微细电火花加工及其关键技术

综述了微细电火花加工的基本原理及最新研究进展。比较了LIGA技术与微细电火花加工的特点与应用。简要分析了微细电火花加工的关键技术：微细电极的在线制作、微进给装置、微小能量的脉冲电源、微小电极的运动轨迹规划、电极的损耗及补偿策略。展望了微细电火花加工在微三维结构加工中的应用前景。     

微细电火花加工技术的研究进展

研究和综述了微细电火花加工技术的研究现状和发展趋势。比较分析了常用微细加工与微细电火花加工方法的特点及应用，论述了线电极电火花磨削技术的原理及在微细加工中的作用。结合电火花加工过程中无宏观作用力的特点，论述了微细电火花加工装置微小型化的可行性和几种主要形式。     

微细电火花加工的微细电极在线检测

设计了微细电极在线检测系统。系统由卤素灯光源、变焦显微镜头、CCD摄像机和6自由度支架组成,具有1.61 μm的分辨率和113~729的放大率。在Linux平台下,基于V4L2 API开发了图像采集程序,使用mmap()内存映射方法获取图像数据。实现了IplImage数据结构和QImage类的转换,使图像既可以基于OpenCV进行处理,又可以基于Qt进行显示,通过Canny边缘检测算法提取了微细电极的边缘轮廓。实现了电极在线观测的G代码功能,进行了块状电极电火花磨削微细轴的实验。实验结果表明系统可以在线观察电极状态和在线测量电极尺寸,在线测量值与扫描电镜离线测量值的相对误差在5%以内, 解决了微细电火花加工的微细电极在线制造和检测等难题。     

基于Linux的微细电火花加工数控系统的研究

为了满足微细电火花加工高精度、高灵敏度和强实时性的运动控制要求,提出了以可编程多轴控制器为下位机、PC和Linux为上位机的体系结构,进行了六轴联动微细电火花加工数控系统的软硬件设计.为了解决微细电极在线制造和补偿等技术难题,该数控系统集成了机器视觉功能,基于V4L2应用程序接口开发了图像采集程序,基于OpenCV开发了图像处理程序,通过Canny边缘检测算法,提取了微细电极的边缘轮廓,可以在线观察和测量微细电极.此外,基于Lex和YACC设计并实现了数控代码解释器.     

微细电火花加工装置关键技术研究

围绕微细点火花加工的关键技术,开发出了具有4轴3联动的微细电火花加工装置。阐述了利用该装置实现微细电火花加工的关键技术和实现途径。包括微能脉冲电源的设计实现;通过选择适当的伺服控制策略,解决了伺服机构在小位移进给时所存在的爬行问题;探索了微细电极的在线制作与检测方法,并分析了在线检测方法存在的误差。在该装置上进行了大量的加工试验,试验已加工出最小直径为12 mm的微细轴和25 mm的微细孔,并实现了具有空间自由曲面的,大小为1 mm×0.3 mm×0.18 mm微脸谱雕塑的加工。     

自成型微细电极制备技术研究

以目前微细电火花加工中微细电极常用的制备技术为基础。提出了自成型微细电极制备技术。通过研究,掌握了自成型微细电极制备技术工艺关键。并与传统制备方法的反拷块法进行了实验对比。获得了较为理想外形尺寸精度、长径比的电极。     

微细电火花加工系统及其工艺技术

开发了一套微细电火花加工系统,该系统不仅能加工微细轴、微细孔,还能实现微三维结构的微细电火花加工。研究了针对该系统的微细电火花加工工艺技术,研究了放电电压、放电电容等工艺参数,主轴转速,以及工作液介质对微细电火花加工效率、相对电极损耗率的影响规律。采用旋转削边电极技术大大提高了进行大深径比微细孔加工时的加工效率。进行了大量的加工实验,加工出了最小直径为6μm的微细轴以及最小直径为10μm的微细孔;通过对电极损耗的在线补偿策略研究,实现了微三维结构的加工,加工出了外径为4mm、具有24个叶片的微型涡轮盘及具有微三维结构的微细梁,充分证实了该系统的广泛适用性。     

微细电火花加工机床关键技术

研制开发两台高精度、高性能,具有自主知识产权的微细电火花加工机床,并对微细电火花加工机床的几个特有关键技术进行了深入研究.基于压电陶瓷的宏微伺服进给系统能实现分辨率为3.42 nm的微进给,并且能实现振动式进给,以改善微细电火花加工的间隙状态,提高微细电火花的加工效率和加工质量.结合块电极反拷与线电极反拷的微细工具电极反拷系统,可高效高精度地现场制作微细电极,电极直径最小可达4 μm.基于多传感器信息融合技术的放电间隙状态监测技术,能很好地解决微细电火花加工间隙状态的监测与识别问题.RC脉冲电源不存在维持电压现象,这一最新发现为降低单脉冲放电能量难题提供一个新的解决途径,使得基于RC方法开发的超微能脉冲电源的单脉冲放电能量最小降至皮焦级,为微细电火花加工奠定了良好的基础.最后的微细电火花加工试验表明,所开发的微细电火花加工机床性能稳定,且加工质量良好,尤其适合加工孔径为50～200 μm的微细孔.     

功能梯度材料微细电火花电极损耗机理研究

论述了功能梯度材料Ni-TiN/Cu微细电火花电极的制备方法,并用实验的方法研究功能梯度材料层在电火花微细加工对电极损耗的影响。Ni-TiN/Cu微细电火花电极通过在圆柱铜电极外侧电沉积功能梯度材料层来制备,纳米颗粒TiN做为增强相。通过使用SEM分析功能梯度材料层的显微组织,使用光学显微镜测量电极加工孔质量与电极损耗情况,对比功能梯度材料电极与均质电极的电火花加工性能。在微细电火花加工中,功能梯度材料层可以有效的抑制高频脉冲条件下电极的损耗效应,改善电流密度分布,从根本上解决因尖端放电引起的电极形状变化问题,实现端面等损耗,保证了微细电火花加工电极的形状精度。实验结果验证了功能梯度材料作为工具电极在微细电火花加工应用的前景。     

微细电极制备方法研究

微细工具电极在电火花和电解加工中起到关键作用。对微细工具电极的制备方法:反拷法、线电极电火花磨削法以及电化学腐蚀法进行了分析,同时研究了不同方法在异形微细电极制备过程中的应用,在此基础上总结了微细工具电极绝缘层制备方法。通过对电极和绝缘层制备方法的研究,为新式异形工具电极的设计和制备提供技术借鉴,对微细工具电极的结构创新及更高精度的微孔加工具有重要意义。     

一种新型卧式微电火花机床的设计与实验研究

针对微电极制作的效率问题,提出了一种快速在线微电极加工成形的方法,设计了一种新型卧式微电火花机床。该机床由金刚石砂轮超精密在线电极磨削、线电极电火花在线电极磨削共同完成微米级电极的高效精密制作,该机床组成部分还包括基于CCD的在线光学尺寸检测与测量系统、精密运动与进给系统、纳秒级独立式脉冲放电电源与放电状态检测反馈系统组成。在该机床上进行了微电极制作、微小孔加工以及微电火花铣削等实验,加工出直径为15μm微细轴和直径为50μm微小孔。     

基于杠杆模式施载的圆弧刃光栅刻画刀具刃磨机床研制

采用圆弧刃光栅刻画刀具,实现在线换刃技术是解决光栅刻画刀具使用寿命问题的一种有效的途径。在线换刃圆弧光栅刻画刀具对刃口质量及精度要求高,刃磨制作工艺难度大,且国内外市场几无此类刃磨设备,需要自行设计制作圆弧刃光栅刻画刀具刃磨机床。在圆弧刃光栅刻画刀具刃磨试验设备设计制作及圆弧刃光栅刻画刀具刃磨制作工艺研究基础上,针对圆弧刃光栅刻画刀具的刃磨特点,设计新型的基于杠杆模式施载的圆弧刃光栅刻画刀具刃磨机床;根据传统机床的设计程序,对刃磨机床的功能、总体设计及详细结构设计展开研究,并对施载与微进给机构进行了振动分析,排除了出现共振的可能性。最后完成了该机床的机械装调,并刃磨制作一把圆弧刃光栅刻画刀具,其定向角∠D=63°,刀尖角∠J=90°,刃圆半径R=8.56mm,在460倍体视显微镜下观察无崩口等缺陷,刃口弧线清晰可见。刀具检测及观测结果表明,所设计的圆弧刃刀具刃磨机床适用于圆弧刃光栅刻画刀具的刃磨制作,所采用的分析及设计方法对圆弧刃刀具刃磨机床及其他机床的设计和研制具有实际指导意义。     

On-Line Diagnostic Tools for CMM Performance

The on-line evaluation of the degradation of a coordinate measuring machine (CMM) performance, either due to variations of environmental factors, or to the deterioration of one of the CMM subsystems, is particularly important for the machine user. A sign of this interest is the large number of international standards that have been issued. The paper presents an approach for the on-line diagnostic of the metrological capabilities of a CMM. The method, which does not make use of additional internal or external instrumentation, is performed on-line during a normal measurement cycle. The graphical approach of the method, based on the use of control charts, permits a simple and immediate monitoring of the machine performance. Preliminary experimental results are presented and discussed.     

基于LS-SVM的油气两相流空隙率测量方法的研究

利用12电极电容层析成像系统电容传感器获取的66个电容测量值,基于最小二乘支持向量机（LS-SVM）算法,提出了两相流空隙率在线测量的新方法。该方法用LS-SVM来建立空隙率测量模型。在实际测量时,首先归一化ECT获取的电容测量值,然后将归一化电容值输入已经建立的空隙率模型即可计算出空隙率。实验结果表明：该方法是有效的,避免了复杂耗时的图像重建过程,测量误差在6%以内,测量时间小于0.08 s。     

基于WSVM的软测量算法应用研究

为了克服污水处理过程中随机干扰严重影响软测量效果的不足,基于支持向量机(SVM)核方法和小波多分辨率理论,提出了一种多分辨率小波核支持向量机的机器学习方法,并应用于对污水处理过程水质参数的软测量中.利用支持向量回归机与参数特性混合建模,实现了对BOD浓度与COD浓度的在线软测量.仿真结果表明:应用该软测量技术能较好地克...     

用触发式测头实现牙掌在线检测

在SSK—U6035五轴加工中心上，利用触发式测头（英国雷尼绍的MP10工件测头）系统和相应的检测自动编程系统实现牙掌在线定位、测量、数据处理、误差校正控制和加工一体化，大大提高了加工中心利用率和工件加工精度，降低了废品率。同时增加了该机床的功能，提高了检测自动化的程度，并且为其他类型的工件检测提供了新的方法。     

流涎法塑膜制备过程中厚度在线检测方法

采用流涎法制备塑膜时,实时检测流涎口处半透明粘稠状塑膜厚度,从而及时调整生产工艺参数,以更好地提高塑膜的生产质量。本文采用光学在线测量法,利用直射式双反射光路激光三角法,建立振动状态下厚度测量模型,设计了厚度测量传感器,提出了两步标定法,保证半透明粘稠状塑膜厚度测量的准确性。实验表明,测量误差小于10μm,有效地消除了钢带在线振动产生的误差,该方法适用于流涎口处半透明粘稠状塑膜厚度的在线测量。     

面向数控机床的远程在线监测与故障诊断系统的研究

在分析了数控机床远程在线监控与故障诊断系统的需求的基础上，从框架体系结构和技术体系结构两个不同方面详细地介绍了满足面向数控机床的远程在线监测与故障诊断系统的体系结构。最后研究了系统的实现方法，并建立了原型系统。     

航空压气机叶片型面在线激光测量系统设计

针对航空压气机叶片型面在线测量这一难题,提出叶片型面在线激光测量方案,并就系统构型确定、基于构件的测量软件开发、分布式并行测量模式设计等关键性问题进行深入研究.该方案在BLM001样机上得到实现,并在生产中得到应用.     

基于单脉冲放电的钨微细电极快速成形方法及其应用研究

在传统电火花加工的基础上,通过单脉冲放电方式,在钨细线电极的端部瞬时成形出一个微米级的微细电极。运用试验研究详尽分析了各主要加工参数,如电极材料、加工极性、工作液介质、放电持续时间和峰值电流等对微细电极的成形影响,得出了微细电极瞬时成形的基本规律。此外,在试验的基础上对微细电极成形的机理进行了初步探讨,并对成形后的电极进行了能谱分析。通过本方法可以在直径0.125 mm的钨丝端部瞬间得到长350 μm,直径30 μm左右的微细电极,用该电极成功地完成了多个微米级微细孔的加工。微细电极的尖端半径约为100 nm,可作为扫描仪器和检测仪器的微细探针。极大地提高了微细电极或探针的成形效率,有望成为微细电极和微细探针制备的有力手段之一。