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微细电火花加工作为非接触式加工的一种，具有无宏观切削力、普适性强、精度高等特点。电火花加工工艺的非接触性使其能以相对较高的效率和较低的成本进行加工。随着科技的进步以及制造业的发展，企业开始进一步关注如何在微细电火花切割加工时，提高加工效率、降低生产成本。目前，吴凤琦等提出了一种同步双线电极微细电火花切割方法，并研制了实现此方法的加工装置，采用双线电极加工，理论上可有效提高加工效率；针对单线电极在加工薄壁零件，会产生明显变形问题，王元刚等通过单线电极切割加工薄片实验，发现薄片两侧残余应力不同是导致薄片弯曲变形的主要原因。为实现双线电极微细电火花切割装置的伺服进给与零件的加工，本文在研发的双线电极微细电火花切割装置的基础上，设计了基于PMAC Clipper运动控制卡的运丝系统控制以及基于FPGA的运动控制和脉冲电源系统。通过计算机与PMAC多轴运动控制卡和FPGA的通信，使用C#编程设计完成满足加工需求的上位机软件的开发，实现对工件进给模块的步进电机和加工模块的伺服电机以及TR脉冲电源系统的控制。最后对控制系统进行验证性加工实验，分别使用单线电极和双线电极切割加工薄壁件，进行对比观察弯曲变形现象，并对试验结果进行分析。研究结果可用于指导切割薄壁件零件的加工，对改善薄壁件加工过程中出现的弯曲变形现象具有重要意义。![]()
图1所示为同步双线电极微细电火花切割装置，其中机械结构主要由运丝模块、工件进给模块和双线电极加工模块组成。![]()
本文设计的同步双线电极微细电火花切割伺服控制系统是基于PMAC Clipper运动控制卡和FPGA的伺服控制系统，硬件结构如图 2所示，该控制系统由计算机、PMAC Clipper控制卡、DTC-8B四通道转接接口板和FPGA组成。Clipper专用调试软件Pewin32Pro见图 3。FPGA的硬件编程各模块间的连接如图 4所示。![]()
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本文根据伺服控制系统的加工需求，对上位机软件列出如图 5所示的主要功能，根据所需功能，通过C#提供的WinForm窗体应用程序完成上位机软件的开发，使用SerialPort控件实现上位机与FPGA的RS232串口通信，完成一系列的指令下发与FPGA反馈信息的接收处理。上位机软件界面见图6。![]()
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TR电源由双路可调直流电源、MOSFET开关电路和吸收回路组成，其原理如图 7所示。
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切割放电试验电压电流波形如图 9所示，电流波形通过优利德UT-P40电流探头采集，档位为100 mV/A，火花放电时极间电压约为11 V，根据试验数据设置门槛电压为5 V和10 V，门槛电流为1 A，判断逻辑与放电状态检测电路比较器输出情况见表 3。
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2 伺服控制策略
同步双线电极微细电火花切割伺服控制系统主要包括工件进给模块、双线电极加工模块和运丝系统的伺服控制。运动控制硬件系统见图 11。加工流程及伺服控制策略如图 12所示。![]()
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在相同时间内，电极丝路径变化量对应PMAC调节收/供丝轮转速差，导丝组件移动位移对应FPGA控制X 轴电机转速。编写PMAC的PLC程序和program程序，实现PMAC对FPGA反馈速度的读取和收/供丝轮转速差的调节，关键程序见图 14。
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两种不同加工方式的切割路径如图 15所示，单线加工时需切割两次，第一次的切割面记为A侧面，第二次的切割面记为B侧面，双线加工是一次切割完成，切割面的标记位置与单线加工时相同。
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加工的薄片对比如图 16所示，伺服进给速度为8 μm/s，计时从切割放电开始至沿着Y 负向切割10 mm时结束，单线加工时的两次切割累计用时约为45 min，双线加工时的单次切割用时约为25 min，使用双线切割薄片，能有效提高加工效率；以薄壁悬臂梁固定端中点与自由端中点连线，将沿X轴的分量记为变形量，向A侧记为正、向B侧记为负，则双线切割的变形量为0.05 mm，单线切割的变形量为-0.25 mm。相比之下，双线切割薄片时，弯曲变形现象有明显改善。
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（1）本文在研发的双线电极微细电火花切割装置的基础上，设计了基于PMAC Clipper运动控制卡和FPGA的伺服控制系统及脉冲电源系统。（2）在使用相同放电参数和伺服进给速度条件下进行切割薄片的验证性试验，采用单线切割时，加工的0.5 mm厚度弹簧钢薄片会向第二次切割路径一侧弯曲，而在采用双线切割时，弯曲变形现象有明显改善。（3）在薄片切割试验中，因单线加工时需二次切割，而双线加工时只需一次切割，故双线切割相较于比单线切割在加工薄壁件时可明显提高加工效率。第一作者：胡博，男，硕士研究生，1998年生，研究方向为电火花加工技术。通信作者：贾建宇，男，工学博士，1992年生，太原理工大学讲师，研究方向为微细电火花技术、电火花复合加工技术、表面强化技术的研究及应用，精密特种加工装备研发。
团队介绍：特种加工技术与装备研究室隶属于太原理工大学机械工程学院、“精密加工山西省重点实验室”以及“零件表面光整加工技术山西省科技创新重点团队”。团队现有教授3人，副教授4人，讲师4人。主要研究方向包括：精密及微细电火花加工技术；功率超声辅助加工硬脆材料技术；硬脆材料切、磨、抛加工技术等。研究室承担国家自然科学基金项目，山西省重点研发计划项目及企业横向项目20余项。研究室擅长精密加工装备的研发，先后研制了精密微细电火花加工机床、复杂轮廓金属基超硬磨料砂轮修整机床、七轴倒锥喷油孔微细电火花加工机床、双线/多线电极微细切割机床等多台特种加工设备。
《电加工与模具》（CN 32-1589/TH、ISSN 1009-279X）创刊于1966年，是中文核心期刊和中国科技核心期刊，现由苏州电加工机床研究所、中国机械工程学会特种加工分会主办，主要报道电火花加工、电化学/电解加工、激光及高能束加工、增材制造（3D打印）、超声及复合加工等特种加工以及模具制造领域的设计研究成果、工艺应用技术、使用维修经验、产品开发信息和行业发展动态等。
《电加工与模具》以促进特种加工领域学科进步和产业发展为己任，构建“期刊出版+服务”的新型办刊模式，通过学术交流、重点约稿、优先发表、定向推送等多项举措，及时跟踪报道特种加工学术研究成果和特种加工产业及工艺装备，为特种加工技术进步和产业发展尽绵薄之力。
https://publish.cnki.net/djgu
编 辑：马中月
