静电感应微细电火花加工放电特性与伺服控制研究

论文摘要

微细电火花加工是最有效的微细加工方法之一。随着微机电系统(MEMS)技术的发展和对微小器件需求的增加,对微细电火花加工技术也提出了更高的要求,微细电火花加工的微细化极限已成为近年来国内外学者的研究重点。放电凹坑的大小是决定微细电火花加工微细化极限的重要因素,为获得更小的放电凹坑,必须尽量减小微细电火花加工电源的单个脉冲的放电能量。实际的微细电火花加工设备通常采用RC式脉冲电源,减小RC式脉冲电源中的电容值是获得微小放电能量的有效途径。但RC式脉冲电源放电回路中的各种分布电容同样可以被充电而对极间产生放电能量,限制了其放电能量的进一步减小,也就是说RC式脉冲电源的分布电容决定了放电能量的最小极限。基于静电感应原理给电的微细电火花加工方法发生放电时,给电电极和工具电极之间没有传导电流通过,因此分布电容不能够将自身存储的能量以放电的形式传递到极间,因此可有效避免分布电容的不利影响,而且静电感应微细电火花加工能够非常容易地实现脉宽非常窄的放电电流,提高了微细电火花加工的微细化极限。本文分析了基于静电感应的微细电火花加工原理和实现方法,得到了静电感应脉冲电源的双极性、正极性和负极性三种电压脉冲;发现并研究了静电感应脉冲电源双极性放电时的极间电压跳跃现象、正极性电压脉冲的多次放电特性和高频静电感应脉冲电源放电时极间电压逐渐升高的特性,从这些放电特性出发分析其所体现的放电能量释放的规律和极间介电强度的变化规律,根据实验中推测出的介电强度完全恢复所需的时间,确定了相应实验条件下的使用脉冲电源的频率极限;为实现放电间隙的自动调节,根据静电感应脉冲电源的放电特点,研制了伺服控制电路,并通过实验研究了伺服参数和脉冲电源频率对伺服加工速度的影响规律;将静电感应脉冲电源应用于电火花块电极磨削加工和电火花线电极磨削加工中,分别加工出了直径5.8μm、长100μm和直径5.1μm、长120μm的微细轴,分析了影响微细轴加工质量的因素。并在厚20μm的不锈钢塞尺上加工出了直径8.6μm的通孔,证明了静电感应微细电火花加工的微细加工能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2 国内外相关领域研究现状及分析
• 1.2.1 微细电火花加工的关键技术及研究现状
• 1.2.2 微细电火花加工技术的应用
• 1.3 课题主要研究内容
• 第2章 静电感应微细电火花加工的原理及优点
• 2.1 静电感应微细电火花加工的原理
• 2.2 静电感应微细电火花加工的实现方法
• 2.3 静电感应脉冲电源的电压脉冲形式
• 2.3.1 双极性电压脉冲
• 2.3.2 单极性电压脉冲
• 2.4 静电感应微细电火花加工的优点
• 2.5 本章小结
• 第3章 静电感应微细电火花加工的放电特性研究
• 3.1 静电感应微细电火花加工放电持续时间
• 3.2 双极性放电的极间电压跳跃现象
• 3.3 正极性电压脉冲的多次放电特性
• 3.3.1 多次放电的极间电压波形
• 3.3.2 多次放电的影响因素
• 3.3.3 多次放电的放电能量规律研究
• 3.3.4 多次放电对加工表面质量的影响
• 3.4 极间电压变化规律研究
• 3.4.1 高频静电感应脉冲电源放电时的极间电压现象
• 3.4.2 极间介电强度恢复时间
• 3.5 极间介电强度的变化规律研究
• 3.6 本章小结
• 第4章 静电感应微细电火花加工伺服控制研究
• 4.1 静电感应微细电火花加工伺服控制原理
• 4.2 测量回路对极间电压的影响
• 4.3 伺服参考电压的设置
• 4.4 伺服参数和脉冲电源频率对加工速度的影响
• 4.4.1 实验方法
• 4.4.2 伺服参数对伺服加工速度的影响
• 4.4.3 脉冲电源频率对伺服加工速度的影响
• 4.5 放电状态的非接触检测
• 4.6 本章小结
• 第5章 微细轴和微小孔的加工
• 5.1 微细轴的加工
• 5.1.1 电火花块电极磨削加工
• 5.1.2 电火花线电极磨削加工
• 5.1.3 静电感应脉冲电源与RC脉冲电源的加工质量对比
• 5.2 微小孔的加工
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢