关键词： 电火花加工   脉冲电源   Buck电路   传导电磁干扰  

摘要： 电火花加工脉冲电源为间隙负载提供脉冲式的能量,以实现间隙击穿和材料蚀除。加工过程中脉冲电源内部的开关管在高频开关时会产生传导干扰,由于电火花放电间隙的非线性特性使得间隙侧的等效开关管会以另一种较低频率下动作产生干扰信号,其本质上是一个高频叠加在低频上的间歇信号干扰系统,同时脉冲电源在不同放电电流波形和加工参数下的传导干扰频谱特性也会存在一定差异。本文在基于电火花放电间隙的特性上建立了间隙等效电气模型,设计了一种较为通用的电火花加工Buck型脉冲电源,根据脉冲电源在工作时开关管高频动作所产生的电压和电流瞬态变化率大这一特点,将Buck开关管的漏源极电压和输入侧的脉动电流作为传导干扰的噪声源,并进行时频特性下的谐波幅值计算和分析,其次根据共差模干扰传输路径分别得到其增益幅值,进而得到共差模干扰的数值表达式和频谱图,根据频谱图分别分析了Buck开关管共差模干扰值变化的规律和大小关系,最后分别测试了在矩形波、锯齿波和三角波三种不同放电电流波形和加工参数下的共差模干扰值,得到了每种放电电流波形和加工参数下共差模干扰的最恶劣情况对应的共差模干扰值和相应参数,为后续滤波器的设计提供了参数设计依据。最后设计了脉冲电源的原理样机,搭建一套传导干扰测试平台,通过电路仿真和实验测试得到的频谱图验证了理论分析的正确性;同时根据所有放电电流波形和加工参数中共差模干扰最恶劣的情况设计了EMI滤波器。

关键词： 46Mn VS5   脉冲激光加工   温度场数值模拟   连杆裂解槽   胀断连杆  

摘要： 裂解加工方法是汽车发动机胀断连杆制造领域的一项创新技术,该方法已广泛用于国内外多家汽车企业不同类型连杆的制造。胀断连杆在原材料的发展应用主要体现在以下三个方面:提高强度、减轻质量和降低成本。鉴于激光设备在切割36MnVS4连杆裂解槽出现的掉渣、断口不齐等不足问题,而国内对脉冲光纤激光切割中碳非调质钢46MnVS5连杆的工艺研究还未见报道;且连杆加工的裂解过程只能表现出初始和最终状态,难以了解裂解加工的本质,并且影响裂解质量的因素较多,如连杆的种类、工件本身的热物理性能以及激光输出功率、切割速度等,用实验研究方法既困难又费时费力,还有很大的局限性。因此,需采取有限元数值模拟方法,对倡导“环保材料”的新型胀断连杆46MnVS5的裂解加工过程进行探索和分析,并对其进行实验研究及工艺参数优化,这对企业提高连杆裂解槽的加工质量和生产效益具有重要意义。本文对脉冲光纤激光加工新型胀断连杆材料46MnVS5进行温度场数值模拟和工艺研究,主要研究内容和结论如下:(1)分析了46MnVS5的化学成分和金相组织,并从微观组织和合金元素等方面对比了46MnVS5与36MnVS4的胀断性能。(2)应用COMSOL Multiphysics搭建了数值模拟分析平台,基于微分传热方程确定了激光热源的加载方式;建立了脉冲激光热源加工连杆裂解槽的温度场模型,并对相关技术(边界条件、网格划分等)进行了分析;建立了46MnVS5热物理性能参数(比热容和导热系数)的数据库,并通过体积法测得其密度;研究并分析了各激光加工参数(脉冲功率、脉冲频率、脉冲宽度和切割速度)下的温度场分布及其对裂解槽几何尺寸的影响规律。通过温度场数值模拟,为进一步实验研究脉冲激光切割参数与46MnVS5连杆裂解槽质量参数的影响关系奠定了基础。(3)以数值模拟为理论依据,设计科学的实验方案,对脉冲光纤激光加工参数切割46MnVS5连杆裂解槽进行单因素实验研究。依次通过激光共聚焦显微镜观测每组工艺参数下的裂解槽的深度和宽度,并通过相应公式计算其张角,研究各激光工艺参数对裂解槽几何尺寸的影响规律。最后对比实验和仿真的结果,两者具有较好的一致性,验证了数值模拟的有效性。(4)在满足加工要求的工艺参数范围内,通过正交试验,并使用极差和方差分析研究了各脉冲激光加工连杆裂解槽的工艺参数对裂解槽深度、宽度和张角的影响规律,以及不同工艺参数的不同水平下的影响规律。根据正交试验结果,结合企业连杆生产加工要求,确定了脉冲激光切割46MnVS5连杆裂解槽的最佳组合工艺参数:脉冲功率1000W,脉冲频率1200Hz,脉冲宽度90μs,切割速度1.2m/min。最后,以激光加工最佳参数组合对46MnVS5连杆裂解槽进行实验切割,并观察其胀断形貌;结果表明:胀断效果良好,胀断缺陷得到明显改善,满足企业的加工要求和生产效益。

关键词： 激光加工   界面太阳能蒸汽发生   光热转换   光子结构学  

摘要： 近年来,界面光热蒸发作为一种新型的光热转化方式大大提高了太阳能的利用效率,扩展了应用范围,有利于缓解当下能源危机与淡水资源匮乏问题,引起了学界的广泛关注与研究。界面光热蒸发的研究一方面体现出要求系统长效工作、低成本可大规模制造、绿色环保的发展趋势,另一方面已知的二维光热蒸发材料研究在不断接近蒸发速率的上限,需要更加精细的水路、气路设计制造与热管理。因此,为适应界面光热蒸发的发展趋势、实现高效淡化海水的实用价值,本文设计并制造了一种激光加工的多孔石墨烯光热蒸汽发生装置,并通过复合CuO提升了装置的光热转换性能,研究了活化所用Na OH溶液浓度对光热转换材料物化性能的影响,研究了复合CuO工艺所用CuCl溶液浓度对光热转换材料物化性能的影响,并分析了亲水性、光热转化能力、热管理性能对于蒸发性能的影响,主要研究工作如下:(1)光热蒸汽发生装置的结构设计及光热转化材料制造工艺研究根据界面光热蒸发装置设计规律,选择合适的材料作为界面光热蒸发装置的基体并采用二维水路,用气凝胶垫强化热管理。本文采用CO激光扫描旋涂有Na OH的聚酰亚胺(PI)薄膜致孔,制造黑色多孔的光热转化-蒸发面板材料。基于传统强碱制造多孔石墨烯活化工艺,分析了多孔石墨烯与Na OH在空气中的活化机理,并探究了多孔石墨烯表面微纳多孔结构的激光制造工艺。(2)光热转化材料的制造及蒸发性能研究通过控制Na OH梯度浓度,采用Na OH活化-CO激光加工工艺制造出系列用于光热转化-蒸发面板材料的多孔石墨烯膜。对系列多孔石墨烯膜的微观结构、毛细性能、太阳光谱吸收率曲线等关键材料物化性能做出表征。结果表明,蒸发速率随Na OH梯度浓度提高而先上升后下降,根据微观结构与物化性能随梯度的变化对该规律做出解释。200g/L中等浓度Na OH活化的多孔石墨烯膜具有最优的毛细性能、吸水能力与最高的暗蒸发速率,将系列多孔石墨烯膜装入界面光热蒸发装置测得蒸发速率最高为2.41 kg/(mh),在此基础上对中浓度多孔石墨烯膜在系列样品中最高蒸发速率的表现作出解释。进一步测试了200 g/L浓度Na OH活化的多孔石墨烯膜界面光热蒸发装置的户外实地蒸发速率1.94 kg/(mh)、耐盐性能、循环耐久性能等应用性能。(3)CuO复合结构多孔石墨烯膜高效制造及蒸发性能研究根据不同材料的光吸收性能优势,为进一步提高光热转化-蒸发面板材料的光吸收性能进而由更高的光热转化效率实现制造更高蒸发速率的界面光热蒸发装置,采用CuCl溶液替换Na OH溶液,在激光加工中生成CuO复合在光热转化-蒸发面板材料表面。对系列多孔石墨烯膜的微观结构、毛细性能、吸收率曲线等关键材料物化性能做出表征,并进一步测试蒸发速率、应用了CuO复合结构多孔石墨烯膜界面光热蒸发装置的户外实地蒸发速率、耐盐性能、循环耐久性能等应用性能。测试结果表明,CuO复合结构多孔石墨烯膜吸光率最高达98.9%,20 mm×60 mm尺寸CuO复合结构多孔石墨烯膜吸水质量由0.05 g提升至0.075 g,相同的界面光热蒸发装置蒸发速率最高达2.53kg/(mh),优于目前大部分报道的蒸发速率。蒸发速率随CuCl溶液浓度提高而上升,高于200 g/L浓度蒸发速率随CuCl溶液浓度提高的梯度上升速度放缓,根据微观结构与物化性能随梯度的变化对该规律做出解释。结合光热转化-蒸发面板材料的机械性能与界面光热蒸发装置循环耐久性能综合考虑,取优200 g/L浓度CuCl制造的复合多孔石墨烯膜装入界面光热蒸发装置,测试装置的户外实地蒸发速率、耐盐性能等应用性能。

关键词： 记忆合金扰流器   智能微细通道散热器   自适应散热   激光加工  

摘要： 现代机电设备集成化、微型化的发展趋势导致其热管理问题愈加突出,严重影响了设备运行的安全性和稳定性。微细通道散热器凭借其优异的散热性能,在机电设备中广泛应用。然而,现代机电设备不仅发热量大,散热需求变化快,还易生成局部热点。传统的微细通道散热技术已难以应对这一情况。为此,本文利用NiTi合金的温控形状记忆效应,设计并优化了内置记忆合金线圈扰流器的智能微细通道散热器,实现了散热需求与冷却能力的自适应匹配,提升了散热器的性能,缓解了随机热点的影响。本文的主要内容包括:(1)创新性地提出了记忆合金智能扰流器的设计方法,实现了对底部热通量变化的可逆自适应响应。分析了线圈扰流器的作用机理并利用有限元软件研究了线圈扰流器参数对矩形微细通道散热器性能的影响。(2)设计了多段式记忆合金线圈扰流器,实现了器件散热需求与散热器冷却能力的自适应匹配。搭建了传热性能测试系统,分析了记忆合金线圈的材料特性,研究了雷诺数和线圈扰流器配置对其自适应形变性能的影响,为自适应微细通道散热器的设计提供依据。(3)建立了自适应微细通道散热器的物理模型,进行了数值仿真分析并验证了仿真结果的准确性。以传统扰流器和无扰流器的通道为对比,研究了线圈扰流器对通道传热特性和流动特性的影响,证明了内置记忆合金扰流器是一种有效的传热增强方式,其综合性能评价因子始终大于1.1并且高于传统扰流器通道。(4)提出了具有梯度功能的一体式记忆合金扰流器新结构,研制了可响应器件随机热点的智能微细通道散热器。通过有限元理论分析,验证了梯度记忆合金扰流器的可行性。开展了记忆合金线圈的激光加工方法的研究,探索了激光加工的梯度结构对线圈扰流器性能的影响。开展随机热点散热实验,验证了内置梯度记忆合金扰流器的智能散热器的冷却效果。梯度记忆合金扰流器可提高整体温度均匀性和散热性能,当通道中央存在两个局部热点时,通道的温差可降低4.1K。

关键词： 沟槽型微织构   激光加工   PCBN刀具   Cr12MoV模具钢   有限元分析  

摘要： 随着国产汽车市场份额的不断扩大,对模具钢冲头的生产效率以及表面质量的要求越来越高,因而模具钢冲头切削加工工艺参数选择就更为重要,其中切削用量的合理与否对生产效率和加工质量有着非常重要的影响。在有关金属切削的研究中发现,在特定的切削条件下,某些微织构能够有效减摩,从而降低切削力和切削温度,延长刀具使用寿命;某些微织构刀具甚至会改善切屑形貌进而改善工件的表面质量。本文通过刀具切削有限元分析和模具钢Cr12MoV的车削试验,研究了刀具切削用量、表面微沟槽织构对切削力、已加工表面质量的影响。研究了最佳干式车削模具钢Cr12MoV半精车、精车的切削用量,且通过在刀具的前刀面上置入微沟槽织构,提高了PCBN刀具的切削性能。研究成果对微织构刀具切削模具钢有一定的指导作用。本文的主要研究内容如下:(1)半精车和精车切削用量的确定通过对切削力和工件表面粗糙度的分析,确定了半精车和精车Cr12MoV的切削用量。半精车切削用量下的切削力较小,金属去除率较高,工件已加工表面的表面粗糙度Ra在3.2μm以下。精车切削用量下工件已加工表面的表面粗糙度较低,表面质量较好。(2)设计并制备微织构PCBN刀具通过有限元仿真分析方法研究了微沟槽织构对PCBN刀具应力分布的影响,进而确定了微沟槽织构的刃边距和织构间距。通过实际的激光加工试验,确定了制备微织构PCBN刀具所需的激光参数,并制备出研究用微织构PCBN刀具。(3)微织构刀具切削性能研究通过有限元切削仿真分析和实际切削试验研究了微织构对切削力、磨损情况、切屑形貌以及工件的表面粗糙度的影响。研究结果表明合理的沟槽型微织构能够减少切削力,降低刀具磨损,使切屑自折断并降低已加工表面的表面粗糙度。

关键词： 喷射电沉积   数值模拟   镍钴磷纳米复合镀层   参数优化   激光加工  

摘要： 喷射电沉积技术具有传质效率高、阴极允许过电位大、沉积速度快等优越性,其在制备纳米晶材料和零件表面再制造方面颇具发展潜力。与普通合金镀层相比,纳米复合镀层拥有更优的耐磨性和耐腐蚀性,常被用于提高极端条件下机械零件的使用寿命与可靠性。激光加工表面微织构因其易于自动控制、加工效率和精度高、污染小等优点,已成为最常用的表面加工方法之一。将喷射电沉积技术与激光表面织构化技术相结合,挖掘彼此的技术潜力,研制设计环境友好型涂层,实现特殊功能性涂层表面的迅速开发,满足现代化工业与农业生产对零部件表面性能的高要求。 本文借助COMSOL Multiphysics 5.5软件建立了喷射电沉积加工过程的仿真模型,探究了喷射电沉积镀层生长机理。在自行搭建的数控喷射电沉积装置上进行实验,确定了试验范围内沉积层与喷射电沉积技术最佳匹配关系;且在优选参数下成功制备了镍钴磷合金镀层及其二元纳米复合镀层。利用本实验室自主搭建的激光表面微织构加工实验装置,探究了镍钴磷二元纳米复合镀层表面形成凸包与凹坑形貌演变规律,对比了激光加工前、后的纳米复合镀层性能。主要研究工作和结果归纳如下: （1）喷射电沉积多物理场耦合的数值模拟研究。借助COMSOL Multiphysics5.5软件建立了喷射电沉积加工过程的仿真模型,分析了阳极喷嘴关键结构、喷射速度、喷射距离以及平均电流密度分别对喷射电沉积加工区域流场分布、电场分布与镀层生长厚度的影响规律。利用Design-expert 8.05软件将响应曲面法应用到喷射电沉积仿真工艺优化中,进一步模拟分析了喷射电沉积工艺参数之间的交互作用对镀层生长厚度的影响。对比了平直形、锥形与锥直形金属喷嘴的数值模拟结果,发现锥直形金属喷嘴有利于获得更大厚度的沉积层。探究了金属喷嘴与树脂喷嘴移动过程中流场分布与电场分布规律,使得数值模拟结果更接近喷射电沉积实际加工情况。 （2）喷射电沉积制备镍钴磷合金镀层的工艺参数研究。研究了喷射电沉积加工过程中喷射电压、电解液温度、相对运动速度、喷射间隙、脉冲频率及占空比分别对镍钴磷合金镀层表面组织结构与性能的影响。结果表明:在一定程度上,适当增大喷射电压、电解液温度、相对运动速度以及占空比,有利于获得更厚的沉积层;不同工艺参数条件下制备的镍钴磷合金镀层均为面心立方（Faced Centered Cubic,FCC）结构,晶面取向均以Ni（111）为主;且镍钴磷合金镀层中Co元素含量最大值达到47.66 wt·%。通过脉冲喷射电沉积获得的镍钴磷合金镀层显微硬度更大、耐磨性更好、耐海水腐蚀性更优。当喷射电压为12 V、电解液温度为60°C、相对运动速度为175 mm·s、喷射间隙为2.0 mm、脉冲频率为4 k Hz及占空比为0.8时,镍钴磷合金镀层的显微硬度最大为656.2 HV、磨痕宽度最小达到414.4μm;镍钴磷合金镀层的自腐蚀电流密度I、腐蚀速率R及电荷转移电阻R分别为0.74μA·cm、8.9μm·year、8.36×10～4Ω·cm。 （3）喷射电沉积镍钴磷工艺参数优化及其纳米复合镀层的研究。采用响应曲面分析法进一步分析了工艺参数间交互作用对镍钴磷合金镀层性能的影响。试验结果表明:当喷射电压为12.2 V、电解液温度为61.6°C、相对运动速度为173mm·s、喷射间隙为2.1 mm、脉冲频率为4.06 k Hz及占空比为0.81时,镍钴磷合金镀层的显微硬度为656.5 HV、磨痕宽度为412.4μm、自腐蚀电流密度为0.70μA·cm。此外,在优选参数下获得了镍钴磷纳米复合镀层。发现与镍钴磷合金镀层相比,纳米复合镀层的晶粒尺寸、磨痕宽度及自腐蚀电流密度更小;镍钴磷纳米复合镀层的显微硬度与表面接触角更大。镍钴磷二元纳米复合镀层的显微硬度高达705.8 HV、磨痕宽度最小达到382.8μm、表面接触角更大为128.9°。镍钴磷二元纳米复合镀层抗海水腐蚀性更优,其自腐蚀电流密度、腐蚀速率与电荷转移电阻分别为0.29μA·cm、3.5μm·year、11.82×10～4Ω·cm。 （4）镍钴磷纳米复合镀层表面激光微织构形貌演变规律及其性能研究。建立了激光加工镀层表面的仿真模型,揭示了激光辐照区域表面形貌从凸包到凹坑的演化过程。通过试验研究了激光输出功率、激光脉冲宽度以及激光织构间距分别对镍钴磷二元纳米复合镀层织构表面形貌、表面粗糙度及疏水性能的影响规律,对比了激光加工前、后镍钴磷二元纳米复合镀层的性能。结果表明:镍钴磷二元纳米复合镀层织构表面外径D、表面粗糙度S均随激光输出功率与脉冲宽度的增大随之变大。并且,激光输出功率越大,越有利于镍钴磷纳米复合镀层表面加工凹坑形貌;在激光输出功率较小时,适当增大脉冲宽度,有利于镀层表面形成凸包形貌。试验范围内,激光加工后镍钴磷二元纳米复合镀层的显微硬度、耐

关键词： 电解水   析氧反应   激光加工   掺杂  

摘要： 现代社会的飞速发展需要大量的化石燃料,但化石燃料不可再生,高污染、高碳排放的问题使人们迫切需要可再生的清洁替代品,而氢气因高效、环保、可再生的优点,是代替化石燃料的理想选择。在诸多产氢方式中,电解水产氢因为原料广泛可再生、绿色环保的优势脱颖而出。但是电解水远高于理论值的分解电压会造成巨大耗能,增加生产成本,因此为了降低电解水的两个半反应,尤其是析氧反应（OER）的高能垒,并替代目前昂贵的贵金属催化剂,制备高效、高稳定性的廉价电解水催化剂成为了目前的研究热点。但是当前的过渡金属基催化剂往往需要通过化学手段合成制备,存在能耗高、制备过程复杂、易产生具有污染性的副产物等问题。在本项工作中,我们将结合飞秒激光表面加工技术制备过渡金属氧化物催化剂,这种方法具有制备过程简洁、快速、绿色环保等特点,制备得到的催化剂具有较好的析氧反应活性和较高的稳定性。本文主要内容如下:（1）通过将前驱体氯化铁溶液均匀滴加在泡沫镍表面,干燥后再进行激光加工的方式成功地将铁元素掺杂在泡沫镍表面,形成了具有丰富微纳结构的镍铁氧化物。通过改变前驱体在表面的滴加量,可以有效地调控镍铁的比例。由于掺杂进入的铁与镍之间形成了强烈的电子相互作用,制备得到的催化剂的析氧反应催化活性得到了显著的提高,在25 m A/cm2的过电势仅为221 m V,同时具有良好的工作稳定性。（2）针对金属氧化物导电性不好的问题,制备了导电态聚苯胺,将其滴加在激光加工过的镍泡沫表面以获得氧化镍/聚苯胺复合物电极。电化学阻抗谱表明聚苯胺的复合使转移阻抗明显减小,提高了表面氧化镍层的电子传导能力,显著提高了其析氧反应催化活性,在10 m A/cm2处的过电势从368 m V减小到了301 m V,在长时间的稳定性测试中表现出良好的稳定性。综上所述,本文以激光表面加工为手段,成功对泡沫镍的表面改性,并制备得到了具有高活性、高稳定性的电催化析氧催化剂。该方法具有简易、快速、绿色环保等特点,为电催化析氧催化剂的制备提供了新的思路。图33幅,表5个,参考文献98篇

关键词： 激光加工   柔性透明电极   银纳米线   聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS)  

摘要： 随着电子设备的发展,传统的集成在硅基板上的刚性电子产品已经不能满足人们的生活需要。近年来,电子器件的柔性化已成为下一代电子设备的发展趋势。柔性电子以其独特的柔韧性和延展性、高效低成本的制造工艺在信息、能源、医疗、国防等领域有着广阔的应用前景。柔性电子的基础便是柔性电极,柔性电极也是制约柔性电子器件发展的关键因素之一。氧化铟锡(ITO)是一种具有代表性的透明电极,广泛应用于各种器件,具有优良的导电性和稳定性。然而,较差的力学性能和原材料的缺乏限制了ITO的应用。因此,开发高电导率的柔性透明电极迫在眉睫。银纳米线(AgNWs)电极具有优异的导电性和较高的可见光透过率。但是其附着力和柔韧性有待提高,需要与其他二维导电材料(聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS))复合以提高其柔韧性和在基底上的附着力。本文使用超快激光处理AgNWs/PEDOT:PSS复合电极,制备出高导柔性透明电极。AgNWs/PEDOT:PSS激光处理复合电极结合了金属和聚合物的优点,不仅具有良好的柔韧性和易加工性,而且具有优异的导电性和可见光透过率。本论文的主要研究内容与结论如下:(1)通过调节喷涂的工艺及条件,在聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底上制备出品质因子(FOM)为161的AgNWs电极,此时薄膜在550 nm波长处透过为85.1%,薄膜方阻为13.9Ωsq。并对其力学性能进行了测试,在弯折半径为10 mm时,弯折1000次后,PDMS/AgNWs电极方阻的增加率为49%。(2)使用超快激光加工处理PEDOT:PSS薄膜,对激光处理的功率、扫描速度和填充间距进行了研究。PEDOT:PSS的电导率提高了3个数量级,达到1226 S cm,透过率高达89.2%(550 nm),FOM为47.1。选择低功率(6 W)、中功率(7 W)和高功率(8 W)三种不同的激光处理功率,探索激光处理提高薄膜导电性的机理。研究发现,超快激光作用于PEDOT:PSS薄膜表面,一方面会提高PEDOT的氧化程度,从而导致载流子浓度的增加。另一方面,它会降低表面PSS含量,增加载流子迁移率。这两个因素的共同作用导致了电导率的增加。(3)在PDMS基底上制备了超快激光加工处理的AgNWs/PEDOT:PSS电极,复合电极的方阻为24.1Ωsq(未复合时,AgNWs电极方阻为25.2Ωsq),在波长为550 nm时的透过率为81.5%,FOM为73。激光处理的复合电极在PDMS上的附着力相比于AgNWs大大提高。在3M胶带剥离测试100次后,电学性能基本不变。激光处理的复合电极相比于单纯的AgNWs电极的柔韧性大大提高。在弯折半径为10 mm时弯折10000次,其方阻增加率仅仅为12%。在弯曲半径为4 mm的弯曲状态时,电阻增加率为30%,且经过100次测试,不同弯曲半径下对应的电阻值与第1次基本一致。在拉伸率为30%时,其方阻增加率仅仅为70%,且经过100次测试,不同伸长率下对应的电阻值与第1次基本一致。

关键词： FPGA   电火花加工   自适应控制   放电控制  

摘要： 电火花成型机床是电火花加工机床的一种,能够实现精准打孔加工、镜面加工、球腔穿孔,但其加工效果很大程度上取决于放电加工控制系统和控制算法。近些年兴起的FPGA技术在灵活性、性能、功耗、成本之间具有较好的平衡性,被广泛应用到诸多行业中。本课题在FPGA技术的基础上开发了成型机床的加工放电控制系统,然后为了克服电火花加工过程中加工效率低、损耗高的缺点,本课题首先针对电火花放电加工过程建立了完备的加工过程数学模型,根据该模型设计出了自适应控制器,提升了加工效率,减少了电极的损耗。首先,对电火花成型机床的放电加工控制系统进行开发。电火花数控系统分为上位机和下位机两部分。上位机的作用是用于数控指令的输入、加工状态的实时观测以及指令的传输。下位机包含放电加工控制系统,其主要作用是将上位机传输下来的操作指令进行解码和分类,生成放电脉冲信号传输给机床上的脉冲电源主回路、驱动部分等,还负责接收极间的电压和电流信号,实时反馈给上位机。本课题在FPGA技术的基础上,提出了加工控制系统中各模块的设计思路与方案,并在此基础上,开发出了能实现加工放电控制的硬件平台,并利用Verilog HDL完成了系统软件的编写。其次,因为电火花加工过程中存在种种的不稳定性因素,本文先对电火花加工过程进行系统辨识,通过Matlab辨识出了符合电火花加工过程的数学模型,通过最小二乘法确定了模型的阶数与参数,并通过比较拟合度验证了其可靠性;控制器对象的在线计算模型辨识问题则通过基于UD分解的递推最小二乘法解决。然后基于辨识出的电火花加工模型,搭建了能够根据电火花加工状态实时调节的最小方差自校正控制器,并将其转换为Verilog HDL,在Modelsim中实现了仿真。最后,将设计的加工控制系统以及自适应控制器通过不同直径的电极进行电火花加工实验,与机床自带加工模式相比,自适应控制器可以使加工效率最大提升27.27%,电极损耗对多可降低26.37%。