精密及微细电火花加工(二)

2精密型孔加工实现精密和微细加工,除了制作合格的电极、具备相应的电加工机床和脉冲电源外,熟练地掌握合理的加工工艺是重要关键。     

微细电火花线切割加工关键技术

在分析微细电火花线切割加工特点的基础上,对获得高精度、高表面质量工艺指标的关键技术进行了研究。其中重点对微能量脉冲电源、恒张力走丝系统、偏开路伺服控制策略、基于压电陶瓷电动机的微驱动进给系统、智能工艺规划系统和加工工作液间隙特性等关键技术进行了研究,解决了微小复杂零件难以切割的问题,并且获得高质量微小复杂零件,最终满足了微细电火花线切割加工的需要。     

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.     

微细电火花加工脉冲电源及智能控制器设计

设计了以DSP和CPLD为控制单元的微细电火花脉冲电源,满足微细电火花加工单个脉冲能量小而可控的要求。针对加工过程难以用数学模型描述的问题,利用智能控制不依赖数学模型的优势,设计了模糊神经网络控制器,根据间隙放电状态,对在线参数实时调整。通过微小孔加工实验表明,采用智能控制的加工方式可以提高加工速度,有很好的应用前景。     

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。     

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。     

微细电火花加工设备技术研究

微细电火花加工的关键设备技术涉及电极的微进给伺服机构、电极和工件的附加树对运动机构、微小能量放电电源以及加工状态检测与控制系统等。文章围绕微细电火花加工系统的设计系统，介绍基于压电致动原理以及摩擦传动的微进给机构、工具电极的线放电磨削机构和旋转主轴、以及微小能量放电电源的设计等，并指出需要进一步研究的课题。     

基于模糊控制的微细电火花加工脉冲电源研究

设计了一套微细电火花加工脉冲电源,该电源采用有效放电火花数检测方法对放电状态进行统计,并利用模糊控制算法对脉冲宽度和脉冲间隔进行调整以改善加工性能。试验结果表明,该脉冲电源在保证加工稳定性的基础上,能够有效地提高加工精度及加工效率。     

电火花微细加工系统研制

根据电火花微细加工的技术特点,设计研制适应电火花微细加工要求的伺服控制系统,微能脉冲电源和微细电极制造机构,整个系统工作稳定,能够较好地达到微细加工的要求.     

微细电火花机床实时数字控制系统

介绍了微细电火花机床的实时数字控制系统,系统采用开放式PC平台结构,硬件采用自行开发的ISA控制卡。通过硬件定时和虚拟驱动程序相结合的方式可实现在Win95下的实时控制。经长时间运行,证明系统稳定可靠。     

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。     

节能型电火花加工脉冲电源的研究

设计了一种采用LCL-T主电路结构的新型节能型脉冲电源系统,给出了系统硬件电路和软件设计思路,分析了脉冲电源主要能耗部分的电能损耗,并且利用设计的脉冲电源样机进行了工艺试验,检验了节能型电火花加工脉冲电源的加工工艺性能,考察了系统方案的可行性,试验证明所设计的节能型脉冲电源具有良好的加工功效。     

导电CVD金刚石电极电火花精微加工研究

将导电CVD金刚石厚膜用作电火花加工的电极,研究了其精微加工特性。实验显示,导电CVD金刚石电极在窄脉宽精微加工条件下的损耗极低,几乎为零;且在某些条件下导电CVD金刚石电极的加工效率优于铜电极。研究结果初步表明导电CVD金刚石有着优异的电火花加工性能。     

大深径比微小孔快速电火花加工系统研究

电火花加工因具有宏观作用力小、可控性好等优点,被广泛应用于微小孔加工领域,但对于快速加工大深径比微小孔仍存在散热困难、排屑不畅、电极损耗大及加工过程不易控制等技术难点。为此,在分析电火花加工机理及加工特点的基础上,研发了一台用于快速加工大深径比微小孔的电火花机床。该设备通过采用立式布局,应用电极旋转、工件振动的旋振式机构,实现在加工过程中快速散热和排屑;通过采取工业控制计算机搭载数据采集卡和运动控制器的方式,实现了加工过程的检测控制功能一体化。针对电火花加工过程中放电信号严重畸变以及放电状态不稳定导致加工状态难检测的问题,提出了两级模糊逐级映射放电状态检测方法,同时为了实现机床的快速响应和精确控制,设计了双闭环加工控制系统。实验表明,该机床适合于大深径比微小孔的快速加工,且性能稳定,可靠性高。     

电火花加工脉冲电源功率器件的研究进展

功率器件是电火花加工脉；中电源中的一个核心元件，它对电火花加工的效率、加工精度和工具电极损耗等有很大的影响。本文综述了GTO、GTR、MOSFET、IGBT、MCT、IGOT和IPM等功率器件的研究现状和最新成果，并对它们在电火花加工脉冲电源中的应用与发展现状进行了分析评述。     

电火花加工用工具电极材料的研究进展

工具电极是电火花加工中非常重要的因素,电极材料的性能对电火花加工性能具有很大影响。介绍了电火花加工用工具电极材料在普通电火花加工、电火花表面改性和微细电火花加工三个方面的最新研究进展。     

一种新型金属材料微细槽孔结构电加工方法

在枪管、飞机叶片、弹体壳腔等的微细裂纹无损检测试验研究中,需要先在这些场合预制微细人工伤。为解决这类微细人工伤的单件或者小批量加工问题,需要研究一种加工环境质量要求相对较低、热效应及残余应力相对较小的新型加工方法。本文提出一种应对加工需求的新方法,即以普通的电火花加工原理为基本雏形,利用微细脉冲产生的电弧放电热,逐步将金属微量熔蚀,在加工间隙中,使油液及时将切屑冲走,以实现顺利加工。通过样机开发与实际加工效果分析可知,工件切口面满足要求,样机工作可靠,实现了小型化与便携功能,能够解决微细有槽孔结构的单件或者小批量快速加工问题,为金属材料的微裂纹蚀刻设备的微型化与无损检测技术奠定了基础。     

节能式电火花加工脉冲电源的系统设计

在对比传统电阻限流独立式电火花加工脉冲电源和节能式脉冲电源电路结构和控制策略的基础上，提出了节能式电火花加工脉冲电源的系统设计方案，并且通过工艺试验，在检验节能式电火花加工脉冲电源加工工艺性能的同时，也考察了其系统设计的方案可行性和加工稳定性。     

超精密平面飞切机床关键技术研究

研制了一种用于KDP晶体加工的平面飞切机床,该机床直线轴基于直线电动机驱动、液体静压导轨支承;刀具旋转轴采用高刚度气浮主轴+高刚度主轴旋转机构。基于高精度分辨率位置反馈+线性驱动器+PID控制算法,直线轴获得了1 mm/min速度下,0.018 mm/min的低速波动以及±0.01μm的位置精度;刀具微进给装置采用差动螺纹进给来实现,最终获得了进给分辨率1μm、锁紧后位置移动量小于1μm高精度进给。在优化工艺参数后,金刚石飞切机床加工100 mm×100 mm×10mm的KDP晶体后获得表面粗糙度Rq优于2 nm高精度指标;加工400 mm×400 mm×30 mm的铝镜后获得面形PV值优于3μm的高精度指标。