微细电火花与微冲压组合加工设备及工艺研究

论文摘要

以微阵列孔结构零件为代表的微型化产品在喷印、医疗、精密测量等领域中的应用越来越广泛,而精密模具的设计与制造成为限制其发展的主要因素。微细电火花加工作为一种超精密加工手段,以其独特的加工机理和良好的微尺度制造能力,在精密模具的加工中起到了重要作用。微冲压加工依靠塑性变形成形微孔零件,具有成形精度良好、加工效率高和成本低的优势。结合二者的优点,开发出一台微细电火花与微冲压组合加工设备对于微阵列孔零件的加工具有重要的理论和实际意义。本文基于直线电机驱动的微冲压设备进行了微细电火花与微冲压组合加工装置的设计。首先从两种加工工艺对装置的要求出发,提出了电火花主轴和微冲压模具的结构方案,完成了移动平台的选型,进行了主要零部件的尺寸、精度设计和力学性能校核,并在Solidworks 2007中进行了总体三维结构设计。其次基于西门子运动控制平台Simotion D445进行了组合加工工艺设计,划分了软件总体功能模块,在硬件配置和软件组态完成之后对主要功能模块——移动控制、定位控制、电火花加工和微孔冲裁模块,进行了运动控制程序设计和WinCC人机界面编程,对适合于组合加工设备的脉冲电源系统和间隙检测系统进行了分析。最后按照设计的组合加工工艺,进行了微冲头、冲模的在线制作和金属箔材的冲压加工实验,分析了实验数据和加工质量,成功制作出了?100?m的微冲头、?120?m的凹模孔,并在80?m厚的黄铜箔和不锈钢箔上冲裁出了质量较好的?150?m微孔。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电火花加工技术现状分析
• 1.2.1 微细电火花加工装备研制
• 1.2.2 微细电极的制作
• 1.2.3 微孔的制作
• 1.3 微孔冲压加工技术现状分析
• 1.3.1 微型模具制造
• 1.3.2 微冲孔工艺
• 1.4 课题来源及研究目的和意义
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 组合加工装置结构设计
• 2.1 Micro-EDM 加工原理
• 2.2 电火花主轴结构设计
• 2.2.1 方案设计
• 2.2.2 微冲头与冲模结构设计
• 2.2.3 带轮传动设计
• 2.2.4 主轴部件受力分析
• 2.3 模具结构
• 2.4 XY 移动平台选型
• 2.5 总体三维结构设计
• 2.6 零件出图与装配
• 2.7 本章小结
• 第3章 基于西门子控制系统设计与电路分析
• 3.1 控制系统程序设计环境
• 3.2 组合加工工艺设计
• 3.3 控制系统程序设计与电路分析
• 3.3.1 硬件配置和软件组态
• 3.3.2 总体功能模块分析
• 3.3.3 移动控制模块设计
• 3.3.4 定位控制模块设计
• 3.3.5 电火花加工模块设计与电路分析
• 3.3.6 微孔冲裁模块设计
• 3.3.7 其他辅助模块设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 Micro-EDM 与微冲压工艺实验
• 4.1 冲头电火花加工实验
• 4.2 冲模电火花加工实验
• 4.2.1 冲模制作
• 4.2.2 冲模孔加工效率和工具电极损耗规律
• 4.3 薄板冲裁实验
• 4.3.1 单孔冲压
• 4.3.2 冲裁力变化规律
• 4.3.3 冲头失效分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢