微三維型腔的電火花伺服掃描粗精加工方法及實驗研究

《微三維型腔的電火花伺服掃描粗精加工方法及實驗研究》是依託清華大學，由佟浩擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：微三維型腔的電火花伺服掃描粗精加工方法及實驗研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：佟浩
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

面向1mm尺寸以內的金屬和矽基材料微三維型腔加工，從具有套用價值的加工精度和效率考慮，圍繞解決工具電極損耗實時補償難題，提出一種微三維型腔的電火花伺服掃描粗精加工方法。基於高精度伺服控制放電間隙，實時線上補償掃描中電極軸向損耗，克服依靠經驗模型或間歇式補償的弊端；並將粗精加工結合策略運用於三維伺服掃描加工中，探討加工效率最大化的粗加工工藝規律，致力於精加工中深度誤差反饋和修正、曲面和稜角成型精度最最佳化的研究，為解決加工深度精度局限性，以及高精度和高效率矛盾問題提供途徑。進而，有針對性地開展主軸自適應模糊控制算法、微三維CAD/CAM系統、加工過程協調控制方法等關鍵理論和技術研究，進行原理性驗證、工藝參數最佳化、典型微三維型腔加工等實驗研究。通過該課題研究，為導電材料微三維型腔的高精度和高效率加工提供理論、方法及實踐上依據，促進MEMS、生物晶片等相關領域的發展。

結題摘要

為提高1mm尺寸以內導電材料微三維型腔的加工精度和效率，研究了三維微細電火花加工的系統化理論和工藝。首先提出了一種三維微細電火花伺服掃描加工方法，解決了微細工具電極損耗的實時補償難題。為進一步解決加工深度精度局限性問題、高精度和高效率矛盾問題，進一步提出了三維微細電火花伺服掃描粗精加工方法。主要研究內容及取得的成果如下：揭示出微小間隙火花放電的伺服控制特性，提出了一種極間信號與放電率統計雙反饋的自適應模糊伺服控制方法，在三維伺服掃描加工中驗證了有效性，為自動最佳化伺服控制參數提供了理論依據。集成開發出微三維CAD/CAM系統和加工過程仿真軟體，實現了複雜微三維型腔數控加工代碼的自動生成及正確性仿真驗證。研究出三維伺服掃描加工過程協調控制方法，集成開發出加工過程控制程式。研究出三維伺服掃描加工層深精度控制算法，加工出底面平整、深度精度可控的微三維型腔。改進了微細工具電極線上製作工藝及測量方法，實現了微細電極線上精密製作及測量。作為本課題研究的發展，針對微結構的特殊加工需要，探索研究了三種創新工藝。為實現微型腔批量化加工，提出並驗證了三維陣列伺服掃描加工工藝。為實現倒錐形微細孔微結構加工，提出並驗證了微細工具電極倒錐擺動伺服掃描加工工藝，並實現了工業套用。為去除微細電火花加工的表面微凹坑及熱影響層，提出並驗證了三維微細電火花電解組合掃描加工工藝。在金屬和矽基材料上，開展了原理性驗證和工藝最佳化實驗研究，得出了從圖形設計、快速去除型腔材料、到精密成形加工的自動化工藝。高效加工出典型的三維微結構，尺寸精度可控<5μm，表面精度可達Sa0.3μm。發表學術論文8篇，申報國家發明專利5項，獲軟體著作權1項。參加國際會議、國內會議進行學術交流5次。