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上海交通大学学报 2009年第1期43卷 42-46页

作者：裴景玉邓容胡德金上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

针对三维金属微细结构的微细电火花加工,应用等损耗理论,采用分层加工方法建立了单道加工时底面形状随电极损耗变化的轮廓模型.在此基础上,提出定长补偿的方法,给出了补偿长度计算公式,并对底面轮廓模型以及定长补偿方法进行仿真分析.... 详细信息

针对三维金属微细结构的微细电火花加工,应用等损耗理论,采用分层加工方法建立了单道加工时底面形状随电极损耗变化的轮廓模型.在此基础上,提出定长补偿的方法,给出了补偿长度计算公式,并对底面轮廓模型以及定长补偿方法进行仿真分析.实验测定了微细条件下钨打钢的相对体积损耗比,进行了无补偿和定长补偿的实验加工.仿真及实验结果表明:无补偿时底面轮廓呈指数曲线,与实验结果相吻合;定长补偿方法加工的底面轮廓为恒定的波动曲线;随着补偿精度增加,底面轮廓的波动范围增大;在符合端面损耗理论的范围内,分层厚度越大,加工的相对误差越小.所提出的定长补偿方法提高了加工尺寸精度和形状精度.

关键词：电火花加工微细电火花加工底面轮廓补偿

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微细电火花加工中电极损耗机理的研究

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中国机械工程 2009年第17期20卷 2116-2119页

作者：王元刚赵福令刘宇王津大连大学大连116622 大连理工大学大连116023

微细电火花加工中,因电极损耗引起的电极尺寸和形状的变化严重影响被加工工件的尺寸精度和形状精度。在实验基础上分析了电极损耗的变化过程,并借助有限元方法和电磁理论研究了产生电极损耗的机理。研究表明:电场集中是棱边损耗的根本原... 详细信息

微细电火花加工中,因电极损耗引起的电极尺寸和形状的变化严重影响被加工工件的尺寸精度和形状精度。在实验基础上分析了电极损耗的变化过程,并借助有限元方法和电磁理论研究了产生电极损耗的机理。研究表明:电场集中是棱边损耗的根本原因,一定阶段后电极形状趋于稳定;击穿放电产生的超高频电流使电极横截面上的电流在边缘的集中是发生二次放电的主要根源。

关键词：微细电火花加工电极损耗二次放电趋肤效应

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微细电火花加工的新进展

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仪器仪表学报 1996年第S1期17卷 65-69,74页

作者：赵万生韦红雨狄士春马骏哈尔滨工业大学

本文简要地叙述了电火花适于微细加工的性能和特点，指出了实现微细电火花加工的两个基本条件和关键技术，系统地介绍了电火花线电极磨削法的基本原理及其在微细电火花加工中的应用。简要地综述了国际上微细电火花加工的最新进展，并给... 详细信息

本文简要地叙述了电火花适于微细加工的性能和特点，指出了实现微细电火花加工的两个基本条件和关键技术，系统地介绍了电火花线电极磨削法的基本原理及其在微细电火花加工中的应用。简要地综述了国际上微细电火花加工的最新进展，并给出了部分加工实例。扼要介绍了国外主要的微细电火花专用机床与设备。同时根据国内微细电火花的研究现状，指出了进一步研究的方向。

关键词：微细电火花加工微细加工技术微细电极线电极放电加工电火花微细加工微细轴磨削法微细孔冲压加工

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微细电火花加工装置及其控制技术

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上海交通大学学报 2008年第1期42卷 78-82,86页

作者：张勇张广玉王振龙李志勇赵万生哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

设计开发出了具有四轴三联动的微细电火花加工装置.针对该装置,对微细电极的制作控制技术、成型加工的伺服控制和微三维结构加工过程中电极损耗的补偿控制等进行了深入研究.在充分分析伺服机构性能的基础上,提出针对不同加工目的采用不... 详细信息

设计开发出了具有四轴三联动的微细电火花加工装置.针对该装置,对微细电极的制作控制技术、成型加工的伺服控制和微三维结构加工过程中电极损耗的补偿控制等进行了深入研究.在充分分析伺服机构性能的基础上,提出针对不同加工目的采用不同的伺服控制策略,不仅解决了伺服机构在微位移进给过程中存在的爬行问题,同时也较好地解决了电极制作过程中存在的伺服振荡问题;对电极损耗的补偿控制技术进行了深入的研究,进而提出了电极损耗的在线补偿策略,该补偿策略作为微细电火花加工控制系统的一个组成部分,使电极损耗的补偿与微细铣削加工的CAD/CAM系统分开,大大提高了微细电火花进行三维微结构加工的实用性.实验加工出最小直径为6μm的微细轴以及最小直径为10μm微细孔,并实现了外径为4 mm、具有24个叶片的微型涡轮盘以及直径为150μm微小半球的加工.

关键词：微细电火花加工伺服控制策略电极损耗补偿微结构

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微细电火花加工的表面粗糙度评价方法研究

微细电火花加工的表面粗糙度评价方法研究

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作者：赵爽哈尔滨工程大学

学位级别：博士

在衡量被加工工件表面形貌的时候,加工面粗糙度是其重要指标之一,工件被加工之后的性能直接或间接的受加工面粗糙度的影响。为了保障微细电火花加工工艺技术在微型机械、微型系统领域的应用,针对微细电火花加工工件的加工面粗糙度评价... 详细信息

在衡量被加工工件表面形貌的时候,加工面粗糙度是其重要指标之一,工件被加工之后的性能直接或间接的受加工面粗糙度的影响。为了保障微细电火花加工工艺技术在微型机械、微型系统领域的应用,针对微细电火花加工工件的加工面粗糙度评价方法的研究是十分必要的。针对微细电火花加工工件设计加工面粗糙度的评价方法、测量系统、估计模型,能够实现工件加工面粗糙度参数的在线、非接触、高精度以及高效评定,以达到高精度、复杂形状的微器件和微芯片的精细加工的目的。本文针对微细电火花加工这种加工工艺加工出的工件的加工面粗糙度评价问题进行了多方面的深入研究,重点解决加工面粗糙度评价涉及的基准线、基准面的确定的相关问题,在线、非接触测量系统的设计以及基于此系统下的加工面粗糙度的预测评价的问题,具体工作如下:针对工件加工面粗糙度二维基准线确定问题,采用基于完整矩阵运算的级联近似样条滤波算法,完成末端效应减轻、零相位特性和高计算效率数据滤波,同时确保高斯滤波器的滤波特性。针对三维基准面确定问题,通过高斯滤波快速算法,得到了工件加工面粗糙度的高斯滤波基准面,大大提高了滤波精度且计算量相对较小、计算速度快,显著改善了传统高斯滤波评定方法对微细电火花加工加工面粗糙度评定的不足之处。针对微细电火花加工工件在线测量的需求,研究了基于机器视觉的工件加工面粗糙度测量系统。设计了基于CCD相机的加工面粗糙度测量系统,完成了从图像获取、图像预处理、粗糙度评估的完整流程。考虑到基于激光散射的光纤传感器的优势,设计了基于多波长光纤传感器的加工面粗糙度测量系统,实现了工件加工面粗糙度的较高精度测量。针对微细电火花加工工件的粗糙度评价需求,考虑到基于机器视觉获取的工件表面图像及表面形貌数据,设计基于人工神经网络的加工面粗糙度评价算法:设计基于多项式网络的加工面粗糙度预测算法,结合以接触式测量方法获取的工件加工面粗糙度数据,对神经网络进行训练,建立粗糙度预测模型,实现工件表面纹理与加工面粗糙度之间的关系建立;考虑到神经模糊系统结合了神经网络和模糊系统的优势,设计了基于神经模糊系统的加工面粗糙度预测算法,建立实际加工面粗糙度与加工面图像纹理特征之间的关系,通过对加工面粗糙度的近似建模,可以有效地预测评价工件加工面粗糙度。

关键词：微细电火花加工加工面粗糙度机器视觉快速高斯滤波神经模糊系统

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微细电火花加工的材料蚀除特性及极性效应研究

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昆明理工大学学报（自然科学版） 2024年第5期49卷 30-38页

作者：刘庆玉王亚青沙瑞姜芙林王侃青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266525 青岛理工大学工业流体节能与污染控制教育部重点实验室山东青岛266525 山东大学机电与信息工程学院山东威海264209

为了进一步研究微细电火花加工的材料蚀除特性,对放电点处的热传导和材料蚀除过程进行了多物理场耦合仿真研究,并开展了微细电火花单脉冲放电实验验证.根据放电等离子体通道内部电子和离子的运动特性,对微细电火花加工中的极性效应进行... 详细信息

为了进一步研究微细电火花加工的材料蚀除特性,对放电点处的热传导和材料蚀除过程进行了多物理场耦合仿真研究,并开展了微细电火花单脉冲放电实验验证.根据放电等离子体通道内部电子和离子的运动特性,对微细电火花加工中的极性效应进行了分析.结果发现,通过引入Marangoni对流模块可形成放电凹坑的边缘突起,仿真出的放电凹坑形貌和实测的放电凹坑形貌一致;微细电火花加工短脉冲放电时的能量利用率比较高,能量利用率随着放电持续时间的增加而逐渐降低;通过引入实际的放电条件对仿真模型修正,对放电凹坑半径的仿真精度可提高至7%以内;放电通道中电子的加速度和速度非常高,相同时间内电子轰击正极电极表面的次数是正离子轰击负极电极表面次数的40倍以上,所以正极的材料去除量明显高于负极,微细电火花加工表现出显著的极性效应.

关键词：微细电火花加工单脉冲放电极性效应带电粒子

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微细电火花加工装置关键技术研究

微细电火花加工装置关键技术研究

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作者：胡敏清华大学

学位级别：博士

微细电火花加工作为一种高深宽比的微型机械电子系统(MEMS)制造技术，已越来越受到国内外有关研究人员的普遍关注。鉴于常规的电火花加工装置，特别是伺服控制系统难以满足微细电火花加工的要求，文中首次提出了基于电致伸缩陶瓷驱动的... 详细信息

微细电火花加工作为一种高深宽比的微型机械电子系统(MEMS)制造技术，已越来越受到国内外有关研究人员的普遍关注。鉴于常规的电火花加工装置，特别是伺服控制系统难以满足微细电火花加工的要求，文中首次提出了基于电致伸缩陶瓷驱动的、工具电极大行程直接微进给伺服系统方案，解决了蠕动式压电微驱动器大推力输出和非线性电致伸缩微驱动系统的精密运动控制问题，并成功地研制出了具有工具电极直接微进给特征的、新型实用的微细电火花加工装置样机。首先，本文对电致伸缩微驱动系统的运动学和动力学特性进行了理论研究，建立了系统的运动学方程和动力学模型。推导了电致伸缩微驱动系统的动力学方程，用机械阻抗方法分析了电致伸缩元件和被驱动系统的动力学响应特性;用力位移关系图和机械阻抗匹配法阐述了电致伸缩元件与被驱动系统之间的动力学相互作用规律(力-位移传输关系)。在此基础上，进一步分析了影响蠕动式电致伸缩微进给机构动力学特性的关键因素。结果表明，要提高蠕动式电致伸缩陶瓷微驱动机构的最大推力输出和动力学响应特性，必须同时提高机构箝位装置的夹紧力和输出组件(如侧板、悬臂轴承套、主轴等)的轴向刚度。其次，对具有大承载能力的蠕动式电致伸缩微进给机构进行了研制。在微进给机构箝位装置的设计中，发明了一种基于柔性铰链连接的、轴对称分布式夹紧力放大箝位机构。建立了其静、动力学模型，讨论了影响箝位机构夹紧力放大的各种结构因素，并用有限元方法对其进行了分析验证。结果表明，这种夹紧力放大箝位机构具有放大系数高、外形尺寸小以及固有频率高的特点。同时，所设计的箝位装置还采用了具有掉电自锁保护功能的弹性预紧、电磁驱动的结构方案，从而大大降低了微进给机构的箝位驱动电压，提高了微进给机构的性能，拓宽了微进给机构的应用范围。此外，本文还对电致伸缩陶瓷元件的基本特性进行了深入的实验研究。结果发现，虽然电致伸缩陶瓷元件的输出位移大小与当前的输入电压大小和以往的输入输出过程有关，但它们之间仍为一带有迟滞回线的近似平方关系曲线，特别是输入输出之间呈单调递增的关系。在此基础上，作者首次提出了电致伸缩微进给机构的精密运动控制算法—变系数P积分精密定位控制算法和基于重复过程的精密轨迹跟踪变系数P积分学习控制算法，并在理论上证明了变系数P积分控制算法具有二阶收敛的特性。实践表明，采用变系数P积分控制算法能够有效地克服由于电致伸缩陶瓷的非线性、迟滞、蠕变等特性给建立微驱动系统精确的数学模型所带来的困难，显著地改善和提高微进给机构精密定位和精密运动跟踪的控制性能。最后，根据微细电火花加工的特点，进一步研制了微小能量放电电源、微小工具电极在线加工机构、微小型工作液循环螺旋泵等微细电火花加工关键装置，建立了微细电火花加工样机实验系统。并针对微细电火花加工过程中的各种加工状态，提出了通过检测放电回路电流来加以识别的方法，制订了相应的控制对策，建立并实现了一套具有自适用能力的伺服控制算法。采用上述加工装置和伺服控制算法，成功地在不锈钢试件上加工出了直径为250μm、深度为850μm的小孔和直径为120μm、深度为220μm的微孔。

关键词：微细电火花加工微进给机构动力学分析控制算法电致伸缩元件伺服控制

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微细电火花加工主轴伺服控制系统及三维加工技术的研究

微细电火花加工主轴伺服控制系统及三维加工技术的研究

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作者：佟浩哈尔滨工业大学

学位级别：博士

微细电火花加工作为较低成本、非接触式的特种微细加工技术，在金属材料、半导体材料、甚至陶瓷材料的微孔、微槽、三维微结构的加工上具有独特优势，已成为微细加工的有效手段之一，使其在许多领域中具有应用前景，受到国内外学者的广... 详细信息

微细电火花加工作为较低成本、非接触式的特种微细加工技术，在金属材料、半导体材料、甚至陶瓷材料的微孔、微槽、三维微结构的加工上具有独特优势，已成为微细加工的有效手段之一，使其在许多领域中具有应用前景，受到国内外学者的广泛关注。\n 然而，微细电火花加工还具有加工间隙小、电蚀产物排出困难、工具电极损耗严重、电源脉冲利用率低等特点，使其对微结构加工工艺和主轴伺服控制系统的性能提出了更高要求。特别是加工高深宽比、复杂形状、特殊材料的三维微结构，还需要进一步探索和研究。\n 本文根据微细电火花加工工艺和主轴控制系统现状的总结和分析，从具有应用价值的加工效率、尺寸形状精度、重复性精度的实际加工需求考虑，开展微细电火花加工主轴伺服控制系统及三维加工技术的基础理论研究和应用实验研究，解决影响微结构加工精度和效率的关键性问题。\n 首先，实验研究了微细电火花加工的狭小间隙放电特性，确定了适合主轴系统伺服控制放电间隙的优化方案。为验证高频响主轴机构的优越性，采用阈值控制的直线电机主轴进行了加工实验研究；为验证优化方案中伺服控制策略，分析了放电间隙伺服控制方法存在控制目标中心难于确定的问题，设计了具有通用性的自适应模糊伺服控制放电间隙的方法。\n 为使自适应模糊伺服控制方法具有快速收敛的自优化性能，采用了全论域范围内带有自调整因子的解析式控制规则模糊控制器。研究了自适应快速收敛算法，使控制目标中心和速度比例因子趋向最优，因而提高了间隙伺服控制的精度和效率，使加工过程中放电率始终趋向最高。与优化后的阈值控制方法相比，自适应模糊伺服控制方法的微孔加工效率提高20％，也显著提高了伺服控制参数的优化效率。\n 然后，提出了基于放电间隙伺服控制进行电极损耗实时补偿的三维微细电火花伺服扫描加工方法，为解决限制三维扫描加工技术实际应用的微细工具电极损耗补偿问题开辟了一可行途径。分析了三维伺服扫描加工的技术方案和实现策略，并研究了其加工过程控制方法。基于三维伺服扫描加工的特殊性分析，设计了CAD/CAM系统实现的技术方案，研究了CAD/CAM系统实现的关键技术，实现了短直线插补的通用型点位坐标代码和集成度高的G代码的两种加工文件。\n 为验证三维微细电火花伺服扫描加工方法的有效性，进行了基础工艺实验研究和典型的三维微结构加工实验，归纳了提高伺服扫描加工精度和效率的一般性规律。实验研究表明：伺服扫描加工方法实现了电极轴向损耗的实时补偿，加工形状尺寸精度较高。\n 进而，针对这种工具电极无旋转运动的三维伺服扫描加工和穿孔成型加工效率低、以及加工状态不稳定的问题，采用辅助工件高频振动工艺改善其加工过程。工艺实验研究了辅助振动频率和幅值对微细电火花加工的影响规律，并在金属材料上进行了阵列微齿轮和三维微结构的振动辅助加工实验。基于间隙伺服控制的微细电火花加工原理，建立并重点研究了工件高频振动辅助微细电火花加工过程模型，得出了工件高频振动辅助加工的机理，为优化辅助振动频率和幅值提供了依据。\n 最后，为获得更高表面精度的三维微结构，解决传统主轴低放电能量加工的放电率低和稳定性差问题，研究了采用功能复合型宏微驱动主轴的三维伺服扫描加工方法和主轴的实时协调控制方法。实现了高频响和大行程的主轴性能，改善了低放电能量的三维伺服扫描加工的稳定性和放电率。在P型掺杂硅片上的微结构加工实验得到了尺寸误差小于2%，表面粗糙度Ra达到了0.37μm，材料去除率达1.58×104μm3/s，重复加工尺寸的一致性误差小于0.7%。\n 综上所述，本文研究的提高三维微细电火花加工精度和效率的工艺和机电系统控制方法，为金属材料和半导体材料微结构和微模具的制造提供了有效的加工途径。

关键词：微细电火花加工主轴伺服控制电极损耗补偿微孔加工效率

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基于Linux的微细电火花加工数控系统的研究

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计算机集成制造系统 2007年第2期13卷 370-374,380页

作者：郭锐赵万生李论李志勇郑君民哈尔滨工业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001 上海交通大学机械与动力工程学院上海200030

为了满足微细电火花加工高精度、高灵敏度和强实时性的运动控制要求,提出了以可编程多轴控制器为下位机、PC和Linux为上位机的体系结构,进行了六轴联动微细电火花加工数控系统的软硬件设计。为了解决微细电极在线制造和补偿等技术难题,... 详细信息

为了满足微细电火花加工高精度、高灵敏度和强实时性的运动控制要求,提出了以可编程多轴控制器为下位机、PC和Linux为上位机的体系结构,进行了六轴联动微细电火花加工数控系统的软硬件设计。为了解决微细电极在线制造和补偿等技术难题,该数控系统集成了机器视觉功能,基于V4L2应用程序接口开发了图像采集程序,基于OpenCV开发了图像处理程序,通过Canny边缘检测算法,提取了微细电极的边缘轮廓,可以在线观察和测量微细电极。此外,基于Lex和YACC设计并实现了数控代码解释器。

关键词：微细电火花加工运动控制器 Linux 数控系统

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UV-LIGA和微细电火花加工技术组合制作三维金属微结构

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光学精密工程 2010年第2期18卷 363-368页

作者：杜立群莫顺培张余升刘冲大连理工大学辽宁省微纳米技术及系统重点实验室辽宁大连116024 大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室辽宁大连116024

为了制作三维金属微结构,研究了UV-LIGA和微细电火花加工技术组合的工艺方法。使用UV-LIGA技术制作了准三维金属微结构,然后,对该微结构进行微细电火花加工制作三维金属微结构。使用提出的方法制作出了局部为梯形凸台和锥形凹槽三维微... 详细信息

为了制作三维金属微结构,研究了UV-LIGA和微细电火花加工技术组合的工艺方法。使用UV-LIGA技术制作了准三维金属微结构,然后,对该微结构进行微细电火花加工制作三维金属微结构。使用提出的方法制作出了局部为梯形凸台和锥形凹槽三维微结构的镍模具,给出了梯形凸台和锥形凹槽的尺寸。分析了微细电火花加工中放电参数对表面粗糙度的影响,在工作电压为65V,标称电容为100pF时得到了Ra为0.08μm的微细电火花加工表面。研究结果表明,使用该方法可实现三维金属微结构的制作;通过减小工作电压和标称电容的方法可降低微细电火花加工的表面粗糙度。

关键词：三维金属微结构 UV-LIGA 微细电火花加工组合制作表面粗糙度

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