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压电自适应微细电火花加工系统研究

朱玉杰  
【摘要】:随着科学技术的快速发展,微型结构件的应用日益广泛。微细电火花是加工微型结构件的一种重要手段,但加工尺度微小引起的排屑困难、加工状态不稳定问题是制约微细电火花加工技术发展的一大瓶颈,因此,研制新型微细电火花加工装置,提高排屑速度和加工稳定性进而提高加工效率是微细电火花加工技术的重要研究方向。为此,本文基于压电陶瓷的逆压电效应提出了压电自适应微细电火花加工技术。 本文首先分析了压电致动器的工作原理,详细的阐述了压电自适应微细电火花加工技术的工作过程。对压电自适应微细电火花加工系统的放电能量进行了理论计算,计算结果表明放电能量主要由电容C2提供。通过具体实验对计算结果进行了验证,实验结果与理论分析一致。 在深入分析微细电火花加工对加工系统的技术要求基础上,设计、研制了一套压电自适应微细电火花加工装置,并详细的阐述了各部分的设计过程。该装置由机械系统和电气系统两部分组成,机械部分主要包括花岗岩基座、高精度三轴运动平台、精密旋转主轴、微进给机构、电极反拷机构等几个单元;电气部分主要由微能脉冲电源、伺服控制系统、放电间隙检测回路、接触感知控制回路等几部分组成。 采用ABAQUS软件对机床的关键部件(立柱)进行了静力分析和模态分析。建立了立柱的受力模型,确定了相应边界条件,分析了它的受力状态。通过静力分析得到了立柱静力学特性(应力和应变);通过对立柱的模态分析,得到了立柱的前六阶固有频率及其振型。机床立柱前六阶固有频率都远离外加作用力的频率,验证了机床立柱结构设计的合理性和可靠性。 利用自行设计搭建的微细电火花加工机床进行了实验研究。对压电致动器的运动性能和机床的加工性能进行了测试,测试结果表明该机床能够提高加工效率;分析了放电间隙与开路电压的关系,放电间隙随着开路电压的增大而增大。详细研究了该技术的放电加工特性,并对实验中出现的不稳定现象进行了分析,分析结果表明短路和拉弧是影响加工过程稳定的主要因素。进行了微细孔和微槽加工实验,实验结果表明,该技术加工效果良好。


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