收藏本站
《大连理工大学》 2012年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高效微细电火花加工若干关键技术研究

张玲瑄  
【摘要】:微细电火花加工技术因具有非接触式加工、无宏观切削力、对工具的强度和刚度要求低、材料适用范围广及可加工异型腔模等特点,近年来呈现出了强大的微尺度制造潜能,并已逐渐成为航空航天、能源动力、运载及医疗等领域核心装备中微小特征结构制造的关键技术。但是,微细电火花加工具有脉冲放电频率高、放电间隙狭小、微细电极损耗严重、蚀除产物排出困难、噪声干扰严重等众多复杂特性,导致在加工过程中难以开展准确有效的控制,致使加工过程极不稳定、加工效率低下,严重的限制了微细电火花加工技术的发展。因此,提高微细电火花加工的效率,保障加工过程高效高质量的进行,是提高微细电火花加工技术能力、进而提升精微加工领域整体制造水平的关键途径。本论文致力于突破高效微细电火花加工的技术瓶颈,在全面分析微细电火花加工机理及特点的基础上,针对影响高效微细电火花加工的关键性技术难题,开展了一系列关键技术的研究工作,包括高精度三维微细电火花加工实验平台研制、工艺参数多目标优化、加工过程智能控制策略研究、伺服运动在线预测与控制及电极补偿方法研究等,并综合应用研究方法开展了难加工合金材料微细通道阵列的电火花加工。具体研究内容如下: 根据高效微细电火花加工技术对加工系统提出的高精度和高灵敏性需求,研制了一台高精度三维微细电火花加工机床。该机床由直线电机驱动Z轴电极精密运动平台,由交流伺服电机驱动X/Y轴工件精密运动平台;采用工业控制机、PMAC多轴运动控制器搭载数据采集卡的方式组成上、下位机模式的开放式数控系统;机床的智能软件控制系统集成了伺服运动控制、间隙信号采集、脉冲电源设置等功能。该机床在实际运行中性能稳定,为开展高效微细电火花加工关键技术的研究工作提供了良好的实验平台。 针对微细电火花加工工艺参数多目标优化难题,采用支持向量机回归方法建立工艺参数与工艺目标的关系模型,并提出了一种基于非支配排序的多目标优化遗传算法,以支持向量机工艺模型的决策函数作为遗传算法的适应度函数,开展兼顾加工时间和电极损耗量这两项重要工艺指标的工艺参数优化,实验表明优化后的工艺参数组合可以明显缩短加工时间并可将相应的大幅度减小微细电极的损耗量。 为解决微细电火花加工过程中由于放电频率高、放电信号严重畸变和噪声过大等情况造成的加工信息不确定性大的问题,基于区间Type-2模糊集合理论,提出了微细电火花加工两阶模糊控制方法,其中第一阶模糊系统为采样点放电状态辨识系统,第二阶模糊系统为伺服运动控制系统。加工实验表明所提出的两阶模糊控制方法与传统控制方法相比能显著的提高加工效率,同时还能获得良好的加工质量,特别是当加工环境恶化时,其控制优势会更加明显。 为了克服传统控制方法的滞后性,分别开展了放电状态预测与伺服运动在线预测控制方法的研究:结合经验模式分解原理和线性预测方法,提出了一种微细电火花加工放电状态预测方法,预测结果表明该方法预测精度高,十分适用于放电状态此类时变非线性信号的预测;基于灾变灰色预测理论,提出了一种微细电火花加工伺服运动状态在线预测方法,将电极的回退视为灾变伺服运动,在检测当前放电状态的同时,同步实现对未来周期伺服运动状态(进或退)的预测,并与两阶模糊控制法相结合形成带有预测功能的伺服运动综合控制策略。实验结果表明,所提出的伺服运动在线预测控制方法能够大幅消除微细电极的连续回退现象,并可显著提高加工效率和加工质量。 针对微细三维零件加工中微细电极损耗严重且加工效率较低等问题,提出了一种基于单层大切深加工方式的微细电极定长补偿方法,通过观测微细电极在加工不同长度后的形状变化揭示了在微细电火花铣削加工过程中电极的损耗规律,并根据损耗规律对传统的电极补偿模型进行修正,建立了单层大切深加工方式下的微细电极补偿模型。加工实验表明,与传统的多次分层往复扫描加工方式相比,利用所提出的电极补偿模型对大切深微细槽进行一次性加工,能够获得更高的尺寸精度,并能大幅提高加工效率。 针对难加工合金微细通道电火花加工的需求,结合正交加工试验研究了几种典型难加工合金材料的微细电火花加工工艺规律,并综合应用本文提出的高效微细电火花加工关键技术研究方法,开展了难加工合金微细通道阵列的电火花加工实验。实验结果表明,应用本论文提出的高效加工关键技术研究方法,能够获得良好的微细通道加工质量,并可获得较高的加工效率。因此,本论文开展的高效微细电火花加工关键技术研究工作,对于解决具有微尺度特征的难加工材料关键零部件的精密、高效和批量加工的难题、以及在扩展微细电火花加工技术的应用领域、提高精微领域制造技术水平等方面均具有重要的研究意义。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TG661

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王振龙,迟关心,狄士春,赵万生;钛合金深小孔的微细超声电火花加工技术[J];兵工学报;2000年04期
2 王续跃;吕书森;胡亚峰;王连吉;徐文骥;;模具钢微流道沟槽的激光铣削试验研究[J];兵工学报;2010年05期
3 焦建成,邢济收,杨大勇;电火花加工中最优加工条件的确定[J];北京机械工业学院学报;2004年01期
4 陈业华,邱菀华;灰色灾变预测模型及其应用[J];北京航空航天大学学报;1998年01期
5 金顺南;白基成;周正干;刘晋春;五百井;俊宏;白井;靖幸;;线切割加工间隙状态预测系统的计算机仿真研究[J];电加工;1992年05期
6 翟德梅,段维峰;基于正交试验的电火花加工工艺效果试验分析[J];电加工与模具;2004年S1期
7 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
8 崔晶;李勇;熊英;佟浩;;基于实验设计的电火花微小孔加工参数优化研究[J];电加工与模具;2006年06期
9 高清;张勤河;苏树朋;张建华;艾兴;;多种群遗传算法优化的电火花加工模型[J];电加工与模具;2008年02期
10 周明;韩福柱;;电火花加工过程线性时变预测模型的建立与研究[J];电加工与模具;2008年05期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 刘宇;微细电火花加工中集肤效应的影响机理及相关技术研究[D];大连理工大学;2011年
2 安文森;支持向量回归机理论及其工业应用研究[D];中国科学技术大学;2006年
3 王明环;微细电解加工实验研究[D];南京航空航天大学;2007年
4 董颖怀;一种微型涡轮发动机的关键结构及其制造技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
5 王凡;基于支持向量机的交通流预测方法研究[D];大连理工大学;2010年
6 郑新毅;深微孔电火花加工关键技术研究[D];大连理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 刘慧婷;EMD方法的研究与应用[D];安徽大学;2004年
2 任海滨;微细电火花线切割加工工艺规律研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
3 邓容;微细电火花加工中电极损耗及补偿的算法与实验研究[D];上海交通大学;2008年
4 高升晖;微细及小孔电火花加工的关键技术研究[D];大连理工大学;2008年
5 井水淼;电火花微小孔加工控制方法及参数优化的研究[D];大连理工大学;2008年
6 李勇林;基于灰色模型的垃圾焚烧过程中二恶英排放量预测[D];华中科技大学;2008年
7 许加利;微细电火花定长补偿方法[D];上海交通大学;2009年
8 廖倩芳;II型T-S模糊建模与控制[D];上海交通大学;2009年
9 任小涛;微细电火花加工智能控制算法的研究与应用[D];大连理工大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 亓雪龙;孙洪雁;陈进展;;基于灰色系统理论的山东省水果产量预测模型[J];山东农业科学;2010年03期
2 王东霞;张楠;路晓丽;;基于育种算法的SVM参数优化[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年04期
3 鲁照权;俞宗嘉;胡金东;胡焱东;;广义最小二乘限定记忆参数辨识方法与仿真研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年06期
4 陶秀凤,唐诗忠,周鸣争;基于支持向量机的软测量模型及应用[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2004年02期
5 吴艳蕾;;基于灰理论的居民生活电力消费预测研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2008年01期
6 程晋石;裴九芳;;3PL企业物流能力灰色评价研究[J];安徽工程大学学报;2011年01期
7 廉同辉;;基于灰色层次决策理论的合芜蚌试验区产业效应分析[J];安徽工程大学学报;2011年03期
8 朱春江;唐德善;马文斌;;基于灰色理论和BP神经网络预测观光农业旅游人数的研究[J];安徽农业科学;2006年04期
9 朱春江;唐德善;;基于灰色神经网络和证据理论预测地下水位的研究[J];安徽农业科学;2006年05期
10 朱春江;唐德善;;基于线性规划模型的农业种植业结构优化研究[J];安徽农业科学;2006年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 黄孝鹏;龚亲华;李振宇;许甜甜;;中国古代决策思想与现代决策科学的融合与发展[A];安徽省管子研究会2011年年会暨全国第六届管子学术研讨会交流论文集[C];2011年
2 宋海鹰;桂卫华;阳春华;;基于核偏最小二乘的简约最小二乘支持向量机及其应用研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 顾小军;杨世锡;钱苏翔;;基于支持向量机的旋转机械多类故障识别研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 吕蓬;柳亦兵;马强;魏于凡;;支持向量机在齿轮智能故障诊断中的应用研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 姜明辉;袁绪川;;基于GA优化的个人信用评估SVM模型[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 魏长顺;沈银花;魏利胜;;基于优化GM(1,1)模型的人口预测方法研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 韩露;余正涛;邓锦辉;章程;毛存礼;郭剑毅;;领域知识关系对领域文本分类的影响[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 吴静珠;刘翠玲;孙晓容;;支持向量机在近红外光谱检测技术中的应用研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
9 尹钟;张建华;;基于支持向量机方法的过程操作员功能状态分类[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
10 杨坤;纪志成;;基于峰值识别的改进SVM用电需求预测[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 母丽华;煤矿安全预警系统的方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 朱广平;混响干扰中的信号检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 孔凡芝;引线键合视觉检测关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 郑大腾;柔性坐标测量机空间误差模型及最佳测量区研究[D];合肥工业大学;2010年
5 王晓明;基于统计学习的模式识别几个问题及其应用研究[D];江南大学;2010年
6 李先锋;基于特征优化和多特征融合的杂草识别方法研究[D];江苏大学;2010年
7 刘卫红;垃圾邮件检测与过滤关键技术研究[D];华南理工大学;2010年
8 曲建军;基于提速线路TQI的轨道不平顺预测与辅助决策技术的研究[D];北京交通大学;2011年
9 汪春梅;癫痫脑电信号特征提取与自动检测方法研究[D];华东理工大学;2011年
10 张目;高技术企业信用风险影响因素及评价方法研究[D];电子科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 展慧;基于多源信息融合技术的板栗分级检测方法研究[D];华中农业大学;2010年
2 杜二玲;拟概率空间上等均值噪声下统计学习理论的理论基础[D];河北大学;2007年
3 周翔;微型扑翼飞行器的气动特性及其优化研究[D];南昌航空大学;2010年
4 梁静;钛合金精密腐蚀加工工艺及机理研究[D];南昌航空大学;2010年
5 李金华;基于SVM的多类文本分类研究[D];山东科技大学;2010年
6 安文娟;Fisher和支持向量综合分类器[D];辽宁师范大学;2010年
7 姜成玉;基于支持向量机的时间序列预测[D];辽宁师范大学;2010年
8 王顺岩;灰色系统理论在间歇式染色中的应用研究[D];浙江理工大学;2010年
9 姜念;区间自适应粒子群算法研究及其应用[D];郑州大学;2010年
10 李朋勇;基于全矢高阶谱的故障诊断方法及其应用研究[D];郑州大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘柱方,蒋利民,汤儆,张力,田昭武,刘品宽,曲东升,孙立宁,叶雄英,周兆英,田中群;金属Cu表面三维齿状微图形的复制加工——约束刻蚀剂层技术 (CELT)的应用[J];微纳电子技术;2003年Z1期
2 明平美,胡洋洋,朱健;微细电火花加工MEMS器件技术关键分析[J];微纳电子技术;2005年04期
3 魏强,张玉林,宋会英,于欣蕾;基于扫描隧道显微镜的纳米加工技术[J];微纳电子技术;2005年09期
4 明平美;胡洋洋;曾永彬;;金属Micro/Meso结构器件制造技术[J];微纳电子技术;2006年06期
5 李凯,黄厚宽;支持向量机增量学习算法研究[J];北方交通大学学报;2003年05期
6 姚智胜;邵春福;高永亮;;基于支持向量回归机的交通状态短时预测方法研究[J];北京交通大学学报;2006年03期
7 林云,谢树元,杜斌,胡江;RH精炼温度模型仿真及应用[J];宝钢技术;2003年06期
8 潘洋宇,李迎,王拴虎;微型机械技术和应用前景[J];兵工自动化;2003年05期
9 焦建成,邢济收,杨大勇;电火花加工中最优加工条件的确定[J];北京机械工业学院学报;2004年01期
10 李擎,郑德玲,唐勇,陈占英;一种新的模糊遗传算法[J];北京科技大学学报;2001年01期
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 李邦忠;大面积薄板和粗糙表面电化学机械光整加工技术研究[D];大连理工大学;2004年
2 徐惠宇;微细电解加工系统及其相关工艺的研究[D];南京航空航天大学;2005年
3 吕战竹;混粉电火花加工机理及应用研究[D];大连理工大学;2005年
4 周明;微细电火花加工放电状态辨识与预测的理论和方法[D];大连理工大学;2006年
5 张旻;电加工用Cu-ZrB_2复合镀层的制备及其电加工性能研究[D];大连理工大学;2006年
6 崔景芝;微细电火花加工的基本规律及其仿真研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
7 王元刚;混粉电火花加工机理及关键技术研究[D];大连理工大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 刘慧婷;EMD方法的研究与应用[D];安徽大学;2004年
2 田相克;PMAC多轴运动控制器研究[D];兰州理工大学;2004年
3 吴品;旋转电极的电火花孔加工实验研究[D];上海交通大学;2007年
4 高升晖;微细及小孔电火花加工的关键技术研究[D];大连理工大学;2008年
5 邓清清;交通诱导系统的流量预测和路径优化并行算法研究[D];大连理工大学;2008年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李文卓,赵万生,于云霞;微细电火花加工的关键技术分析[J];石油大学学报(自然科学版);2002年03期
2 张勇,王振龙,胡富强,赵万生;微细电火花加工装置的设计与应用[J];微细加工技术;2004年02期
3 张勇,王振龙,胡富强,贾宝贤,李志勇,赵万生;微细电火花加工中微细电极的制作与检测技术研究[J];制造技术与机床;2004年08期
4 王振龙栾,英艳,赵万生,张晓东;微细电火花加工中的电极在线制作与检测[J];电加工与模具;2000年03期
5 王振龙,赵万生,狄士春,迟关心;微细电火花加工技术的研究进展[J];中国机械工程;2002年10期
6 周林;王宝瑞;;自成形微细电极制备技术研究[J];电加工与模具;2006年02期
7 周林;王宝瑞;;自成型微细电极制备技术研究[J];制造技术与机床;2006年08期
8 刘广民;张勇斌;郭维强;吉方;;基于CPLD的多模式微能脉冲电源设计[J];电加工与模具;2007年02期
9 李勇,王显军,郭,周兆英,严晓敏,胡敏;微细电火花加工关键技术研究[J];清华大学学报(自然科学版);1999年08期
10 王振龙,赵万生;微制造系统中的微细电火花加工技术[J];制造技术与机床;2003年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王玉魁;费翔;迟关心;王振龙;单德彬;;微冲压模具冲模的微细电火花加工方法[A];第14届全国特种加工学术会议论文集[C];2011年
2 迟关心;耿雪松;王玉魁;王振龙;;微细电火花加工模糊抬刀控制系统的设计及实验研究[A];第14届全国特种加工学术会议论文集[C];2011年
3 郭美刚;肖鹿;吕忠伟;李剑中;余祖元;;单晶金属不同晶向对微细电火花加工的影响[A];第14届全国特种加工学术会议论文集[C];2011年
4 付秀琢;张勤河;张亚;张建华;;压电自适应微细电火花加工技术研究[A];第14届全国特种加工学术会议论文集[C];2011年
5 李勇;李芳;郑云飞;周骋;;微细电火花加工技术的进展状况[A];特种加工技术——2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
6 赵万生;王振龙;;微细电火花加工技术的进展[A];制造业与未来中国——2002年中国机械工程学会年会论文集[C];2002年
7 王元刚;吴蒙华;赵福令;王津;刘宇;;微细电火花加工精度控制方法研究[A];第13届全国特种加工学术会议论文集[C];2009年
8 周林;王宝瑞;;自成型微细电极制备技术研究[A];2005年中国机械工程学会年会第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
9 周林;王宝瑞;;自成型微细电极制备技术研究[A];2005年中国机械工程学会年会论文集第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
10 邹丽芸;杨大勇;吴洪波;伏金娟;;复杂形状的微细电火花加工工艺研究[A];2005年中国机械工程学会年会第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前8条
1 胡进;发展数控机床的关键是提高工艺水平[N];中国建材报;2000年
2 王成喜译;电炉炼钢工艺现状及发展[N];中国冶金报;2001年
3 萨日娜;铸就教育市场“三重门”[N];中国电脑教育报;2007年
4 本报记者  刘毅;节能灯照亮天安门[N];人民日报;2006年
5 ;达涅利电炉在泰国SYS、NTS和UMC钢厂的卓越性能[N];世界金属导报;2007年
6 杨雄飞;测定电极消耗 改善电极使用性能[N];世界金属导报;2008年
7 本报记者 于洪光 吕兵兵 通讯员 荆兆强 王有志;王钦峰:从农民工到发明家[N];农民日报;2009年
8 本报记者 刘成友;王钦峰 从农民工到工程师[N];人民日报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 付秀琢;压电自适应微细电火花加工技术及机理研究[D];山东大学;2012年
2 张玲瑄;高效微细电火花加工若干关键技术研究[D];大连理工大学;2012年
3 王丹;硬脆非金属材料微结构微细加工关键技术研究[D];上海交通大学;2011年
4 王庆祎;多功能微型机床及其加工技术的研究[D];天津大学;2010年
5 周明;微细电火花加工放电状态辨识与预测的理论和方法[D];大连理工大学;2006年
6 董颖怀;一种微型涡轮发动机的关键结构及其制造技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
7 明平美;UV-LIGA-微细电火花加工组合制造技术基础研究[D];南京航空航天大学;2006年
8 郭锐;基于Linux的微细电火花加工数控系统及其相关关键技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
9 崔景芝;微细电火花加工的基本规律及其仿真研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
10 李茂盛;五轴联动电火花加工机床及其复杂电极预装系统的研制[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 沈飞虎;材料微观结构对电火花微细加工的影响研究[D];大连理工大学;2010年
2 刘泽超;微细电火花加工装置机械设计及电控柜温度场仿真研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 包广华;压电自适应微细电火花加工工艺研究[D];山东大学;2011年
4 朱玉杰;压电自适应微细电火花加工系统研究[D];山东大学;2011年
5 郭美刚;材料微结构对微细电火花加工性能影响研究[D];大连理工大学;2012年
6 王学君;微细电火花加工表面的摩擦学特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 范道伟;微细电火花加工放电状态检测研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 吴赵兵;基于静电感应的微细电火花线切割加工技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 王学志;静电感应微细电火花加工放电特性与伺服控制研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
10 李安超;微细电火花加工伺服运动预测与控制方法研究[D];大连理工大学;2012年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026