关键词： 轮胎模具   电火花加工   正交试验   电参数   优化   电极  

摘要： 人们对轮胎的性能要求伴随着对汽车安全性、高速性和舒适性要求的日益增高而增大。电火花加工，由于是非接触性加工，在加工各种复杂的轮胎模具花纹圈型腔时不受材料和型腔花纹沟槽尺寸的的限制，加之成本低在轮胎模具花纹圈加工中应用广泛。然而，在轮胎模具的电火花加工中很多因素诸如工件和电极的安装定位、电极的选材及其损耗、极性效应、花纹块加工电参数的配比以及工作液的选择等对花纹块电加工效率和花纹精度产生重大的影响。研究如何取得加工效率和产品质量之间的平衡，在保证加工精度的同时提高生产效率，显得意义重大。 本文通过整体分析轮胎模具的加工工艺，结合使用台湾群基CR6C型轮胎放电加工机床加工轮胎活络模具花纹块的生产实践，分析电火花加工花纹块零件的工艺过程，通过试验着重对加工过程中粗加工和精加工阶段的峰值电流、脉冲宽度以及脉冲间隔等参数的变化规律进行了深入研究，找出合理的、最优的参数。并结合电火花加工中电极的选材和设计、机床的配置以及工人的实际操作，研究设计出合理的轮胎模具花纹圈加工工艺路线，在保证加工精度的基础上，提高加工效率。主要结论：电参数如电流、脉冲宽度和脉冲间隔对花纹块的电火花加工影响很大，应根据电极的面积合理配置加工参数；优化了加工参数并配置了电参数表；等弧长投影花纹图的方法设计电极效率高、误差小，同时可以为轮胎模具刻字等加工所借鉴。

关键词： STC90C516RD+单片机   MEMS技术   显微镜同轴观测   准分子加工  

摘要： 随着微技术的发展，MEMS加工系统逐渐进入到我们的生活之中，人们以MEMS系统视角重新对微观世界进行认识，并同时对其进行新的改造。准分子激光刻蚀技术在新型的生物芯片微技术中，为MEMS加工系统打开了新的视野。在传统微细加工中如果采用数控机床技术，会因为它的体积大，夹持工具繁重，而难以获得很高的加工效率与操作精度。 本文主要是通过利用显微镜同轴观测定位，结合准分子激光加工刻蚀技术、计算机接口控制技术、硬件平台控制技术、以及图像处理技术等多种技术进行了比较详细的讨论。 本文首先调研了国内外MEMS技术的研究状况，讨论了同轴加工目前的应用领域，分析了微视觉主要采用的图像处理方法。对本系统需要的系统结构做了分析研究之后，展开了逐项讨论，同时实现硬件、软件的设计和搭建。 本文基于计算机串口通信对单片机进行控制，以STC90c516RD+单片机为硬件控制平台，实现了对微平台XY轴的精准运动控制。此外，对显微镜进行了镜片改造。并对准分子激光进行了进一步的对焦测试。对图像处理的算法选择进行了逐一分析比对，并从多种算法中选取适合本实验的最优算法系统。 文章最后利用WINDOWS和VisualC++作为控制软件的开发平台，对整个准分子加工系统可视化软件进行了代码编写;设计了一套符合准分子激光微加工应用的同轴观测加工自动跟踪系统。

关键词： 激光   指向式导向头   动力学   仿真分析   ADAMS  

摘要： 近年来激光加工作为一种先进的制造技术逐渐被应用到生产、生活中的各个方面，基于五轴联动激光加工机床的激光三维加工代表了激光加工制造技术的最高水平，目前五轴联动激光加工机床技术主要掌握在欧、美、日等工业发达国家，国内激光加工机床研发生产主要为平面激光加工，对五轴联动激光加工机床的研究较少。目前国际上五轴联动激光加工机床普遍采用的导向头具备结构简单易于制造安装，并且光路损耗较小等优点，但在激光加工过程中加工头相对工件进行位姿调整时引入的附加位移需要其他移动轴的补偿，且后置处理较为复杂。近年来，日本NTC公司和MITSUBISHI ELECTRIC公司在它们的五轴联动激光切割机床上采用了一种结构新颖的激光导向头，该导向头具备定点指向的功能，即在激光加工过程中加工头相对工件表面的转角调整独立于移动轴之外，使其位置精度的可靠性更高，这对与激光加工过程中提高加工质量与加工效率有着深远的现实意义。 以实现激光加工导向头的定点指向功能为目的，对NTC定点指向激光导向头的结构进行了分析研究，比较分析了指向式激光加工导向头与目前国际上五轴联动激光加工机床上普遍使用的导向头之间的优缺点，依据五自由度机器手在激光加工系统中的性能表现，设计了一种基于光纤传能的指向式激光加工导向头，从理论方面计算分析了指向式激光加工导向头主要结构的尺寸参数及力学参数，通过Pro/E三维建模软件对指向式激光加工导向头进行三维建模装配分析对其结构参数优化。 通过机械系统动力学自动分析软件ADAMS（Automatic Dynamic Analysis ofMechanical Systems）对指向式激光加工导向头进行仿真分析，获得各种运动状态下指向式激光加工导向头两轴处受到的力及力矩情况，与计算结果相结合进一步优化结构参数，并根据仿真分析C轴在加速状态下所受力矩的大小，确定了采用57步进电机作为驱动单元时导向头能达到的最大加速度。 为对指向式激光加工导向头的性能进行检测，设计了基于位移平台的五轴联动激光加工系统，用开源控制软件Mach3对该系统进行控制，通过激光划线实验对指向式激光加工导向头进行调试，获得了最佳调试状态下的激光划痕，通过分析误差来源论证了指向式激光加工导向头的定点指向功能实现的可行性，为其近一步工业应用研究奠定了基础。

关键词： 模具   装备   加工工艺   金杯汽车   加工技术   数控加工设备   模具制造   粗加工   数控机床   加工中心   五轴联动   数控设备   电脉冲加工   电火花加工   加工范围   摆角铣头   生产类型   单件生产   端铣刀  

摘要： 模具在制造业产品研发、创新和生产中所具有的独特的重要地位,使得模具制造能力和水平的高低成为国家创新能力的重要标志,模具制造装备是否精良直接关系到模具技术水平的高低。模具装备行业的发展促进了模具工业的进步,模具工业的发展也给加工设备提出了更高的要求。模具加工的精细化使加工设备的复合性、高效性更加引人关注。本期我们特邀请到了模具制造厂商的专家来共同探讨模具装备的需求模式和未来发展方向。

关键词： 电火花加工   压电自适应   放电通道粒子流场   能量分布   有限元仿真  

摘要： 近年来随着科研工作者对电火花加工技术和加工机理研究的不断深入以及对其加工工艺和加工设备的不断改进和完善,电火花加工技术发展迅速。本课题组提出的压电自适应脉冲式电火花加工是一种新型电火花加工方法,采用低压直流电源作为能量输入源,把脉冲能量发生装置与间隙调节装置有机地集成在一起,实现了脉冲放电与间隙调节的自适应。其主要创新点为通过压电陶瓷的逆压电效应驱动工具电极伸缩,实现工具电极与工件之间脉冲放电间隙的自适应调节,有效提高脉冲放电频率和有效脉冲利用率,从而提高电火花加工效率。 本课题组前期主要对压电自适应脉冲式电火花加工装置进行了总体设计并对其加工系统、加工工艺等进行了研究,但对其加工机理的研究较少。因此,本文在已有的压电自适应脉冲式电火花加工系统和加工工艺基础上,通过仿真技术及相关试验对其加工机理进行深入研究。主要是对放电通道粒子流场、温度场和应力场进行有限元数值模拟研究,并通过单脉冲放电试验对电极表面热传导有限元模型的预测精度进行检测。具体研究内容如下： 放电通道中带电粒子的运动特性研究是电火花加工机理研究的重要组成部分。本文采用粒子模拟与蒙特卡罗相结合的方法,建立压电自适应脉冲式电火花加工放电电离过程模型,对放电通道的微观形成过程进行仿真,得到放电通道内电子和正离子的运动状态及空间分布。放电通道内任意横截面上带电粒子的密度和动能都近似呈现高斯分布。 通过对电火花放电时传递到电极表面的能量和放电通道半径的计算推导电极表面高斯热源模型的热流密度分布公式;对热源模型中一些关键问题的处理进行分析,推导出圆柱坐标系下的热传导方程。 利用有限元仿真软件ABAQUS对压电自适应脉冲式电火花单脉冲放电时电极表面的温度场和热应力场进行了三维数值模拟和分析,给出放电电压及可调电容的容值对压电自适应脉冲式电火花加工温度场分布的影响规律,得到工件表面及内部的应力场分布,最大应力发生在放电通道交界处。 基于本课题组搭建的压电自适应脉冲式电火花加工装置,在不同放电电压、可调电容条件下进行单脉冲放电试验,将试验得到的工件表面单脉冲放电凹坑形貌与仿真形貌进行对比,对有限元仿真模型的预测精度进行检测,检测结果表明有限元仿真模型的预测误差在15%以内,能满足工程实际需要。 本文从压电自适应脉冲式电火花加工机理的研究中得到的研究成果为压电自适应脉冲式电火花加工技术的进一步研究和发展提供了理论基础,有利于该技术的推广和应用。

关键词： 高硅铝合金   蚀除机理分析   微细电火花铣削   微小孔加工  

摘要： 高硅铝合金作为一种理想的电子封装材料，现已成功地应用于航空、航天以及微波电路等领域。然而随着硅含量的增加，高硅铝合金材料的脆性增加，其机械加工性能降低，尤其在电子封装件所经常需求的微梁与微小孔的加工中，普通机械加工很难达到加工要求，而且加工成功率较低。电火花加工由于没有宏观作用力，在硬、脆材料的加工中拥有巨大的优势，而微细电火花加工更是在微梁、微小孔以及微三维结构的加工中拥有不可替代的地位。对高硅铝合金进行微细电火花加工研究对高硅铝合金的发展及应用有着重要的意义。 本文通过对高硅铝合金微观形貌的观察以及微细电火花加工前后表面的分析，建立了高硅铝合金简化模型，并对其微细电火花加工中材料的蚀除形式及过程进行了详细分析。 通过单因素实验、正交实验以及表面形貌分析，研究了高硅铝合金微细电火花铣削中各电参数及电极材料对加工时间、电极损耗及表面形貌的影响，为实验参数的选择提供了依据。在实验的基础上，选择合适的电参数，结合分层铣削、电极等损耗、定长补偿等理论，进行了微三维结构的加工。 通过正交实验研究了高硅铝合金微小孔加工中各电参数对加工时间和电极损耗的影响；根据抬刀高度、超声复合、削边电极等对加工效果影响的研究，获得了进一步提高加工效率、降低电极损耗的方法。 本文研究表明，微细电火花加工技术可以很好地实现高硅铝合金微梁、微小孔以及微三维结构的加工。

关键词： 钛合金   表面织构   光纤激光器   摩擦系数   振镜  

摘要： 钛合金具有密度小,比强度和比刚度高,优良的耐腐蚀和抗疲劳能力,被称为航空材料和海洋金属,广泛用于各种工业领域。钛合金又以其优异的生物相容性和力学适应性作为目前最常用的生物医用金属材料。但是钛合金制作人体植入物因其摩擦系数高、耐磨性差,对粘着磨损和微动磨损非常敏感,摩擦面容易划伤、啮合和咬死等缺点,会造成身体伤害,甚至危及生命。论文的研究目标就是通过表面织构技术降低摩擦系数和磨粒漏出状况,旨在提高其耐磨性能,延长钛合金基人体植入产品的使用寿命。论文在此课题背景下完成了以下几方面研究工作： 1)根据表面织构工作环境、技术要求和研究内容,设计了光纤激光工作台的机械结构,开发了光纤激光器和振镜的软、硬件控制系统,使之成为一台适用于钛合金表面织构的实验设备。 2)采用钛合金TC4材料作为实验制品,从加工精度和加工效率两方面综合考虑,优化光纤激光输出功率、Q频率、有效矢量步长及步间延时、空矢量步长及步间延时等加工参数。在参数优化实验中,以直径为0.2mm的半球体为图案加工对象,提出了一套该图案的理想加工参数组,并掌握了一些加工工艺。 3)针对研究TC4表面织构前、后摩擦系数的变化情况,采用凹坑形和凹槽形作为加工图案,并改变图案布局和加工路径获取不同的表面织构图案,将这些图案的TC4样品在相同实验条件下进行摩擦实验,由实验结果表明：经过表面织构的TC4表面的摩擦系数降低了约一个数量级。

关键词： 闭式整体叶轮   三元流   电火花加工   电极设计   数控  

摘要： 三元流闭式叶轮零件强度、刚性好，工作效率、可靠性高，越来越多应用于航空航天及先进透平机械领域。但是，三元流闭式叶轮结构复杂、可加工性差，且有些零件采用难切削材料，其整体制造已成为当今世界先进制造领域中正在力求解决，可尚未解决好的技术难题。 在已经进行的较大尺寸的三元流闭式叶轮组合电加工技术的研究基础上，对小尺寸、具有大叶片与分流叶片间隔分布结构、流道更加弯扭的三元流闭式叶轮电火花整体制造工艺进行研究，通过分析三元流闭式叶轮的结构特点及加工难点，针对三元流闭式叶轮中的闭式复杂型腔（叶间流道）的加工难点，拟定了适合于闭式复杂三元流道的数控电火花加工工艺方案;制定了分区域、多电极、多工序的数字化电火花加工工艺路线。重点研究了三元闭式流道数控电火花加工工艺的若干关键技术，包括加工区域的划分，摇动加工方式的选择，对应多个近成形工具电极的设计制造，工具电极专用工装夹具设计制造，加工工序安排及工序余量分布，工序间数控程序的协调。 基于制造技术集成创新理念，将数控电火花加工工艺与数字化制造进行技术集成，其核心为数字化建模与加工过程模拟仿真。在整个设计和工艺流程中充分利用数字化技术，采用统一的工艺基准和数据传递，建立了统一的数字模型，在CAD软件平台上利用二次开发的仿真模块，实现工具电极与工装夹具的动态装配，并对电火花加工过程进行仿真，从而实现工具电极以及加工轨迹的快速、精准设计，有效提高了工艺设计效率，减少了试验工作量。 在工艺技术研究的基础上，试制加工了小型带有分流叶片复杂流道的三元流闭式叶轮，通过实际试制加工，对工艺参数的选择、夹具安装定位、电极精确对刀、加工结果的数字化检测及数据处理等关键问题进行了实践验证;最终试制加工的三元流闭式叶轮精度检测，符合设计要求。

关键词： 整体涡轮叶盘   电火花加工   五坐标数控编程   NC加工仿真与验证   压缩Voxe1模型  

摘要： 整体涡轮叶盘是为满足现代高性能航空航天发动机而设计的一种新型结构件,结构复杂,叶片叶型扭曲,相邻叶片间距小,材料可加工性差,其加工成为制约航空航天发动机制造的瓶颈。目前在国内外,多轴数控电火花加工技术被视为能实现整体涡轮叶盘工程化生产最具竞争力的主流加工应用技术。 本文介绍了整体涡轮叶盘五坐标数控电火花加工编程、仿真与分析验证,包括整体涡轮叶盘特征造型方法、成型电极设计造型及优化方法、五坐标数控电火花加工编程方法、三维仿真方法及分析验证方法。研究了逆向搜索算法,通过控制成型电极平移步长和旋转步长,调整成型电极厚度,在叶片通道内平移、旋转成型电极,搜索成型电极无干涉退出叶片通道的轨迹,实现成型电极厚度优化及进给轨迹搜索,并生成NC路径,完成整体涡轮叶盘五坐标数控电火花加工编程；将基于压缩Voxel模型的五坐标数控加工仿真新方法应用到整体涡轮叶盘五坐标数控电火花加工仿真与验证中,通过建立整体涡轮叶盘及成型电极压缩Voxel模型,构造基于Voxel模型的成型电极扫描体,完成加工过程三维仿真；通过基于压缩Voxel模型的渐进立方体方法(Marching Cubes)提取仿真工件表面三角网格模型并进行显示,提高了仿真工件的显示质量,NC编程人员可从任意方向实时地观察验证仿真结果；将加工仿真工件压缩Voxel模型与整体涡轮叶盘标准CAD模型进行三维对比分析,完成分析验证。 上述方法已成功应用于《整体涡轮叶盘五坐标数控电火花加工编程仿真验证系统》中,并完成了某航天火箭发动机整体涡轮叶盘五坐标数控电火花加工编程仿真与验证,取得了良好的效果。通过系统应用,生成NC加工轨迹优化、密度合理,成型电极厚度优化,并且能满足大扭曲叶型带冠整体涡轮叶盘的加工编程要求。

关键词： 水导引激光   金属切割   微细加工   实验研究  

摘要： 激光技术是上个世纪六十年代发展起来的一种新型技术，激光具有亮度高、单色性好、方向性好等优点。激光加工技术是激光技术最具有发展前途的应用领域之一，然而由于传统的激光加工技术在加工时常常产生大量的熔渣附着在加工部位，同时激光能量常常会将加工部位烧蚀而产生热影响区和微裂纹等，所以传统的激光加工技术不能广泛的应用到微细加工领域，特别是一些贵重材料的微细加工。一种冷激光加工技术，利用一束稳定的水柱导引激光进行加工，利用水柱的冲刷和冷却作用，带走传统激光加工时产生的熔渣和废气，使被加工工件的加工部位几乎没有任何的热影响区和微裂纹，从而克服了传统激光在微细加工应用上的缺陷，使激光走进微细加工的新领域。 本文首先分析了水导引激光实现的理论基础，研究了激光与材料相互作用机理、激光在水中的衰减、影响水束稳定性的因素、水导引激光与材料作用机理、光线在水束中发生全反射的最大入射角等水导引激光的相关原理。 在总结国内外理论的基础上自主设计了一套完整的水导引激光系统。包括水束液压系统、激光源与光学聚焦系统、CCD实时监测系统、耦合系统等几部分组成。液压系统产生的低压水与经过光学系统聚焦的激光通过CCD实时监测系统的监测在耦合系统内耦合形成水导引激光。 最后针对所文设计的水导激光设备进行了各项实验研究，研究液压泵压力与小孔直径对水射流稳定性的影响，实验结果表明对于同一小孔喷嘴，水泵压力对水射流稳定长度影响很大，而当固定压力时，小孔喷嘴直径的大小对水射流的稳定长度影响不大;研究激光源指示激光与加工激光共轴与漂移实验，证明了指示激光与加工激光是共光路的，并且不会随着加工时间增加而产生漂移误差;激光与小孔喷嘴耦合对准实验;用传统激光与本课题设计的水导引激光分别做了切割不锈钢实验并作对比分析显示出水导引激光在微细加工领域的优越性。