微细电化学加工的自适应进给控制系统
特种加工技术论文.(优选)
特种加工技术概论摘要：特种加工技术是直接借助电能、热能等各种能量进行材料加工的重要工艺方法。
本文简介了电火花加工，电化学加工，超声波加工等各种不同的特种加工技术，并介绍了特种加工技术的特点及未来发展方向趋势。
关键词：特种加工电火花加工电化学加工离子束加工超声波加工快速成形一.前言：近年来，计算机技术、微电子技术、自动控制技术、国防军工和航空航天技术发展迅速，与此同时，高度、高韧性、高强度和高脆性等难切削材料的应用日益广泛，制造精密细小、形状复杂和结构特殊工件的求也在日益增加。
社会需求与技术进步的结合促使特种加工技术不断进步和快速发展。
所谓特种加工，是一种利用化学能、电能、声能、机械能以及光能和热能对金属或非金属材料进行加工的方法。
其工作原理不同于传统的机械切削方法，即加工过程中工件与所用工具之间没有明显的切削力，工具材料的硬度也可低于工件材料的硬度。
特种加工技术在国内外各行各业的应用中取得了巨大成效，它们有着各自的特点，特殊材料或特殊结构工件的加工工艺性发生了根本变化，解决了传统加工方法所遇到的各种问题，已经成为现代工业领域中不可缺少的重要加工手段和关键制造技术。
二.特种加工的特点特种加工与一般机械切削加工相比，有其独特的优点，在某种场合上，它是一般机械切削加工的补充，扩大了机械加工的领域。
它具有以下较为突出的特点（1）不用机械能，与加工对象的机械性能无关，有些加工方法，如激光加工、电火花加工、等离子弧加工、电化学加工等，是利用热能、化学能、电化学能等，这些加工方法与工件的硬度强度等机械性能无关，故可加工各种硬、软、脆、热敏、耐腐蚀、高熔点、高强度、特殊性能的金属和非金属材料。
（2）非接触加工，不一定需要工具，有的虽使用工具，但与工件不接触，因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故使刚性极低元件及弹性元件得以加工。
（3）微细加工，工件表面质量高，有些特种加工，如超声、电化学、水喷射、磨料流等，加工余量都是微细进行，故不仅可加工尺寸微小的孔或狭缝，还能获得高精度、极低粗糙度的加工表面。
微细加工技术概述及其应用
2011 年春季学期研究生课程考核（读书报告、研究报告）考核科目:微细超精密机械加工技术原理及系统设计学生所在院（系）:机电工程学院学生所在学科:机械设计及理论学生姓名:杨嘉学号:10S008214学生类别:学术型考核结果阅卷人微细加工技术概述及其应用摘要微细加工原指加工尺度约在微米级范围的加工方法，现代微细加工技术已经不仅仅局限于纯机械加工方面，电、磁、声等多种手段已经被广泛应用于微细加工，从微细加工的发展来看，美国和德国在世界处于领先的地位，日本发展最快，中国有很大差距。
本文从用电火花加工方法加工微凹坑和用微铣削方法加工微小零件两方面描述了微细加工技术的实际应用。
关键词：微细加工；电火花；微铣削1微细加工技术简介及国内外研究成果1.1微细加工技术的概念微细加工原指加工尺度约在微米级范围的加工方法。
在微机械研究领域中，从尺寸角度，微机械可分为1mm~10mm的微小机械，1μm~1mm的微机械，1nm~1μm的纳米机械，微细加工则是微米级精细加工、亚微米级微细加工、纳米级微细加工的通称。
广义上的微细加工，其方式十分丰富，几乎涉及现代特种加工、微型精密切削加工等多种方式，微机械制造过程又往往是多种加工方法的组合。
从基本加工类型看，微细加工可大致分为四类：分离加工——将材料的某一部分分离出去的加工方式，如分解、蒸发、溅射、切削、破碎等；接合加工——同种或不同材料的附和加工或相互结合加工方式，如蒸镀、淀积、生长等；变形加工——使材料形状发生改变的加工方式，如塑性变形加工、流体变形加工等；材料处理或改性和热处理或表面改性等。
微细加工技术曾广泛用于大规模集成电路的加工制作，正是借助于微细加工技术才使得众多的微电子器件及相关技术和产业蓬勃兴起。
目前，微细加工技术已逐渐被赋予更广泛的内容和更高的要求，已在特种新型器件、电子零件和电子装置、机械零件和装置、表面分析、材料改性等方面发挥日益重要的作用，特别是微机械研究和制作方面，微细加工技术已成为必不可少的基本环节。
纳秒脉冲微细电化学加工的理论及试验_张朝阳
的加工间隙有关。 工件上的加工区域极间间隙最小， 电解液电阻也最小，记为 R1，决定双电层电容充放 电的时间常数τ1=R1C； 非加工区域离工具阴极较远， 电阻较大，记为 R2 ，时间常数 τ2=R2C 。正是由于 τ1<τ2，造成了加工区和非加工区施加相同的脉冲电 压却产生不同的过电位[6]。 根据电化学极化的 Butler-Volmer 方程，电极上 双电层的过电位 φ 影响电化学反应的电流密度 i ⎛ β nF ⎞ (5) i = i 0 exp ⎜ ϕ ⎜ RgTa ⎟ ⎟ ⎝ ⎠
∗ 航空科学基金(04H52055)和南京航空航天大学博士学位论文创新与创 优基金(BCXJ04-09)资助项目。20060208 收到初稿，20060812 收到修 改稿
前后电极／溶液界面上所发生的物理、化学变化和 电极反应的等效电路，探讨其加工机理。而直流电 解加工和普通脉冲电解加工，都是利用电极过程进 入稳定状态后的电化学反应实现工件材料的去除加 工，常用极化曲线研究，属于稳态加工过程。 本文根据电化学原理建立了纳秒脉冲微细电解 加工的理论模型，分析了影响微细电解加工精度的 工艺因素；并利用所构建的微细电解加工系统，进 行微细电解加工试验，实现了微米级工具电极的制 作和工件微细结构的加工。
i0 ——交换电流密度 β ——电极反应的传递系数 Rg ——气体常数 Ta ——绝对温度 根据法拉第定律：电极界面上发生电化学反应 物质的量 V 与通过的电量和材料的电化学当量成正 比。对于脉冲电解加工，每个脉冲周期 Tp 内的电量 相同。因此电化学去除量为 ton t V = ω Itm = ω m ∫ i (t )Adt = 0 Tp
第 43 卷第 1 期 2007 年 1 月
机 械 工 程 学 报
先进制造工艺技术及其装备(新)
一、多选(共计25分,每题2.5分,每题答案完全一样得满分,少选、多选、错选均不得分。
)1、快速成型技术的主要优点包括( )。
A. 成本低B. 环保C. 制造速度快D. 适用于大批量生产错误:【A;B;C】2、工业机器人的性能特征由（）。
A. 通用性B. 柔性C. 灵活性D. 智能化错误:【A;B;C;D】3、国际生产工程研究学会（CIRP）定义：“制造是一个涉及制造工业中产品设计、物料选择、（）市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称”。
A. 生产计划B. 生产过程C. 质量保证D. 经营管理错误:【A;B;C;D】4、超精密切削时积屑瘤对加工表面粗糙度的影响（）。
A. 积屑瘤�{度大表面粗糙度大B. 积屑瘤�{度大表面粗糙度小C. 积屑瘤小时表面粗糙度小D. 积屑瘤小时表面粗糙度大错误:【A;C】5、机器人臂部分类根据驱动方式可分为气压驱动，液压驱动，电力驱动，复合驱动。
A.B.错误:【正确】6、高速切削加工的关键技术是指（）。
A. 高速主轴B. 高性能的CNC控制系统C. 高速加工工艺D. 快速进给系统错误:【A;B;C;D】7、电解加工可以加工任何高硬度的金属材料和非金属材料。
（）A.B.错误:【错误】8、电解磨削时主要靠砂轮的磨削作用来去除金属，电化学作用是为了加速磨削过程（）A.B.错误:【错误】9、激光束、离子束、电子束均可对工件表面进行改性。
（）A.B.错误:【正确】10、先进制造技术的发展特点（）。
A. 小批量→少品种大批量→多品种变批量B. 从劳动密集型→设备密集型→信息密集型→知识密集型变化。
C. 手工→机械化→单机自动化→刚性流水自动线→柔性自动线→智能自动化。
D. 蒸汽时代→电气时代→信息时代错误:【A;B;C】二、判断(共计25分,每题2.5分)11、阳极钝化现象的存在，会使电解加工中阳极溶解速度下降甚至停顿，所以它是有害的现象，在生产中应尽量避免它（）A. 正确B. 错误错误:【B】12、刀具系统的平衡过程就是在平衡面上找到校正质量的位置和大小，然后再加上或减去校正质量。
微细加工技术概述及其应用
武汉工程职业技术学院毕业论文课题名称机加工细微加工技术概述及其应用学生姓名陈凯 .学号1104180317专业模具设计与制造班级 2011级模具三班指导教师秦丽萍年月日目录摘要 (3)引言 (4)第一章微细加工技术简介及国内外 (5)1.1 (5)1.2 (9)第二章微细加工技术应用实例 (11)2.1 (11)2.2 (13)总结 (15)参考文献 (16)3 微细加工技术概述及其应用摘要：微细加工原指加工尺度约在微米级范围的加工方法，现代微细加工技术已经不仅仅局限于纯机械加工方面，电、磁、声等多种手段已经被广泛应用于微细加工，从微细加工的发展来看，美国和德国在世界处于领先的地位，日本发展最快，中国有很大差距。
本文从用电火花加工方法加工微凹坑和用微铣削方法加工微小零件两方面描述了微细加工技术的实际应用。
关键词：微细加工；电火花；微铣削引言：随着科学技术的发展，近年来在IT 、医疗器械以及通讯领域，人们对微小型零件(如：微型传感器、微型加速度计、微透镜阵列等)的需求日益增加。
这种需求的增加促进了微细加工技术的发展。
在目前的多种微细加工技术中，微机电系统(MicroElectroMechanicalSystem ，MEMS)一直是主流技术之一。
由于MEMS 技术衍生于微电子技术，它的主要加工对象被限制在硅基材料上，并且工件的几何形状基本上是简单的二维形状，因而只有在大规模集成电路的批量制造等方面才是经济的。
微细切削加工技术，特别是微细铣削作为MEMS 技术的补充，由于其几乎不受加工对象材料和几何形状的限制而受到研究人员的重视，正在成为微细加工技术中的新生力量。
近年来，采用传统的机械加工方法而进行微细制造的研究越来越受到人们的重视，针对特征尺寸在410~10m 所谓中间尺度微小机械零件的微细切削制造成为一大研究热点，其原因是机加工具有几大优势：1加工精度高；2生产效率高、灵活；3能加工任意三维特征的零件；4能加工包括钢在内的多种材料；5 1微细加工技术简介及国内外研究成果1.1微细加工技术的概念微细加工原指加工尺度约在微米级范围的加工方法。
电化学加工原理及应用总结
电化学加工原理及应用电化学加工（Electrochemical Making），也称电解加工，是利用金属在外电场作用下的高速局部阳极溶解实现电化学反应，对金属材料进行加工的方法。
常用的电化学加工有电解加工、电磨削、电化学抛光、电镀、电刻蚀和电解冶炼等。
电化学加工的原理：电化学加工是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解来将工件成型的。
如图1 所示，工件接直流电源的正极为阳极，按所需形状制成的工具接直流电源的负极为阴极。
阳极表面铁原子在外电源的作用下放出两个电子，成为正的二价铁离子而溶解进入电解液中（Fe－2e＝Fe+2）。
溶入电解液中的Fe+2又与OH－离子化合，生成Fe(OH)2沉淀，随着电解液的流动而被带走。
Fe(OH)2 又逐渐为电解液中及空气中的氧氧化为Fe(OH)3红褐色沉淀。
正的H+被吸收到阴极表面，从电源得到电子而析出氢气（2H+＋2e=H2↑）。
电解液从两极间隙（0.1～0.8 mm）中高速（5～60 m/s）流过。
当工具阴极向工件进给并保持一定间隙时即产生电化学反应，在相对于阴极的工件表面上，金属材料按对应于工具阴极型面的形状不断地被溶解到电解液中，随着工件表面金属材料的不断溶解，工具阴极不断地向工件进给，溶解的电解产物不断地被电解液冲走，工件表面也就逐渐被加工成接近于工具电极的形状，如此下去直至将工具的形状复制到工件上。
电化学加工的应用：电化学加工应用主要有电解加工、电化学抛光、电镀、电铸、电解磨削等方面。
具体应用于发动机叶片加工、火炮膛线加工、加工锻模型腔、深孔、小孔、长键槽、等截面叶片整体叶轮以及零件去毛刺、难导电硬脆材料加工等。
航空发动机叶片加工----相对于叶片的几何结构及采用的材料, 电解加工能充分发挥其技术特长。
尽管由于叶片精密锻造、精密铸造、精密辊轧技术的提高而有更多的叶片采用精密成形, 使电解加工叶片的数量有一些减少, 但随着叶片材料向高强、高硬、高韧性方向发展和钛合金、钴镍超级耐热合金的采用, 以及超精密、超薄、大扭角、低展弦比等特殊结构叶片的出现, 对电解加工又提出了新的、更高的要求, 电解加工依然是优选工艺方法之一。
电化学微／纳米加工技术
电化学微／纳米加工技术张杰;贾晶春;朱益亮;韩联欢;袁野;时康;周剑章;田昭武;田中群;詹东平【摘要】介绍电化学微／纳米加工技术，特别是厦门大学电化学微／纳米加工课题组建立起来的约束刻蚀剂层技术，旨在让广大师生了解这一特种加工技术，共同促进我国电化学微／纳米加工技术的研究及产业化进程。
【期刊名称】《大学化学》【年(卷),期】2012(027)003【总页数】8页(P1-8)【关键词】微／纳米加工技术;电化学微／纳米加工;约束刻蚀剂层技术【作者】张杰;贾晶春;朱益亮;韩联欢;袁野;时康;周剑章;田昭武;田中群;詹东平【作者单位】厦门学化学化工学院化学系,福建厦门361005;厦门学化学化工学院化学系,福建厦门361005;厦门学化学化工学院化学系,福建厦门361005;厦门学化学化工学院化学系,福建厦门361005;厦门学化学化工学院化学系,福建厦门361005;厦门学化学化工学院化学系,福建厦门361005;厦门学化学化工学院化学系,福建厦门361005 厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室福建,厦门361005;厦门学化学化工学院化学系,福建厦门361005 厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室福建,厦门361005;厦门学化学化工学院化学系,福建厦门361005 厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室福建,厦门361005;厦门学化学化工学院化学系,福建厦门361005 厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室福建,厦门361005【正文语种】中文【中图分类】O646随着近年来微电子、微/纳机电系统、现代精密光学系统、微全分析系统等高科技产业的迅猛发展，对微/纳米加工技术的要求也越来越高[1-2]。
一方面，传统的微/纳米加工技术存在着工具磨损、刚性、热效应等问题；另一方面，电火花、激光束、电子束加工等非传统微/纳米加工技术也难以避免热效应[3-5]。
电化学微/纳米加工技术无热效应，而且具有精度可控、去除率高、加工效率高、环境友好等优点。
精细化工生产过程中的智能控制系统研究
精细化工生产过程中的智能控制系统研究随着现代科学技术的发展，精细化工在环保、制造、医药等领域中发挥了重要作用。
而在生产过程中，精细化工必须确保严谨的质量控制和高效的生产效率，智能控制系统可以帮助企业更好地实现这些目标。
一、智能控制系统在精细化工中的应用智能控制系统可以在生产过程中实现对温度、压力、液位、流量等参数的实时监控和自动调节，提高生产效率和产品质量。
同时，在生产过程中，智能控制系统能够更加精确地控制运动过程，并减少产品变形和浪费。
二、智能控制系统的组成智能控制系统主要由硬件部分和软件部分组成。
硬件部分包括传感器、执行器、控制器等组件，软件部分包括数据采集系统、控制算法和人机交互界面。
传感器是智能控制系统中最重要的组件之一，它能够接收和转换不同类型的物理信号，并将其转化为数字信号。
执行器能够通过接收控制器的命令来对生产工艺进行调整，如改变阀门或泵的状态。
控制器是智能控制系统的核心，它能够处理传感器和执行器产生的信息，通过多种算法实现对生产过程的控制。
三、智能控制系统的优点使用智能控制系统可以带来诸多优点，如提高生产效率、减少产品变形和浪费、保证工作人员的安全性等。
最大的优势是实现了全流程数字化控制，从而提高了产品的质量和监管能力。
智能控制系统能够自适应环境变化和工艺参数的变化，保证生产过程的稳定性和运行安全。
智能控制系统还可以通过数据分析功能来发现潜在问题，提前解决问题，提高生产的效率。
四、智能控制系统的未来发展现在，智能控制系统还存在着一些问题，如高昂的成本、可靠性和维护问题等。
同时，在实际应用中，某些自动化控制还需要根据生产过程的实际情况进行手动调整。
然而，随着技术的发展和应用的不断深入，这些问题都将会得到解决。
在未来，智能控制系统将会在更多的领域得到应用，并不断完善智能化设计，进一步提高自动化程度和生产效率。
总之，智能控制系统在精细化工领域中具有重要的应用前景。
它将会更好地推进企业高质量发展和环保制造，提高工艺水平，降低环境污染和生产成本。
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微细电化学加工的自适应进给控制系统
微细加工技术（MPT）是一种高精度、高效的制造技术，应用于制造微小尺寸的零部件、光学元件、机械元件和生物芯片等领域。
微细电化学加工（M-ECM）是MPT中的一种重要技术，它利用电解作用原理，在微小尺寸的加工件和电极之间形成电化学加工电解质，实现
小孔、微凸、微凹等微细形貌的加工。
然而，微细电化学加工受到加工过程中放电的不确
定性、电解液流动的难以控制、电解质质量对加工精度的影响等问题的制约，导致加工精
度难以保证。
因此，开发一种自适应进给控制系统，对于提高M-ECM加工精度具有重要意义。
自适应进给控制系统的基本实现过程为：首先利用图像处理技术，得到微细加工表面
的几何信息，并根据几何信息计算出加工深度和加工速度等参数，然后通过对加工过程的
监测和控制，实现对加工过程的实时调整，最终实现微细加工件的高精度和高效率加工。
图像处理技术是实现自适应进给控制系统的关键技术之一。
它包括图像采集、图像预
处理、图像特征提取、几何信息计算等步骤。
对于微细加工表面的图像采集需要高分辨率
的显微镜和摄像机，同时采用合适的图像预处理算法，如灰度变换、边缘检测、滤波等技术，以得到清晰的图像。
图像特征提取技术通常采用局部二值模式（LBP）算法或特征点检测算法等技术，以提取出加工表面的几何信息。
几何信息计算包括加工深度和加工速度的
计算。
加工深度的计算通常采用梯度和阈值算法，可以得到微细加工表面的深度信息。
加
工速度的计算则需要根据加工深度，以一定的加工速率进行调整。
实时控制是自适应进给控制系统的另一重要技术。
通过控制电解液的流速、温度、成
分等参数，可以实现对加工过程中的电化学反应的控制；通过控制电极和加工件的距离，
可以实现加工深度的控制；通过控制加工速度，可以实现加工过程的优化。
同时，自适应
进给控制系统还可以通过监测加工过程中的电流、电压、电阻等参数，实现对加工过程的
实时调整和监测，从而保证加工精度和稳定性。
自适应进给控制系统还可以利用控制器和执行机构等设备实现自动化加工和实时控制。
控制器负责传输控制信号和接受反馈信号，执行机构负责实现信号转换和执行控制命令，
从而实现对加工过程的自动控制和监测。
总之，自适应进给控制系统是实现微细电化学加工高精度、高效率的关键技术之一。
它利用图像处理、实时控制、自动化技术等集成技术，实现对加工过程中的实时调整和监控，从而提高加工精度和稳定性。
未来，自适应进给控制系统还可以与人工智能、机器学
习等技术进行融合，实现更高水平的微细加工自动化和智能化。