三维微细电火花加工平台的设计与实验研究

论文摘要

随着科学技术的发展,人类在制造领域中采用的尺度将由微米迈向纳米。超精密加工技术将是未来十到二十年内制造领域中最重要的进展之一,其工程应用既多样又重要。超精密加工技术已成为衡量一个国家科学技术水平的重要标志,也是国防工业研制现代化武器装备的关键技术。本文的选题正是适应了这种需求,论文的主要工作是研究一种新的、可用于多种微加工方法的、低速、多自由度的、具有纳米精度的三维极微细电火花加工系统。具体来说,论文的工作有:1、开发一个适合极微细电火花加工的三维运动平台。这是建立整个系统的基础,通过对加工对象的论证分析,确定平台的主要参数取值,即三个坐标行程在百毫米以上,并且有纳米级的定位精度。在Z运动方向必须设计重力平衡装置。并且对反馈控制进行了研究,此平台上采用高精度运动装置必需的全闭环反馈。运动平台通过了100纳米的阶跃实验检测,证明此方案能够实现很高精度的运动。2、运动平台的误差分析。为了进一步提高运动平台的运动精度,需要在控制系统中对平台的系统误差进行补偿。针对此工作,进行了运动平台的误差模型的建立工作——利用误差矩阵法对运动平台几何误差进行了建模,并且针对结构引起的阿贝误差进行了模型进一步的修正,并根据课题三维超精密运动平台的特点提出了误差识别的方案。3、极微细电火花加工系统的工艺性能实验。为了验证上述平台的工艺性能,对平台进行了实验。实验表明,与传统的RC放电回路电源相比,加工速度可提高二至三倍。课题的研究中基本实现了极微细电火花加工系统的原型样机的搭建,实现了初步的加工实验,证实此搭建方式的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 概述
• 1.1 制造技术的发展
• 1.1.1 现代制造技术的发展方向
• 1.1.2 精密制造技术的发展
• 1.1.3 精密制造技术的应用
• 1.2 精密制造中的关键技术
• 1.2.1 超精密定位技术
• 1.2.2 超精密位移机构
• 1.2.3 精密位置检测技术
• 1.2.4 二级定位技术
• 1.2.5 误差补偿技术
• 1.3 国内外的研究进展
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第二章 三维精密运动平台的设计
• 2.1 运动平台的结构确定
• 2.1.1 运动平台的工作要求
• 2.1.2 常见的运动平台结构
• 2.1.3 常用的三维运动平台结构方案
• 2.1.4 选定的三维运动平台传动方案
• 2.1.5 本课题的平台系统结构
• 2.2 平台总体结构设计
• 2.2.1 结构布局
• 2.2.2 传动系统
• 2.2.3 反馈系统
• 2.2.4 系统模块通信
• 2.3 运动平台机架的设计与分析
• 2.3.1 机架的设计
• 2.3.3 动态特性分析
• 2.4 提高平台精度的方法
• 2.5 数控系统的选择
• 2.5.1 二级传动控制
• 2.5.2 平行结构控制
• 2.6 小结
• 第三章 运动平台的空间误差分析与补偿
• 3.1 运动平台的空间误差组成
• 3.1.1 几何误差
• 3.1.2 热变形误差
• 3.1.3 载荷误差
• 3.1.4 非线性误差
• 3.2 基本运动的误差补偿
• 3.3 三维超精密运动平台误差模型
• 3.3.1 三维超精密运动平台误差模型的特点和模型建立方法
• 3.3.2 误差矩阵法建立误差模型
• 3.3.3 考虑不同轴误差后模型的改进
• 3.3.4 三维超精密运动平台误差测量方案
• 3.4 三维超精密运动平台误差辨识
• 3.4.1 三维超精密运动平台误差辨识方法
• 3.4.2 三维超精密运动平台误差辨识方案设计
• 3.5 三维超精密运动平台误差初步补偿可行性分析
• 3.5.1 误差补偿方法
• 3.5.2 平台误差补偿方案
• 3.6 小结
• 第四章 工艺性能实验
• 4.1 极微细电火花加工实验系统的组成
• 4.2 极微细电火花加工用脉冲电源
• 4.2.1 自振式晶体管脉冲电源
• 4.2.2 等脉宽晶体管脉冲电源
• 4.3 XY平台性能实验
• 4.3.1 运动系统单轴基本运动
• 4.3.2 负载对平台的影响
• 图4.13轴空载速度为20mm/s的位移曲线。
• 4.4 主动隔振平台测试
• 4.4.1 测试系统组成
• 4.4.2 测试结果
• 4.5 试验法模态分析
• 4.5.1 模态试验结果
• 4.5.2 试验法与有限元法模态分析结果比较
• 4.6 极微细电火花加工系统的加工实验
• 4.6.1 加工实验
• 4.7 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果