以EDM模糊控制系統於鈦合金上製造微孔之實驗

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1 以EDM模糊控制系統於鈦合金上製造微孔之實驗
advanced Materials Research Vol 188 (2011) pp Experimental study of titanium alloy micro-holes by EDM fuzzy control system 以EDM模糊控制系統於鈦合金上製造微孔之實驗 Y.K. Wang1, 2, a, X.S. Geng1, b, Z.L. Wang1,c and D.B. Shan2 1School of Mechanical Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, China 2 School of materials science and engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, China 指導教授：戴子堯 學生：黃國晉 報告日期：2015 / 5 / 25

2 摘要 模糊控制系統控制參數： 放電狀態下的跳躍高度、脈衝間隔。 適合的參數於EDM過程中可輕易地修改及調整 MATLAB編輯器。
模糊控制系統控制參數： 放電狀態下的跳躍高度、脈衝間隔。 適合的參數於EDM過程中可輕易地修改及調整 MATLAB編輯器。 實驗的過程與結果表示，由於模糊控制系統適合的 參數值使該製成的穩定性及效率得到改善。 在鈦合金上加工唯恐，可以使用模糊控制系統來完成。

3 前言 鈦合金 優點：優異的機械強度、良好的耐腐蝕性、熔點高 、... …。 缺點：韌性高、較低的熱導率。

4 前言 加工方式 傳統鑽孔方式遇到的問題： 碎片及顆粒的去除效果不佳、無法加工深徑比超過 10的鈦合金。
加工方式 傳統鑽孔方式遇到的問題： 碎片及顆粒的去除效果不佳、無法加工深徑比超過 10的鈦合金。 解決方式 EDM：可加工所有類型任何硬度的導電性材料 模糊控制系統：減少電極相對磨耗、提高效率。

5 實驗製備 CCD： 觀察成型和電極及微孔 的尺寸。 RC複合脈衝電源： 產生高頻脈衝µEDM。
採用NSK旋轉主軸，其 徑向跳動公差<1µm。 圖1. micro-EDM加工機台示意圖

6 MATLAB與VC++混合編程的EDM模糊控制系統
MATLAB的M檔被編譯成 C語言，不只提高了代碼 執行效率，同時使程序獨 立運行。 EDM以脈衝間隔與跳躍高 度做可控制變量，以實現 在不同的控制期間兩個控 制變量的層次控制。 圖2. EDM模糊控制系統原理圖

7 MATLAB與VC++混合編程的EDM模糊控制系統
脈衝間隔擴展模組 跳躍調整模組 目的為減少改善處理狀態時的處理時間耗損

8 Discharge capacitance(μF)
模糊控制系統對EDM加工的研究 表1. EDM的實驗條件 Machine parameter Condition Eletrical parameter value Electrode tungsten(Ø0.2mm) Open voltage(V) 80 Workpiece titanium alloy Discharge capacitance(μF) 470 Polarity positive Current(A) 1.25 Working medium kerosene Pulse duration(μs) 10 本實驗通過比較常規EDM來驗證模糊控制系統的優越性。 本實驗中，工件材料是鈦合金，厚度為1mm、而原來的脈衝間隔為20μs

9 模糊控制系統對EDM加工的研究 由於初始相對穩定的加工 過程，其處理效率透過縮 短脈衝間隔來改善。
通過增加脈衝間隔可導致 良好的去離子過程。 當放電狀態急遽惡化時， 可通過提高電極跳躍高度 來改善處理狀態。 圖3. EDM脈衝間隔曲線 脈衝間隔的曲線紀錄是以每5秒的脈衝值為一單位繪製。 隨著處理的進行，放電狀態開始變得不穩定，

10 模糊控制系統對EDM加工的研究 脈衝間隔的增加，提高了 加工的穩定性。
電極的跳躍次數與正常的 365次降低到112次，彌補 損失效率造成的時間浪費 。 模糊控制系統的EDM效率 提高到了約18%。 圖4. 模糊控制下EDM脈衝間隔的平均曲線

11 Discharge capacitance(μF)
Machine parameter Condition Eletrical parameter value Electrode tungsten(Ø70μm) Open voltage(V) 80 Workpiece titanium alloy Discharge capacitance(μF) stay capacitance Polarity positive Current(A) 1.5 Working medium kerosene Pulse duration(μs) 5 該實驗目的為驗證系統的有效性。 原始脈衝間隔為10μs，而電極鎢直徑為70μm。 鈦合金微孔的深度與直徑80μm的比例為15：1

12 傳統的鈦合金微細孔加工：1. 低效率的晶體管電源供應2. 加工深度增加，碎片顆粒除 去更加困難，並且會在電極 表面出現碳球。
傳統的鈦合金微細孔加工：1. 低效率的晶體管電源供應2. 加工深度增加，碎片顆粒除 去更加困難，並且會在電極 表面出現碳球。 模糊控制系統可藉由減少脈 衝間隔與增加電極跳躍的間 歇效果，使加工過程穩定， 以達到EDM深微孔加工的效 果。 傳統的鈦合金微細孔加工只有低效率的晶體管電源供應，隨著加工深度的增加，碎片顆粒的除去也更加困難，並且會在電極表面出現碳球。 模糊控制系統可藉由減少脈衝間隔與增加電極跳躍的間歇效果，使加工過程穩定，以達到EDM深微孔加工的效果。

13 結論 模糊控制系統EDM比起傳統製程更適合深微孔加 工。 鈦合金深微孔的深度與直徑80μm比例可達15：1
實驗結果證明由於該系統適合的控制參數使其製程 的穩定性和效率得到改善。