关键词： 加工检测一体化系统   工业机械臂   视觉测量   激光加工   过程控制组态软件  

摘要： 随着航空航天、海洋船舶、能源动力等重大工程领域高端装备发展需求迭代更新,涌现出了一类立体结构更为复杂、性能指标更为苛刻的复杂薄壁曲面零件。由于此类零件具有非可展薄壁曲面立体特征,零件多表面均布形位高度对应的复杂功能结构,常规数字化加工与检测装置难以满足其高精整体制造与高效质量评价需求,因此亟需一种一站式空间定位-精密加工-结果评测的加工检测一体化系统及技术解决方案,以期实现单次装夹下一次成型加工与在机质量评价的零件闭环制造。加工检测一体化系统研制的关键难点在于灵活、准确的空间交互运动提供策略与精确、可靠的特征信息测量手段。鉴于此,本文创造性地提出了一种基于工业机械臂的复杂薄壁曲面零件加工检测一体化系统,具体研究内容如下述:（1）加工检测一体化系统总体设计分析工艺需求的设备匹配性,对多自由度串联工业机械臂、专用工件夹具、激光发生器、视觉传感器进行参数选型及优化再设计。分析过程控制软件研制原则,设计软件架构。整合研究内容,设计完整加工检测流程。（2）协同加工交互单元设计设计复杂薄壁曲面零件多加工面进给策略,开展复杂轨迹下机械臂离线编程控制研究。复刻CAM/CAD工艺规划技术,设计复杂薄壁曲面零件完整加工流程。分析多脉冲激光刻蚀原理,探究激光减材加工可行性。开展激光合束方法研究,设计复合式激光发生器构型。（3）机器视觉测量单元设计研究基于ChArUco棋盘标定板的工业相机内参数标定技术,设计基于单目视觉Pnp测量原理的进给工作台工作空间导引方法。设计倾斜测量构型的视向校正方法,基于视觉测量与手眼构型标定结果,研究基于动态调制映射解算的对刀技术。依托双目立体视觉测量技术测量零件加工结果,设计零件品质测评标准。（4）加工检测过程控制组态软件编制依托MFC框架编制加工检测过程控制组态软件图形界面,设计软件接入层、操作层及监控层抽象架构,定制图像处理分析、机器视觉测量、设备通讯触发、资源互传共享、机械臂离线编程控制、异常参数监测模块。本文提出的基于工业机械臂的加工检测一体化系统可全面满足复杂薄壁曲面零件加工与检测需求,填补了相关技术空白,显著提升了复杂薄壁曲面零件的加工精度与加工效率,具有显著的科研价值与工程实用价值。

关键词： 脑卒中康复   微流控   微电极   激光加工   STM32  

摘要： 脑卒中是一种严重威胁人类健康的急性脑血管疾病。它发病率、复发率、致残率和死亡率都非常高,目前已经成为全世界第一大致残率的疾病。脑卒中在发病时会导致一部分神经元死亡,从而造成很多患者在脑卒中治愈后,还存在着语言障碍、肢体瘫痪或其他一些功能的障碍。如何使脑卒中患者康复是目前科研人员面临的最棘手的问题。神经可塑性理论为脑卒中康复治疗提供了理论基础。只要使受损位置的神经元再生或有新生的神经元代替之前受损的神经元,那么患者就有康复的可能。电刺激是一种有效的脑卒中康复治疗手段并被广泛应用。干细胞移植治疗也是一种新兴的治疗手段。如果将这两种技术结合在一起,这就是一种新的脑卒中康复治疗的方法。通过微电极技术和微流控技术的复合,可以对这种方法进行更深一步的探索。整个微器件系统主要分为两个部分:植入部分和电路部分。植入部分由具有锥形结构的电极部分与具有微流控通道和腔室的微流控外廓部分组成。它的整体尺寸为2.5×2.5×2mm,基体材料为PDMS。植入部分的结构都是通过模塑法制备的。所以模板的精细程度决定着植入部分结构的好坏。电极部分的模具是通过激光加工完成的。主要是通过准分子激光旋转法在亚克力上制备锥形微孔来制造。锥形电极部分是器件的核心,所以对这个工艺进行了深入研究,探究了不同因素对锥形微孔深度和锥度的影响,找到了合适的参数,完成了锥形微孔的制备。微流控外廓部分的模具是使用3D打印技术加工出来的。通过翻模实验完成器件结构的制备。在锥形电极上镀有一层金属膜,使其具有导电功能。在微流控外廓上打孔,使其能与外界进行液体流通。最后将两部分结合,完成植入部分的制备。电路部分的设计中,运用电子设计自动化软件及软件集成开发环境,通过模块化设计方法,以微处理器为核心,结合PCF8591芯片和稳压管,成功研制出输出双极性对称方波的电刺激系统。该系统具有人机交互功能,可以实现对系统的实时监视和控制。经过测试,可以在示波器上观察到理想波形,满足微器件系统的要求。用毛细软管将微流控制泵与植入部分相连。电路部分通过输出端引出的导线与植入部分相连,最终形成了一套完整的微器件治疗系统。通过示波器对电信号功能进行检测。功能正常,在未来可以用来进行动物实验。

关键词： 微细电火花加工   脉冲电源   单端反激   FPGA   放电状态检测  

摘要： 微细电火花加工具有非接触、无毛刺、低应力等特点,在微细加工领域中占据重要地位,是微细孔、微沟槽及微三维结构等微小尺寸零件加工中不可替代的一种技术。脉冲电源为微细电火花加工提供蚀除材料的能量,是决定机床加工性能的关键因素。随着微小器件需求的增加以及机械制造的微细化发展趋势,脉冲电源逐渐成为了制约微细电火花加工技术发展的主要因素。本文从微细电火花加工脉冲电源及其间隙放电状态检测技术两方面展开研究。首先根据可控式RC脉冲电源的放电加工原理总结出微细电火花加工脉冲电源的设计需求,由此设计了反激式脉冲电源。该电源以单端反激电路为主拓扑,可利用反激变换器调节脉冲电源输出多级能量,除此外,反激变换器副边具有可控的双路储能电容回路,以此实现多能量等级加工与清扫脉冲功能。其中多能量等级加工可对微细电火花加工过程进行放电能量控制,以改善间隙放电状态并稳定整个加工过程;清扫脉冲功能可解决微细加工中排屑困难的问题,有助于提升加工效率。高速间隙检测电路可对间隙电压、电流数据进行实时采样,并将数据传输至放电状态检测模块。脉冲电源以FPGA作为主控芯片,实现PWM驱动信号的生成并完成与微细机床控制器之间的CAN总线通信。为了实现对间隙放电状态的精确检测,研究了基于机器学习的放电状态检测技术。通过FPGA完成对间隙电压、电流数据的采集与滤波处理,并提取若干个电压值与电流值作为单个放电脉冲的特征点。分析了放电间隙的波形特征并以此建立训练样本的分类标准,用Python编程语言实现脉冲分类器的离线训练,最终将模型实现于FPGA,完成脉冲分类器对间隙放电脉冲的在线识别。利用本文所设计反激式脉冲电源进行相关加工实验,实验表明:脉冲电源可进行高效稳定工作,具有良好的可靠性;放电状态检测模块可实现单个放电脉冲的识别,通过统计一段时间内有害脉冲的占比,可预测间隙放电状态是否恶化;多能量等级脉冲可提升脉冲电源放电能力,减小放电间隙进入短路状态的概率,有助于提高加工效率;清扫脉冲可进一步提高加工效率,但同时会影响电极损耗和加工精度。

关键词： 特种加工   磨料电化学射流加工   SiCp/Al复合材料   加工表面形貌   加工机理  

摘要： SiC/Al复合材料具有比强度和比刚度高、低密度、低热膨胀系数和高弹性模量等特点,是航空航天、光学精密仪器和电子封装领域的理想结构材料。但是由于该类复合材料中加入了高强度和高硬度的SiC颗粒,使其在传统切削加工时存在刀具磨损严重和加工质量差等问题,因此,探索SiC/Al复合材料的新加工方法十分必要。磨料电化学射流加工是将电化学射流和磨料水射流相复合的一种加工方法。本文采用该方法对SiC/Al复合材料进行了加工试验研究。首先,分析了铝基体的电化学溶解机理和SiC增强相在电化学磨料射流作用下的去除机理,通过有限元分析对SiC/Al结合界面疲劳寿命进行了仿真计算,得到了不同增强相尺寸和结合面积下结合界面疲劳寿命变化规律;对加工表面进行了电场仿真,得到了SiC颗粒对铝基体表面电流密度的影响规律,总结了SiC/Al复合材料在电化学阳极溶解和磨料冲蚀共同作用下的材料去除机理。其次,开展了SiC/Al材料去除加工试验研究。分别对低体积分数(20%-SiC/Al)和中体积分数(45%-SiC/Al)两种材料进行了磨料电化学射流加工试验,分析了加工电压、加工间隙、加工时间和电解液种类等因素对材料去除率和加工定域性的影响规律;对两种不同体分材料的加工结果进行了对比,分析了SiC增强相尺寸对加工表面形貌和粗糙度的影响。最后,针对20%-SiC/Al材料开展了微坑加工横截面轮廓建模研究。通过符号回归建立了横截面加工轮廓的数学模型,采用遗传编程对方程形式和参数进行了优化,所建立的模型在验证试验上拟合效果良好;采用二次多项式回归和支持向量机回归对截面轮廓模型的自变量进行预测求解,结果表明,支持向量机回归模型的预测精度高于二次多项式回归模型,最大预测误差小于7%。

关键词： 微细电火花加工   放电间隙调节   磁悬浮主轴   间隙电流限幅和轴向位置变积分PID控制  

摘要： 随着科技的发展和社会的进步,微型产品和微小零件在越来越多的领域获得广泛应用,作为微细制造技术之一的微细电火花加工技术,由于具有能够加工任何硬度导电材料的优异性能,已经成为微细制造领域最重要的加工技术之一。但是,在微细电火花加工中由于传统伺服系统的响应速度慢,容易引起频繁的短路和开路甚至动作故障,影响了加工效率和加工质量。为了提高伺服系统的响应速度,改善加工表面质量,在分析了微细电火花加工伺服驱动技术国内外研究现状的基础上,本文以具有快速响应性能的磁悬浮主轴作为伺服系统,对磁悬浮主轴的受力分析及其伺服控制系统的总体设计、伺服控制系统的硬件电路、RC脉冲电源放电时微细电火花加工的间隙放电状态检测方法、伺服控制系统算法、磁悬浮主轴伺服控制系统性能及应用磁悬浮主轴伺服系统进行微细电火花加工实验等内容进行了研究。论文从分析磁悬浮主轴及其电磁部件的结构、微细电火花加工中主轴的伺服功能入手,分析了径向和轴向电磁轴承的物理模型,建立了轴向电磁轴承的电磁力数学模型。针对磁悬浮主轴的电磁力计算问题,应用电磁场有限元分析软件Ansoft Max Well12对磁耦离合器、径向和轴向电磁轴承进行了电磁力仿真,并以仿真结果作为控制系统设计的理论依据。应用分析得到的径向和轴向电磁力数学模型对五自由度条件下的磁悬浮主轴进行了动力学分析,分析结果表明主轴在低转速时对磁悬浮主轴电磁力的陀螺耦合效应很小,因此采取了分散控制的方法对磁悬浮主轴的五个自由度实行单独控制。针对微细电火花加工过程中不同的间隙放电状态条件下需要调节主轴放电间隙和进给速度以及间隙放电能量需要均匀的要求,提出了间隙电流限幅和主轴位置变积分PID控制的伺服控制策略,建立了磁悬浮主轴伺服控制系统的总体模型。根据磁悬浮主轴控制系统的伺服控制策略和总体模型,研制了基于PC+DSP+FPGA结构的磁悬浮主轴控制系统的硬件电路。针对RC脉冲电源下间隙平均电压法不能直接反映间隙电流的变化状况和能量的分布的问题,提出了三电流阈值和状态时间统计法的间隙放电状态检测方法,研制了基于该检测方法的硬件电路,实现了磁悬浮主轴响应周期内间隙放电状态的快速判断。在控制策略和硬件研制的基础上,分别应用Csharp、C和Verilog HDL语言对上位机、控制器和间隙状态检测电路进行了控制方法研究和程序设计。针对间隙放电状态变化时需要调节放电间隙的问题,对主轴的轴向位置调节采用了变积分PID控制方法,通过改变积分系数和积分值实现了微细电火花加工间隙放电状态的快速调节。针对传统载波比较法产生三电平功率放大器开关信号时需要设计独立的三角载波、移相载波及死区模块以及PWM波的参数改变时需要重新设计载波和死区模块的问题,研究了PWM波的占空比和计数值分区间算法,该算法省略了载波和死区模块的设计,使程序更加简单,响应更加迅速。为了分析磁悬浮主轴系统的伺服响应性能及对微细电火花加工性能的影响,对磁悬浮主轴伺服控制系统的响应频率和电磁力等性能指标进行了测试,测试结果表明,磁悬浮主轴的径向和轴向响应频率分别为160Hz和150Hz,主轴电磁力的仿真值和实际测量值接近。应用磁悬浮主轴在不同的轴向响应频率条件下进行微细电火花加工对比实验,并与电机滚珠丝杠伺服系统的微细电火花加工实验进行对比。实验结果表明,随着磁悬浮主轴响应频率从25Hz提高到125Hz,DZ40M工件微小孔的加工效率提高2倍,电极的相对损耗降低了56%,SUS304工件微小孔的加工效率提高了3倍,电极相对损耗降低了27%。与伺服电机滚珠丝杠伺服系统相比,加工效率提高了28%,电极相对损耗降低了70%。直径方向的加工间隙减小,微小孔的表面形貌的凹坑和气孔尺寸变小。

关键词： 碳纤维复合材料   皮秒激光   盲孔加工   策略优化  

摘要： 碳纤维复合材料具备碳纤维材料的强度高、耐磨性好、抗腐蚀性强等特点,也具备树脂材料的比重小、用途广等优点,在各个行业的使用率越来越高。皮秒激光加工作为非接触式加工方式,具有传统刀具切削所不具备的加工损耗少的优势,也有纳秒激光不具备的高精度和飞秒激光不具备的高效率特点。在皮秒激光加工碳纤维复合材料盲孔的实际生产中,存在盲孔底面凹陷、热影响区过大、底面微观形貌差、力学性能差等缺陷,给碳纤维复合材料盲孔的高质量加工带来了挑战。因此,本课题对皮秒激光加工碳纤维复合材料盲孔的工艺规律和优化方法等关键问题展开研究,探索皮秒激光下碳纤维复合材料盲孔的高精度加工策略,并对现有加工方法进行优化。主要研究内容和相关结论如下:(1)皮秒激光加工碳纤维复合材料盲孔的质量影响因素分析基于碳纤维复合材料的属性和皮秒激光的特性,开展了皮秒激光工艺参数对盲孔质量的影响规律实验,分析并总结了激光功率、扫描速度和填充间距对盲孔热影响区、底面凹陷和微观形貌的影响规律。(2)皮秒激光加工碳纤维复合材料盲孔的仿真研究分析皮秒激光对碳纤维复合材料盲孔的宏观去除规律,建立了COMSOL数值仿真模型,提出了变填充间距和变扫描速度加工策略。开展了等填充间距、变填充间距和变扫描速度策略的数值仿真研究,分析了不同填充间距参数以及变速度函数下盲孔底面凹陷深度的变化规律,总结了变间距填充和变扫描速度策略对改善盲孔质量的规律。(3)不同扫描策略下皮秒激光加工盲孔的实验研究针对盲孔底面缺陷的质量优化,开展了不同策略下皮秒激光加工碳纤维复合材料盲孔的实验研究,总结了盲孔底面凹陷深度和微观形貌等评价指标较优时对应的工艺参数,验证了数值仿真模型中变填充间距策略和变速度策略对于改善盲孔底面凹陷缺陷等质量问题的可行性。

关键词： 电火花加工   水基工作液   片状电极   波形分析   加工效率  

摘要： 受加工效率与成本限制,毫米级宽度的窄槽结构难以用传统机械方式进行加工,实际生产中常采用片状电极电火花成型加工的方式制得。尽管如此,此类结构在电火花成型加工中仍然存在排屑困难影响加工效率以及石墨电极积碳导致过切等问题。为解决这些问题,本文尝试调制适宜该加工情况的水基工作液,比较了不同工作液的加工表现,对工作液性质所造成的影响进行了研究,分析不同工作液中的波形特征,开展优选介质中的参数实验,实现对窄槽加工效率的改善。选取并配制了线切割液、自来水、去离子水、乳化液、聚乙二醇溶液等典型水基工作液,针对水基工作液的加工需要搭建实验设备、确定电极材料与加工极性。设置电火花油实验组作为对照,通过单因素实验与深槽加工实验等方式对比了不同工作液中的材料去除率与电极损耗情况。研究发现,线切割液、自来水、去离子水中电极损耗严重,乳化液中加工效率较低,聚乙二醇溶液对比电火花油可取得较好加工效果。基于实验结果,分析了工作液特性对加工性能的影响。在材料去除率方面,利用仿真手段结合实验结果分析了工作液粘度的影响。结果显示,适当增大工作液粘度可改善抬刀所引起的蚀除产物排出效果,进而改善加工效率。比较不同电导率工作液发现电导率的升高会对加工效率产生不利影响。在电极损耗方面,研究了工作液电导率与含碳量所产生的影响。结合加工实验与电解实验结果发现,工作液电导率的提高会导致电极发生电解现象,该作用与放电爆炸共同导致了高电导率溶液中的严重电极损耗。而工作液含碳量的提升有助于利用积碳作用大幅降低水基工作液中的电极损耗。编写Matlab程序分析了去离子水、乳化液、电火花油、聚乙二醇溶液等四种工作液中的加工波形,包括不同放电类型所占比例、放电维持电压分布、平均电压计算结果等。进一步解释了导致不同工作液加工表现差异的原因,为电控系统的设计提供参照。最终基于优选出的聚乙二醇溶液研究了脉冲宽度、脉冲间隔、峰值电流、伺服参考电压等电参数对加工效率的影响,通过响应面分析方法获得优选加工参数,开展验证实验。结果表明通过应用水基工作液与适宜的加工参数,可以大幅提高窄槽结构的加工效率。

关键词： 微细电火花加工   放电机理   电极损耗   在线控形   电蚀产物  

摘要： 微细电火花加工技术因具有加工材料广泛和微尺度制造能力强大等特点,被认为是加工微深孔和三维复杂微结构件最具潜力的方法之一,广泛应用于军工国防、航空航天、信息产业以及生物医疗器械等关键零部件的加工。随着加工结构特征尺寸的减小,电极损耗及控制成为制约微细电火花加工技术工程化应用的关键问题之一。本文在国家自然科学基金(51005027)和辽宁省自然科学基金(201602030)的支持下,以实现微细电极控形为目标,采用实验、仿真和理论相结合的方法,从如下四个方面开展研究工作:首先,纳米复合镀层微细电极自控形技术研究。鉴于均质材料电极经常出现棱边损耗的现象,本文设计了放电端面为非均质环状结构的工具电极,借助工具电极的特殊结构减缓棱边损耗速度以期达到均匀损耗的目的。在尝试了多种制造工艺的基础上,最终利用超声复合电沉积工艺制备出非均质纳米复合镀层电极。微细电火花加工实验表明纳米复合镀层所具备的优异耐热性和弱导电性,能够提高电极侧壁的耐电蚀能力,改善了微细电火花加工质量。进一步地,通过调整制备工艺配方、参数和材料成分制备了不同组分、不同纳米微粒材料及复合量的复合镀层电极进行微细电火花加工实验,实验总结了电沉积工艺参数与所制备纳米复合镀层电极的耐电蚀性能之间的规律。纳米复合镀层电极提升了电火花加工质量,但镀层稳定性和可靠性稍显不足,有必要换一种思路进一步开展研究。其次,连续脉冲放电条件下放电区域变化过程研究。击穿放电所产生的材料蚀除是击穿放电用于机械加工成为电火花加工方法的原因,也是电极不均匀损耗的根源。为研究放电区域变化情况,本文基于粒子运动状态完善了放电通道击穿模型,提出了电规准尤其是峰值电流、放电持续时间和脉冲频率影响放电间隙中放电点出现在端面不同区域的概率,进而影响损耗后电极形状的假设,随后借助单因素和正交实验获得了不同条件下工具电极形状变化规律。实验表明,在所研究参数的范围内脉冲宽度、峰值电流在一定程度上决定了电极端面中心区域、棱边区域的材料蚀除效率,实验结果与上述假设相吻合。在此基础上,建立了放电蚀除区域划分理论,形成了均质工具电极在线控形技术的理论基础。再次,均质工具电极的电规准控形实验研究。为建立电规准和工具电极端面形状之间的对应关系,本文采用图像处理技术提取加工后电极和工件轮廓特征,应用非线性最小二乘法拟合不同电规准下微细电极端面形状变化的作用曲线。数据表明:单因素实验条件下,随着峰值电流的增加,微细电极角损耗迅速增大而内凹状消失;仅改变脉冲宽度时,电极端面内凹状变化明显而角损耗基本不发生变化。因此,在忽略加工效率的情况下,通过大规模的实验数据可以掌握电规准与工具电极形状之间的工艺数据库,满足生产需要。此外实验中还发现,抬刀周期及抬刀速度的改变对工具电极端面内凹形状几乎没有影响,而工程中的抬刀动作是因放电间隙中放电状态较差引起的,因此有必要对电蚀产物在工具电极形状变化的作用开展研究。最后,电蚀产物对电极控形的影响机制研究。除电规准外,有人认为电蚀产物分布及浓度会影响工具电极形状,为了准确验证电蚀产物分布及浓度与工具电极形状变化的关系,本文设计了一种间接实现电蚀产物浓度可调的开放状态微细电火花加工实验方法,实验分析了不同放电面积条件下工具电极形状变化和工件底部材料的组成,排除了电蚀产物对工具电极形状的影响。进一步验证了放电蚀除区域划分理论的正确性。工具电极控形理论和实验研究一方面直接提升微细电火花加工质量,另一方面消除因工具电极形状变化带来的补偿难度,简化编程要求,对高效高质微细电火花加工技术的工程化应用具有重要理论价值和借鉴意义。

关键词： 电火花加工   雾化烧蚀-电解复合铣削加工   高效   修整   表面变质层  

摘要： 电火花放电加工主要依靠脉冲电源能量输出,加工效率一般较低,而烧蚀加工虽大幅度提高了加工效率,但同时带来了表面变质层严重、影响零件后续加工等难题。本文提出了雾化烧蚀-电解复合铣削加工技术,其工作介质采用“电解液-氧气”雾化介质。该加工技术有两大特点,一是主要的蚀除能量是依靠材料自身燃烧所释放的化学能,二是通过微电解加工作为辅助手段对工件表面进行修整,减薄了变质层,达到了改善表面质量的目的。本文的主要研究工作如下:（1）设计并搭建了雾化烧蚀-电解复合铣削加工试验平台。主要包括构建了“电解液—氧气”均匀混合的雾化装置、气体和液体供给系统,并针对电解液的腐蚀性采取了防腐措施。该试验平台可以根据不同的加工要求调节氧气和液体的压力、电极转速等,创建了可靠的加工环境,是试验正常进行的关键性保障。（2）对雾化烧蚀铣削加工特性进行了分析。其宏观加工过程主要分为电火花放电活化和活化基体燃烧两个阶段,基于水基雾化介质建立极间介质击穿模型,通过能量分析证明燃烧反应释放的能量能将足够的金属加热到活化状态,使得烧蚀加工持续进行。（3）对雾化烧蚀-电解复合铣削加工基本原理和加工特性进行了讨论和分析。根据复合加工基本原理分析可知其加工过程中存在三种加工状态,即处于微电解加工、电解-放电烧蚀加工和烧蚀加工三种方式的混合加工过程。其中典型的电解-放电烧蚀加工过程中包含电解阶段、放电击穿阶段和金属基体快速烧蚀去除3个微观阶段。（4）分析雾化烧蚀-电解复合铣削加工的工艺特性。采用雾化烧蚀-电解复合铣削加工、雾化烧蚀铣削加工和常规电火花铣削加工三种方法进行了直槽加工对比试验。结果表明:雾化烧蚀-电解复合铣削加工的材料蚀除率较雾化烧蚀铣削加工提高了近11%,同时为电火花加工的12.2倍;电极体积相对损耗降低了49.3%;加工底面和侧面变质层厚度分别降低了63.2%和58.4%。（5）采用雾化烧蚀-电解复合铣削加工对模具钢Cr12进行了工艺规律试验研究。分析了电参数以及非电参数对烧蚀加工特性（材料蚀除率、电极体积相对损耗）的影响。结果表明:放电能量是影响材料蚀除率和电极体积相对损耗的重要因素。非电参数中氧气压力增加,但因活化基体数量有限,材料蚀除率趋于稳定;液体压力增大使氧气含量减少,最终导致材料蚀除率和电极体积相对损耗下降。（6）采用雾化烧蚀-电解复合铣削加工进行了型腔制备试验。根据型腔加工特点,分别从铣削切入方式、分层铣削深度、电极损耗补偿、电极运动轨迹重叠率和加工轨迹规划五个方面确定了最佳参数和路线,并最终加工出精度较高的型腔,证明雾化烧蚀-电解复合铣削加工技术是可行的加工手段。

关键词： 激光加工   机器视觉   振镜校正   多轴协同   图像处理  

摘要： 激光加工技术凭借其高能量、可控性好、稳定性高以及无需接触工件进行加工等优势,在工业加工上有着广泛的应用。而激光振镜标刻系统具有加工速度快、效率高、加工精度高、质量好的特点,常被应用于高精度激光加工领域,但由于振镜的加工幅面有限,单靠振镜无法完成大幅面的加工,而利用多轴平台扩展振镜的加工幅面后,不同坐标体系下加工数据难以匹配,会影响振镜与多轴移动平台间的协同工作效果,且各系统间存在诸多引起加工误差的因素,会严重影响加工精度。本文旨在利用机器视觉及数控技术对多轴复合平台激光加工协同性问题展开研究,从而提高加工精度,提升协同加工品质和效能。本文主要内容包括以下几个方面:(1)通过多轴移动平台扩展振镜的加工幅面,设计并搭建大幅面激光加工多轴复合平台的硬件系统,同时开发了配套的软件系统,以实现各项误差校正及协同的工作。(2)提出了一种基于视觉的网点法振镜校正,通过从精确性、稳定性与效率三方面进行权衡,选择出最适合本研究的网点提取算法,以保证校正方法的实用性,采用此方法使得振镜校正的过程更加便捷、高效,且精度和灵活性更高。(3)针对振镜与多轴平台在大幅面拼接加工中的协同问题,利用工业相机的视觉系统建立振镜与多轴平台间的关系,实现了加工数据在平台与振镜坐标系统中的对应匹配,同时极大提高了振镜与平台在拼接加工中的协同精度。提出了一种吹气装置与振镜协同运动的方法,减小了吹气装置对于加工光束的跟随难度,在不对加工光束产生遮挡并保证加工效率的同时,提升了加工的质量。(4)通过实验测试上述各项方法,针对各项误差的校正效果、精度及完成校正后协同拼接效果进行展示与分析,上述方法已在实际加工环境中得到了很好的应用。