1、本 科 毕 业 论 文题目：工程陶瓷单脉冲放电实验及参数优化学生姓名：xx学 号：xx专业班级：xxx指导教师：学习、中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文）22012 年 6 月 20 日中国石油大学（华东）本科毕业论文工程陶瓷单脉冲放电实验及参数优化摘 要本课题的目的在于通过对工程陶瓷单脉冲放电实验的研究，找到加工工程陶瓷的最优方案，从而使得工程陶瓷的应用更加广泛。本课题将综合利用神经网络理论MATLAB 的实现等的研究成果，来完成对工程陶瓷单脉冲放电实验及参数优化的研究。通过片电极单脉冲尖端放电对非导电陶瓷片的加工实验，成功地验证了电火花加工非导电陶瓷材料的可行性，并对其规律作了分析研究
2、，为系统的后续开发打下坚实的基础。利用神经网络的 MATLAB 实现来研究对工程陶瓷单脉冲放电实验的参数优化。试验研究了脉冲宽度、放电电流和工作介质对陶瓷工件和正、负电极蚀除特性的影响关系，总结出了单脉冲放电坑深度和宽度与脉冲宽度和放电电流的经验公式，建立了放电能量在陶瓷工件和正、负电极之间的分配模型。在得到实验数据后利用 MATLAB 对实验结果进行研究，从而可以得到参数优化的结果。关键词:电火花加工；电脉冲放电试验；神经网络；RBF 神经网络；BP 神经网络中国石油大学（华东）本科毕业论文4Engineering Ceramics single pulse discharge experi
3、ments and parameter optimizationABSTRACTThe purpose of this subject is through the study of engineering ceramic single-pulse discharge experiments, to find the optimal solution for machining of engineering ceramics, making more extensive application of engineering ceramics. The topic will be compreh
4、ensive utilization of the realization of neural network theory MATLAB and other research results, to complete the study of engineering ceramics single-pulse discharge experiments and parameter optimization. Pulse through the chip electrode single-point discharge of non-conductive ceramic chip proces
5、sing experiments, successfully demonstrated the feasibility of non-conductive ceramic materials for EDM, and made an analysis of its law, to lay a solid foundation for the subsequent development of the system. MATLAB in the use of neural networks to study the optimization parameters Engineering Cera
6、mics single pulse discharge experiments. Study the pulse width, discharge current and the work of media ceramic workpiece and positive, negative electrode erosion in addition to characteristics affect the relationship, summed up the single pulse discharge pit depth and width of the pulse width and d
7、ischarge current of the experience formula to establish the discharge energy in the model of the distribution between the ceramic workpiece and positive and negative electrodes. The experimental data by using MATLAB to study the experimental results, which can be the result of optimization of parame
8、ters.Keywords: EDM; electrical pulse discharge test; neural network; RBF neural network; BP neural network中国石油大学（华东）本科毕业论文5目 录第 1 章 前 言.71.1 工程陶瓷加工的研究现状.71.2 工程陶瓷的电火花加工.8第 2 章 神经网络.122.1 人工神经网络概述.122.2 RBF 神经网络 .132.2.1 网络结构和工作原理.142.2.2 RBF 网络的数学基础 .152.2.3 RBF 网络的常用学习算法 .182.3 BP 神经网络 .20第 3 章 MAT
9、LAB 编程 .223. 1 MATLAB 概述 .223.2 RBF 网络的建模与仿真 .233.2.1 神经网络样本的建立.233.2.2 RBF 神经网络的设计过程 .243.2.3 神经网络参数的优化选取.263.2.4 RBF 神经网络训练结果及误差分析 .303.3 BP 网络的建模与仿真 .343.4 RBF 网络仿真与 BP 网络仿真的比较 .39第 4 章 结 论.40致 谢.42参考文献.43附 录.46中国石油大学（华东）本科毕业论文6附录 A 神经网络样本数据 .46表 A.1 样本原始数据表 .46表 A.2 样本归一化后的数据表 .48附录 B 神经网络仿真源程序
10、.50中国石油大学（华东）本科毕业论文7第 1 章 前 言1.1 工程陶瓷加工的研究现状工程陶瓷由于具有高强度、高硬度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、热膨胀系数低等优良哇能，被日益广泛地应用于机械、电子、冶金、化工、航空、航天和核工业等领域中 1。据统计，2002 年欧洲和美国工程陶瓷的市场价值为 12.75 亿欧元和 13.48 亿美元，预计到 2009 年欧美工程陶瓷的消费将分别达到 17.05 亿欧元和 16.55 亿美元，平均年增长率分别为 4.2%和 2.9%。现代工业对工程陶瓷构件的加工精度、加工效率和表面质量等的要求也越来越高 2。但是，现有的热压、烧结、真空热挤压等工艺仅能成形出几何
11、形状较为简单和精度较低的工程陶瓷构件，对于精度要求较高或形状较复杂的陶瓷构件，则必须进行后处理加工，而多为离子键和共价键组成的晶体结构决定了其硬脆性和难加工性，其成形后的加工已成为一个重要的技术难题和研究热点 3。日、英、美等经济强国已纷纷将高性能工程陶瓷列为优先发展领域。直到上世纪 90 年代，非导电工程陶瓷材料的加工还局限于使用金刚石砂轮的机械磨削加工以及各种后处理工艺 4。近一二十年来，人们探索了超声波加工、激光加工、磨料水射流加工、超声机械磨削、电解电火花复合磨削、激光预热磨削加工、磁力研磨等特种加工及复合加工工艺。虽取得了一些研究进展，但仍未解决非导电工程陶瓷材料加工成本高和效率低等
12、问题 5。比如，超声波加工效率较低、工具损耗较为严重;激光加工主要适用于切割和打孔，且其设备昂贵。电火花加工放电能量的密度很高，可用于任何硬、脆、韧、软、高熔点材料的加工。但是，传统电火花加工设备只能用于导电材料的加工 6。其加工原理为工具电极和工件电极之间放电，放电能量将工件表面和工具表面蚀除。把电火花放电加工用于非导电材料加工的方法在近二三十年来研究较多，比如在工件表面加金属网的辅助电极电火花加工方法、电解液中的电火花加工方法、电解电火花磨削方法等等，但是一直没有实用化的报道。1.2 工程陶瓷的电火花加工非导电工程陶瓷电火花加工技术的研究与开发是当今电加工技术领域的一个研究热点 7。目前，
13、国内外学者多集中于研究非导电工程陶瓷电解电火花复合加工技术，该种加工技术是利用电解液中的火花放电作用进行加工的，对该项技术研究较多的学者有:日本学者土屋八郎、久保田镬、近森邦夫，瑞士学者 BhattaeharyyaB、印度学者中国石油大学（华东）本科毕业论文8AllesuK，以及我国的刘永红和刘晋春等。针对通常的非导电工程陶瓷电解电火花复合加工技术存在效率低、能耗大等问题，刘永红和刘晋春提出了充气电解电火花复合加工新技术，该加工技术的生产率虽有较大的提高，但应用于实际生产仍显较低，其加工精度和表面质量都较磨削加工差，同时，加工过程中排出电解作用产生的有害气体，加工环境较差 8。日本学者福泽康、
14、毛利尚武等利用工具电极与放置在非导电工程陶瓷上的金属辅助电极间的火花放电作用，以及火花放电时的碳化导电作用，在煤油中实现了对非导电工程陶瓷的电火花加工队，该研究成果最具有代表性，但该方法的加工效率和精度较低。以上非导电工程陶瓷电加工技术的研究主要集中在切割和打孔中。为了把电火花加工技术引入到非导电工程陶瓷的磨削中，日本学者黑松彰雄提出了机械电解电火花复合磨削(MEEC)方法，我国学者张崇高、刘永红等开发出了机械电脉冲电解电火花复合磨削加工技术队，这些复合磨削方法与单纯的机械磨削方法相比具有生产率高、加工质量好和成本低等优点，但由于使用电解液，加工过程中排出一些有害的电解气体，易污染环境和锈蚀机
15、床，同时由于要消耗大量的电解能来形成电解液中火花放电时所需的非导电气体相，削弱了火花放电的蚀除作用，影响了生产率的提高，因此未能在实际生产中得到推广应用 9。目前，国内外尚未开发出可用于实际生产的非导电工程陶瓷电火花磨削技术和设备。近年来，电火花成形加工机床、电火花线切割加工机床的生产规模和质量提高非常迅速，其产值和效益的增长速度远远大于普通机床，然而，这些电加工设备只适用于导电材料的加工，而不适用于规模和应用范围日益扩大的非导电材料的加工，将来电加工机床的生产规模和效益要想有一个质的飞跃，应集中力量开发可用于非导电材料加工的电加工机床，一旦突破将会形成新的电加工机床制造业，并带来巨大的社会和
16、经济效益 10。中国石油大学（华东）本科毕业论文9（a）导电工件电火花加工 （b）非导电工件电火花加工图 1-1 导电工件和非导电工件的电火花加工模型双电极同步伺服跟踪的电火花加工方法，其加工情形为两个薄片电极之间放电，放电位置紧贴工件表面，放电能量将工件表面蚀除，再加上对电极放电位置和放电间隙的伺服控制就可以实现对非导电材料进行连续稳定电火花加工的目的。与导电工件的电火花加工一样，非导电工件也是利用电火花放电产生的热能进行材料的去除的。机床主轴主轴夹具电极 1陶瓷片电极 2工件夹具单脉冲电源图 1-2 尖端放电实验装置示意图是否作为放电加工的一个电极，是导电材料和非导电材料电火花加工的最大区
17、别。这决定了非导电材料的电火花加工必定在能量分配方式、材料去除机理以及加工控制方式等方面与导电材料存在着或多或少的差别。为了更深入地探索非导电工程陶瓷电工具电液放电通道电极 1放电通道电极 2导电文件 非导电文件中国石油大学（华东）本科毕业论文10火花加工的放电机理和材料去除机理，为非导电材料电火花加工机床的设计和参数优化提供参考，这套单脉冲放电的实验装置，研究了单脉冲对非导电陶瓷表面的放电效果。该新技术的加工原理是：将陶瓷平放在水平面上，铜丝固定在垂直的送丝夹紧机构上，铜片固定在陶瓷片上，使铜片的下表面紧贴陶瓷上表面，从而使铜丝下表面与铜片上表面平行。然后将电源的正极（负极）与铜丝相连接，形
18、成工具电极；电源的负极（正极）与铜片相连，形成工件电极。控制送丝夹紧机构，使送丝机构缓缓向下运动，铜丝下表面逐渐靠近铜片上表面，从而在两表面之间形成电场。随着两表面的靠近，其中的电场强度逐渐增大，当两电极间某处的电场强度达到介质的击穿强度时，在两极间产生火花放电。由于铜片电极很薄，且紧贴在工件的表面上，因此火花放电能量是直接作用在非导电工程陶瓷的表面上的，由火花放电时的瞬时高温、高压作用来蚀除加工非导电工程陶瓷。高温、高压的放电通道和瞬时气化形成的气泡急速扩展作用，在非导电工程陶瓷表面产生一个强烈的冲击波，造成不溶固体相的剥落。在放电过程中，同时还伴随着一系列派生现象，其中有热效应、电磁效应、光效应、声效应及频率范围很宽的电磁波辐射和爆炸冲击波等进一步加强了材料的蚀除作用。从而达到非导电工程陶瓷的蚀除。图 1-3 非导电工程陶瓷高效单脉冲放电加工放电装置
