半导体硅材料凭借特殊的光学特性和物理特性,在高能衍射晶体领域的应用越来越广泛。然而作为一种典型的硬脆性材料,采用传统的机械加工方式加工半导体硅时,机械力易使加工表面产生崩碎和裂纹。电火花加工是通过电腐蚀现象蚀除材料的,对加工材料的硬度、脆性等没有限制,适合用于加工半导体硅材料。电火花铣削加工可以用规则形状(如棒、管、板、框架)的电极,配合工作台及主轴多坐标数控伺服运动加工零件。本课题首先分析了半导体与金属材料放电加工特性的不同,搭建了针对半导体硅材料加工的伺服控制系统;然后对电极损耗的形式进行了研究,并在伺服控制系统中采用了基于放电脉冲个数的电极损耗补偿措施;最后研究了工作介质属性对加工效率及电极损耗的影响,提出了丙三醇水溶液工作介质并进行了工艺研究。本文的具体研究内容如下:(1)开发了基于脉冲放电概率检测的电火花铣削实验平台。分析了半导体材料放电加工特性与金属加工特性的不同,设计了反馈信号检测电路和基于ARM微处理器的伺服控制系统;设计了适宜半导体硅材料加工的电火花加工脉冲电源,解决了采用金属加工用脉冲电源的功率散失问题;开发了可实时无误差逆向插补算法的路径控制策略。(2)建立了基于脉冲放电个数的实时电极补偿系统,研究了铣削路径对加工精度的影响。研究发现,不同进给方向的电极损耗形式和速度有所不同,轴向进给的损耗主要集中电极端面,径向进给时单层铣削厚度越小,其电极损耗更加集中在端面,更利于电极损耗的补偿。(3)分析了硅晶体材料在去离子水工作介质中电火花加工时出现的钝化问题及在火花油中加工形成的积碳问题。分析并实验验证了工作介质的电导率、介质成分对加工效果的影响。研究表明工作介质电导率的降低利于放电间隙的增大;含碳工作介质在放电产生的瞬时高温下会分解出碳,增强对电极的镀覆效应,减小电极损耗;但若碳含量过高,无法及时排除,则会产生积碳现象,从而影响加工的稳定性。(4)提出了采用丙三醇水溶液工作介质,实验研究了其浓度对加工效率和电极损耗的影响,证明其适宜的浓度为20%~30%。然后在一定加工条件下与去离子水的加工效果进行了对比发现:丙三醇水溶液中电火花加工稳定性更高,最佳占空比为1:7,远优于去离子水中的1:21;可以选用更高的脉冲放电能量,空载电压可以取到210V,而去离子水中仅180V,可以提高加工效率达3倍以上。