多功能微型机庆及其加工技术的研究

摘要

以微型机床为加工载体,利用传统加工方法加工具有复杂三维微细结构零件的技术,材料适应性强,节省空间和能源,更容易实现高精度加工,而且可通过并行生产的方式实现批量化生产。相比于单一功能的微型机床,多功能微型机床的优势更为明显。
　　 为研究多功能微型机床及其加工技术,自主开发了一台具有微细铣削和微细电火花加工功能的多功能微型三轴立式机床。该机床能够实现微米到毫米尺度零件的微细铣削和微细电火花加工技术的应用,对工件材料多样性及加工工艺多样性具有较强的适应能力。
　　 微铣削加工过程中产生的毛刺是影响微加工质量的关键。在对其形成机理进行深入分析的基础上,提出一种通过优化切削参数和走刀路径相结合的方法实现微铣削毛刺的最小化处理,大大减小了微细铣削毛刺对工件质量的影响。
　　 为避免由于切削力过大而造成刀具磨损加剧,甚至使刀具发生破损。提出在微细铣削加工中,通过实时调整机床进给参数对微铣削切削力进行控制,以实现对刀具的过载保护。
　　 提出在微细电火花加工中,通过运用人工神经网络理论建立脉冲电压幅值、峰值电流和脉冲宽度等主要加工电参数与电极工件损耗比和材料去除率的微细电火花加工BP神经网络模型,并利用遗传算法对此加工模型进行优化设计,实现对加工过程电极工件损耗比和材料去除率的优化设计。最后通过实验方法验证了模型的有效性,为研究微细电火花加工建模和参数优化等提供新的途径,也为微细电火花加工的参数优化提供了理论依据。
　　 以本论文所研制的多功能微型机床为实验平台,实现了一些具有典型微细特征结构的零件,如微细轴电极、微小深孔、矩形小孔和微型薄壁毛细管阵列等等的加工。其中,通过采用紫铜微细削边电极和微细阶梯轴电极,利用微细电火花加工技术在Starvax ESR模具钢上分别加工了直径30μm、深宽比为15.7:1和直径42μm、深宽比为21.7:1的微小深孔,显著提高了微小孔的深径比。此外,利用微细铣削和微细电火花加工技术在黄铜上加工了一个2×2、外壁直径为100μm、内壁直径为60μm的微型薄壁毛细管阵列,充分验证了多功能微型机床在微小复杂零件多工序、多工艺的加工技术中的优势。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 微型机床的发展

1.2.1 微小尺度微型机床的发展

1.2.2 中尺度微型机床的发展

1.2.3 多功能微型机床的发展

1.2.4 国内微型机床的研究现状

1.2.5 机床微型化技术研究的必要性

1.3 微细铣削加工技术的发展

1.3.1 国外微细铣削加工技术的发展

1.3.2 国内微细铣削加工技术的研究现状

1.3.3 微细铣削加工技术研究的必要性

1.4 微细电火花加工技术的发展

1.4.1 国外微细电火花加工技术的发展

1.4.2 国内微细电火花加工技术的发展

1.4.3 微细电火花加工技术研究的必要性

1.5 本课题的主要研究内容

第二章 多功能微型机床的研制

2.1 引言

2.2 机床总体设计

2.2.1 系统结构设计

2.2.2 机床本体结构设计

2.3 机床硬件系统设计

2.3.1 三轴精密工作台

2.3.2 主轴及微径铣刀

2.3.3 切削力控制系统

2.3.4 微细电火花加工系统

2.3.5 工作液供给系统

2.4 机床数控软件设计

2.4.1 数控软件总体设计

2.4.2 人机交互模块

2.4.3 微细铣削切削力控制模块

2.4.4 微细电火花加工模块

2.5 系统集成及联合调试

2.6 小结

第三章 微细铣削加工技术的研究

3.1 引言

3.2 微细铣削加工表面粗糙度的研究

3.3 微细铣削毛刺的最小化

3.3.1 微细切削毛刺的形成

3.3.2 微细铣削削毛刺的形成

3.3.3 最小化微细铣削毛刺

3.4 微细铣削切削力的控制

3.4.1 实验设计

3.4.2 切削力控制

3.5 本章小结

第四章 微细电火花加工BP神经网络建模与优化设计

4.1 引言

4.2 微细电火花加工BP神经网络建模

4.2.1 实验设计

4.2.2 微细电火花加工BP神经网络的设计

4.2.3 微细电火花加工BP神经网络的训练

4.2.4 模型推广能力的实验验证

4.3 微细电火花加工BP神经网络模型的遗传算法优化设计

4.3.1 遗传算法设计

4.3.2 优化结果的实验验证

4.4 本章小结

第五章 典型结构微细铣削及微细电火花加工技术的研究

5.1 引言

5.2 微细轴电极的在线制备技术

5.2.1 微细轴电极的在线粗加工

5.2.2 微细轴电极的在线精加工

5.3 微小深孔加工的微细电火花加工技术

5.3.1 微细削边轴电极加工微小深孔

5.3.2 微细阶梯轴电极加工微小深孔

5.4 矩形小孔加工技术的研究

5.5 微型薄壁毛细管阵列加工技术的研究

5.6 小结

第六章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢