一種電火花放電沖擊力的測量系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電火花放電沖擊力的測量系統(tǒng)及方法，屬于物理實驗測量技術領 域。
【背景技術】
[0002] 電火花加工是與機械加工完全不同的一種新工藝，隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學技 術的進步，具有尚恪點、尚硬度、尚強度、尚脆性和尚粘性等性能的新材料不斷出現(xiàn)，具有各 種復雜結構與特殊工藝要求的工件越來越多，這就使得傳統(tǒng)的機械加工方法不能加工或難 于加工。因此，人們除了進一步發(fā)展和完善機械加工法之外，還努力尋求新的加工方法。電 火花加工法能夠適應生產(chǎn)發(fā)展的需要，并在應用中顯示出很多優(yōu)異性能，因此，得到了迅速 發(fā)展和日益廣泛的應用。
[0003] 電火花加工因其沒有宏觀作用力，可降低電極、工件、電極與工件的夾具的裝夾力 與剛度需求。但在微觀方面，電火花加工中存在瞬態(tài)的沖擊力，稱為放電沖擊力。放電沖擊 力會造成電極與工件的振動，進而影響加工精度、加工穩(wěn)定性與加工速度，但是由于放電沖 擊力是極短時間內(nèi)（小于25us)迅速變化的力，測量困難，因此，對電火花放電沖擊力的研 宄難以進行。
[0004] 現(xiàn)在已知的測量電火花放電沖擊力的方法有兩種：直接法和霍普金森桿法。Takeo Tamura 和 Kobayashi Y 在 Journal of Materials Processing Technology(149 (2004) P212-P216)雜志發(fā)表的題為 Measurement of impulsive forces and crater formationin impulse discharge的文章介紹了測量電火花放電沖擊力的直接法， 直接法受限于力傳感器的固有頻率，難以正確測量真實的放電沖擊力；MarikoTOHI、 ToshinaoKOMATSU等在 J Jpn Soc Precis Eng(精密工學會誌68(6) :822-826)雜志發(fā)表的 題為Measurement of process reaction force in EDM using Hopkinson bar method 的 文章介紹了測量電火花放電沖擊力的霍普金森桿法，霍普金森桿法通過測量霍普金森桿上 兩處的位移以及霍普金森桿的自身特性計算放電沖擊力，但結構過于復雜，霍普金森桿長 度往往能達到4m，不易實施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明提出了一種電火花放電沖擊力的測量系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明還公開一種上述測量系統(tǒng)的工作方法。
[0007] 發(fā)明概述：
[0008] 一種電火花放電沖擊力的測量系統(tǒng)，包括單脈沖電源、示波器、針頭電極、工件電 極、針頭電極夾具、工件電極夾具、力傳感器、電流探頭。單脈沖電源為放電實驗提供單脈沖 放電，示波器與電流探頭用于捕捉單脈沖放電的電壓與電流，力傳感器用于反映系統(tǒng)的位 移變化。
[0009] 發(fā)明詳述：
[0010] 一種電火花放電沖擊力的測量系統(tǒng)，包括單脈沖電源、工作部分和測量部分，
[0011] 所述工作部分包括：針頭電極夾具、針頭電極、工件電極、工件電極夾具，所述針頭 電極夾具與所述針頭電極相連，所述工件電極夾具與所述工件電極相連，所述單脈沖電源 與針頭電極、工件電極相連為回路，所述單脈沖電源提供單脈沖放電；
[0012] 所述測量部分包括示波器、力傳感器、電流探頭，所述力傳感器與工件電極夾具相 連接，所述電流探頭處于單脈沖電源、針頭電極、工件電極的回路中，所述電流探頭捕捉單 脈沖放電時的電流和電壓，所述示波器與單脈沖電源、電流探頭、力傳感器相連，所述示波 器采集顯示電壓、電流、位移變化曲線。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述示波器為四通道示波器。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述工作部分從上到下依次安裝針頭電極夾具、針頭電極、工 件電極、工件電極夾具。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述工作部分從左至右依次安裝針頭電極夾具、針頭電極、工 件電極、工件電極夾具。
[0016] -種利用上述測量系統(tǒng)測量電火花放電沖擊力的方法，包括如下步驟：
[0017] 步驟一，建立所述測量系統(tǒng)，包括單脈沖電源、工作部分和測量部分；
[0018] 步驟二，進行敲擊實驗：敲擊所述工作電極，利用示波器采集得到所述測量系統(tǒng)的 減幅振動曲線，所述減幅振動曲線為在示波器上顯示的由力傳感器變形轉(zhuǎn)化而來的第二電 壓波形曲線；
[0019] 步驟三，通過運動學公式求解測量系統(tǒng)的振動學參數(shù)，所述振動學參數(shù)包括：等效 質(zhì)量m、等效阻尼系數(shù)C、等效固有頻率ω η、等效阻尼頻率、等效粘滯阻尼率ξ ;
[0020] 步驟四，在工件電極與針頭電極之間滴入放電介質(zhì)；
[0021] 步驟五，對測量系統(tǒng)進行單脈沖電火花放電實驗：單脈沖電源產(chǎn)生一次放電單脈 沖；
[0022] 步驟六，用示波器顯示并記錄步驟五放電實驗的電壓波形曲線、電流波形曲線及 位移波形曲線；
[0023] 步驟七，從示波器提取出位移波形曲線，重建獲得平滑的等效位移波形曲線，所述 重建為將示波器采集的帶有噪波的位移波形曲線重新繪制為平滑的等效位移波形曲線；
[0024] 步驟八，通過等效位移波形曲線求得等效彈性力波形曲線、等效阻尼力波形曲線、 等效慣性力波形曲線；
[0025] 步驟九，通過等效彈性力波形曲線、等效阻尼力波形曲線、等效慣性力波形曲線求 得等效沖擊力波形曲線。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟一中，所述工作部分從上到下依次安裝針頭電極夾 具、針頭電極、工件電極、工件電極夾具。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟一中，所述工作部分從左至右依次安裝針頭電極夾 具、針頭電極、工件電極、工件電極夾具。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟四中，所述放電介質(zhì)為煤油。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟四中，在工件電極與針頭電極之間滴入一滴放電介 質(zhì)。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在進行所述步驟二的敲擊實