畢業(yè)設(shè)計項目指南

基于項目學(xué)習(xí)的畢業(yè)設(shè)計項目申請指南院（系）機(jī)械制造及自動化系專業(yè)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化發(fā)布人特種加工及機(jī)電控制課題組填寫日期2011?12?3哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院一、 為了便于學(xué)生參考和選題，發(fā)布的指南中必須包括下列內(nèi)容：項目的名稱、來源及意義簡介；項目的主要研究內(nèi)容；項目的技術(shù)特點及對學(xué)生的知識面要求；預(yù)期研究成果；項目的進(jìn)度安排；擬立項數(shù)目。二、 下表中“擬立項數(shù)目”指的是所寫的“研究方向”將立項數(shù)；不同研究方向應(yīng)另出表格，不能混在一起。三、 每位老師的項目指南電子版均需交給院里存檔，由各單位教學(xué)主任收集并統(tǒng)一上交，不單獨受理。四、 此說明頁不得刪除。發(fā)布人特種加工及機(jī)電控制課題組聯(lián)系方式86418084研究方向簡介該方向擁有近50年的特種加工教學(xué)和研究經(jīng)驗，承擔(dān)了多項國家和省部委的重大研究課題。主要研究包括電火花成型加工技術(shù)、線切割加工技術(shù)、電化學(xué)加工技術(shù)、微細(xì)特種加工技術(shù)、表面改性與強(qiáng)化技術(shù)、脈沖電源技術(shù)、航空航天難加工新材料和非導(dǎo)電材料的特種加工技發(fā)布人特種加工及機(jī)電控制課題組聯(lián)系方式86418084研究方向簡介該方向擁有近50年的特種加工教學(xué)和研究經(jīng)驗，承擔(dān)了多項國家和省部委的重大研究課題。主要研究包括電火花成型加工技術(shù)、線切割加工技術(shù)、電化學(xué)加工技術(shù)、微細(xì)特種加工技術(shù)、表面改性與強(qiáng)化技術(shù)、脈沖電源技術(shù)、航空航天難加工新材料和非導(dǎo)電材料的特種加工技術(shù)、無模具板材加熟成形技術(shù)等。 擬立項數(shù)目221.主要研究領(lǐng)域及意義1.1微細(xì)電火花加工技術(shù)研究電火花加工當(dāng)零件的加工特征尺寸、加工精度達(dá)到微米甚至亞微米量級時，一系列新的物理現(xiàn)象及效應(yīng)將出現(xiàn)，并影響微細(xì)構(gòu)件的獲取。因此課題在國家自然科學(xué)重點基金、青年基金、江蘇省科技支撐計劃的資助下，利用創(chuàng)新性的思維方法并借鑒先進(jìn)的技術(shù)手段，深入開展微細(xì)電電火花加工基礎(chǔ)理論、應(yīng)用技術(shù)和裝置的研究具有極為重要的理論意義和實用價值。本方向主要進(jìn)行以下幾個方面的微細(xì)電火花加工技術(shù)的研究：4基于小波分析的Micro-WEDM表面粗糙度分析方法的研究4微細(xì)電火花加工微小孔試驗及仿真研究4微型渦輪轉(zhuǎn)子的CFD仿真及其組合加工實驗4微沖壓模具沖模的微細(xì)電火花加工方法4微銑刀的微細(xì)電火花加工方法和工藝4微細(xì)電火花機(jī)床主軸工具電極精密二維調(diào)心裝置的研究4微細(xì)電火花機(jī)床音圈電機(jī)伺服控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計4微細(xì)電極絲夾持定長損耗補(bǔ)償裝置4基于PC+PMAC的微細(xì)電火花銑削加工運動控制伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計1.1.1基于小波分析的Micro-WEDM表面粗糙度分析方法的研究隨著精密和納米加工技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是表面功能研究的深入，對工件表面的形貌特性的評定與檢測提出了越來越高的要求。特別在高速、高潔、高壓條件下工作時，表面粗糙度往往是決定使用性能和使用壽命的關(guān)鍵。而對于微細(xì)電火花線切割加工的復(fù)雜、微小加工曲面的表面粗糙度利用傳統(tǒng)的測量方式和測量理論無法實現(xiàn)精確測量。小波分析作為多分辨分析技術(shù)的典型代表，其多尺度變焦特性可以將不同尺度的表面原始信號分離和提取?，F(xiàn)如今，國內(nèi)外學(xué)者正積極研究表面粗糙度的三維測量方法及評定標(biāo)準(zhǔn)。但到目前為止還沒有很完善的標(biāo)準(zhǔn)。因此，有必要對微細(xì)電火花線切割表面粗糙度進(jìn)行深入的研究，對微細(xì)電火花線切割加工零件的使用性能提供一個有效的衡量指標(biāo)。同時確定影響表面粗糙度的因素，提出降低表面粗糙度的措施，為微細(xì)電火花線切割加工控制系統(tǒng)的設(shè)計提供基礎(chǔ)。1.1.2微細(xì)電火花加工微小孔試驗及仿真研究微細(xì)電火花加工微小孔是電火花微細(xì)加工的重要應(yīng)用領(lǐng)域，其加工工藝和加工過程的優(yōu)化控制是電火花微細(xì)加工發(fā)展水平的重要標(biāo)志和關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。目前，制約微細(xì)電火花微小孔高效、高穩(wěn)定性和高精度加工的技術(shù)瓶頸主要原因是蝕除產(chǎn)物拋出困難、二次放電、電極損耗大和電極的振動、晃動。蝕除產(chǎn)物拋出困難是實現(xiàn)電火花微小孔高效加工的主要阻礙因素，因此優(yōu)化蝕除產(chǎn)物拋出過程是解決微細(xì)電火花微小孔高效高穩(wěn)定性加工的最直接有效的途徑。本課題將針對圓柱電極和異形電極在抬刀和超聲的條件下進(jìn)行微細(xì)電火花加工微小孔的對比試驗，分析抬刀和超聲對蝕除產(chǎn)物拋出過程的影響規(guī)律，并進(jìn)行微細(xì)電火花加工微小孔的工藝試驗研究。1.1.3微型渦輪轉(zhuǎn)子的CFD仿真及其組合加工實驗隨著航天技術(shù)的發(fā)展，人類已經(jīng)能夠?qū)Φ厍蛑車慕行沁M(jìn)行探索，人類登月已經(jīng)成為現(xiàn)實。但對于離地球很遠(yuǎn)的天體，從目前的技術(shù)水平來看人類是無法親自前往，唯獨微型飛行器能替代人類的這一行為。隨著機(jī)械加工技術(shù)以及MEMS技術(shù)的發(fā)展，各種微小器件和微飛行器的研制也成為可能。微型渦輪發(fā)動機(jī)（MicroTurbineEngine,MTE）就是其中的一種。它具有很高的比沖，不用攜帶電推進(jìn)所需的占總質(zhì)量比很大的電源，只需攜帶足夠的燃料即可完成飛行任務(wù)，所以其質(zhì)量相對較輕，從而大大節(jié)約地面發(fā)射成本，經(jīng)濟(jì)實用。微型渦輪發(fā)動機(jī)除了作為推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)用到太空推進(jìn)以及衛(wèi)星姿態(tài)調(diào)整外，還可作為微能源裝置，為微小器件供能。而壓氣機(jī)與渦輪是渦輪發(fā)動機(jī)中的重要部件之一，其加工質(zhì)量將影響發(fā)動機(jī)的性能?；谖⒓?xì)電火花與電化學(xué)組合加工技術(shù)方法來加工微型壓氣機(jī)與渦輪一體化轉(zhuǎn)子，以提高加工效率和加工質(zhì)量。1.1.4微沖壓模具沖模的微細(xì)電火花加工方法微沖孔技術(shù)繼承了傳統(tǒng)塑性成形的優(yōu)點，具有成形效率高、成本低、工藝簡單以及成形零件性能好和精度高等特點，非常適合微型零件的低成本批量制造。微沖壓加工工藝過程決定了微型模具在微成形工藝中起著至關(guān)重要的作用，尤其是沖模（包括微沖頭和凹?？祝┑脑O(shè)計和制造，其關(guān)鍵尺寸一般在微米或者亞微米級，這對微型模具制造加工方法提出了較高的要求。同其他微細(xì)加工方法相比，微細(xì)電火花加工具有強(qiáng)大的微尺度制造能力，其加工中沒有宏觀切削力的作用，有利于加工出更加細(xì)小的零件和微細(xì)的特征結(jié)構(gòu)，特別適合薄壁零件上的微加工和微細(xì)零件及微小模具的制造，進(jìn)而通過模具加工出大量低成本的微細(xì)零件及產(chǎn)品。因此，開展基于微細(xì)電火花加工方法的金屬箔微孔類零件的微沖孔加工過程的仿真和實驗研究具有十分重要理論意義和應(yīng)用價值。1.1.5微銑刀的微細(xì)電火花加工方法和工藝微細(xì)加工技術(shù)是獲得微機(jī)械、微零部件的必要工具和手段，微機(jī)械的實用化離不開微細(xì)加工技術(shù)的支撐和進(jìn)步。在微細(xì)加工領(lǐng)域，對于小批量微小零件的加工，微銑削加工技術(shù)具有相對的高效和經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢。對于微細(xì)切削加工技術(shù)而言，要獲得高質(zhì)量的微小零件，除了高精度運動控制系統(tǒng)，精密微切削刀具的性能在很大程度上決定了所能加工的微結(jié)構(gòu)的尺寸和精度。微細(xì)電加工方法適合微小模具和工具的制造，進(jìn)而通過模具和工具加工出大量低成本的微細(xì)零件及產(chǎn)品。因此，融合微細(xì)電加工和微細(xì)銑削加工方法的各自優(yōu)勢，開展基于微細(xì)電火花加工方法的微銑刀的制備方法的研究具有十分重要理論意義和應(yīng)用價值。1.1.6微細(xì)電火花機(jī)床主軸工具電極精密二維調(diào)心裝置的研究微細(xì)電火花加工中，通常對微細(xì)工具電極與主軸的同心回轉(zhuǎn)精度有很高的要求。目前國內(nèi)外多數(shù)微細(xì)電火花加工裝備多采用國外進(jìn)口高精度回轉(zhuǎn)主軸，如日本松下公司生產(chǎn)的V型陶瓷軸承超精密旋轉(zhuǎn)主軸，該主軸可以夾持直徑為300pm的微細(xì)工具電極，回轉(zhuǎn)精度小于0.2pm，但目前禁止對中國出售此類主軸。因此本課題為了保證微細(xì)工具電極具有高回轉(zhuǎn)精度，并且考慮到國內(nèi)的制造加工水平，擬設(shè)計可對微細(xì)工具電極調(diào)心的二維調(diào)心裝置，通過該裝置的調(diào)心功能保證微細(xì)工具電極的回轉(zhuǎn)精度。1.1.7微細(xì)電火花機(jī)床音圈電機(jī)伺服控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計微細(xì)電火花加工中，由于放電間隙比較小，通常在微米級，故對系統(tǒng)的響應(yīng)頻率和定位精度有較高的要求。目前多數(shù)微細(xì)電火花加工裝備多采用傳統(tǒng)的滾珠絲桿結(jié)構(gòu)，其響應(yīng)頻率最高可達(dá)幾十Hz，響應(yīng)頻率進(jìn)一步提高受到限制。利用音圈電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，可以省去傳動裝置，使結(jié)構(gòu)變的簡單。因此本項目面向基于音圈電機(jī)的伺服控制系統(tǒng)，合理設(shè)計音圈電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)硬件電路，并使其響應(yīng)頻率達(dá)到100Hz以上，定位精度達(dá)到微米級。實現(xiàn)伺服控制系統(tǒng)的高頻響應(yīng)；1.1.8微細(xì)電極絲夾持定長損耗補(bǔ)償裝置為了解決現(xiàn)有微小孔（微細(xì)）加工電極在線制作效率低，微小孔（微細(xì)）電火花加工中電極損耗快，需頻繁更換電極，加工效率低的問題，以及進(jìn)給補(bǔ)償裝置難以實現(xiàn)電極旋轉(zhuǎn)的不足，設(shè)計一種微小孔（微細(xì)）電火花加工用微細(xì)電極絲夾持定長損耗補(bǔ)償裝置。并且利用現(xiàn)有市售的細(xì)長電極絲作為微小孔（微細(xì)）加工電極，省略或減少微細(xì)電極的在線制作過程，利用設(shè)計的電極夾緊定長損耗補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，結(jié)合中空主軸，實現(xiàn)電極的夾緊與進(jìn)給，減少電極多次裝夾帶來的誤差，同時也減少加工輔助時間。1.1.9基于PC+PMAC的微細(xì)電火花銑削加工運動控制伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計電火花銑削加工屬于“不接觸加工”，正常加工時，工具電極與工件之間有一定的放電間隙。放電間隙過大，脈沖能量不能產(chǎn)生放電，此時工具電極進(jìn)給速度需要加快；間隙過小，電蝕產(chǎn)物排出困難，易造成短路和拉弧，使加工不穩(wěn)定，此時應(yīng)該降低進(jìn)給速度，短路嚴(yán)重時則必須使工具電極迅速回退，消除短路狀態(tài)后再重新進(jìn)給。由于火花放電間隙很小，很難靠人工來調(diào)節(jié)，而且由于隨機(jī)因素的影響，所以工具電極除了要遵循編程軌跡運動外，進(jìn)給速度也必須自動進(jìn)給調(diào)節(jié)以及適當(dāng)?shù)幕赝?。而PMAC具有強(qiáng)大的運動插補(bǔ)功能及多軸控制，接運行G代碼，并且實時性也很好，能夠很好完成對電火花銑削加工中放電間隙的實時調(diào)節(jié)。本課題將通過開發(fā)基于PC+PMAC的運動控制伺服進(jìn)給系統(tǒng)，以達(dá)到對微細(xì)電火花加工中放電間隙的實時調(diào)節(jié)。1.2高溫合金和鈦合金電火花技術(shù)研究航空航天中大量采用高溫合金和鈦合金材料，尤其采用鈦合金材料的零件越來越多，但常規(guī)加工手段存在加工效率低、廢品率高和成本高等缺陷，嚴(yán)重制約著航空航天制造技術(shù)的發(fā)展。本項目通過深入研究其電火花加工相關(guān)關(guān)鍵工藝，為實現(xiàn)高效電火花加工奠定堅實的基礎(chǔ)，從而解決高溫合金和鈦合金等難加工材料的加工難題。1.2.1難加工材料高效電火花銑削工藝研究采用超高效率電火花銑削技術(shù)，并通過深入研究其相關(guān)關(guān)鍵工藝，形成一套完備的智能工藝數(shù)據(jù)技術(shù)，為實現(xiàn)超高效率電火花銑削奠定堅實的基礎(chǔ)，從而解決高溫合金和鈦合金等難加工材料的加工難題。1.2.2鈦合金TC4電火花加工試驗研究鈦合金的高效高精度電火花加工是目前航空航天制造業(yè)中急需解決的加工難題。本項目是針對鈦合金的難加工問題，研究電極材料、工作液、工藝參數(shù)對加工速度、工具電極損耗以及表面粗糙度的影響，掌握鈦合金的電火花加工特性，優(yōu)化工藝參數(shù)，解決鈦合金的電火花高效高精度加工難題。1.3絕緣陶瓷電火花放電加工技術(shù)絕緣陶瓷材料的高效、高精度加工是其工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域急需解決的加工難題。針對絕緣陶瓷的難加工問題，開展陶瓷涂層鈦合金電火花小孔加工和絕緣陶瓷電火花線切割加工技術(shù)研究。1.3.1浸液式陶瓷涂層鈦合金電火花小孔加工供液裝置研究鈦合金材料在航空發(fā)動機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用。大推重比航空發(fā)動機(jī)高溫條件下鈦合金葉片出現(xiàn)表面氧化、近表面脆化等性能降低，所以陶瓷涂層技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)葉片表面得到了廣泛的應(yīng)用。陶瓷涂層鈦合金材料機(jī)械加工非常困難，常規(guī)機(jī)械加工方法無法在航空發(fā)動機(jī)葉片上打出大深徑比的冷卻孔。電火花加工具有加工過程中非接觸、宏觀機(jī)械力小、不受材料強(qiáng)度硬度影響等特點，廣泛應(yīng)用于難加工材料的加工。航空發(fā)動機(jī)葉片陶瓷涂層不具有導(dǎo)電性，需使用輔助電極法、以煤油為工作液進(jìn)行冷卻孔的加工。這就需要研制一種能夠?qū)崿F(xiàn)煤油浸液和旋轉(zhuǎn)電極內(nèi)沖液的電火花小孔加工工作液供給裝置。1.3.2絕緣陶瓷線切割加工過程中的放電通道特性研究針對絕緣陶瓷線切割加工中的放電通道進(jìn)行研究，通過對不同加工參數(shù)下放電加工過程中放電通道的粒子分布進(jìn)行仿真，觀察粒子的分布規(guī)律，并結(jié)合絕緣陶瓷線切割加工過程中的溫度場仿真，綜合分析加工過程中導(dǎo)電膜的形成及材料去除方式；通過工藝實驗，觀察放電加工后放電凹坑深度、半徑及微觀形貌，與仿真分析進(jìn)行對比，為絕緣陶瓷電火花線切割加工提供參考。因此，進(jìn)行絕緣陶瓷線切割加工過程中的放電通道特性研究具有重要的意義。1.4難加工材料高效電火花加工技術(shù)航空航天中大量采用高溫合金和鈦合金材料，尤其采用鈦合金材料的零件越來越多，但常規(guī)加工手段存在加工效率低、廢品率高和成本高等缺陷，嚴(yán)重制約著航空航天制造技術(shù)的發(fā)展。本項目采用超高效率電火花加工技術(shù)，并通過深入研究其相關(guān)關(guān)鍵工藝，形成一套完備的電源和智能工藝數(shù)據(jù)技術(shù)，為實現(xiàn)用超高效率電火花加工奠定堅實的基礎(chǔ)，從而解決高溫合金和鈦合金等難加工材料的加工難題。1.4.1難加工材料高效電火花銑削工藝研究針對難切削材料的加工，電火花電解復(fù)合銑削（ECDM）加工技術(shù)以其高效率具有機(jī)械銑削加工無法比擬的優(yōu)越性。但該技術(shù)主要適于粗、中加工，精加工還必須采用常規(guī)機(jī)械銑削方法實現(xiàn)。因此，ECDM加工后的材料表面可加工性能必須滿足常規(guī)機(jī)械銑削方法的要求。本項目將重點研究ECDM加工工藝，旨在通過大量工藝實驗，并通過優(yōu)化工藝實驗，確定ECDM加工的工藝參數(shù)和電參數(shù)，從而提高加工效率。因此，本項研究具有重要理論意義和實用價值。1.4.2難加工材料高效下料線切割加工技術(shù)現(xiàn)有下料方法中主要有：機(jī)械鋸削、等離子火焰切割、激光切割和水切割。機(jī)械機(jī)械鋸削存在著效率不高、浪廢材料、不能實現(xiàn)軌跡或曲線下料的缺點。等離子火焰切割存在著下料精度差和浪費材料的缺點。而激光切割雖然精度高，但無法實現(xiàn)大厚度切割，并且設(shè)備成本和使用成本高。水切割的精度也比較高，但也存在著設(shè)備成本高的缺點。綜上，以上幾種下料方法都存在著不同缺點，都不能實現(xiàn)厚度超過100mm并具有較高精度的軌跡下料。因此本項目的研究，針對工程中精度要求較高、大厚度的難加工材料的軌跡下料具有重要理論意義和實用價值。1.5微弧氧化技術(shù)（1） 微弧氧化高效成膜工藝的研究；（2） 醫(yī)用鈦合金微弧氧化生物陶瓷膜的研究；（3） 便攜式選擇性微弧氧化掃描機(jī)的研制。微弧氧化或微等離子體氧化技術(shù)是指在普通陽極氧化的基礎(chǔ)上，利用弧光放電增強(qiáng)并激活在陽極上發(fā)生的反應(yīng)，從而在以鋁、鈦、鎂金屬及其合金為材料的工件表面形成優(yōu)質(zhì)的強(qiáng)化陶瓷膜的方法，這種微弧氧化表面生成陶瓷層的基本原理是利200?500V高壓電源產(chǎn)生電火花在鋁、鎂、鈦等合金表面微弧放電，使其和工作液中的氧在瞬時高溫下發(fā)生電、物理、化學(xué)反應(yīng)生成三氧化二鋁（AL2O3）的陶瓷薄層，牢固地生長附著在原工件的表面。其主要方式是通過用專用的微弧氧化電源在工件上施加電壓，使工件表面的金屬與電解質(zhì)溶液相互作用，在工件表面形成微弧放電，在高溫、電場等因素的作用下，金屬表面形成陶瓷膜，達(dá)到工件表面強(qiáng)化的目的。表面強(qiáng)化時，在工件表面的微弧區(qū)中，有高達(dá)幾千乃至上萬度的高溫，同時形成高壓，在電、熱、等離子體等因素的作用下，材料表層物質(zhì)發(fā)生電擊穿、熔化、氣化、化學(xué)反應(yīng)、凝固、擴(kuò)散、相變等物理化學(xué)過程，這些過程對強(qiáng)化膜的形成、組織狀態(tài)、成分和性能有著極其重要的作用。微弧氧化工藝還可以兼容傳統(tǒng)的陽極氧化，可以在很短的時間內(nèi)（10分鐘以內(nèi)）就可以達(dá)到普通陽極氧化30-60分鐘才能達(dá)到的效果，而所得到的膜層與油漆的結(jié)合性能還要優(yōu)于傳統(tǒng)的陽極氧化膜?？梢宰龅揭粰C(jī)多能、一線多用。本技術(shù)具有鍍層結(jié)合強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐磨損、耐高溫、抗燒蝕等特點。主要應(yīng)用于國防軍事、機(jī)械、電氣、汽車、航天、航空等行業(yè)的關(guān)鍵零部件的表面處理，提高機(jī)械設(shè)備的使用壽命，對于機(jī)械制造業(yè)、國防武器裝備等領(lǐng)域具有重要意義。1.6便攜式電火花加工機(jī)床的研制電火花加工由于適合于任何難切削導(dǎo)電材料，以及可以加工特殊及復(fù)雜形狀等優(yōu)勢在機(jī)械加工領(lǐng)域占據(jù)著重要位置，被廣泛地應(yīng)用于模具制造等。因此有關(guān)電火花加工的相關(guān)課程在很多學(xué)校內(nèi)被廣泛開設(shè)，相關(guān)知識成為機(jī)械類學(xué)生不可缺少的專業(yè)知識。為了提高電火花加工教學(xué)及相關(guān)培訓(xùn)的效果，開發(fā)一個用于教學(xué)演示的微型電火花加工機(jī)床，對于增加學(xué)生的感性認(rèn)識和提高教學(xué)效果是非常有意義的。另外本項目的機(jī)床也可以作為便攜式的電火花加工工具，在不常使用大型電火花加工設(shè)備的地方，對于科研和生產(chǎn)中各種難加工材料和難加工型孔的加工具有重要的難以替代的作用。1.7成型電火花加工精度影響因素的基礎(chǔ)研究成形電火花加工技術(shù)在模具制造領(lǐng)域占有不可或缺的地位?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為成形電火花加工技術(shù)提供良好機(jī)遇的同時，也提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。成形電火花加工若要在未來的制造領(lǐng)域發(fā)揮更大作用，除了發(fā)揮自身優(yōu)勢外，還必須在電火花加工機(jī)理研究方面取得突破性的進(jìn)展。因為對電火花加工機(jī)理研究對指導(dǎo)電火花加工的過程控制、提高加工質(zhì)量、準(zhǔn)確預(yù)測電極損耗和提高加工精度具有重大意義，特別是對于成形電火花加工。成形電火花加工中放電延遲時間的研究是電火花加工機(jī)理研究的重要內(nèi)容之一。本課題將對單脈沖放電條件下成形電火花加工中放電屑和加工面積對放電延遲時間的影響進(jìn)行實驗研究，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)做出理論分析和研究。1.8基于靜電感應(yīng)給電的較大面積電火花加工技術(shù)電火花加工技術(shù)廣泛應(yīng)用于模具制造復(fù)雜表面形狀的零件加工和難切削材料的加工中。當(dāng)加工面積較大時，電火花加工的工件表面粗糙度值較大，加工精度低。當(dāng)要求工件的加工表面光潔度高甚至鏡面時，電火花加工之后還需進(jìn)行最后的表面拋光。為此大多采用手工拋光的辦法進(jìn)行最后的精加工，這不僅要求操作者具有較高的技術(shù)水平，而且加工效率低，勞動強(qiáng)度大?；旆垭娀鸹ㄧR面加工技術(shù)的應(yīng)用使大面積電火花加工表面得到改善，但是需要專用的加工設(shè)備。欲改善電火花加工后的表面粗糙度，則應(yīng)減小電火花加工中的單脈沖放電能量。當(dāng)采用以往的RC脈沖電源時，對于大面積的電火花加工，由于工件和電極間形成的分布電容相應(yīng)變大，使得小能量單個脈沖能量無法擊穿間隙放電。只有當(dāng)多個脈沖到來，極間電容中儲存了足夠的能量，使極間電壓達(dá)到擊穿值才發(fā)生脈沖放電，但此時的放電能量遠(yuǎn)大于單個脈沖能量，因此不能獲得低表面粗糙度值。靜電感應(yīng)給電基于電容耦合原理，能夠避免放電回路中分布電容的不利影響，因此在微細(xì)電火花加工中得到了有效的應(yīng)用，有效地減小了單脈沖放電能量，提高了微細(xì)電火花加工的微細(xì)化能力，同時也為大面積鏡面電火花加工提供了可能。1.9汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)關(guān)鍵零部件電動轉(zhuǎn)向器的研究與開發(fā)本項目是開展汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)關(guān)鍵零部件電動轉(zhuǎn)向器的研究與開發(fā)。汽車電動轉(zhuǎn)向器(簡稱EPS)是在傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)作用在方向盤上的轉(zhuǎn)矩信號和汽車的行駛車速信號通過電子控制單元(簡稱ECU)使電機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)大小和方向的輔助力，協(xié)助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作的伺服系統(tǒng)，是一種新型的動力轉(zhuǎn)向器。電動轉(zhuǎn)向器提高汽車穩(wěn)定性和安全性，節(jié)能環(huán)保性更好(降低燃油費用達(dá)5%—15%)，提供助力與發(fā)動機(jī)是否起動無關(guān)，具有更好的低溫工作性能(-40。。也能很好地工作)。電動轉(zhuǎn)向器有轉(zhuǎn)向軸助力式、小齒輪助力式、齒條助力式。轉(zhuǎn)向軸助力式。目前轉(zhuǎn)向軸助力式電動轉(zhuǎn)向器國內(nèi)已有產(chǎn)品生產(chǎn)，小齒輪助力式電動轉(zhuǎn)向器國內(nèi)還處于研發(fā)階段，課題組已進(jìn)行了轉(zhuǎn)向軸助力式電動力轉(zhuǎn)向器的研發(fā)。小齒輪助力式的雙齒輪式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與其他類型電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比具有轉(zhuǎn)向動力充足，轉(zhuǎn)向更為準(zhǔn)確和穩(wěn)定的優(yōu)點，可以在大型車上使用。2項目名稱2.1微細(xì)電火花加工技術(shù)研究基于小波分析的Micro-WEDM表面粗糙度分析方法的研究微細(xì)電火花加工微小孔試驗及仿真研究微型渦輪轉(zhuǎn)子的CFD仿真及其組合加工實驗微沖壓模具沖模的微細(xì)電火花加工方法微銑刀的微細(xì)電火花加工方法和工藝微細(xì)電火花機(jī)床主軸工具電極精密二維調(diào)心裝置的研究微細(xì)電火花機(jī)床音圈電機(jī)伺服控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計微細(xì)電極絲夾持定長損耗補(bǔ)償裝置2.2高溫合金和鈦合金電火花技術(shù)研究難加工材料高效電火花銑削工藝研究鈦合金TC4電火花加工試驗研究2.3絕緣陶瓷電火花放電加工技術(shù)浸液式陶瓷涂層鈦合金電火花小孔加工供液裝置研究絕緣陶瓷線切割加工過程中的放電通道特性研究2.4難加工材料高效電火花加工技術(shù)難加工材料電火花加工工藝研究；難加工材料電火花加工電源研究；難加工材料高效下料線切割工藝研究；難加工材料高效下料線切割電源研究；難加工材料高效下料線切割機(jī)床設(shè)計。2.5微弧氧化技術(shù)微弧氧化高效成膜工藝的研究；醫(yī)用鈦合金微弧氧化生物陶瓷膜的研究；便攜式選擇性微弧氧化掃描機(jī)的研制2.6便攜式電火花加工機(jī)床的研制2.7成形精度研究中放電延遲時間影響因素的實驗研究2.8基于靜電感應(yīng)給電的較大面積電火花加工特性的研究2.9雙齒輪式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其測試臺結(jié)構(gòu)設(shè)計3項目的預(yù)期研究內(nèi)容和目標(biāo)3.1微細(xì)電火花加工技術(shù)研究3.1.1基于小波分析的Micro-WEDM表面粗糙度分析方法的研究⑴利用微細(xì)電火花線切割加工機(jī)床進(jìn)行復(fù)雜、微小典型零件的制備，通過實驗確定影響線切割加工表面粗糙度的主要因素。⑵利用原子力顯微鏡對微細(xì)電火花加工的試件表面進(jìn)行掃描，獲得表面形貌的三維數(shù)據(jù)，利用Mallab對掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模分析。用小波分析方法進(jìn)行濾波去噪、提取三維評定基準(zhǔn)面、分離表面特征，針對微細(xì)電火花線切割加工表面特征，提出合適的表征參數(shù)，分析加工工件表面粗糙度。3.1.2微細(xì)電火花加工微小孔試驗及仿真研究⑴熟悉和掌握微細(xì)電火花加工的基本原理。⑵利用塊電極反拷的方法制作異形電極；⑶完成針對圓柱電極和異形電極在抬刀和超聲的條件下的微小孔加工的對比試驗，分析抬刀的速度和高度、超聲的振幅和頻率對微小孔深徑比的影響規(guī)律；利用FLUENT軟件建立工具電極抬刀和超聲加工的流場仿真模型，分析和優(yōu)化工具電極的抬刀和超聲運動規(guī)律和速度參數(shù)，總結(jié)對蝕除產(chǎn)物拋出過程的影響規(guī)律；3.1.3微型渦輪轉(zhuǎn)子的CFD仿真及其組合加工實驗⑴基于UG商用軟件的微型壓氣機(jī)與渦輪一體化轉(zhuǎn)子的三維模型建模。建立微型壓氣機(jī)與渦輪的三維模型，其直徑均為5mm，高均為1.5mm，葉片數(shù)為8,葉片厚度為0.1mm。中間轉(zhuǎn)子軸的直徑為2mm，長5mm。⑵利用FLUENT流體動力學(xué)仿真軟件對微型壓氣機(jī)和渦輪進(jìn)行三維流體動力學(xué)(CFD)仿真分析，分析空氣的流動情況，并計算增壓比等參數(shù)值。⑶基于微細(xì)電火花與電化學(xué)的微型壓氣機(jī)與渦輪一體化轉(zhuǎn)子的組合加工實驗。探索一種更高效、更好表面質(zhì)量的復(fù)雜微三維結(jié)構(gòu)加工方法，利用微細(xì)電火花與電化學(xué)組合加工微型渦輪一體化轉(zhuǎn)子，進(jìn)行組合加工工藝參數(shù)優(yōu)化實驗，總結(jié)加工工藝規(guī)律，并記錄實驗數(shù)據(jù)，得到表面質(zhì)量較好、精度高的微型壓氣機(jī)與渦輪一體化轉(zhuǎn)子部件。3.1.4微沖壓模具沖模的微細(xì)電火花加工方法⑴微沖壓過程的有限元仿真，為微沖壓模具的制造和沖壓工藝提供理論⑵微沖壓模具沖模的微細(xì)電火花加工方法的工藝研究⑶實現(xiàn)了直徑100|^m硬質(zhì)合金或金剛石材料微細(xì)銑刀樣件和金屬微切削試驗樣件的加工，考察仿真和實驗工藝的正確性。3.1.5微銑刀的微細(xì)電火花加工方法和工藝⑴微刀具切削過程的有限元仿真，刀具制備方法提供理論⑵微刀具制備的微細(xì)電火花加工方法的工藝研究⑶實現(xiàn)特征尺寸200^m的硬質(zhì)合金或金剛石材料微細(xì)銑刀樣件和金屬微切削試驗樣件的加工，考察仿真和實驗工藝的正確性3.1.6微細(xì)電火花機(jī)床主軸工具電極精密二維調(diào)心裝置的研究基于ansys的微細(xì)電火花精密主軸調(diào)心工作臺應(yīng)力影響因素分析及最優(yōu)化設(shè)計⑴柔性鉸鏈長度對調(diào)整剛度、最大應(yīng)力、輸入輸出位移傳動比的影響；⑵柔性鉸鏈寬度對調(diào)整剛度、最大應(yīng)力、輸入輸出位移傳動比的影響；⑶對調(diào)心裝置進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計；⑷最佳參數(shù)下輸入、輸出位移傳動特性仿真計算；⑸位移輸出特性測試及與仿真結(jié)果試驗驗證；⑹調(diào)心性能測試及測試結(jié)果分析。采用有限元分析軟件ansys對該調(diào)心裝置的位移輸出特性分析，得到柔性鉸鏈厚度、柔性鉸鏈長度對位移輸出特性的影響規(guī)律。通過實驗獲得所研制調(diào)心微動工作臺的工具電極調(diào)心性能，最后研制的調(diào)心微動裝置可以實現(xiàn)對微細(xì)工具電極偏心的調(diào)整，偏心調(diào)整范圍為0-100pm，調(diào)整后微細(xì)工具電極回轉(zhuǎn)精度可達(dá)到1pm，調(diào)整分辨率達(dá)0.14pm。3.1.7微細(xì)電火花機(jī)床音圈電機(jī)伺服控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計設(shè)計音圈電機(jī)伺服控制的硬件電路⑴基于DSP數(shù)字信號處理器，設(shè)計系統(tǒng)的電源電路，及DSP外圍電路；⑵設(shè)計系統(tǒng)的功率驅(qū)動電路；⑶設(shè)計系統(tǒng)的串口通訊電路；⑷設(shè)計系統(tǒng)的放電間隙檢測電路；⑸利用PROTEL設(shè)計PCB電路板，搭建電路。設(shè)計出主軸的控制系統(tǒng)硬件電路，進(jìn)行必要的仿真，并搭建硬件電路。3.1.8微細(xì)電極絲夾持定長損耗補(bǔ)償裝置。⑴利用Solidworks三維建模軟件設(shè)計微細(xì)電極絲夾持定長損耗自動補(bǔ)償機(jī)構(gòu)；⑵利用ANSYS有限元分析軟件對夾持機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，分析其在一定受力下的變形；⑶利用ANSOFT電磁場仿真軟件分析電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)的磁場分布與磁力變化；⑷進(jìn)行相應(yīng)的夾持與定長損耗自動補(bǔ)償實驗，驗證設(shè)計機(jī)構(gòu)的可行性。實現(xiàn)直徑為中100pm~W00pm的細(xì)長電極的夾緊，同時實現(xiàn)每次約1mm的電極定長損耗自動補(bǔ)償。3.1.9基于PC+PMAC的微細(xì)電火花銑削加工運動控制伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計本課題將通過開發(fā)基于PC+PMAC的運動控制伺服進(jìn)給系統(tǒng)，以達(dá)到對微細(xì)電火花加工中放電間隙的實時調(diào)節(jié)。要求在了解微細(xì)電火花銑削加工伺服進(jìn)給特性，并在掌握PC+PMAC體系的基礎(chǔ)上，完成以下的研究內(nèi)容：搭建PC+PMAC硬件平臺；設(shè)計間隙電路檢測模塊；編寫相應(yīng)程序；實驗驗證。3.2高溫合金和鈦合金電火花技術(shù)研究3.2.1難加工材料高效電火花銑削工藝研究⑴開展高溫合金電火花銑削工藝試驗；⑵開展鈦合金電火花銑削工藝試驗；⑶通過對工藝實驗結(jié)果進(jìn)行研究，完成智能工藝數(shù)據(jù)庫技術(shù)；⑷對智能工藝數(shù)據(jù)庫技術(shù)進(jìn)行實驗驗證；⑸基于智能工藝數(shù)據(jù)庫技術(shù)，完成高溫合金或鈦合金典型零件樣品加工，銑削效率超過10000mm3/min。3.2.2鈦合金TC4電火花加工試驗研究⑴研究脈寬、脈間、峰值電流等電參數(shù)對加工效率、表面粗糙度和電極損耗的影響規(guī)律；⑵研究極性效應(yīng)對鈦合金電火花加工的影響，分析表面形貌和表面粗糙度；⑶研究電極（紫銅、石墨、銅鎢合金）對加工效率、表面粗糙度和電極損耗的影響規(guī)律；⑷研究不同粉末（Si粉、鉆粉、鎳粉）對加工效率、表面粗糙度和電極損耗的影響規(guī)律；⑸研究工作液（乳化液、Nacl溶液、煤油）對加工效率、表面粗糙度和電極損耗的影響；⑹研究不同電流密度對鈦合金電火花加工效率、表面粗糙度和電極損耗的影響；⑺分析放電波形，進(jìn)行工藝參數(shù)的優(yōu)化。分析總結(jié)出工藝參數(shù)的優(yōu)化結(jié)果，實現(xiàn)鈦合金電火花加工的高效高精度加工。3.3絕緣陶瓷電火花放電加工技術(shù)3.3.1浸液式陶瓷涂層鈦合金電火花小孔加工供液裝置研究⑴利用solidworks三維建模軟件進(jìn)行煤油工作液容器和處理裝置設(shè)計建模；⑵設(shè)計電路，控制各管路通斷，進(jìn)行自動供液；⑶進(jìn)行供液實驗，驗證供液裝置的可行性。實現(xiàn)浸液式旋轉(zhuǎn)電極內(nèi)沖液加工供液，并且浸液流量和供液壓力一定范圍內(nèi)可調(diào)。3.3.2絕緣陶瓷線切割加工過程中的放電通道特性研究⑴建立絕緣陶瓷線切割加工過程中放電通道的粒子分布仿真模型；⑵針對不同加工參數(shù)（脈寬、脈間、峰值電流、開路電壓、絲速），進(jìn)行加工過程中放電通道粒子分布的仿真；⑶對絕緣陶瓷線切割加工過程中的溫度場進(jìn)行仿真；⑷綜合放電過程中粒子分布的仿真和溫度場仿真結(jié)果，對絕緣陶瓷線切割加工過程中導(dǎo)電膜的形成及材料去除方式進(jìn)行分析；⑸進(jìn)行工藝實驗，并與仿真分析結(jié)果進(jìn)行比較。3.4難加工材料高效電火花加工技術(shù)3.4.1難加工材料電火花加工工藝研究主要工作量：圍繞難加工材料高效加工技術(shù)，開展電參數(shù)和工藝參數(shù)對加工效率、加工精度、表面粗糙度等技術(shù)性能指標(biāo)影響的工藝實驗，分析并總結(jié)實驗結(jié)果，給出實現(xiàn)高效電火花加工的最優(yōu)工藝和并研制完成數(shù)據(jù)庫技術(shù)。主要成果：實驗數(shù)據(jù)和報告、樣品樣件和研究論文。3.4.2難加工材料電火花加工電源研究主要工作量：提出難加工材料電火花加工電源設(shè)計方案，進(jìn)行電路模擬實驗，完善硬件和軟件設(shè)計方案，制作、調(diào)試電路板硬件及軟件，最后進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試實驗，驗證所研制電源的性能。主要成果：原理樣機(jī)完成課題研究報告和論文。3.4.3難加工材料高效下料線切割工藝研究主要工作量：分析影響下料切割加工效率的因素，針對這些工藝參數(shù)和電參數(shù)開展大量加工實驗，分析并總結(jié)加工實驗結(jié)果，形成一套完備的高效下料加工工藝數(shù)據(jù)庫，并設(shè)計一套尋找最優(yōu)工藝數(shù)據(jù)軟件，該軟件可作為獨立模塊嵌入到控制系統(tǒng)。主要成果：總結(jié)高效下料加工工藝規(guī)律，得到最優(yōu)加工工藝，形成形成一套完備的高效下料加工工藝數(shù)據(jù)庫，完成智能工藝數(shù)據(jù)庫及軟件設(shè)計。3.4.4難加工材料高效下料線切割電源研究主要工作量：提出難加工材料高效下料線切割電源設(shè)計方案，進(jìn)行電路模擬實驗，完善硬件和軟件設(shè)計方案，制作、調(diào)試電路板硬件及軟件，最后進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試實驗，驗證所研制電源的性能。主要成果：原理樣機(jī)一臺，完成課題研究報告和論文。3.4.5難加工材料高效下料線切割機(jī)床設(shè)計主要工作量：機(jī)床總體方案設(shè)計；恒張力粗電極絲走絲機(jī)構(gòu)設(shè)計；X-Y數(shù)控工作臺設(shè)計；工作液系統(tǒng)設(shè)計；上下導(dǎo)絲器和導(dǎo)電塊設(shè)計；機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計。主要成果：設(shè)計并繪制難加工材料高效下料線切割機(jī)床結(jié)構(gòu)裝配圖與零部件工作圖（A0圖樣當(dāng)量數(shù)4），設(shè)計搭建高效下料線切割機(jī)床伺服控制系統(tǒng)。3.5微弧氧化技術(shù)3.5.1微弧氧化高效成膜工藝的研究主要工作量：掌握微弧氧化工藝規(guī)律，針對提高高硅鑄鋁鋁合金材料原位生成微弧氧化陶瓷膜效率，從處理工藝、工作液配方和電源參數(shù)幾方面著手展開研究，并進(jìn)行大量工藝實驗