电火花加工是指在一定的介质中,通过工具电极和工件电极之间的脉冲放电的电蚀作用,对工件进行加工的方法。主轴旋转超声振动对提高电火花放电稳定性,增大放电间隙,提升材料去除率,促进电蚀产物排出有很大作用。由于旋转、超声振动、放电加工三者复合加工过程比较复杂,因此本文主要针对主轴旋转超声振动辅助电火花加工的伺服控制系统做出研究。首先,分别从放电通道的形成与扩张、材料的去除机理和极间介质的消电离三方面研究了电火花加工机理;然后,从放电间隙、粒子能量、抛出物及材料去除方面分析了主轴旋转超声振动对电火花加工的影响。此外,为了提高加工精度,在课题组目前已研发的电火花加工机床基础上,针对机床的结构特点,分析了机床各主要运动部件产生的误差,采用多体系统理论描述其结构关系,以齐次坐标变换法推导出了几何误差模型。在保证整体精度的要求下,建立了使几何误差-成本最小化和几何误差-可靠性最大化的优化函数。使用ISIGHT和MATLAB软件,采用NSGA-II算法的方法进行了优化分析,结果表明该模型能够在保证精度的前提下适当降低成本,提高可靠性。为了设计高效的伺服控制系统,建立了控制系统位置环、速度环、电流环、加工间隙等各环节的数学模型,并使用MATLAB中Simulink进行了仿真。经典的PID控制算法难以处理加工间隙复杂的变化情况,因此本文基于BP神经网络设计了PID自适应调节控制器,并使用MATLAB中Simulink进行了仿真分析。以C++为开发语言,对IMAC400运动控制卡进行了二次开发。设计了人机交互界面,主要开发了状态监测模块、运动控制模块、程序管理模块和在线指令模块四个模块。设计了BP-PID控制器对电火花加工间隙进行实时控制,将间隙电压检测电路检测到的间隙平均电压作为输入参数,通过建立的电火花加工间隙模型从而对放电间隙进行控制。仿真结果表明,设计的BP-PID控制器有着较好的快速性和稳定性能,伺服控制系统具有理想的自调整与自适应能力。