复合型微细电火花工具电极加工装置的开发及实验研究

摘要

随着科学技术的发展，机械制造进入精密化、微型化阶段，尤其是电子、光学、生物技术等领域对微型化产品提出了越来越高的要求，小型化微型化成为发展的趋势。微细电火花加工技术作为微细制造领域重要的方法有其独特的优势，主要包括加工范围广、工具电极与工件没有宏观力的作用加工精度易于保证、可控性好等。微细电火花加工技术主要包括电火花线电极磨削技术(WEDG)以及电火花块反拷技术(BEDG)。线电极磨削具有加工精度高极限加工能力强、效率低的特点，块反拷具有加工精度低、效率高的特点，本文将研究一种多功能微细加工装置以实现块反拷与线电极磨削工艺结合。
　　本文首先介绍了微细电极制作的方法以及各自的特点，阐述了在线制作电极的重要意义，详细介绍了国内外WEDG结构的研究现状。在此基础上本课题以实验室多功能微机床为基础设计了WEDG与BEDG复合加工系统，该系统包括块电极反拷模块、线电极磨削模块、微细孔加工模块及其冷却液循环模块。本文设计了线电极非悬空放电导轮，极大的提高了线电极的稳定性。对于线电极模块提出用磁滞制动器通过带摩擦给线电极提供张力的方法，减少线电极的转动惯量，提高线电极的稳定性。在模块设计过程中利用ANSYS软件对结构中主要零件进行了仿真，简化了设计流程。将其安装到多功能机床的三维微平台上以实现加工时的运动需求，该三维微平台具有A、B、C三移动轴，且各轴分辨率达到0.1μm。此外该多功能机床的主轴为镶嵌陶瓷片的V块主轴Z轴，使得主轴的同轴度有了可靠的保证。此外利用LabVIEW程序设计了块电极反拷、线电极磨削、电火花打孔的短路回退控制程序，经过实验验证了程序的可行性。
　　其次，详细介绍了块反拷加工与线电极磨削加工的与原理及其优缺点，研究了复合微细电火花加工工艺。通过正交实验法研究了块电极反拷中各加工因素对工具电极去除率的影响，得到各因素对去除率重要性影响的先后顺序，此外，还研究了线电极磨削加工中各因素对工具电极去除率的影响，并对结果进行了深入的分析，为进一步提高线电极磨削加工效率提供了参考。
　　最后，进行了微细小孔加工实验，研究了电火花打孔时的控制策略，提出了阈值电压控制法，并对比了恒速进给时工具电极损耗率，得出该策略的有效性。并考察了开路电压、放电频率、主轴转速、占空比对小孔加工去除率的影响，优化了小孔加工工艺。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源及研究背景和意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 研究背景及意义

1．2 微细电极在线制作

1．2．1 微细电火花反拷加工技术

1．2．2 微细电火花线电极磨削技术

1．2．3 其他制备电极技术

1．3 微细电极制作装置国内外研究现状

1．4 研究内容

1．5 本章小结

第二章 复合微细电火花模块设计及控制软件设计

2．1 复合微细电火花装置设计

2．1．1 复合微细电火花模块总体设计

2．1．2 线电极磨削机构的设计

2．1．3 放电导轮的设计

2．1．4 收丝机构的设计

2．2 复合微细电火花模块优化设计

2．2．1 模块支撑底板应力分析

2．2．2 复合微细电火花加工装置支撑板优化设计

2．3 复合微细电火花加工中实验装备介绍

2．4 复合微细电火花加工中控制设计

2．5 本章小结

第三章 复合微细电火花在线制作工艺研究

3．1 微细电火花加工方法及影响因素

3．1．1 微细电火花块反拷加工原理

3．1．2 微细电火花块反拷加工间隙控制策略

3．1．3 微细块反拷加工正交实验设计

3．2 微细电火花线电极磨削加工原理及实验研究

3．2．1 微细电火花线电极磨削原理

3．2．2 微细线电极磨削实现条件

3．3 微细线电极磨削加工单因素研究

3．3．1 开路电压对线电极磨削中工具电极去除率的影响研究

3．3．2 电极丝张力对线电极磨削中工具电极对去除率的影响研究

3．3．3 线电极走丝速度对线电极磨削中工具电极去除率的影响研究

3．3．4 放电频率对线电极磨削中工具电极去除率的影响研究

3．4 微细复合电火花加工工艺研究

3．5 本章小结

第四章 基于阈值电压法电火花微细孔加工实验研究

4．1 电火花微细小孔加工原理及影响因素

4．2 微细电火花加工工具电极磨损对比试验研究

4．3 电火花打孔单因素实验

4．3．1 开路电压对小孔去除率的影响

4．3．2 主轴转速对加工小孔率的影响

4．3．3 放电频率比对去除率的影响

4．3．4 占空比对去除率的影响

4．4 本章小结

结论与展望

参考文献

在学期间的研究成果及发表的学术论文

声明

致谢