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。     

大面积微细结构的电火花高效加工

采用深度光刻与电铸技术相结合较好地解决了大深宽比的电火花工具电极的制造问题。在此基础上,利用优化的微细电火花加工工艺,可以实现大面积微细结构的高效、精细制造。     

利用小直径电极的电火花微细轮廓加工

近年来,随着微细加工技术的发展,开发出各种不同的加工方法。有的有希望用来制造微型机器和医疗器械用的零件。就亚微米尺寸加工而言,目前,虽然溅射和蚀剂等加工方法在半导体制造方面占主流,但不适于复杂3维形状的加工。在此之前,电火花微孔加工已显示出高精度加工的效果。以往还曾利用圆柱形电极在低损耗条件下进行过轮廓加工。然而,当采用微小直径电极加工时,由于电极损耗大幅度增加,使电极瑞部棱角产生圆弧R,因而不能实现高精度加工。与上述情况相比,日本三菱公司却积极地利用电极损耗来保持加工底面的棱角,以谋求实现高精度微细形状的加工。一、简单电极轮廓加工原理微细轮廓电火花加工,主要采用微小直径的管状电极,使其在旋转状态下进行加工,以实现所要求的加工轮廓(图1)。在以往,主要是借助于圆柱状电极的侧面来进行轮廓加工见,如图2(a)所示,而微细轮廓加工则利用电极的底面,边反     

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。     

微细电火花加工中微细电极的制作与检测技术研究

分析了微细电火花加工技术中各种微细电极制作方法的特点,提出了一种加工效率与尺寸精度相兼顾的微细电极在线制作方法.充分利用微细电火花加工机床的数控和接触感知功能,探索并提出了一种微细电极的在线检测方法,并对检测误差进行了分析.实验表明,该方法具有广泛的实用性.     

微制造系统中的微细电火花加工技术

文章系统地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，论述了微细电火花加工技术在微三维结构制作及微制造系统中的应用。     

微细电火花加工的发展现状与展望

目前,尽管出现了各种不同的微细加工方法,但由于微细电火花加工法具有独特的优点,因此采用此种方法可以制成各种极微细的高硬度(金刚石烧结体和硬质合金)工具、复杂形状的模具和工件,为此受到业界的普遍关注。     

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。     

电火花微细孔加工电极损耗实验研究

用实验的方法研究电火花微细加工中放电能量在极间的分配和对电极损耗的影响，并研究式具电极材料和工件材料对电极损耗的影响，实验表明，从减小电极损耗，增加有用功率出发，电火花微细加工应使用微能窄脉冲电源。     

微细电火花加工圆柱电极的损耗研究

应用电磁场理论对微细电火花加工(Micro Electrical Discharge Machining,Micro-EDM)损耗机理进行分析,建立了加工中工具电极电场分布的数学模型.应用Comsol Multiphysics软件对此模型进行了计算与模拟,分析了电场强度的变化对电极形状变化的影响,并指出在靠近放电点位置和底部电极形状改变后,集肤效应的作用被削弱.实验验证了仿真结果和所提出损耗机理的正确性,为电极损耗补偿策略和加工精度的提高提供了理论依据.     

航空薄壁弧形框加工变形控制方法研究

航空结构件在数控铣削加工过程中的加工变形问题是航空制造领域的共性难题。通过分析零件加工变形机理,综合运用塑性变形消除、加工应力控制、预应力装夹、滚碾校正,形成了一整套加工变形控制方法。该方法已在国内某大型航空企业航空薄壁弧形框数控加工中取得了良好的应用效果。     

Simultaneous 3D machining with real-time NURBS interpolation

Increasing demand on precision machining using computerized numerical control (CNC) machines have necessitated that the tool move not only with the smallest possible position error but also with smoothly varying feedrates in 3-dimensional (3D) space. This paper presents the simultaneous 3D machining process investigated using a retrofitted PC-NC milling machine. To achieve the simultaneous 3-axis motions, a new precision interpolation algorithm for 3D Non-Uniform Rational B-Spline (NURBS) curve is proposed. With this accurate and efficient algorithm for the generation of complex 3D shapes, a real-time NURBS interpolator was developed using a PC and the simultaneous 3D machining was accomplished satisfactorily.     

复杂电极结构的单片式电容传感器研究

提出了两种新型单片电容传感器结构,用ANSYS软件对不同参数的传感器进行了仿真,分析了被测物距离、电极间隙和电极厚度对传感器初始电容和灵敏度的影响,并通过实验对仿真结果进行了验证。结果表明,测量系统的灵敏度与电极间隙和被测物距离近似成反比,传感器初始电容值随电极结构复杂度提高而增大;电极厚度对电容值的影响非单调,存在最优值。     

三维数控加工仿真实验系统的研究与开发

数控加工仿真系统在数控教学培训中起着重要的作用,针对现有数控仿真方法和商品化软件的不足,结合利用OpenGL与3dsMAX技术,开发了一套包括车床、铣床、4自由度机械手在内的三维数控加工仿真实验系统.可在计算机屏幕上三维动态演示机床刀具轨迹运动过程,并通过局域网通信模块与主控机进行时时通信,使虚拟与实际紧密结合.     

螺旋锥齿轮数控加工3维仿真研究

在分析了螺旋锥齿轮数控加工原理后，采用面向对象技术和计算机辅助设计系统中的3维建模功能，提出了CNC铣齿机床、齿轮毛坯和盘铣刀3维几何模型的具体构建方法；利用简化的齿轮毛坯实体模型和盘铣刀实体模型做布尔减运算，来实现模拟工件材料的去除过程；最终给出的加工仿真实例和实际加工结果，验证了加工仿真方法的正确性。所获得的仿真结果可为齿面接触分析、有限元应力分析和齿轮的数控加工等提供了精确的3维实体模型。     

基于Edgecam的电极自动化编程系统开发

针对模具电极加工的智能编程问题,研究基于Edgecam软件的自动化程序编制方法。首先,在基于Edgecam的基础上提出了电极智能化编程算法,而后,论述了特征识别、数据库连接、界面设计和特征编程等关键技术,利用PCI和PDI等二次开发语言编制了程序,最后以某企业的电极加工的实例证明了方法的有效性,实现了制造的智能化和快速化,为其他产品的智能编程提供了借鉴。     

Novel structure of a sidewall-insulated hollow electrode for micro electrochemical machining

Adopting the sidewall-insulated hollow electrode (SIHE) is an ideal approach to achieve electrolyte-refresh and stray corrosion inhibition functions in micro electrochemical machining (ECM) processes. Most of the traditional SIHEs are made of metal substrate and non-metal thin films. The insulating film has poor durability, and the preparation approach of the traditional SIHE is complex and has limited repeatability. This research presents a novel structure of a SIHE with an insulated substrate and an internal conductive film. The machining performance of the novel SIHE is primarily verified by a potential distribution analysis in the numerical simulation. According to the concept of the novel SIHE, a silver-plated glass tube electrode (SPGTE) is presented: the glass tube acts as the insulated substrate, and the plated silver layer acts as the working cathode. Then, a fabrication process for the SPGTE is proposed. Silver layers are tightly bonded on the glass tube surface by electroless plating. The thickness of the silver layer is approximately 3.5 μm, and its electrical resistivity is approximately 5 × 10−5 Ω cm. In micro ECM experiments, microstructures with steep sidewalls with taper angles of <5° are machined, which is attributed to the stray corrosion inhibition of the insulated substrate. Micro holes with an aspect ratio of approximately 3 are machined. There is no accumulation of electrolytic products and short circuits, which verifies the excellent electrolyte-fresh performance. Compared with the traditional SIHEs, the novel SIHE could provide a simpler and more reliable way of fabricating sidewall-insulated electrodes. The proposed electrode structure can further inspire new electrode preparation schemes based on new substrate materials and film preparation approaches.     

任意多岛型腔数控加工路径生成算法研究

提出了一个用于计算具有任意多岛型腔环切加工刀具轨迹的算法.该算法采用干涉标志分别生成型腔轮廓和各个岛的等距偏移轮廓,然后通过二维布尔运算进行偏移轮廓的合并,再进行轮廓生成树的深度优先遍历,可以得到最终的环切加工轨迹.     

基于AutoCAD2000的平面包络环面蜗杆三维实体建模与虚拟加工技术研究

简要介绍了AutoCAD2000的三维设计方法，并基于AutoCAD2000平台建立了平面包络环面蜗杆的三维实体模型，进行了虚拟加工仿真，探讨了基于AutoCAD2000的平面二次包络环面蜗杆传动三维实体造型的可行性及应用前景。     

基于制造特征的三维工序模型构建方法

为了在零件加工过程中能给实现制造毛坯的动态演变,提出了一种基于制造特征的三维工序模型构建方法。首先,提出了一种制造特征库的构建方法,包括制造特征的表达、加工元的表达以及制造特征与加工元关联关系的定义。接下来,基于制造特征库,从零件的几何模型中自动获取制造特征的定位参数和定形参数,然后通过给定的刀具半径和加工余量,实现加工元的定位和实例化,与毛坯做布尔运算,生成三维工序模型。最后,通过实例验证了该方法的有效性和可行性。