微細(xì)電火花線切割加工裝置及相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、微型機(jī)械的發(fā)展與成熟應(yīng)用是未來(lái)制造業(yè)的主要發(fā)展方向，因而針對(duì)微型機(jī)械制造的需要出現(xiàn)了許多新型的微細(xì)加工方法。近年來(lái)，隨著對(duì)微小零件——微小齒輪、微小花鍵、微小聯(lián)接器等特殊復(fù)雜零件加工的需要，微細(xì)電火花線切割加工(MWEDM)由于其獨(dú)特的加工方法，即非機(jī)械接觸加工的特點(diǎn)，特別適應(yīng)微型機(jī)械制造的要求，并且具有較高的性價(jià)比，在許多微型機(jī)械生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用，從而得到了迅速的發(fā)展。目前，一些發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家研制的微細(xì)電火花線切割加工機(jī)床已經(jīng)進(jìn)

2、入工業(yè)應(yīng)用和商業(yè)銷售階段，如日本牧野、沙迪克、瑞士阿奇、夏米爾等公司都有較成熟的產(chǎn)品，但其價(jià)格非常昂貴，且被列為對(duì)我國(guó)禁運(yùn)產(chǎn)品。基于以上原因，本文將針對(duì)實(shí)用化的微細(xì)電火花線切割加工裝置及其相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究。
　　本文首先在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)微細(xì)電火花線切割加工機(jī)理進(jìn)行研究。分析了極性效應(yīng)、放電通道形狀及振蕩、極間能量分配、熱傳導(dǎo)對(duì)工件的影響等，并采用有限元分析法求解了工件的熱傳導(dǎo)模型。
　　其次，從實(shí)現(xiàn)微細(xì)電火花加

3、工的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)入手，設(shè)計(jì)并研制了一臺(tái)超細(xì)電極絲循環(huán)往復(fù)走絲的微細(xì)電火花線切割加工裝置。該裝置主要由花崗石基座、循環(huán)往復(fù)走絲系統(tǒng)、微能脈沖電源、精密伺服系統(tǒng)、以及加工狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。
　　走絲系統(tǒng)是微細(xì)電火花線切割加工裝置的重要組成部分，而且還有許多特殊要求，因此合適的走絲系統(tǒng)對(duì)加工性能具有重要作用。本文采用電極絲重復(fù)使用的慢走絲方式，利用重錘達(dá)到恒張力控制。并采用整體移動(dòng)式導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)，能保證±10o的錐度切割

4、要求。
　　微能脈沖電源的設(shè)計(jì)是微細(xì)電火花線切割加工裝置的關(guān)鍵組成部分之一，因此設(shè)計(jì)可控性良好的微能脈沖電源是能否實(shí)現(xiàn)微細(xì)電火花線切割加工的關(guān)鍵所在。本文在充分分析微能脈沖電源特性及實(shí)現(xiàn)途徑的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了一套微能脈沖電源。該電源由RC電源與獨(dú)立式脈沖電源兩部分組成，RC電源部分可以實(shí)現(xiàn)超低能量下的微細(xì)電火花線切割加工；獨(dú)立式微能脈沖電源部分可以實(shí)現(xiàn)的最小脈寬可達(dá)100ns，這為微細(xì)電火花線切割加工的實(shí)現(xiàn)提供了可靠的能量保證。<

5、br>　　伺服控制系統(tǒng)是微細(xì)電火花線切割加工裝置不可缺少的組成部分，良好的伺服控制系統(tǒng)不僅是使加工過(guò)程穩(wěn)定進(jìn)行的可靠保證，并且還能提高加工效率。本文在充分分析伺服控制系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一套基于壓電陶瓷電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以DSP微處理器作為伺服進(jìn)給系統(tǒng)的核心，使用高精密光柵尺作為位置檢測(cè)來(lái)形成閉環(huán)控制系統(tǒng)的超精密微細(xì)電火花線切割加工伺服控制系統(tǒng)。伺服控制系統(tǒng)的放電檢測(cè)采用平均電壓檢測(cè)方法，利用統(tǒng)計(jì)方法來(lái)分析測(cè)量的數(shù)據(jù)，然后控制放電間隙，使加

6、工過(guò)程更加穩(wěn)定。
　　在微細(xì)電火花線切割加工中，加工精度是主要加工指標(biāo)之一，因此，本文將圍繞實(shí)現(xiàn)高精度加工出發(fā)，對(duì)影響微細(xì)電火花線切割加工精度的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)——伺服進(jìn)給系統(tǒng)、伺服控制策略、電極絲張力、導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)和工藝規(guī)劃技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析。
　　最后，為了掌握微細(xì)電火花線切割加工的工藝規(guī)律，針對(duì)所設(shè)計(jì)的裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。并且為了掌握各個(gè)加工參數(shù)的交互效應(yīng)對(duì)加工工藝指標(biāo)的影響，本文采用了灰色理論方法對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。最后驗(yàn)證