多微细孔电火花同步复合加工装置研究

发布时间：2020-06-03 04:42

【摘要】：微细群孔是一种较为常见的结构,加工有微细孔的材料,刚度及散热性好,因此具有大量复杂位置关系的微细孔结构被设计出来,并广泛应用于航空航天和汽车零部件。目前电火花是加工微细孔的主要方式之一。总结前人的研究经验可知,在微细孔的电火花加工过程中,由于孔径过小引起的电极与工件之间切削液流动不畅,常常导致切屑难以排出、散热困难、孔径容易变形、放电环境较差等问题。不完全放电常常引起电极损耗过大、工件加工精度差、电能利用率低下。而且微细孔加工通常孔径偏深,数量偏多,因此多微细孔已成为微细结构加工的重点研究对象之一。本文在此背景下研制出一套多微细孔电火花振动复合加工设备。区别于传统电火花机床,该设备具有多电极同步旋转、各电极独立放电、振动装置促进排屑的功能。通过对电极振动与旋转在理论上提升加工效率的分析,设计了装置的整体结构,并论述各零部件之间结构特点、安装方式、相对运动及功能。按照由下到上,由繁到简的原则,通过ANSYS辅助设计与理论分析,基于结构轻量化与装配件互不干涉的原则,确定了上下圆盘、振动轴、振动电机支撑板和弹簧支撑板的尺寸,并进行了相应的校核,保证零部件尺寸满足加工要求。对装置进行了可靠性分析,其中结构分析包括过盈配合、疲劳寿命、电极偏心度、进给机构性能分析,验证了装置设计的稳定性;动力学分析为电极在最大激振力作用下的速度和位移随时间变化曲线,验证了电极微细振动的合理性。在结构设计的基础上对其配套的控制程序进行了开发,通过STM32单片机输出脉冲控制旋转电机和振动电机转速;使用驱动器控制步进电机的转角,进而控制滑台的微分进给量;采用USMART实现了通过串口控制电机的起停和实时调速。对装置进行结构安装调试、电路调试、程序调试与联合调试;调试无误后,设计实验验证了电极振动与旋转对加工效率的提升作用;最后基于振动电机控制脉冲占空比、旋转电机控制脉冲占空比、加工电压,材料厚度设计四因素三水平正交实验和响应面实验,得出在不同控制脉冲占空比、电压、厚度的条件下加工镀锌不锈钢所需时间,通过Design Expert软件进行多元回归拟合分析和相关性分析,制定了理想的工艺参数,验证了装置的实用性。
【图文】：

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ＣＡＭ软件，使得电火花加工过程更加规范化与智能化［１４１。现如今，ＥＤＭ加工逡逑己经成为特种加工领域重要的一环。逡逑电火花加工微细孔原理如图１－１所示：逡逑主轴邋一＋脉冲电源——逡逑１邋ｉ逦１邋■—１逡逑工具逡逑电极纹逡逑ｔ取电＋花逡逑丁件—邋一切削液逦逡逑工作台逡逑图１－１电火花加工微细孔示意图逡逑具体方式为：将电极与工件保持一定间距，放置于切削液中，，在两者之上施逡逑加电压，产生电能促使电子运动。由电动物理学原理可知，正负离子运动会导致逡逑正负极材料的蚀除，且负极的消耗量远大于正极，故通常将电源的负极接工件，逡逑正极接电极。接下来通过进给装置移动电极，以微小的进给量缩短两者的距离，逡逑此间隙之内的电场随着距离的缩短而逐渐增强，直至超出切削液分子束缚电子的逡逑能力而发生电离，达到放电的临界点。在此状态下，游离的电子通过电场力的作逡逑用不断向正极移动，在移动的过程中与未电离的原子碰撞，激发这些原子的外层逡逑电子脱离原子核的束缚

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逦＿邋ｙ邋二－：逡逑ＪＩ邋ｙ邋臂＂逡逑图１－２线电极磨削加工原理图逦图１－３群电极加工原理图逡逑由于航天及医学领域的发展，微细孔结构的优越性能及巨大的利润前景引起逡逑了欧美的重视。北美研究微细孔加工在２０００年左右，美国Ｋ．ＲＲａｊｕｒｋａｒ和Ｚ．Ｙ．Ｙｕ逡逑通过ＣＡＭ软件结合微细电极补偿，加工出了复杂的型腔［１＼之后由于损耗补偿逡逑理论的不断修正与完善，欧美学者使用微细电火花机床即可加工三维曲面模型［２Ｇ］。逡逑随着微细孔电火花加工市场的推广，美国Ｏｐｔｉｍａｔｉｏｎ公司通过引入最新的电火花逡逑加工技术，研制出多种光学器件。逡逑１．２．３电火花加工微细孔国内研究现状逡逑国内对于微细孔电火花加工的研究也较为深入。诸多高校如清华大学、哈尔逡逑滨工业大学、大连理工大学、上海交通大学等，都在电火花加工微细孔领域取得逡逑了丰硕的研究成果。逡逑１．电火花加工微细孔控制系统研究逡逑电火花加工微细孔的伺服控制研究
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG661

【参考文献】