1.科技成果来源 （1）国家863计划极端制造技术难题《工业级精密微喷部件制造与应用》（项目编号：2007AA04Z345） （2）国家自然科学基金《旋转电极内冲液高效电火花铣削关键基础技术的研究》（项目编号：50875064） （3）国家自然科学基金《基于浮动阈值的纳秒级节能电火花线切割脉冲电源技术研究》（项目编号：51175120） 2.背景与技术原理 随着MEMS和微型机械的发展，航空航天、精密仪器等领域出现了越来越多的微细型腔结构，如微细孔、微细槽等。一方面应用于航空发动机叶片气膜孔等微小阵列孔结构，这些微小孔尺寸精度，一致性要求很高，例如纺织印染喷孔板需在一个喷孔板上加工128至256个微孔，最小直径达到35μm，误差仅为1μm。这给微孔加工带来很大困难。另一方面是如燃料电池中的微小流道，采用传统机械加工和LIGA技术存在加工材料受限、受力变形等问题，难以获得理想的加工效果。微细电火花加工以其加工范围广、加工精度高等特点，在微细制造领域得到了广泛的应用。通过反拷微细圆柱群电极，即可加工出阵列群孔结构，同时可在薄壁、弹性件等低刚度工件上加工，可达到很高的加工精度；在微细电火花加工装备上集成多轴联动功能、伺服系统，则可以达到微细铣削的目的，此举可以在一定程度上克服机械切削和LIGA技术在微细型腔加工中的材料问题和应力问题。研究微细电火花电极在线制造技术、脉冲电源、伺服控制系统以及微细阵列型腔制造集成装备，对提高我国装备的自主创新能力具有积极的推动作用。 3.性能指标 工作台X、Y轴行程：250mm、200mm；Z轴行程：200mm；进给脉冲当量：≤0.1μm；微孔数/件：256个（128X2排）；微孔直径：≤50um；孔径精度：≤±1μm；孔间距误差：≤±3μm；单孔加工时间：≤10s；供电电源：380V、三相、50HZ；脉冲电源形式：微能多功能脉冲电源；定位精度、重复定位精度、加工精度：执行国标GB/T5291.1-2001标准。 4.技术的创造性与先进性 （1）研制了电流波形可控、多模式、高精度微能数控脉冲电源，实现了微细电极、微细群孔以及微细型腔的高精高效加工。（专利：ZL200810088923.1、ZL20081088927.X、ZL200810088926.5） （2）提出了基于浮动阈值放电状态检测新方法，实现了放电状态的快速、准确检测以及稳定加工。（专利：ZL200810088925.0） （3）提出了异常放电脉冲调制的单脉冲放电能量调制和等能量控制方法，改善了间隙放电状态，提高了脉冲电源的能量利用率。（专利：ZL200810088923.1、ZL201310735452.X） （4）研制了集块电极磨削与主动供丝线电极磨削于一体的微细电极在线制造装置，实现了微细电极的高效高精度制备。（专利：ZL201310735279.3） （5）研制了微细电极损耗在线检测系统，实现了电极尺寸和前端形貌的在线检测；提出了电极损耗补偿方法，实现微细电极损耗的精确补偿。（专利：ZL201210065549.X） （6）研制了集在线制作电极、电极在线测量、微细密集型腔加工于一体的集成数控装备，实现了微细密集型腔和微细阵列群孔的高效高精度加工。（专利：ZL201210065550.2） 在国家863计划极端制造技术难题《工业级精密微喷部件制造与应用》等项目中通过使用微细电极在线制造技术，多模式微能高频脉冲电源等技术，实现了微细阵列群孔的高精度、高效加工，最终实现了微孔的高质量加工和低成本制造。采用该装备在不锈钢工件上加工出256个微细阵列群孔(128×2排)，直径小于50μm，孔径误差≤±1μm，微小孔间距误差≤±2.5μm，满足了微喷部件对微细阵列群孔的加工要求。在完成项目计划技术指标基础上，精益求精进一步加工出直径小于30μm，长度为600μm的微细电极，并加工出直径为32μm，孔径偏差≤1.3μm的256个(128×2排)微细阵列群孔，单孔加工时间10s，制作长800μm，直径43μm的微细电极一次性能加工1500多个微细孔。据已发表的文献报道，目前全球德国西门子、Wirecutcompany、Mikros、Optimation公司电火花加工微孔加工精度可达≤±1μm，未见其他科研单位和公司报道加工微孔可达到该加工精度水平。经委托黑龙江省科学技术情报研究院的查新检索报告表明：上述技术特点，目前在国内外所查文献中除委托人及其学生、课题组成员发表文献外未见相同报道。因此，本研究成果达到国外同类加工机床的加工精度水平，整体达到国际先进水平、电极利用率（单根电极可加工孔数）和单孔加工时间等单项技术指标，达到国际领先水平。 5.技术成熟程度与应用情况 项目所完成的密集微细型腔精密电加工关键技术与装备具有自主知识产权，获发明专利授权16项，技术成果鉴定为整体达到国际先进水平，其中两项技术处于国际领先水平。项目完成期间，与创新点相关的论文共发表37篇，其中SCI收录7篇，EI收录19篇。项目研究成果已成功应用于国内电加工机床，形成了多品种、多规格电加工机床系列产品和改进型产品，促进了相关产品的更新换代，创造了良好的社会效益和经济效益。

哈尔滨工业大学

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