ECDM与HSPECM复合铣削工艺及相关技术研究

摘要

高频、窄脉冲电化学加工（HSPECM）以其特殊的物理、化学特性，可以明显减小加工间隙，提高阳极集中溶解蚀除能力，使得高频窄脉冲电化学加工具有加工精度高、加工稳定性好等优点，而且可以加工出微小尺寸工件，因此近些年来在微精加工领域受到很大重视，具有十分广阔的应用前景。　　虽然电化学加工和电火花加工在成型加工方面有很多的优越性，但是这两种方法都有各自的不足之处。电火花加工虽能达到很高的成型精度，但其加工速度较低；电化学加工虽能获得较高的加工速度，但成型精度较低，这就要求我们寻找一种能够把电化学加工和电火花加工的优点有机结合起来的加工方法，这就是电化学电火花复合加工（ECDM）。由于将两种加工方法结合在一起，扬长避短，互相补充，因而具有独特的工艺性和更好的加工效果。　　加工机理是一种加工方法的核心所在，是一种加工方法的理论基础。为此，首先利用在电解液中的放电理论及相关模型，以电化学电火花复合加工过程中的各个阶段为出发点对其加工机理进行了分析研究。又通过研究ECDM的表面特征，发现其加工表面具有电火花加工表面火花放电形成的凹坑特征，但是凹坑的边缘部分却非常平滑，这就证明了ECDM工件表面兼具了EDM和ECM加工的双重特征。通过实验研究，了解了ECDM的基本规律，对实验现象进行了深入的分析与总结。研究表明，ECDM作为一种将ECM与EDM两种加工方法结合在一起的新的加工方法，能够克服EDM与ECM的相对不足，并且易于实现生产实用化。　　利用正交试验法设计试验，通过对影响高频窄脉冲电化学加工精度的各种加工因素进行分析，找到影响加工精度的主要因素并提出了一种优化的工艺方案。对所得到的正交试验数据采用回归分析方法进行分析，最终得到加工工艺参数对加工精度的回归方程。对得到的回归方程进行了显著性检验，检验结果证明，无论是回归方程本身还是回归系数都是高度显著的，证明了回归方程的可信性。进行了加工工艺试验，总结了工艺规律；并以此规律，尝试着进行微小孔与电化学铣削的加工实验。　　脉冲电源是ECDM加工系统不可或缺的组成部分，良好的电源系统不仅是加工过程稳定进行的可靠保证，并且还能提高加工效率，降低能耗。本文设计了一种针对ECDM特点的节能式脉冲电源系统，该脉冲电源取消了传统电源的限流电阻而代之以电感，在大电流加工中大大节约了电能。控制系统可以在非正常放电发生时及时地调整加工参数以使放电恢复正常并保护工件免受损伤。针对HSPECM加工间隙简化模型分析的基础上，提出了通过对加工电流平均值进行采样并计算其方差进而获得加工间隙和加工状态的方案，设计了间隙平均电流的检测电路，并根据极间电流检测的结果制定了相应的伺服控制策略，解决了加工间隙的在线实时测控和加工稳定性问题。　　利用ECDM技术来进行三维结构的铣削制造是ECDM技术的一大发展趋势。但是电极的损耗补偿与CAD/CAM技术一直制约着ECDM技术的进一步发展与应用，而ECM恰恰很好地克服了电极损耗的问题。针对这一问题提出了ECDM与HSPECM粗精分开的铣削加工策略。通过对ECDM过程中电极损耗现象的分析，结合快速原型制造中的分层制造概念和ECDM电极等损耗概念，探索和研究了基于分层制造原理的分层去除ECDM技术。分析了ECDM等损耗理论中电极损耗的补偿策略，指出了其中的不足之处并制定了ECDM铣削加工过程中电极损耗的在线补偿策略，该补偿策略简单易行。将UG平台下的通用机械铣削加工CAD/CAM软件应用于ECDM和HSPECM的铣削加工中，实现了多种三维结构的ECDM铣削加工。

目录

ECDM 与HSPECM 复合铣削工艺及相关技术研究

RESEARCH ON ECDM AND HSPECMCOMPOUND MILLING AND RELATEDTECHNIQUES

摘要

Abstract

Contents

第1章 绪论

1.1 电化学加工技术的发展现状

1.2 脉冲电化学加工研究现状

1.3 电化学微细加工研究现状

1.4 计算机控制技术在电化学加工中的应用

1.5 电化学复合加工技术

1.6 ECM/EDM 复合加工发展现状

1.7 课题来源及研究的目的和意义

1.8 本课题的主要研究内容

第2章 ECDM 机理及试验研究

2.1 ECDM 材料去除机理

2.2 ECDM 表面特征

2.3 ECDM 的工艺试验研究

2.4 加工实验

2.5 ECDM 工艺特点的讨论

2.6 ECDM 与EDM 和ECM 之比较

2.7 本章小结

第3章 HSPECM 参数影响因素分析及试验研究

3.1 试验加工设备

3.2 试验研究

3.3 加工规律的多元线性回归分析

3.4 加工实验

3.5 本章小结

第4章 ECDM 与HSPECM 脉冲电源及控制系统研究

4.1 ECDM 系统的组成

4.2 ECDM 脉冲电源及状态检测

4.3 ECDM 伺服进给控制策略

4.4 HSPECM 脉冲电源设计

4.5 HSPECM 加工间隙检测

4.6 HSPECM 伺服进给控制策略

4.7 本章小结

第5章 ECDM 与HSPECM 铣削工艺研究

5.1 ECDM 电极损耗及其抑制与补偿

5.2 电极等损耗ECDM 技术

5.3 ECDM 分层铣削加工在线补偿策略

5.4 ECDM 的CAD/CAM 技术实现

5.5 HSPECM 铣削加工

5.6 三维结构加工实例

5.7 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明

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致谢

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