主轴高速旋转下静电感应高效微细电火花加工特性研究

摘要

微细电火花加工技术由于电极制作简单、材料的硬度及强度对加工影响小、可控性好等优点而被广泛应用于微小器件的加工,但由于加工效率低、加工速度缓慢,这在很大程度上限制了其应用与发展。
　　目前在微细电火花孔加工及铣削加工中为了提高加工效率通常是采用旋转电极的方式,其电极旋转速度一般在几百转/分至上千转/分。电极旋转能够促进极间排屑和电极的冷却,从而抑制局部放电和异常拉弧放电的发生,因此如果大幅提高电极转速至数万转/分,其加工效率应该会进一步提高。但传统的微细电火花加工通常采用RC脉冲电源,必须采用电刷进行接触式给电,如果主轴转速过高,由于电刷的影响会引起主轴的振动,从而降低微细电火花加工精度,因此接触式给电限制了主轴转速的进一步提高。
　　静电感应微细电火花加工通过电容耦合方式实现了对工具电极的非接触给电,不仅可以进一步提高微细电火花加工的微细化极限,而且其去除了与主轴直接接触的给电电刷,为在微细电火花孔加工中应用高速主轴提供了可能。
　　本文通过分析静电感应微细电火花加工的原理,设计制作了基于高速主轴的静电感应微细电火花加工装置及极间电压的非接触测量装置,分析并验证了非接触测量能够真实地反映极间电压的变化,同时研究表明改变给电电极的内径和长度能够有效地调节极间放电能量;另外,本文还建立了主轴高速旋转下圆柱电极微小孔加工极间间隙流场模型,对主轴高速旋转时极间流场中颗粒受力进行了分析,同时对不同转速时极间流场中放电蚀除颗粒的分布进行了数值模拟,发现主轴转速的大幅提高能够使放电蚀除颗粒更加迅速地排出极间间隙;为了能够实现极间放电间隙的自动调节,本文根据高速主轴静电感应微细电火花加工的特点,研制了相应的伺服控制系统,同时在微小孔加工中研究了伺服参考电压、脉冲电源频率、主轴转速对加工效率的影响。另外在微缝加工中研究了主轴转速对电极损耗的影响。

目录

主轴高速旋转下静电感应高效微细电火花加工特性研究

STUDY ON MACHINING CHARACTERISTICS OF HIGH SPINDLE MICRO EDM USING ELECTROSTATIC INDUCTION FEEDING METHOD

摘 要

Abstract

第一章 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

1.3 课题主要研究内容

第二章 高速主轴静电感应微细电火花加工原理及实验装置的设计

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优点

2.3 高速主轴静电感应微细电火花加工实验装置

2.4 非接触测量的实现方法及特点

2.5 极间放电能量的调节

2.6 本章小结

第三章 主轴高速旋转下微小孔加工极间流场仿真研究

3.1 CFD仿真的必要性及软件选择

3.2 主轴高速旋转微小孔加工极间工作液流场仿真

3.3 本章小结

第四章 高速主轴静电感应微细电火花加工伺服及工艺特性研究

4.1 静电感应微细电火花加工伺服控制特性

4,2 脉冲电源频率对加工效率的影响

4.3 微小孔加工中主轴转速对加工效率影响研究

4.4 微缝加工中主轴转速对电极损耗及加工效率的影响

4.5 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

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢