关键词： 机械制造   难加工材料   特种加工   传统加工方法  

摘要： 本文论述了特种加工是先进机械制造技术中的重要组成部分,随着新工艺的不断推广应用和新材料的不断问世,特种加工已对机械制造的结构工艺性产生巨大影响,成为机械制造业中不可缺少的加工方法.

关键词： 激光加工   视觉定位   标定   图像匹配   Hausdorff距离  

摘要： 作为激光加工的关键技术之一，视觉定位系统能自动定位加工物件，纠正物件到正确加工位置。相较与之前的手动定位方式，视觉定位方式精度更高，速度更快。然而关于激光加工中的视觉定位系统的研究相对较少。本论文针对激光加工中视觉定位系统中的重点和难点，构建了系统框架，并提出一种能针对多种定位标志，抗旋转、精度高、速度快的新的定位算法，并在自主开发的视觉定位软件中得到应用。全文主要包括以下几个方面的内容： （1）由视觉系统（光学照明、光学成像以及图像采集），结合图像处理及识别技术建立视觉定位系统框架，实现了图像自动采集，自动定位的目的。 （2）对激光加工及定位系统两者的特殊性进行了分析，提出了新的标定方法。主要研究了像素转换当量的求取方法，并基于霍夫变换，通过田字中心法统一了激光加工运动坐标系（物理坐标系）和像素坐标系，精度完全能满足系统要求。 （3）对图像预处理中的去噪算法和阈值分割技术进行了分析，提出一种改进中值滤波法对图像进行去噪，并用迭代选择阈值法对图像进行阈值分割，改善了图像质量。 （4）针对视觉定位系统的特点，提出一种基于Hausdorff距离的抗旋转快速匹配定位算法，本算法定位速度快，抗噪声能力强，精度高，而且在有旋转的情况下，也能达到很好的效果。 （5）并自主开发了视觉定位软件，包含多个功能模块，操作简单，功能齐全，界面直观友好。 本论文最后进行了仿真实验及误差分析，并对本论文的下一步研究提出了建议。

关键词： 特种加工   机械制造   结构工艺性  

摘要： 特种加工作为先进制造技术中的重要组成部分,对制造业的作用日益重要.特种加工方法就是将电、磁、声、光、化学等能量或其组合施加在工件的被加工部位上,从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等的加工方法.特种加工具有区别于传统机械加工方法的一些特点;特种加工有多种加工方法;特种加工对机械制造及结构工艺性具有重大影响.

关键词： 电火花加工   微孔   深径比   误差分析   温度影响  

摘要： 微孔在许多相关领域具有需求,微细电火花技术是实现微孔加工的重要途径之一。但在电火花加工微孔的过程中,由于空间狭小,工作液难以顺利进入,加工屑也难以顺利排出,致使微孔加工的深径比总是难以进一步提高。为了合理解释这一现象,明确制约深径比提高的主要因素,找到提高深径比的工艺方法,迫切需要从理论和实验两个方面对这一问题进行深入研究。本文在课题组前期研究建立的深径比理论模型基础上,针对其研究的不足之处,通过继续深入的研究工作,分析论证了该模型的有效性,并使该模型得到了进一步的发展和完善。 本文根据电火花加工微孔的原理与特点设计开发了机床的控制软件,并使用该软件在不同条件下进行了大量的微孔加工实验。采用罗曼诺夫斯基准则处理微孔加工数据,应用统计学相关理论验证了实验误差的随机性特点。结果表明,误差较大的结果是随机产生的,应通过正确的数据处理和实验方法来消除随机性、外界条件和操作等因素造成的粗大误差。同时,应用误差传递公式分析了微孔加工速度、电极进给速度和放电间隙三个变量的误差对该理论模型的影响,进一步证明了该理论模型的有效性。 本文从工作液的动力粘度和表面张力两个物理性质上着手,定量分析了温度对微孔深径比理论模型的影响。根据不同温度下的工作液表面张力数据,建立了温度与表面张力线性回归模型。应用该模型与工作液粘度-温度关系经验公式,并结合微孔加工实验数据,分析了在不同工作液中温度对微孔深径比理论模型的影响。结果表明,应用本文所建立的线性回归模型与工作液粘度-温度关系经验公式在一定程度上提高了微孔深径比理论模型的准确性和有效性,使其得到进一步发展和完善。

关键词： Fault detection  

摘要： One of the most critical problems in induction motor drive is the knowledge of the current value of some induction motor parameters such as the rotor time constant, which depends strongly on temperature and frequency. This problem won't be easy to solve because of the high coupling between parameters in the nonlinear induction motor model. In order to determine the rotor time constant, this paper will focus on comparative study between two approaches to estimate this parameter using the indirect vector control of induction motor. The first identification is based on The High Gain Observer which ensures decoupling of the desired electrical variable, and requires less computational time. The second identification is based, on Fuzzy Compensator that uses the fuzzy logic principles. Possible exploitation of the proposed study in the fault detection issue is discussed through simulation of the rotor time constant variation and compensation using MATLAB/SIMULINK ®software, and, experimentally through a real time implementation using the dSPACE 1104 board.

关键词： laser processing   Finland   technological and educational view  

摘要： This paper presents the current situation of laser processing technology in Finland;industrial activities, research and development and education. The Finnish laser processing R&D started in 1985 in Lappeenranta University of Technology. The major portion of industrial laser applications are laser cutting and laser welding has a minor role. In the late 1990's the number of laser welding applications started to grow and many subcontractors established facilities. Research and education on laser materials processing is concentrated in two universities, Lappeenranta and Tampere Universities of Technology. The main research fields are in laser and hybrid welding surface treatment laser welding of plastics micro-laser processing and paper processing. In addition, several Applied Universities and schools have started their education and service for the industry in laser and hybrid laser welding and cutting. The postgraduate educational activities in laser processing in Finland are comprehensive in all levels from laser operators to international laser experts. Finland has been the one of the most active countries in the world in organizing continuing education in laser material processing.

关键词： 特种加工技术   技术运用  

摘要： 在对特种加工技术的分类和适用范围进行分析以后,对机械特种加工技术、热特种加工技术和电气特种加工技术在实践中的运用进行了分析,包括这些技术的优点、适用作业以及发展趋势.

关键词： 微结构镶块   组合电极   电火花加工   铜钨合金   微流控芯片  

摘要： 一次性聚合物微流控芯片(Microfluidic chip),广泛应用于生物、化学、医学、环境检测等领域,热压成形与注塑成形是其批量生产的主要工艺方法。其中,成形模具多采用镶拼结构,微结构镶块的质量直接影响成形后微流控芯片的质量。目前,主要是采用LIGA、UV-LIGA工艺制作微结构镶块,但LIGA与UV-LIGA成本高、工艺过程复杂、成形拔模斜度困难,同时电铸材料仅限于铜、镍以及镍合金,电铸层质软易损伤、后期修复困难,使用寿命短。因此,开展低成本、高硬度模具钢微结构镶块制作技术研究对于降低微流控芯片制作成本,促进其发展应用具有重要意义。 首先,针对高强度模具钢微结构镶块,在综合分析镶块微结构的具体形式、传统电火花成形工艺以及电火花成形电极损耗规律、补偿方式的基础上,提出了一种窄缝式多工位组合电极精密电火花成形微结构的新工艺方法,即先用精密慢走丝线切割技术制作窄缝式多工位组合电极,再利用组合电极电火花成形微结构。 然后,通过单因素试验,研究了电火花线切割主要加工参数：伺服基准电压、开路电压、峰值电流、脉冲间隔、电极丝张紧力、走丝速度,对线切割铜钨合金加工速度、表面粗糙度以及切缝宽度的影响规律;分析线切割拐角误差形成机理的基础上,进行最佳进给切割与降低进给速度、恒速进给切割对比试验,单次切割与多次切割对比试验,确定了多次恒速进给切割组合电极窄缝的加工工艺,之后制作了多工位组合电极。 最后,试验研究了不同电极材料对表面粗糙度的影响,不同摇动形式与摇动量对圆角与加工斜度的影响。采用镶块与电极极性互换的装夹方式分别进行了三工位、六工位铜组合电极与四工位、六工位铜钨组合电极成形微结构镶块试验,并对比分析了试验结果。结果表明：铜组合电极相对于铜钨组合电极,电极损耗较大,微结构尺寸精度较差、圆角偏大、斜度较大,但其加工后镶块的表面粗糙度较低。六工位铜钨组合电极成形后镶块的微结构相对尺寸误差小于5%,表面粗糙度Ra约0.3μm,可以满足微流控芯片的成形要求。

关键词： 微细电火花加工   区间二型模糊控制   灾变灰色预测   加工过程预测控制  

摘要： 精微制造技术已成为当今制造业中十分重要的生产加工技术,其中微细电火花加工凭借加工过程无宏观的作用力、对加工系统的刚性无过高要求等优势,在微尺度加工领域得到了广泛的应用,并表现出了强大的技术潜能,受到了国内外工业界以及学术界的重视与关注。然而,微细电火花加工本身的脉冲电源频率高、放电能量十分微弱、加工环境复杂以及稳定的火花放电状态难以获得等特点,导致其加工过程中存在大量的不确定性与显著的随机性。确保微细电火花加工过程控制的稳定性以及有效性已成为提高加工系统性能、加工效率以及加工精度的关键。 目前,微细电火花加工过程的控制已广泛地采用了模糊逻辑理论,并取得了良好的效果。与传统模糊逻辑相比较而言,二型模糊逻辑对非线性时变系统当中不确定性的处理有着明显的优势。为了进一步增强模糊控制器对加工过程中不确定性的处理能力,改善微细电火花加工系统的性能,本论文引入区间二型模糊逻辑理论,在传统一型模糊控制器的基础上设计并实现了基于区间二型模糊逻辑的两阶伺服运动控制器,增强了加工控制系统对各个输入量与控制量中不确定信息的描述能力;同时,分析了检测控制方法的滞后性对微细电火花加工过程稳定性的影响,并结合区间二型模糊控制方法,以伺服进给速度为预测研究对象,提出了基于灾变灰色预测的伺服运动预测控制方法,旨在克服单纯依靠检测控制方法所导致的控制滞后性问题,提高加工过程控制的稳定性,从而获得更优的加工效率。 本文依托自主研发的微细电火花加工机床,以微小孔加工作为实验研究对象,针对所提出的区间二型模糊控制方法与基于灾变灰色预测的加工过程预测控制方法,分别开展加工实验。实验结果表明：区间二型模糊逻辑能够更好地处理微细电火花加工系统中的不确定性,相对于传统一型模糊控制方法而言,区间二型模糊控制方法能够显著提高加工过程的效率,适用于微细电火花加工控制;相对于常规检测控制方法而言,所提出的伺服运动预测控制方法能够有效地提高加工效率,同时显著地减少了加工过程中伺服回退(抬刀)出现的次数。因此,本文提出的基于灾变灰色预测的伺服运动预测控制方法能够有效地克服传统控制方法的滞后性,从而获得稳定的加工过程。 本文开展的微细电火花加工伺服运动预测与控制方法研究,对保证加工过程稳定性、提高加工效率以及促进微细电火花加工控制技术的发展提供了一定的借鉴及参考。

关键词： 图形化键合   等离子刻蚀   钛基微小零件   电火花加工   断裂韧度  

摘要： 具有良好的导热性、导电性、延展性、耐腐蚀性和抗冲击强度,断裂韧度比硅材料高两个数量级。凭借这些优异的特性,金属微小零件(或结构)可以广泛应用于军工、航空航天、医疗等领域。本论文主要研究金属钛和钼的微细加工方法,在此基础上制作了钛和钼的微小零件,并且开发了基于光敏BCB键合的钛基和钨基微小结构加工方法。　　首先,分别研究了钛和鉬的ICP刻蚀技术。选取SU-8系列光刻胶作为ICP深刻蚀的掩膜材料,并通过一系列实验优化了:ICP刻蚀工艺参数。最终得到钛的优化ICP刻蚀参数:线圈功率800W、平板功率300W、腔体气压5mTorr、Cl2流量43sccm。在此刻蚀条件下钛刻蚀速率约为1.1μm/s,SU-8刻蚀速率约为0.19gm/s,刻蚀选择比约为5.84:1,刻蚀表面粗糙度小于150nm;鉬的优化ICP刻蚀参数:SF6和02混合气体流速分别为53sccm和98sccm,线圈功率800W,平板功率150W,气压23mTorr,温度-20℃。刻蚀速率为2.5μm/min,和SU-8的选择比为1.41,表面粗糙度为2.03Ra/μm,刻蚀侧壁角度45°。　　接着,进行了微细电火花在钼基片上制作盲孔的实验。在平均厚度为477μm的钼片上,制作了平均深度为373μm的盲孔阵列。加工过程中钼片未出现弯曲现象,且盲孔底部平整度较好,可以满足微小钼结构加工的需求。　　然后,我们开发了鉬微小零件的加工工艺。采用微细电火花工艺在基片背面制作盲孔阵列,并用PVD技术在基片背面制作金属层。在基片正面定义掩膜并用ICP刻蚀基片,刻蚀至基片背面的金属层时自动停止。去除基片背面的金属层,释放金属微小结构。　　最后,在SU-8胶的TOG工艺的基础上,提出采用光敏BCB作为键合介质的金属微小可动结构加工工艺。进行了硅.玻璃和钨.玻璃的光敏BCB可图形化键合实验。硅-玻璃的键合强度为8.6MPa,钨-玻璃的键合强度为2.4MPa,均好于SU-8胶的键合强度,满足加工工艺的要求。并开发了基于光敏BCB的金属微小可动结构加工工艺,设计了基于此技术的谐振器、双稳态开关等器件的版图。