基于三维实体输入的微细电解加工机床软件体系研究

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1、基于三维实体输入的微细电解加工机床软件体系研究1绪论1.1研究背景随着微纳米技术的不断快速发展，以零件造型尺寸和加工操作尺度的极小化为代表的微型机械，日益成为人们熟知微观领域和改造宏观世界的一种有效且实用的高新技术。微型机械可以在狭小的空间内进行工作而且不易受环境的影响和加工对象限制的特点，在精密仪器、航空航天、生物医疗和国防科技等领域有着巨大的实用前景，受到了大多国家的高度重视⑴。在我国，微型机械的研究也在有条不斎地研究进行中。经过多年的发展，微型机械这项技术产品很快就显示了广阔的市场前景。当大批量生产微型机械产品时，其价格低廉和优良性能这两大优势便尤为明

2、显，将臝得市场认同。于是在生物工程领域、工业控制、国防、航天航空、光学、通讯信息、医疗行业及信息处理等领域有着潜在的巨大的生命力。目前，已经批量生产出的微小型机器产品如医疗及外科手术装置、微制动器、航空航天领域的微型惯性导航系统已经占领了巨大市场。2002年全球微型机械的销售额为300亿美元，到2008年，微型机械的销售额已达到1100亿美元[2]。由此可见微型机械及其加工技术有着广阔的市场前景和可观的社会经济效益。微细加工(Microfabrication)和超微细加工是指进行微小尺寸的加工，其加工单位在现实的情况下可能是分子或原子级。通常，将微细尺寸的超

3、精密加工称为微细加工。微细加工技术作为实现微型机械应用的关键技术和重要技术基础，得到了当今社会的广泛关注和认可，成为现在世界各国研究的热点。微细加工技术借鉴使用了其它技术，其常用的技术中，主要有三个：第一种是按照传统的机械装置原理，可用于加工处理某些特殊场合的微型机械装置；第二种是采用微电子技术(IC)或化学腐烛对娃材料进行加工；第三种是基于X射线光刻技术的LIGA技术，加工材料范围广，可以制造出较大的高宽比和纵深比结构零件。..1.2微细电解铣削加工技术基础理论电解加工，是运用电化学原理，金属工件在阳极溶解，将工件加工成特定的形状。加工原理如图1.1所示。

4、在电解加工时，被加工工件接正极，电极接负极。工具电极以设定的速度进给拷贝被加工零件，电极与工件之间保持小间隙，依次加工出相同的结构形状，最终使工件的形状与工具电极的形状一致，相当于把阴极工具的形状复印到阳极工具上，从而完成加工[6]。常规机械加工是通过刀具挤压、切削的作用力来去除工件上多余材料，因此常规机械加工是接触的，存在宏观作用力，刀具的磨损并且加工质量得不到保证。总的來说，电解加工与常规机械加工相比，电解加工具有以下优点[7]。1)电解加工的范围广。电解加工时不存在宏观的作用力，并且被加工零件的材料是以离子方式溶解，无论金属材料的质地如何都可以适用于电

5、解加工。2)加工成型后，零件表面质量好。加工工程中不产生变质层和残余应力，工件的表面没有毛刺、飞边。3)不存在工具电极损耗。在电解加工过程中，阴极不接触工件，只有氢气产生。因此，电解加工时阴极的形状不会发生变形，在理论上没有工具电极材料的损耗。.2三维实体输入的微细电解锐削加工软件系统总体设计2.1概念与内涵随着三维CAD技术的不断认识和普及，设计人员和加工者不再只满足二维CAD的平面设计加工，在生成设计和加工中更多的偏向使用三维CAD。在微细电解铣削加工中使用三维CAD系统输入，是由于三维CAD系统具有设计的产品清晰、直观、整齐，用户界面友好以及简单易学等

6、优点。随着零件复杂程度的增加，用三维造型系统来表达零件的难度远比用二维图形系统增加得快；三维造型系统能方便地与CAE系统相连，进行仿真分析；能提供数控加工所需的信息，实现CAD/CAE/CAPP/CAM的集成，使其代替传统的二维CAD系统已成为历史发展的必然选择。本文基于三维实体输入的微细电解加工机床系统软件研究，正是将微细电解铣削加工的有关零件设计信息的前端输入由二维CAD转换为三维CAD，克服了微细电解加工输入的被加工零件信息直观性差、过程复杂等缺点。随之而来的问题出现，怎样将零件三维CAD的设计信息转化为零件加工信息。纵观二维CAD零件信息的输入方法，

7、通过保存成DXF的图形化文件从而获得加工信息，运用在微细电解统削加工中，需要用二维CAD画出电极加工运动的轨迹，这种方法有如下缺点。使用二维CAD作为加工轨迹的输入，CAD只能提供每层的加工信息，而每层与每层之间的加工进给信息却无从而知。微细电解铣削加工由于其加工特性，决定了大多数零件必定采用分层铣削的方法。这就给实际使用带来了难题，实际使用中经常通过判断电流的反馈值来获得电极进给是否到位，这样的做法既不方便，也不存在很大的误差。如果可以实现每层下降的数值由设定的参数确定，每层电极的进给量都可以设定；再通过电流值的反馈值来查看电极与零件的间隙，这样就可以实现

8、微细电解加工中电极的自动进给。2.2功能需求分析在大