微细电火花加工技术中的精度控制理论及方法

The study of accuracy control theory and its technology in micro Electrical Discharge Machining (micro-EDM) is proposed, aiming to solve the problem of accuracy control in micro-EDM technology. The process of material removal and machined surface formation under micro-scale discharge condition will be deeply researched, and the model of material removal and a single crater formation at the micro-scale discharge condition will be established, and the material removal mechanism and the effect of material removal process on machining accuracy will be clarified. The multi-mode, hybrid intelligent control method will be researched to optimum the control technology of micro-EDM, and a multi-mode, hybrid intelligent control theory basing on accuracy control of micro-EDM will be developed. The micro-size effects in micro-EDM will be studied and a new evaluation method of machining accuracy for micro-EDM will be proposed. The methods of monitor on-line method of machining status and tool wear compensation online will be explored, a theoretical prediction model of tool wear and a new tool wear compensation technology will be developed. The effects of new accuracy control technology and its fundamental theory under different machining conditions will be researched, optimized processing parameter database will be developed which can serve as a foundation to guide the application of precision control technology in micro-EDM. The development of accuracy control technology and its fundamental theory in micro-EDM will play a vital role in breaking through the bottleneck of micro-EDM developing and expanding its application fields, which has important academic value and scientific significance.

针对微细电火花加工技术在加工精度控制方面的难题，提出微细电火花加工技术中的精度控制理论及方法研究。深入研究微尺度放电情况下的材料去除及加工表面形成机理，建立微尺度放电材料蚀除及单个凹坑形成模型，阐明微尺度放电条件下的材料去除机理及材料去除过程对加工精度的影响；研究微细电火花加工多模式复合控制算法，形成一套基于精度控制的微细电火花加工多模式复合智能控制理论；研究电火花加工中的微尺度效应，提出微尺度下电火花加工精度评价方法；探索加工状态在线监测和工具电极在线补偿方法，建立工具电极损耗预测模型，形成工具电极损耗在线补偿新理论。研究新型精度控制技术及基本理论在不同工况下的精度控制效果，建立最佳工艺数据库，作为指导微细电火花加工技术中精度控制技术应用的基础。微细电火花加工技术中精度控制技术及其基本理论研制成功对突破微细电火花加工技术发展瓶颈，拓展其加工领域具有关键作用，学术价值和科学意义重大。

针对微细电火花加工技术在加工精度控制方面的难题，提出微细电火花加工技术中的精度控制理论及方法研究。研究了微尺度放电条件下的加工表面形成机理，提出了完整的微细电火花加工精度控制理论。基于现有的介质击穿机理，提出了一种新的气泡-电子击穿机制。通过求解Navier-Stokes方程，推导了放电通道扩展加速度表达式，研究发现在放电通道形成初期，等离子放电通道半径较小，通道内压强梯度和温度梯度极大，此时的扩展加速度极大，放电通道迅速扩展。研究了微尺度放电情况下的材料去除及加工表面形成机理，建立微尺度放电材料蚀除及单个凹坑形成模型。研究电火花加工中的尺度效应，提出了微尺度下电火花加工精度评价方法；探索了加工状态在线监测和工具电极在线补偿方法，建立工具电极损耗预测模型，形成工具电极损耗在线补偿理论。利用高速数字信号处理器DSP2407自主开发了微细电火花加工微能脉冲电源，搭建了基于精度控制的高效高精密微细电火花加工系统，实现了微细电火花加工中电极损耗量的精确预测，形成了工具损耗定长补偿方法，提高了加工精度。提出了电接触法，精确测量了微细电火花加工的工具电极的损耗长度和加工孔的深度，得到了在不同放电能量和不同电极直径的加工条件下，电极损耗长度和加工孔深度的变化趋势，电极损耗长度和放电时间的变化趋势，加工孔深度和放电时间的变化趋势，建立了基于放电时间的微细电火花加工电极损耗预测模型。研究了不同工况下的精度控制效果，建立最佳工艺数据库。共发表论文19篇，申请发明专利4项，实用新型专利1项，培养博士研究生3人，硕士研究生4人。该项目成果可作为指导微细电火花加工技术应用的基础，对微细电火花加工技术具有极大的推广作用。所建立的电极损耗补偿模型对实现高精度微细加工，拓展微细电火花加工领域具有非常重要的意义，潜在的技术经济和社会效益显著。