旋轉(zhuǎn)電極蠕動(dòng)補(bǔ)償主軸及微細(xì)電極電火花加工技術(shù)的研究.pdf

1、隨著機(jī)械結(jié)構(gòu)零件日益向著微小化方向發(fā)展以及難切削材料微小零件需求的日益增多，使得μEDM技術(shù)成為微小零件加工的重要加工方法，其在微制造領(lǐng)域的地位日益凸顯，尤其是在微孔加工和微模具制造領(lǐng)域。
　　為實(shí)現(xiàn)微細(xì)電火花銑削加工中工具電極的高效制備，縮短微模具加工周期，在需求直徑大于50μm~100μm工具電極的加工場(chǎng)合，可直接使用成品化工具電極減少甚至省去電極在線制備時(shí)間，因此研制可夾持小直徑工具電極的主軸裝置具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。在需

2、求直徑小于50μm~100μm工具電極的加工場(chǎng)合，工具電極多采用在線加工。本文以噴墨打印機(jī)噴孔板上陣列群孔加工所用工具電極制備為應(yīng)用實(shí)例，研制線電極電火花加工（Wire Electrical Discharge Grinding，簡(jiǎn)稱WEDG）裝置、進(jìn)行電極直徑尺寸控制策略及相關(guān)工藝試驗(yàn)研究，并最終實(shí)現(xiàn)了噴孔板陣列群孔加工所用工具電極制備，對(duì)于實(shí)現(xiàn)微噴部件噴孔板國(guó)產(chǎn)化具有重要意義。
　　設(shè)計(jì)并研制了最小可夾持直徑100μm工具電極

3、的主軸裝置，當(dāng)其工作于直孔加工模式時(shí)，可實(shí)現(xiàn)工具電極損耗蠕動(dòng)補(bǔ)償；工作于錐孔加工模式時(shí)，可用于加工倒錐孔和正錐孔。對(duì)所研制主軸裝置進(jìn)行的小直徑工具電極夾持能力試驗(yàn)結(jié)果表明：研制的裝置實(shí)現(xiàn)了最小直徑100μm工具電極的夾持及釋放。
　　針對(duì)主軸裝置微動(dòng)模塊致動(dòng)器設(shè)計(jì)需求，選擇中空式音圈電機(jī)（voice coil motor，簡(jiǎn)稱 VCM）作為致動(dòng)器。通過 Ansys有限元電磁場(chǎng)分析確定了VCM最佳磁路類型；以最大化 VCM出力為目標(biāo)

4、函數(shù)，利用 Ansys優(yōu)化分析模塊對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)；依據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，設(shè)計(jì)并研制了VCM樣機(jī)，對(duì)其進(jìn)行的基本性能測(cè)試表明：所研制的VCM力常數(shù)大于90N/A，行程10mm，滿足了主軸裝置微驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)直線致動(dòng)器的設(shè)計(jì)要求。
　　建立了WEDG裝置運(yùn)絲系統(tǒng)多自由度振動(dòng)數(shù)學(xué)模型，利用建立的數(shù)學(xué)模型分析了多個(gè)影響因素對(duì)運(yùn)絲系統(tǒng)固有頻率的影響。仿真分析結(jié)果表明：儲(chǔ)絲輪的大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量降低了運(yùn)絲系統(tǒng)的固有頻率，為實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)絲輪大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的有效

5、隔離，設(shè)計(jì)并研制了主動(dòng)供絲 WEDG裝置。然后利用研制的主動(dòng)供絲 WEDG裝置搭建了試驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)線電極有效加工區(qū)位置波動(dòng)特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究并獲得了線電極運(yùn)絲速度，線電極在導(dǎo)向輪上的包角及線電極張力對(duì)線電極有效加工區(qū)位置標(biāo)準(zhǔn)差的影響規(guī)律，為后續(xù)WEDG參數(shù)選擇提供了指導(dǎo)。
　　建立了塊電極電火花磨削加工（Block ElectricalDischarge Grinding，簡(jiǎn)稱BEDG）工具電極直徑預(yù)測(cè)模型，并對(duì)所建立模型的預(yù)測(cè)精度

6、進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)表明所建立的模型可較好地預(yù)測(cè)工具電極的直徑；建立了WEDG半精加工工具電極徑向蝕除深度與線電極進(jìn)給量之間的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了階梯軸加工試驗(yàn)分析工具電極直徑控制精度，試驗(yàn)結(jié)果表明：所進(jìn)行的階梯軸加工試驗(yàn)可將工具電極直徑偏差控制在1.5μm范圍內(nèi)；提出了WEDG精加工線電極“零進(jìn)給量”、線電極“近零運(yùn)絲速度”和“主軸非伺服運(yùn)動(dòng)”加工策略，實(shí)現(xiàn)了工具電極徑向蝕除深度最小化和工具電極直徑尺寸精度的精確控制。試驗(yàn)結(jié)果表明：所加

7、工的28根工具電極中26根電極直徑偏差小于2μm，證明所建立直徑預(yù)測(cè)模型及所提出加工策略的有效性。
　　為實(shí)現(xiàn)工業(yè)微噴部件噴孔板微細(xì)陣列群孔加工所用工具電極的高效、高精度制備，采用了BEDG和WEDG組合加工方法制備工具電極。通過試驗(yàn)研究總結(jié)了粗、半精、精加工工藝規(guī)律，優(yōu)選了加工工藝參數(shù)，結(jié)合電極直徑尺寸控制策略，實(shí)現(xiàn)了噴孔板陣列群孔加工工具電極的制作，成功加工出直徑43.5μm，長(zhǎng)度約為800μm，直徑波動(dòng)范圍小于2μm的工具電