圆管外表面电解蚀刻机床设计及分析

发布时间：2017-10-10 10:21

  本文关键词：圆管外表面电解蚀刻机床设计及分析

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【摘要】：具有{111}晶向(轴向)的钼单晶基体化学气相沉积(CVD)钨单晶涂层为材料的薄壁圆管用作热能离子转换器的重要零件——发射极,其材料表面的钨{110}晶面占发射极表面的份额对热能离子转换器的转换效率起着关键作用。用传统机械加工很难实现对钼单晶基体化学气相沉积钨涂层为材料制成的薄壁长筒零件的表面加工。因此本文运用电解蚀刻加工方法对圆管外表面进行处理,以制备出具有高分额{110}晶面的发射极表面。 本文根据钼单晶基体化学气相沉积(CVD)钨单晶涂层为材料的薄壁圆管的结构特点和加工工艺要求,设计了一套圆管外表面电解蚀刻系统,该系统由电解蚀刻机床本体、电解蚀刻工艺装备、电解液系统、控制系统等部分组成。完成了对电解蚀刻机床的结构设计与三维建模,运用Workbench对机床进行结构分析及结构优化；根据加工工艺要求设计制造电解蚀刻圆管表面加工工装,该工装能够实现工件阳极、工具阴极的定位、夹紧,同时可够保证蚀刻电源正负极与工件阳极、工具阴极有效地连接。建立了加工间隙电场和流场的数学模型,基于COMSOL Multiphysics分析仿真平台对电解蚀刻间隙电场、流场进行仿真分析,根据分析结果完成阴极的设计。 根据机床运动方式设计配套的控制系统软件,该控制系统可以按照给定的程序对机床本体、蚀刻电源、温控仪、电解液泵等设备进行集中控制,使电解蚀刻机床各部分协调工作。 经有限元分析软件分析验证,本套电解蚀刻机床的动、静态特性良好,机床部件结构合理,强度满足要求。
【关键词】：电解蚀刻 机床结构设计 机床结构分析 阴极设计 控制系统
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG662
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• Abstract9-10
• 目录10-13
• 插图清单13-15
• 插表清单15-16
• 第1章 绪论16-23
• 1.1 引言16
• 1.2 课题来源16
• 1.3 电解加工16-18
• 1.4 电解蚀刻技术及装备国内外的研究现状18-21
• 1.4.1 国外研究现状18-19
• 1.4.2 国内研究现状19-21
• 1.5 课题目的及意义21
• 1.6 本课题的研究内容及方法21-23
• 第2章 圆管外表面电解蚀刻加工原理23-31
• 2.1 电解加工基本原理及基本理论23-24
• 2.1.1 法拉第定律23-24
• 2.1.2 电流效率24
• 2.2 电解蚀刻加工基本原理24-26
• 2.2.1 晶面电解选择性蚀刻的机理25-26
• 2.3 加工间隙中的电场、流场的相关理论26-30
• 2.3.1 电场与电解加工间隙的关系26-27
• 2.3.2 加工间隙中的电场特征27-29
• 2.3.3 流场与电解蚀刻加工间隙的关系29
• 2.3.4 加工间隙中气液两相流动特征29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 电解蚀刻机床设计31-52
• 3.1 电解蚀刻加工机床的组成和设计要求31-33
• 3.1.1 机床的组成部分及特点31-32
• 3.1.2 机床的基本要求32-33
• 3.2 电解蚀刻机床总体方案设计33-37
• 3.2.1 机床运动分析34
• 3.2.2 机床总体方案34-37
• 3.3 电解蚀刻工作箱设计37-40
• 3.3.1 工作箱箱体设计37-39
• 3.3.2 工作箱密封设计39-40
• 3.4 伺服进给系统设计40-48
• 3.4.1 丝杠选型41-45
• 3.4.2 伺服电机选型45-48
• 3.5 电解液系统设计48-50
• 3.5.1 电解液的净化49
• 3.5.2 电解液恒温系统49-50
• 3.6 加工电源50-51
• 3.7 电解蚀刻机床参数51
• 3.8 本章小结51-52
• 第4章 电解蚀刻机床关键部件设计与分析52-70
• 4.1 阴极设计52-56
• 4.1.1 阴极设计理论基础52-53
• 4.1.2 阴极设计方法53-56
• 4.2 流场设计与分析56-60
• 4.2.1 流场设计分析56-59
• 4.2.2 阴极夹具设计59-60
• 4.3 电解蚀刻机床床身有限元分析与优化60-65
• 4.3.1 床身结构分析方案60-61
• 4.3.2 几何模型建立61
• 4.3.3 模型简化61-62
• 4.3.4 划分网格与分析计算62-65
• 4.4 电解蚀刻机床床身模态分析65-66
• 4.5 电解蚀刻机床本体优化设计66-69
• 4.7 本章小结69-70
• 第5章 电解蚀刻机床控制系统软件设计70-81
• 5.1 控制系统设计要求70-71
• 5.1.1 机床运动分析70
• 5.1.2 控制系统设计要求70-71
• 5.2 控制系统总体设计方案71-73
• 5.2.1 伺服驱动系统控制方案72
• 5.2.2 温度控制方案72-73
• 5.3 控制系统软件总体设计73-74
• 5.4 人机交互界面与程序设计74-80
• 5.4.1 主操作界面设计74-76
• 5.4.2 手动加工程序及界面设计76-77
• 5.4.3 自动加工程序及界面设计77-78
• 5.4.4 断电保护程序及报警界面设计78-79
• 5.4.5 快动、点动程序模块设计79-80
• 5.4.6 PLC及触摸屏的选型80
• 5.5 本章小结80-81
• 第6章 总结及展望81-83
• 6.1 总结81
• 6.2 展望81-83
• 参考文献83-88
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况88

【参考文献】

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本文编号：1005812