电火花成形加工中的电极损耗预测及补偿方法研究

发布时间：2017-04-26 20:22

  本文关键词：电火花成形加工中的电极损耗预测及补偿方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为先进制造技术之一,电火花成形加工以其特有的非接触式加工方式和对加工材料的广泛适应性,在精密模具、航空航天、医疗器械、传感器等领域占据着极为重要的位置。但由于工具电极的损耗无法避免,对其加工精度,尤其是微细孔、型腔等的加工精度,造成了严重的影响,必须采取一定的补偿措施,以提高电火花成形加工的加工精度。本文针对电火花成形加工的电极损耗问题,展开了深入的研究,着重讨论了电极损耗的预测和补偿方法,主要内容如下： 根据电火花成形加工原理,提出了基于放电模拟的微细电极损耗预测方法。该方法通过对电火花成形加工中电蚀过程的模拟,再现电极损耗、工件材料蚀除过程和主轴的进给运动,由此建立了基于火花放电过程的电极损耗模型,可对电极损耗的大小分布范围做出有效的预测,并可准确地模拟被加工表面的形貌特征。为了使仿真结果更为精确,该模型将锥形坑作为电蚀坑的基础形状,并能根据放电位置的不同,对电蚀坑的形状进行相应的变形,以更好地逼近实际情况。经实验验证,该方法可以很好的模拟小孔加工过程,精确地预测其电极损耗状况。 而对于常规尺寸的成形电极,若仍采用仿真模拟的方法则会产生庞大的计算量,且相较于微细电极,其精度要求比较低。因此本文积极探讨根据电极几何特征进行电极损耗预测的可能性,建立了基于曲率的曲面电极损耗预测模型。研究表明,曲率越大,该处的电场强度越大,越易产生火花放电,进而造成了电极损耗。因此,可依据曲率大小对曲面电极表面各点进行矢量偏置,进而获得偏置后的电极曲面,即电极损耗后的形状,以此实现曲面电极的快速损耗预测。本文采用NURBS曲面来逼近电极曲面,并详细讨论了电极曲面的偏置方法,特别是广义损耗系数δp和损耗变换矩阵K的求取。经实验验证,该方法可以很好的预测椭球形电极的损耗结果。 为了减轻甚至去除电极损耗的不良影响,提高电火花成形加工精度,本文以电极损耗预测模型为基础,进一步研究了电火花成形加工中的电极损耗补偿方法。提出了面向微细电极的反成形补偿模型和面向曲面电极的曲面矢量偏置补偿模型,这两个模型分别利用反成形原理和曲面偏置原理,对成形电极的初始形状进行变形,使得电极在放电加工结束时,恰能恢复成理想目标形状,进而精确复制到工件型腔,以此实现电极的预补偿。 最后,本文针对所提出的电火花成形加工中的电极损耗的预测模型和补偿模型,设计了相应的实验平台和实验方法,验证了上述损耗预测模型和补偿模型的准确性和有效性。同时,根据实验结果,对所有模型进行了误差分析,以提高模型的预测和补偿效果。
【关键词】：EDM 电极补偿 损耗预测 仿真模型 曲面偏置
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG661
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第1章 绪论14-25
• 1.1 课题背景及意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-23
• 1.2.1 电火花成形加工技术15-16
• 1.2.2 电火花电极损耗补偿方法16-23
• 1.3 主要研究内容23-25
• 第2章 基于放电模拟的微细电极损耗预测方法25-42
• 2.1 引言25
• 2.2 电火花加工放电过程及基本假设25-27
• 2.3 微细电极的电蚀损耗模型27-35
• 2.3.1 放电对象的几何建模27-29
• 2.3.2 放电位置的确定与搜索29-31
• 2.3.3 单次放电电蚀结果的模拟31-35
• 2.4 工艺过程仿真建模35-41
• 2.4.1 仿真流程图35-36
• 2.4.2 进给运动控制36-38
• 2.4.3 小孔加工仿真实例38-41
• 2.5 本章小结41-42
• 第3章 基于几何特征的曲面电极损耗预测方法42-60
• 3.1 引言42
• 3.2 曲率与电场分布关系的分析42-44
• 3.3 电极自由曲面的广义矢量损耗偏置44-47
• 3.4 曲面电极的非均匀损耗偏置模型47-54
• 3.4.1 电极自由曲面的自适应网格离散47-50
• 3.4.2 广义损耗系数δ_p的变化特性50-52
• 3.4.3 广义矢量偏置曲面的NURBS逼近52-53
• 3.4.4 曲面电极的损耗预测流程图53-54
• 3.5 曲面电极损耗预测实例54-59
• 3.5.1 回转体电极曲面偏置的简化方法54-55
• 3.5.2 椭球体电极的损耗预测实例55-59
• 3.6 本章小结59-60
• 第4章 基于预测模型的成形电极损耗补偿方法60-74
• 4.1 引言60
• 4.2 电火花成形电极损耗的预变形补偿思想60-61
• 4.3 面向微细电极的反成形补偿方法61-66
• 4.3.1 反成形补偿基本原理61-62
• 4.3.2 反成形补偿仿真模型62-63
• 4.3.3 反成形补偿仿真验证63-66
• 4.4 面向曲面电极的曲面矢量偏置补偿方法66-73
• 4.4.1 曲面矢量偏置补偿原理66-69
• 4.4.2 曲面矢量偏置补偿建模69-70
• 4.4.3 曲面矢量偏置补偿实例70-73
• 4.5 本章小结73-74
• 第5章 成形电极损耗预测及补偿模型的实验研究74-85
• 5.1 引言74
• 5.2 直线驱动型精密电火花加工实验平台74-75
• 5.3 基于放电模拟的微细电极损耗模型实验研究75-79
• 5.3.1 小孔加工模型实验验证75-78
• 5.3.2 相对体积损耗比γ_c的不变性78-79
• 5.4 基于曲面矢量偏置的电极损耗及补偿模型实验研究79-83
• 5.4.1 电极损耗量和曲率变化的一致性80
• 5.4.2 曲面损耗偏置模型实验验证80-81
• 5.4.3 曲面补偿偏置模型实验验证81-83
• 5.5 本章小结83-85
• 第6章 总结与展望85-88
• 6.1 工作之总结85-86
• 6.2 主要创新点86-87
• 6.3 未来之展望87-88
• 参考文献88-92
• 攻读硕士学位期间的研究成果92

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 佟浩;李勇;崔晶;王扬;;微细电火花伺服扫描加工实验研究[J];电加工与模具;2006年03期

2 裴景玉;邓容;胡德金;;微细电火花加工的底面轮廓模型及定长补偿方法[J];电加工与模具;2007年06期

3 许加利;李建功;裴景玉;胡德金;;单层多道微细电火花定长补偿加工方法[J];电加工与模具;2009年03期

4 王长法;顾琳;蒋毅;王丹;梁速;赵万生;;微细电火花加工的电极补偿方法研究[J];电加工与模具;2009年03期

5 佟浩;李勇;胡满红;;微小间隙火花放电的伺服控制特性实验研究[J];电加工与模具;2010年04期

6 刘宇;赵福令;王元刚;王津;黄博;;集肤效应对微细电火花加工的影响[J];大连理工大学学报;2010年03期

7 李剑忠;栾纪杰;虞慧岚;张余升;余祖元;;微细电火花三维加工中电极损耗补偿新方法[J];大连理工大学学报;2011年04期

8 孙仲明;陈健;陆国栋;;微细电火花加工的电极补偿方法综述[J];电加工与模具;2013年01期

9 李立青;白基成;郭永丰;王振龙;;Surface performance of workpieces processed by electrical discharge machining in gas[J];Journal of Harbin Institute of Technology;2009年02期

10 陈继明;刘永红;桑晓;吴仕鹏;;电火花加工智能控制系统的建模及仿真[J];计算机仿真;2009年01期

  本文关键词：电火花成形加工中的电极损耗预测及补偿方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：329181