关键词： inertial nuclear fusion   laser materials   laser emission   transparent ceramics  

摘要： The paper discusses several laser materials and processes that could be of interest for sustainable energy production, in two main directions, inertial nuclear fusion and the solar-magnesium-hydrogen cycle. It is inferred that the transparent ceramics with large size, suitable spectroscopic and then-no-mechanical properties and composition could offer a large basis for selection of such laser materials.

关键词： 微细电火花   加工装置   有限元   温度场  

摘要： 电火花加工是一种非接触式的、宏观加工力很小的加工方式,这使其在微细轴、微小孔加工及微三维结构制作方面显示出了非常巨大的潜力。精密的微细电火花加工装备是开展微细电火花加工技术研究的基础。国外微细电火花加工机床已进入工业应用和商业销售阶段,但制造费用仍非常昂贵。国内微细电火花加工装备的研制相对落后,而国外的机床对我国严格禁运。因此,自主研制高性能的微细电火花加工装备具有重大的现实意义。微细电火花加工装备的机械部分对其性能有着很大的影响,本文将主要针对实用化的微细电火花加工装备机械部分进行研究。 本文首先分析了微细电火花加工的特点及其对加工装备的要求,设计、研制出一套基于直线电机的微细电火花加工装备。该系统采用了直线电机驱动的三轴联动数控移动工作台,分辨率均为0.1μm,实现了加工系统的高精度、高速度、快速响应;采用了高精度的主轴,径向跳动小于2μm,转速1 000～12 700rpm。系统配备了机器视觉显微系统,为微细加工的在线观察、测量提供了有效手段。对电控柜中电气元件进行合理的布局,设计出安装方便、结构紧凑的电控柜模型。 对机床静、动态性能进行有限元分析。机床的静态特性包括:机床的零部件和整机的静态变形;而动态特性,则包括固有频率及其相应的振型以及强迫振动时的响应等。经过结构改进设计后,在外加负载的作用下,机床最大变形达到精度要求。在模态分析中,得到系统前六阶固有频率和振型,计算得到的频率和振源的频率之间相差比较大,所以可以认为在系统的运动过程中不会发生共振。对电控柜内温度场进行仿真,模拟出机床在加工时的电控柜温度场情况,对之进行分析,改进散热口和排气扇的位置,并提出结构改进的意见。

关键词： PSD   激光三角法   半导体激光器   集成电路H2476  

摘要： 光学定位是光电技术领域中的一个重要应用,其应用科学前景不可估量,它被广泛用于众多领域。 本论文较深刻的分析了有关PSD的参考资料,并深入研究了PSD(Position Sensible Detector)的工作原理及其应用。对以PSD为探测器的定位系统的位置测量原理进行了推导。并对激光三角法测量的理论以及成像系统的放大率进行了研究,本论文采用的是一种单透镜准直法,该方法结构简单、准直效果良好。完成了激光加工光学定位系统以及基于PSD的位移信号检测系统的硬件和软件设计。通过对定位方法的研究,为激光点焊设计了基于PSD的光学定位方案,目的是希望解决激光点焊的方便、安全和精度要求等问题。由于在传统的PSD信号处理电路中,存在着许多不足之处,本论文采用了PSD信号处理专用集成电路H2476。

关键词： 激光加工   激光加工  

ISBN: (纸本)9787111284529

关键词： 微细电火花加工   微能脉冲电源   单脉冲放电能量   分布电容  

摘要： 随着对微小器件需求的增加和MEMS技术的发展,对微细电火花加工也提出更高的要求,提高微细电火花加工的微细化能力成为不少研究者的追求目标。放电凹坑的大小是决定微细电火花微细化的一个关键因素。要获得更小的放电凹坑,必须减少单个脉冲的放电能量。在实际的电火花加工过程中,微细电火花加工中一般采用的是RC脉冲电源,传统降低单个脉冲放电能量的方法主要从降低工作电源电压和加工电容C两方面入手。一般认为,降低电容的容值是一种较为理想的选择,但是电容的容值受到整个装置离散电容C'(一般在几百pF～几千pF之间)的制约。降低工作电源电压,当电压过低时,极间放电间隙非常小,间隙放电环境恶劣,这就要求更加精确的间隙控制技术。 针对传统RC脉冲电源降低单个脉冲放电能量方法的局限性,本文提出了一种新的方法,在脉冲电源放电回路串接电阻R来降低单个脉冲的放电能量。基于微细电火花加工的基本原理,建立了改进RC微能脉冲电源电火花放电加工充放电回路的解析模型,对放电过程中电阻R对极间电压、峰值电流等参数的影响进行了分析,进而分析了R对降低单个脉冲放电能量的影响。随着放电能量的微细化,分布电容C'对单个放电能量的影响越来越不可忽略,本文还对电阻R对能否减少分布电容对单个脉冲放电能量的影响进行了探索。 在理论分析的基础上,本文通过对微能脉冲电源关键技术的分析,设计和制作了以PIC单片机和复杂可编程逻辑器件CPLD(Complex programmable Logic Device)为控制核心的微能脉冲电源。该电源可以在晶体管式和改进RC微能脉冲电源两种电源模式下工作,结合了两种电源模式的各自优点,实现了粗、中、精加工的组合。针对工艺实验需要,该微能脉冲电源还可实现单脉冲放电。最后对微能脉冲电源进行了调试,工艺实验研究,结果表明:改进RC微能脉冲电源存在放电维持电压,并且维持电压值大小与回路中的电阻R值无关;随着R的增大,极间峰值电流变小,单个脉冲放电能量减少,能够得到微小的放电凹坑,有利于微小化加工;电阻R有利于降低分布电容对单个脉冲放电能量的影响,验证了理论分析的结论。

关键词： 电火花   多轴运动控制器   开放式数控   双端口随机存储器  

摘要： 玻璃、陶瓷、金刚石等硬脆性材料以其耐磨损、耐高温等特性在很多领域显示出广阔的应用前景。但硬脆性材料硬度高、脆性大、加工能力差,难以采用普通的加工方法进行复杂曲面加工。目前采用放电铣削和超声辅助等复合加工是较好的加工方式之一。本论文是在自主研发的具有大电流放电铣削粗加工、旋转超声辅助磨削加工、超声辅助放电加工和传统铣削加工为一体的复合机床的基础上,研究了适用于放电加工的数控系统。 本文完成的主要工作有: 1、以Delta Tau公司生产的PMAC为运动控制器,工控机为上位机,构建完成了基于NC嵌入PC的高效开放式数控系统。实现了多任务性、实时性和开放性的预期目标;2、设计了基于PMAC卡的数控系统硬件结构。它由工业PC机、PMAC运动控制卡、伺服系统、光栅尺等组成。以PMAC卡为控制核心,完成多轴位置和速度的实时控制、机床开关量的管理和PLC程序的辅助控制功能;3、在Windows XP环境下采用Visual C++6.0编程实现了数控系统的管理软件。该软件的上位机用于实现参数的设置,程序管理,监视等,下位机用于实现设备的实时控制,用于驱动伺服单元、监控机床状态等;4、针对机床的特点和用户的需求配置PMAC的参数;5、研究了电火花伺服控制算法,编制了独立控制主轴的电火花回退算法和接触感知算法,经试验验证了伺服算法的可行性。

关键词： 激光切割   钛合金   激光加工   轻稀有金属合金   热影响区   TC1  

摘要： 为了研究激光切割方法对切割件的影响,通过对激光切割后的十六组TC1板进行横向取样,采用金相显微镜的手段,研究了激光切割工艺对TC1钛合金切割热影响区显微组织的影响。热影响区分成两部分,一部分是非熔化区,另一部分是切割缝边缘的熔化区。结果表明:TC1钛合金的原始组织由等轴的α相和与之相间分布的黑色β相组成,其基本相由α相和β相组成。整个热影响区的组织由内向外晶粒逐渐变大。非熔化区明显比熔化区晶粒细小,组织特征为胞状晶,组织中的β相发生了马氏体转变,由初生的α相和针状马氏体组成。

关键词： 机夹硬质合金刀片   夹具   电火花加工   涂敷   加工工艺  

摘要： 目前,新材料刀片层出不穷,但硬质合金刀片仍然占据重要地位,尤其机夹硬质合金刀片更是应用广泛。其加工方法以磨削为主,然而磨削产生的磨削裂纹严重影响了刀片的加工质量和使用寿命。因此有必要改变加工方法以提高机夹硬质合金刀片的性能。在此采用电火花加工的方法,其属于电腐蚀加工,热影响区小,因此能很好的解决磨削产生的微观裂纹的问题。电火花加工时,最重要的是加工条件的设定,若加工条件控制不当,刀片也可能产生裂纹等表面缺陷,影响到刀片的使用寿命。因此有必要对电火花加工硬质合金刀片的工艺进行深入研究,为实际加工提供参考。另外为了提高批量生产此刀片的效率,专用夹具的研发也势在必行。因此本文研究的具体内容如下: 1.设计一套专用夹具,完成对工件的自动对中快速装夹,并配备自动修正电极装置。此套装置能够实现快速电极修正补偿而无需装卸电极,因此能够大大提高了加工效率,特别是对大批量生产机夹硬质合金刀片具有重要意义。 2.以加工速度、电极损耗率和表面粗糙度作为评价电火花加工机夹硬质合金刀片性能指标,详细分析了脉冲宽度、峰值电流、加工极性、加工电压等因素对其刀片加工的影响规律,并得到了单因素对刀片加工的最佳参数。 3.对电火花加工机夹硬质合金刀片(中心孔)进行加工工艺研究,并以脉冲宽度、峰值电流、加工电压为研究内容,采用正交实验获得最优加工参数。实验结果表明工艺参数在一定范围内组合可以得到质量较好的刀片中心孔,并兼顾到了加工效率,此组合为:正极性加工、I=1A、ti = 20μs、U=100V。 4对机夹硬质合金刀片加工表面进行电火花表面涂覆处理,可以使涂层过渡层厚度增加到5μm以上,使涂层粘附更牢固,不易脱落,提高了刀片使用寿命的5～10倍。

关键词： 电火花加工   压电自激   放电能量   有限元   单元生死  

摘要： 通过将压电促动器引入传统的微细电火花加工中,提出了压电自激脉冲式电火花加工技术。在这种新的电火花加工技术中,促动器不仅作为一个存储和释放能量的装置,同时还能推动电极做微小的进给运动,电极的这种往复振动可以有效地促进电蚀产物的排除,大幅度提高材料去除率。 阐述了压电自激脉冲式电火花加工系统的组成以及其加工原理。将促动器等效于一个电容,对含有两个电容的压电自激脉冲式电火花加工的电路进行了充放电理论分析。对压电自激脉冲式电火花加工放电理论进行了阐述。 通过研究电火花加工热源形成的机理和导热理论,建立了压电自激脉冲式电火花加工的传热数学模型。基于电火花加工单脉冲放电过程中,工件材料的蚀除是逐渐的过程,而非一次性蚀除所有材料这种假设,所以该模型的突出特点是含有动态变化的边界条件。另外该模型还具有工件材料的热物理参数随温度变化、热流密度为时变的高斯分布等特点。 进行了压电自激脉冲式微细电火花加工实验,通过改变电容和电源电压的大小来改变放电能量的大小。通过进行同一参数下的多组实验,然后在显微镜下寻找带脉冲放电凹坑的方法,测量了24组不同电容和电压条件下,放电凹坑的直径。并对他们之间的关系进行了分析,得出了放电能量与放电凹坑之间拟合的幂函数的关系式。 采用ABAQUS有限元软件对压电自激脉冲式电火花加工的传热模型进行了求解。通过借鉴有限元技术中的“单元生死”的思想,将一个含有动态边界的瞬态热分析划分成多个瞬态热分析,在每个分析结束后删除温度超过熔点的单元,并重新施加边界条件和载荷。采用ABAQUS提供的脚本语言Python编程实现自动循环分析多个瞬态热分析,通过FORTRAN语言编写的DFLUX函数施加成高斯分布的热流密度载荷。将有限元的求解结果与实验结果进行了对比,验证了模型和求解方法的有效性。

关键词： 轮胎模具   花纹块   电火花加工   工具电极   UG/CAM   电加工分度表  

摘要： 花纹块是子午线轮胎活络模具型腔的主要组成部分,其结构复杂,尺寸精度、表面质量要求都比较高,并且其制造水平直接影响硫化子午线轮胎的使用性能。电火花加工的诸多优势以及轮胎模具专用放电机等专用设备的研制开发使其成为花纹块的主要加工方式,UG NX以其CAD/CAM一体化的优势而被应用于花纹块的辅助设计制造。 在实际生产过程中,与专用设备配套的工艺研究相对落后,UG软件平台上也不具有面向轮胎模具制造领域的专用模块,计算机在花纹块电加工整个流程中的辅助作用仍需进一步深入。针对这一现状,结合在轮胎模具生产企业一年多的实习经历,本文进行了以下几个方面的研究。 (1)从加工精度、加工效率、配套设备等方面,对花纹块电加工和机械精铣两种加工方式进行了分析比较,进一步论证了电加工的广泛适应性。 (2)对花纹块电加工中整个流程中的关键技术进行了分析,详细阐述了花纹块电加工的工序安排、各工序的加工内容和工艺参数的配置情况。 (3)在对实际生产中多种花纹工具电极加工刀路总结的基础上,对应用UG软件生成精铣工具电极刀路时操作类型的选择、操作参数的设置等进行了研究和改进,为精铣工具电极加工模板的创建以及实现自动化编程奠定了基础。 (4)利用GRIP语言对UG软件进行了二次开发,所生成的可执行文件实现了花纹块工具电极毛坯几何体和下料尺寸图的自动生成。实践证明,该程序在40秒时间内完成了过去10分钟的工作量,大大提高了工作效率。 (5)利用Visual Basic语言开发了双节距花纹块电加工分度表自动生成软件。原来手工测量分度表数据需要30分钟而且会有0.3%的出错率,利用该软件现在仅需不到1分钟便可将所需数据准确无误的输出在相应的电加工分度表工艺文档中。