电火花加工间隙状态的鉴别与检测方法

3.3 设置门槛电压法

从前面放电间隙状态鉴别中可看到，正常火花放电与稳定电弧放电的单个脉冲是在实验室里被极精密的仪器测出来的。在实际应用中会出现各种干扰，正常火花放电和稳定电弧放电的电压、电流特性相似，难以区分。而且，即便被测到也没有标准可让计算机识别。采用设置门槛电压法可解决这个问题。

设置一个参考电压，介于电弧放电与火花放电之间。用放大器线性方法检测火花放电和电弧放电的电压值，利用光电耦合器使它们呈现正比关系。在正常放电电压时，光电耦合器(GD)基本处于截止，在电弧放电时基本处于饱和。如图 4 所示设置参考电平 Uref1。设置门槛电压法由此得名。由于光电耦合器的作用，不仅是正常火花放电和稳定电弧放电的判别变得简单，电路简化，还可大大抑制电路干扰，将机床强电系统与数字系统完全隔离分开。
 

图4 正常火花放电脉冲与电弧脉冲
在光电耦合后输出的波形
a——正常火花放电脉冲输出, b——电弧脉冲输出

加工中，放电两极的脉冲电压值很高，达几十伏到几百伏，必须预处理电路对间隙电压分压。将衰减后的间隙电压通过光电隔离、运算放大后再输入到采样电路中。由于从安全角度考虑，电火花加工机床的一个电极接地，接地线又和交流电源的中线相通，因而除空间电磁场的耦合外，还有地线的直接耦合。EDM 放电间隙不仅是加工区，也是一个很强的高频电磁场干扰源，其频带范围以10～60MHz最强，实验证明，在最大电流的精加工中系统的干扰最强。要使 A/D 采样不会受到干扰，达到强电与弱电的隔离，放电间隙状态检测接口电路中的隔离采用线形光电隔离技术。

控制的目的是在稳定加工下尽量保持火花放电状态。前面把放电过程描述为四种基本状态：正常火花放电、稳定电弧放电、短路、开路。定时记录放电状态出现的时间，即用时间百分比反映这四种状态及其组合：

空载率：Ψd＝Σtd/Σti100%
火花放电率：Ψe＝Σte/Σti100%
稳定电弧率：Ψa＝Σta/Σti100%
短路率：Ψs＝Σts/Σti100%

式中 ti——脉宽
td——空载时间
te——火花放电时间
ta——稳定电弧时间
ts——短路时间

这四种基本状态只有正常火花放电具有蚀除能力，其余对蚀除材料没有作用。因此控制目标是：在稳定加工前提下，尽量提高火花放电率Ψe。由于放电时间极短(10-7～10-3s)，采样到单个脉冲内电压波形的变化非常困难，实用意义不大，于是用定量脉冲数与正常火花放电数的比值作为控制伺服参考电压的参量，将监控的输入参量确定为稳定加工时单位脉冲出现的火花放电次数。