微細電火花加工微噴陣列孔孔徑一致性及相關裝置的研究.pdf

1、具有微噴陣列孔的結構件是工業(yè)用噴墨打印機噴頭、噴油嘴和噴絲板等部件的重要組織部分,微噴陣列孔的作用是噴射具有一定粘度的墨水、霧化油等液態(tài)介質。微噴陣列孔的孔徑一致性決定了噴射質量，如工業(yè)用噴墨打印機上微噴部件的陣列孔孔徑一致性直接影響了墨滴速度、墨滴大小以及墨滴在移動的紙張或布料上的均勻分布，從而直接影響打印質量。作為打印機的核心部件，微噴部件被國外生產廠壟斷，主要原因是打印機微噴部件的陣列孔孔徑一致性難以保證，尤其是我國在微細電火花加

2、工領域暫未實現工業(yè)化加工微噴陣列孔。因此，國內打印機生產商只能依靠進口噴頭，嚴重制約了我國工業(yè)用噴墨打印技術的發(fā)展。
　　本文針對微噴陣列孔孔徑一致性尚未解決這一技術難題，分別進行了微噴陣列孔微細電火花加工系統(tǒng)中關鍵部件如加工支撐平臺、CCD視覺檢測系統(tǒng)、真空吸盤工件裝夾裝置和旋轉主軸等部件的設計與研制、宏微復合驅動數控系統(tǒng)的研制、工作液供給條件控制和電極損耗及其補償技術等方面的研究。
　　為最大限度地減少外部振動干擾對微噴

3、陣列孔孔徑一致性的影響，需要提高加工系統(tǒng)的抗震性和穩(wěn)定性。在對微細電火花加工微噴陣列孔特點進行分析研究的基礎上，采用隔振防震措施，完成了具有良好抗振穩(wěn)定性的花崗巖龍門結構的微噴陣列孔微細電火花加工系統(tǒng)的研制。該加工系統(tǒng)具有塊電極磨削和線電極磨削相結合的電極在線制作功能，具有電極直徑和微噴陣列孔直徑 CCD在線測量等功能，為提高微細電火花加工微噴陣列孔的一致性，提供了良好的加工平臺。
　　為兼顧絲杠螺母副宏驅動系統(tǒng)的大行程、低精度、

4、低速響應與壓電陶瓷微驅動系統(tǒng)的小行程、高精度、快速響應的特點，研制了基于PMAC運動控制卡的宏微復合驅動數控系統(tǒng)，實現了微噴陣列孔微細電火花加工系統(tǒng)的大行程、高精度定位和快速響應。壓電陶瓷微驅動系統(tǒng)的高精度和快速響應實現了電極損耗的微量補償和微伺服進給的快速響應，提高了微噴陣列孔自動加工中放電狀態(tài)的穩(wěn)定性，為提高微噴陣列孔孔徑一致性提供了可靠的硬件支撐。
　　為考察工作液特性對微噴陣列孔加工的影響，進行了以去離子水和煤油作為工作液

5、的微細電火花加工微噴陣列孔的試驗研究，研究發(fā)現在去離子水工作液中加工具有加工間隙大、沖水排屑效果好、放電加工狀態(tài)穩(wěn)定、加工速度快等優(yōu)點，有利于提高微噴陣列孔的孔徑一致性。為進一步提高微噴陣列孔孔徑的一致性，對去離子水工作液加工間隙進行了流場仿真研究，分析了沖水流速、沖水角度及電極旋轉速度對加工間隙內流速分布和流速大小的影響，根據仿真結果的后續(xù)試驗驗證表明：調整沖水角度、提高沖水流速和電極轉速有利于提高間隙內流速、改善排屑效果、提高微噴陣

6、列孔微細電火花加工中加工狀態(tài)的穩(wěn)定性，從而提高了微噴陣列孔的孔徑一致性。
　　為降低電極損耗對微噴陣列孔孔徑一致性的影響，研究了單電極微細電火花加工微噴陣列孔的工具電極損耗特性。通過合理選擇加工條件和優(yōu)化脈沖電源參數，降低了微噴陣列孔加工中工具電極相對損耗率。建立了微噴陣列孔微細電火花加工電極損耗模型，提出了結合定長補償和分組檢測變量補償的電極損耗補償方法，減小了電極損耗過量補償或欠補償對加工孔徑的影響，提高了微噴陣列孔的孔徑一致

7、性。
　　為控制微細電火花加工的加工間隙波動對微噴陣列孔孔徑一致性的影響，進行了脈沖電源參數對微噴陣列孔微細電火花加工的加工間隙、加工效率和加工質量影響的試驗研究。以此為基礎進行了微噴陣列孔微細電火花加工的小批量試驗研究，已成功地加工出160組、每組256個陣列孔、孔徑小于50μm、孔徑偏差小于2μm的微噴陣列孔部件。并進行了更小尺寸微噴陣列孔加工的探索試驗，實現了Φ30μm和Φ20μm微噴陣列孔的加工，驗證了本文研究的微噴陣列孔