微三维型腔的电火花伺服扫描粗精加工方法及实验研究

面向1mm尺寸以内的金属和硅基材料微三维型腔加工，从具有应用价值的加工精度和效率考虑，围绕解决工具电极损耗实时补偿难题，提出一种微三维型腔的电火花伺服扫描粗精加工方法。基于高精度伺服控制放电间隙，实时在线补偿扫描中电极轴向损耗，克服依靠经验模型或间歇式补偿的弊端；并将粗精加工结合策略运用于三维伺服扫描加工中，探讨加工效率最大化的粗加工工艺规律，致力于精加工中深度误差反馈和修正、曲面和棱角成型精度最优化的研究，为解决加工深度精度局限性，以及高精度和高效率矛盾问题提供途径。进而，有针对性地开展主轴自适应模糊控制算法、微三维CAD/CAM系统、加工过程协调控制方法等关键理论和技术研究，进行原理性验证、工艺参数优化、典型微三维型腔加工等实验研究。通过该课题研究，为导电材料微三维型腔的高精度和高效率加工提供理论、方法及实践上依据，促进MEMS、生物芯片等相关领域的发展。

为提高1mm尺寸以内导电材料微三维型腔的加工精度和效率，研究了三维微细电火花加工的系统化理论和工艺。首先提出了一种三维微细电火花伺服扫描加工方法，解决了微细工具电极损耗的实时补偿难题。为进一步解决加工深度精度局限性问题、高精度和高效率矛盾问题，进一步提出了三维微细电火花伺服扫描粗精加工方法。. 主要研究内容及取得的成果如下：. 揭示出微小间隙火花放电的伺服控制特性，提出了一种极间信号与放电率统计双反馈的自适应模糊伺服控制方法，在三维伺服扫描加工中验证了有效性，为自动优化伺服控制参数提供了理论依据。集成开发出微三维CAD/CAM系统和加工过程仿真软件，实现了复杂微三维型腔数控加工代码的自动生成及正确性仿真验证。研究出三维伺服扫描加工过程协调控制方法，集成开发出加工过程控制程序。研究出三维伺服扫描加工层深精度控制算法，加工出底面平整、深度精度可控的微三维型腔。改进了微细工具电极在线制作工艺及测量方法，实现了微细电极在线精密制作及测量。. 作为本课题研究的发展，针对微结构的特殊加工需要，探索研究了三种创新工艺。为实现微型腔批量化加工，提出并验证了三维阵列伺服扫描加工工艺。为实现倒锥形微细孔微结构加工，提出并验证了微细工具电极倒锥摆动伺服扫描加工工艺，并实现了工业应用。为去除微细电火花加工的表面微凹坑及热影响层，提出并验证了三维微细电火花电解组合扫描加工工艺。. 在金属和硅基材料上，开展了原理性验证和工艺优化实验研究，得出了从图形设计、快速去除型腔材料、到精密成形加工的自动化工艺。高效加工出典型的三维微结构，尺寸精度可控<5μm，表面精度可达Sa0.3μm。发表学术论文8篇，申报国家发明专利5项，获软件著作权1项。参加国际会议、国内会议进行学术交流5次。