微細(xì)電火花加工微噴陣列孔孔徑一致性及相關(guān)裝置的研究.pdf

1、具有微噴陣列孔的結(jié)構(gòu)件是工業(yè)用噴墨打印機(jī)噴頭、噴油嘴和噴絲板等部件的重要組織部分,微噴陣列孔的作用是噴射具有一定粘度的墨水、霧化油等液態(tài)介質(zhì)。微噴陣列孔的孔徑一致性決定了噴射質(zhì)量，如工業(yè)用噴墨打印機(jī)上微噴部件的陣列孔孔徑一致性直接影響了墨滴速度、墨滴大小以及墨滴在移動(dòng)的紙張或布料上的均勻分布，從而直接影響打印質(zhì)量。作為打印機(jī)的核心部件，微噴部件被國外生產(chǎn)廠壟斷，主要原因是打印機(jī)微噴部件的陣列孔孔徑一致性難以保證，尤其是我國在微細(xì)電火花加

2、工領(lǐng)域暫未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化加工微噴陣列孔。因此，國內(nèi)打印機(jī)生產(chǎn)商只能依靠進(jìn)口噴頭，嚴(yán)重制約了我國工業(yè)用噴墨打印技術(shù)的發(fā)展。
　　本文針對(duì)微噴陣列孔孔徑一致性尚未解決這一技術(shù)難題，分別進(jìn)行了微噴陣列孔微細(xì)電火花加工系統(tǒng)中關(guān)鍵部件如加工支撐平臺(tái)、CCD視覺檢測(cè)系統(tǒng)、真空吸盤工件裝夾裝置和旋轉(zhuǎn)主軸等部件的設(shè)計(jì)與研制、宏微復(fù)合驅(qū)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)的研制、工作液供給條件控制和電極損耗及其補(bǔ)償技術(shù)等方面的研究。
　　為最大限度地減少外部振動(dòng)干擾對(duì)微噴

3、陣列孔孔徑一致性的影響，需要提高加工系統(tǒng)的抗震性和穩(wěn)定性。在對(duì)微細(xì)電火花加工微噴陣列孔特點(diǎn)進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上，采用隔振防震措施，完成了具有良好抗振穩(wěn)定性的花崗巖龍門結(jié)構(gòu)的微噴陣列孔微細(xì)電火花加工系統(tǒng)的研制。該加工系統(tǒng)具有塊電極磨削和線電極磨削相結(jié)合的電極在線制作功能，具有電極直徑和微噴陣列孔直徑 CCD在線測(cè)量等功能，為提高微細(xì)電火花加工微噴陣列孔的一致性，提供了良好的加工平臺(tái)。
　　為兼顧絲杠螺母副宏驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的大行程、低精度、

4、低速響應(yīng)與壓電陶瓷微驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的小行程、高精度、快速響應(yīng)的特點(diǎn)，研制了基于PMAC運(yùn)動(dòng)控制卡的宏微復(fù)合驅(qū)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了微噴陣列孔微細(xì)電火花加工系統(tǒng)的大行程、高精度定位和快速響應(yīng)。壓電陶瓷微驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高精度和快速響應(yīng)實(shí)現(xiàn)了電極損耗的微量補(bǔ)償和微伺服進(jìn)給的快速響應(yīng)，提高了微噴陣列孔自動(dòng)加工中放電狀態(tài)的穩(wěn)定性，為提高微噴陣列孔孔徑一致性提供了可靠的硬件支撐。
　　為考察工作液特性對(duì)微噴陣列孔加工的影響，進(jìn)行了以去離子水和煤油作為工作液

5、的微細(xì)電火花加工微噴陣列孔的試驗(yàn)研究，研究發(fā)現(xiàn)在去離子水工作液中加工具有加工間隙大、沖水排屑效果好、放電加工狀態(tài)穩(wěn)定、加工速度快等優(yōu)點(diǎn)，有利于提高微噴陣列孔的孔徑一致性。為進(jìn)一步提高微噴陣列孔孔徑的一致性，對(duì)去離子水工作液加工間隙進(jìn)行了流場(chǎng)仿真研究，分析了沖水流速、沖水角度及電極旋轉(zhuǎn)速度對(duì)加工間隙內(nèi)流速分布和流速大小的影響，根據(jù)仿真結(jié)果的后續(xù)試驗(yàn)驗(yàn)證表明：調(diào)整沖水角度、提高沖水流速和電極轉(zhuǎn)速有利于提高間隙內(nèi)流速、改善排屑效果、提高微噴陣

6、列孔微細(xì)電火花加工中加工狀態(tài)的穩(wěn)定性，從而提高了微噴陣列孔的孔徑一致性。
　　為降低電極損耗對(duì)微噴陣列孔孔徑一致性的影響，研究了單電極微細(xì)電火花加工微噴陣列孔的工具電極損耗特性。通過合理選擇加工條件和優(yōu)化脈沖電源參數(shù)，降低了微噴陣列孔加工中工具電極相對(duì)損耗率。建立了微噴陣列孔微細(xì)電火花加工電極損耗模型，提出了結(jié)合定長(zhǎng)補(bǔ)償和分組檢測(cè)變量補(bǔ)償?shù)碾姌O損耗補(bǔ)償方法，減小了電極損耗過量補(bǔ)償或欠補(bǔ)償對(duì)加工孔徑的影響，提高了微噴陣列孔的孔徑一致

7、性。
　　為控制微細(xì)電火花加工的加工間隙波動(dòng)對(duì)微噴陣列孔孔徑一致性的影響，進(jìn)行了脈沖電源參數(shù)對(duì)微噴陣列孔微細(xì)電火花加工的加工間隙、加工效率和加工質(zhì)量影響的試驗(yàn)研究。以此為基礎(chǔ)進(jìn)行了微噴陣列孔微細(xì)電火花加工的小批量試驗(yàn)研究，已成功地加工出160組、每組256個(gè)陣列孔、孔徑小于50μm、孔徑偏差小于2μm的微噴陣列孔部件。并進(jìn)行了更小尺寸微噴陣列孔加工的探索試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了Φ30μm和Φ20μm微噴陣列孔的加工，驗(yàn)證了本文研究的微噴陣列孔