复合型微细电火花加工装置及工艺的研究

论文摘要

微细电火花加工作为一种重要的微细加工方法,具有其低成本、非接触加工、容易实现高深宽比及三维微结构的特点,使其在许多领域中具有应用前景,受到国内外学者的广泛关注。但是其加工间隙小、排屑困难、工具电极损耗严重、电源脉冲利用率低等特点,使其对加工参数的选择和电极伺服控制系统的性能提出了更高要求。首先,介绍了微细电火花加工装置的组成,并对装置的关键部件精密三维工作台的性能做了检测和调试。对电极的伺服进给采用阈值电压控制法,调整电极的进给速度,观测其放电波形,使其达到最佳放电状态。分别采集开路,正常放电,短路的间隙平均电压值,设置合适的开路阈值和短路阈值,通过判别放电状态来控制电极进退获得稳定的放电间隙。并且分析了采样频率和统计频率对控制效果的影响。然后,从电火花的加工机理出发,以电火花微孔加工作为研究对象,研究各加工参数对加工结果的影响规律。分别研究各参数对加工结果的影响规律,最后得出各主要加工参数如开路电压,RC参数等的选择原则与规律。从而可根据不同工艺指标的要求,优化加工参数以达到高效稳定的加工。最后,用微细柱状电极对三维微结构进行逐层扫描加工,通过CAD/CAM建模对电极扫描形进行的控制,并研究了电极的实时补偿策略,成功扫描加工出微槽、微矩形型腔等三维微结构,验证了伺服扫描加工的可行性。分析了扫描速度和轨迹跨度等对加工效率和精度的影响。并进一步研究了微细电极的在线制作方法,采用电火花磨削法成功制作了直径30μm的微细电极。除此之外,将电极换成微型铣刀可以实现微铣削的功能,这样就实现了微铣削,微电火花加工一体化。一次安装工件便可完成微铣削,微电火花复合加工,避免了二次安装带来的定位误差,提高了加工精度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外微细电火花加工技术的进展
• 1.2.1 线电极磨削工艺的进展
• 1.2.2 微细电火花加工装置的进展
• 1.3 微结构器件加工的进展
• 1.4 三维微细电火花扫描加工的现状与分析
• 1.5 本课题的主要研究内容
• 第二章 微细电火花加工装置的组成
• 2.1 引言
• 2.2 微细电火花装置的组成
• 2.2.1 微细电火花加工脉冲电源
• 2.2.2 放电间隙状态检测
• 2.2.3 电极伺服进给系统
• 2.2.4 旋转主轴头
• 2.2.5 工作液循环系统
• 2.3 微细电极的制作
• 2.4 微型铣床
• 2.5 本章小结
• 第三章 精密三维工作台的搭建与调试
• 3.1 引言
• 3.2 工作台各部件的选择
• 3.2.1 驱动方式的选择
• 3.2.2 工作台及配套光栅尺的选择
• 3.2.3 控制卡的选择
• 3.3 工作台性能的测定和调节
• 3.3.1 检测仪器及其原理
• 3.3.2 工作台精度的测定和调节
• 3.3.3 校正的原理和方法
• 3.4 三维工作台的组装
• 3.5 本章小结
• 第四章 微孔加工实验
• 4.1 引言
• 4.2 影响加工效率的因素
• 4.2.1 电参数的影响
• 4.2.2 非电参数的影响
• 4.3 影响电极损耗的主要因素
• 4.3.1 电参数的影响
• 4.3.2 非电参数的影响
• 4.4 影响加工精度的因素
• 4.4.1 电参数的影响
• 4.4.2 非电参数的影响
• 4.5 影响表面粗糙度的因素
• 4.5.1 电参数的影响
• 4.5.2 非电参数的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 三维微细电火花伺服扫描加工工艺的研究
• 5.1 引言
• 5.2 电火花伺服扫描加工的原理
• 5.3 三维微细电火花伺服扫描加工的工艺流程
• 5.4 三维微细电火花伺服扫描加工实验
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢