An On-Line Ignition Delay Time Analyzing System for the Wire-EDM Process

線切割放電加工時電極與工件之間的間隙狀況，可以反應當時加工狀況的優劣，而每發放電波之放電延遲時間Td可做為描述間隙狀況的指標；過去關於放電Td波列之研究著重於Td統計法以及Td之機率分布情況，但無法直接觀察到放電Td之間的相依存關係，以及放電Td波列的行為是否出現特殊的規律性與相關性。 本研究以時間序列分析的角度出發，應用自行研發之WEDM放電Td時間序列線上分析系統，記錄加工時之Td時間序列，於線上進行相關分析，從Td統計法、不正常放電連續出現的狀況，以及快速傅立葉變換、自相關性分析等方式，交叉比對並深入探討Td時間序列的組成，探討不同加工條件下以時間序列分析法所得到的結果，窺得其中蘊含之物理意義。實驗結果顯示，此WEDM放電Td時間序列線上分析系統可成功對放電Td進行線上分析，由不正常放電波出現比例與連續的情況，以及放電Td累積分布與自相關係數交互分析，可觀察出加工狀況優劣之變化；並發現線電極導具跨距與加工液流量的改變，以及於工件側邊施加振動會導致Td波列當中出現特殊之週期性重複模式。The situation of the gap between electrode and work piece in WEDM is commonly taken to reflect discharge condition, and each ignition delay time of discharge pulse indicates the real time situation of the gap between electrode and work piece. In the past, investigations about pulse trains of ignition delay time put emphasis on statistical methods and probability distribution, but researchers could not observe the correlation between each pulse and the particular regularity in discharge pulse trains by these methods. An on-line ignition delay time analyzing system based on time series analysis is developed to record the WEDM discharge pulse trains in different parameters and conduct time series analysis by using Td statistical method, abnormal discharge pulse group analysis, fast Fourier transform and auto-correlation analysis in order to realize the physical implications in different kinds of discharge pulse trains. From the experimental results, the on-line ignition delay time analyzing system has practically worked successfully. Researchers can observe variations of discharge conditions by comparing Td statistical chart with auto-correlation analysis, and comparing the proportion of abnormal discharge pulses to all discharge pulses with the number of continuous abnormal discharges analysis. Particular repeated patterns are also observed when changing the distance from the upper guide to the lower guide of the wire, the flow rate of dielectric fluid, and adding vibration on work piece.口試委員會審定書 I 誌謝 II 中文摘要 III Abstract IV 目錄 V 圖目錄 VIII 表目錄 X 符號對照表 XI 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.1.1 放電加工歷史 2 1.1.2 放電加工適用場合 2 1.2 簡介研究目的 3 1.3 文獻回顧 3 1.3.1已進行之放電加工相關研究 3 1.3.2波形鑑別分類法 4 1.3.3放電波列分析 5 1.4 研究目的與方法 6 1.5 本文結構 7 第二章 放電加工原理 9 2.1 放電加工機制 9 2.1.1 放電現象觀察 9 2.1.2 放電火花之組成[19] 11 2.1.3 放電現象轉換過程 13 2.2 放電加工分類 14 2.3 放電電源迴路 15 2.3.1 依迴路構成元件分類 15 2.3.2 等頻率放電與等能量放電 17 2.4 放電波形分類 19 2.5 加工參數對放電品質與效率之影響 21 2.5.1 加工速度 21 2.5.2 加工精度 21 2.5.3 表面品質 22 第三章 分析方法與研究規劃 24 3.1 放電加工之時間參數與物理意義 24 3.2 放電加工之數學模型 25 3.3 放電延遲時間統計 26 3.4 時間序列分析 28 3.4.1 不正常放電分析 29 3.4.2 自相關函數 30 3.5 傅立葉變換 32 第四章 放電Td時間序列分析系統架構 36 4.1 實驗設備與材料 36 4.1.1 CNC線切割式放電加工機 36 4.1.2 線切割放電電極 37 4.1.3 工件材料 37 4.1.4 加工液 38 4.2 量測儀器 39 4.2.1 數位式示波器 39 4.2.2 電流量測系統 39 4.2.3 高壓差動示波器探棒 39 4.3 系統架構 40 4.4 硬體單元 43 4.4.1 整形電路(A)[19] 43 4.4.2 Td記錄與傳送電路(B) 45 4.4.3 RS-232串列傳輸連接埠(C) 45 4.5 軟硬體整合 46 4.6 測試系統功能性 47 4.6.1 放電波形辨識策略 47 4.6.2 驗證擷取訊號之正確性 48 第五章 分析系統軟體架構 49 5.1 放電延遲時間波列即時顯示模組 50 5.2 放電延遲時間統計與不正常放電分析模組 52 5.3 FFT頻譜分析模組 52 5.4 放電延遲時間波列自相關性分析模組 53 第六章 實驗結果與討論 55 6.1 改變伺服進給電壓實驗 55 6.2 改變加工工件厚度實驗 60 6.3 改變加工液流量實驗 64 6.4 Td累積數目配合自相關性分析所帶來額外的資訊 66 6.5 快速傅立葉分析 69 6.5.1 改變線電極導具跨距 69 6.5.2 改變加工液流量 71 6.5.3 外加振動 73 第七章 結論與未來展望 75 7.1 結論 75 7.2 未來展望 76 7.2.1 線上分析系統結構部份 76 7.2.2 時間序列分析部份 76 參考文獻 78 附錄：RS-232 8