关键词： 飞秒激光   TiC陶瓷   微加工   能量密度   重复频率   加工机制  

摘要： 飞秒激光加工具有材料适应性广、非接触、无机械剪切应力、精度高、无污染、高效率等优点,是最理想的微加工手段之一。 本文用飞秒激光加工TiC陶瓷，研究了能量密度、重复频率、加工圈数、辅助气压和进给速度等工艺参数对TiC陶瓷圆环、圆面及微孔加工的影响;利用EDS、Raman光谱和XPS探讨了飞秒激光与TiC陶瓷的作用机制。 （1）研究了工艺参数对TiC陶瓷圆环加工的影响，结果表明：圆环宽度随能量密度的增大而增大，当能量密度高于0.76J/mm2时，圆环宽度不再增大，保持在30μm左右。激光重复频率对圆环的宽度影响不大，但较高的重复频率可以在圆环加工时加工出较深的深度。 （2）研究了工艺参数对TiC陶瓷圆面加工的影响，结果表明：能量密度大于0.51J/mm2时，圆面直径比较稳定，但圆面直径与重复频率的关系不大。随着能量密度与重复频率的增加，在深度方向上的加工效果比较明显，能打出盲孔。随加工圈数和加工时间的增加，圆面的平整度变好，加工更加充分，但加工效率也降低，故选择时应综合考虑。 （3）研究了工艺参数对TiC陶瓷微孔加工的影响，结果表明：在不同能量密度下，微孔入口圆度均不低于99%，而出口圆度随能量密度增加而增大，当能量密度大于0.76J/mm2时，出口圆度趋于稳定。微孔锥度随辅助气压增大而增大，当能量密度为0.51J/mm2、辅助气压为3bar时，微孔的锥度最佳，其长轴锥度为-0.13°，短轴锥度为0.77°。随着进给速度的增大，微孔的入口、出口直径均有所减小，当进给速度为6.4μm/s时微孔的锥度最好，长轴锥度为-0.47°，短轴锥度为-0.14°。一组较好的加工TiC陶瓷微孔的参数为：能量密度0.76J/mm2、重复频率100kHz、辅助气压5.5bar、进给速度6.4μm/s。 （4）研究了飞秒激光加工TiC陶瓷的机制，结果表明：在激光加工TiC陶瓷圆环的过程中，出现了条纹状周期结构、熔融物沉积层、小圆球、菜花状氧化物四种典型特征。经飞秒激光辐照，TiC陶瓷经过多光子吸收作用发生Ti-C键的断裂,富余的碳和TiC电离形成的碳与空气中的氧作用生成气体逸出;一部分Ti离子与空气中的氧结合形成Ti2O3和TiO2，还有一部分以金属Ti的形式存在于熔融物和残渣中。

关键词： 电解电火花加工   树脂材料   有限元仿真   能谱分析  

摘要： 电解电火花加工作为一种有效的针对非导电材料的加工方式正逐渐成为研究的热点，它具有加工效率高、成本低、柔性好等优点。由于该研究还处于基础研究阶段，还有很多研究工作需要开展。本文以树脂结合剂金刚石砂轮修整为背景，对树脂材料的电解电火花加工特性进行较为全面的研究，得到了相关结论，并对树脂结合剂砂轮进行了电解电火花加工实验。 本文首先对电解电火花加工过程进行热力学建模，使用有限元方法对工具电极、工件以及工具电极对工件的作用进行了理论分析，从仿真结果可以了解到电解电火花加工树脂材料具有可行性。根据实验需求，设计并搭建了实验平台。通过对电解液类型、浸没深度及电极直径研究发现：氯化钠溶液适合酚醛树脂的电解电火花加工;在电极浸没深度适中，电极直径较小时可以获得较大的加工深度。通过对加载电压、电解液浓度及工具电极与工件之间接触力的全因素实验得到了相关结论：加工深度随着加载电压以及工具电极与工件之间接触力的增大而增加，电解液浓度的增加有利于加工增大深度;显微照片及能谱分析结果揭示了电解电火花加工树脂材料的过程;最后对树脂结合剂金刚石砂轮进行电解电火花加工实验，结果表明使用电解电火花修整树脂砂轮具有可行性。为进一步研究电解电火花修整树脂结合剂砂轮奠定基础。

关键词： 电火花加工   水平超声振动   超声变幅杆   正交试验  

摘要： 电火花加工是在工作液介质中（通常是电火花加工液或煤油），利用工具电极和工件之间的间歇性脉冲放电释放出的能量来去除工件材料表面以达到工艺要求的特种加工方法。由于其可加工复杂型面，加工精度较高等优点，被广泛应用于磨具制造、航空航天、精密机械、生物医疗等领域。 但是电火花加工速度慢，加工效率低，而超声加工可以弥补这方面的劣势。目前的超声电火花复合加工是把超声装置加载在电火花机床主轴上，虽然效果比较好，但是会影响到机床主轴的加工精度，因此本文考虑把超声振动作用在工件上，把超声加工和电火花加工的优势充分发挥出来。 本文自行设计了一套超声装置，重点对变幅杆，尤其是圆锥形三段式复合变幅杆进行了理论研究和参数设计，设计了变幅杆与工件整体的加工装置，并对整个装置进行了ANSYS模拟仿真和谐响应分析，试验结果表明在工件端面处振幅最大，可以达到试验预期的振动效果。接着对普通电火花加工进行正交试验研究，寻找到最优参数组，在此基础上引入超声频率和超声功率两个参数，通过试验研究超声的引入对电火花加工机理的作用。本文主要是从成形工件的表面质量入手，用表面粗糙度这个标准来衡量加工的优越性。结果表明水平超声振动电火花复合加工形成的小凹坑平整而且规则，粗糙度值降低，比普通电火花加工质量更好。最后，通过工件的成形表面质量，探讨了超声的引入对电火花加工机理的作用，超声的引入，使得加工间隙的最大放电间隙hmax变大，最小放电间隙hmin变小，加工间隙的范围变得更大，同时实现了放电点的转移，避免了拉弧放电的产生，带来的涡流效应和泵吸效应加快了工作液的流动，改善了加工环境，最终形成更好的加工表面。

关键词： 飞秒加工   五轴平台   光学系统   多体建模理论   误差  

摘要： 基于双光子聚合的飞秒加工突破了光学衍射极限，使加工尺度达到纳米级，作为一种新型的超精密加工方式受到了越来越多人的关注。但是目前其加工装置仅仅用于实验阶段，它所加工的工件的微观尺寸、宏观尺寸和加工精度之间的矛盾极大的限制了它的推广和商业化，因此本文对当前的加工装置进行整合，研制一套飞秒加工系统，它具有系统集成化、宏观和微观尺寸相协调、加工效率高等优点。 本文首先设计了一套飞秒加工系统，包括光学系统和五轴微纳加工平台。光学系统有飞秒激光器、快门、能量放大/缩小器、各级反射镜、CCD摄像头和振镜系统，实现了激光束的产生、传递、检测和聚焦；五轴微纳加工平台采用直线电机驱动、气浮导轨支撑和光栅尺位移传感器检测技术，各个轴之间采用串联方式安装，x轴和y轴正交分布，A轴和B轴正交分布并位于y轴之上，z轴垂直于大理石基座与其它轴属于并联连接，在z轴上安装振镜箱体用以实现快速扫描，A轴和B轴采用直线电机和压电驱动相结合的方式实现微小角度的摆动，并且采用大理石基石作为床身实现隔振。 激光束的偏摆角直接影响加工精度，本文分析了激光束初始入射角、振镜摆角和激光扫描角度的之间的关系，得出了扫描角度随着初始入射角的增大而减小，随着振镜摆角的增大而增大，并且当1010，6090时，扫描角度具有很好的线性度；为了更加准确的描述激光光斑作用于工件的位置，本文还推导了激光束通过透镜后的折射角，通过分析可知影响激光束折射角的因素有入射角、初始入射角和振镜摆角，并且激光折射角随影响因素呈周期性变化，初始入射角越大，周期越大，振镜摆角越大，周期越小；初始入射角与振镜摆角的影响权重要大于激光束入射角的影响权重。 对于所设计的五轴微纳加工平台，本文对其进行了误差分析，利用多体建模技术建立了装置的综合误差模型，确定了影响综合误差的50项因素，重点提取各轴垂直度误差、平动误差和摆动误差，得出以下结论：（1）垂直度误差对x轴和y轴影响比较大，对z轴的影响可以忽略不计，且当垂直度误差为10时，误差达到250nm，当垂直度误差为1时，误差达到纳米级别；（2）装置在x方向的综合移动误差e x是由俯仰角和x共同决定的，其他误差对它影响甚小；在y方向的综合移动误差e y是由滚摆角和y共同决定的，其他误差对它影响几乎没有；它在z方向的综合移动误差e z只与z有关，无论是角度误差还是其它方向的位移误差对它都没有影响；（3）综合误差是各个轴相互作用相互影响的结果，五个运动轴共同决定了装置的综合误差。

关键词： Anova   Edm   Mrr   Ra   Rsm   Ti-6Al-4V  

摘要： The present work investigates the influence of processing parameters of electrical discharge machining (EDM) such as peak current, pulse on time, rotational speed and flushing pressure. This study also attempts to study the effects of parameters on EDM performance characteristics on Ti-6Al-4V alloy using copper electrode as tool material. The performance characteristics are analysed in terms of material removal rate (MRR) and surface roughness (Ra), by varying the process parameters. Mathematical model correlating the influences of these variables on performance characteristics of the workpiece are investigated. Design of experiments (DOE) and Response Surface Methodology (RSM) are used to identify an optimal machining condition. Analysis of variance (ANOVA) has been performed for the validity test of the fit and adequacy of the proposed models. The optimum machining conditions in favour of MRR and Ra are estimated and verified with proposed optimized results and the amounts of relative errors calculated. It is observed that the developed model is within the limits of the agreeable error (2%), when compared to experimental results. This result leads to desirable MRR, Ra and economical industrial machining to optimize the process parameters. This confirms the feasibility and effectiveness of the adopted approach. © February 2014 IJENS.

关键词： EDM   MRR   EWR   optimization   desirability-based multi-objective particle swarm optimization-original   desirability-based multi-objective particle swarm optimization-inertia weight   desirability-based multi-objective particle swarm optimization-constriction factor  

摘要： The present work deals with the prediction of optimal parametric data-set with maximum material removal rate (MRR) and a minimum electrode wear ratio (EWR) during Electrical discharge machining (EDM) of AISI 316LN Stainless Steel. For this purpose, empirical models showing relation between inputs and outputs were developed using response surface methodology. Desirability-based multi-objective particle swarm optimization-original, desirability-based multi-objective particle swarm optimization-inertia weight, and desirability-based multi-objective particle swarm optimization-constriction factor are then used to estimate the optimal process parameters for maximum MRR and minimum EWR. The results obtained by applying these three desirability-based multi-objective particle swarm optimization (DMPSO) algorithms are compared. From the comparison and confirmatory experiment, it can be observed that DMPSO-CF is the most efficient algorithm for the optimization of EDM parameters.

关键词： 电解电火花加工   超声振动   非导电材料   铣削加工   混粉  

摘要： 玻璃、陶瓷等硬脆性非导电材料具有高硬度、耐磨损、绝缘性好等优良特性，已在航空航天、生物医疗等高科技领域得到广泛应用。电解电火花加工作为加工玻璃、陶瓷等硬脆性非导电材料的有效方法，具有成本低、无宏观切削力等优点。本文提出以超声振动电解电火花加工硬脆性非导电材料的方法，研究了电解电火花加工机理、超声振动机理，并通过工艺实验分析了超声振动对电解电火花加工工艺的影响。本文的主要研究内容如下： （1）研究了电解电火花加工机理、超声振动特性和工作机理，选择合适的超声设备，搭建了带有超声振动的实验平台。 （2）采用控制单一变量法完成了小孔加工工艺实验，通过改变加工电压、电解液浓度和超声振动频率等参数得到实验结果，并进行了分析，得出超声振动对于加工孔的尺寸和圆度的影响规律。 （3）研究了电解电火花铣削加工原理，完成了电解电火花铣削加工系统控制软件的设计。 （4）通过混粉电解电火花铣削加工实验，研究了超声振动对电解电火花铣削加工表面质量的影响规律。对陶瓷和硅片材料进行了电解电火花加工，探究了电解电火花加工陶瓷材料和硅材料的可行性。

关键词： 电火花   加工机床   浸入式   数控回转工作台   机械   特种加工机床  

标准号: JB/T 11664-2013

摘要： 电火花加工机床用浸入式数控回转工作台

关键词： 特种加工   机床   类种划分   机械   电化学加工   无屑加工  

标准号: JB/T 7445.1-2013

摘要： 特种加工机床 第1部分：类种划分