖（1987-），男，山东潍坊人，硕士，助理讲师，研究方向：电气控制。
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