金属波导元件是射电天文望远镜中的重要组成部分,紫铜因其良好的机械性能被用于此波导器件的加工,而微米尺度的紫铜波导孔和耦合孔加工是关键技术难点,采用超声增材技术可对其进行整体加工,本文对相关工艺进行了基础研究:首先用超声波焊接技术对紫铜薄片分层焊接,得到紫铜超声波最佳焊接工艺并探究了紫铜超声波焊接机理。在焊接基础上采用微细电火花加工内部信号孔、耦合孔,并引入超声辅助以提高放电加工效率。重复以上步骤,直至构件加工完成。相关研究结果如下:紫铜超声波焊接接头拉伸实验表明:焊接时间600ms,焊接功率1400W,焊接压力0.4MPa时,接头抗拉强度最大,可达1498.7N。采用单因素分析法分析三个实验主参数对接头强度影响的显著性:焊接压力对接头强度影响最大,焊接功率与焊接时间影响不显著。分析不同工艺参数间交互作用对接头强度影响显著性规律,任意两参数交互作用对接头强度的影响都高于单一参数的影响,因此紫铜的超声焊接实验中:不同参数之间的交互作用是实现连接的关键所在。且不同焊接参数交互作用:焊接时间与焊接压力交互作用>焊接功率与焊接压力交互作用>焊接时间与焊接功率交互作用。对焊接接头宏观形貌分析表明:紫铜超声波焊接初期会出现锯齿状机械嵌合,随着焊接工艺参数的增大,机械嵌合消失。微观组织分析表明:冶金结合较好区域存在沿金属接触界面晶粒细化现象,由此推断出超声波焊接紫铜过程中,焊点中心区域发生部分紫铜金属熔化现象。研究紫铜超声波焊接过程:紫铜超声波焊接接头连接过程中界面处发生了原子扩散,且焊接压力较大时,原子扩散较充分,接头质量更好。对紫铜电火花加工机理进行探究并建立相关数学模型,研究了脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲电流、极值电压、放电间隙等参数对脉冲能量、放电加工工艺效果的影响。据此拟定4套纯钨电极对紫铜波导放电加工的放电规准:C005、C004、C923和C915,对超声波焊后紫铜进行放电加工,侧重加工精度、兼顾放电效率和电极损耗因素下确立C923放电规准为对紫铜放电加工最佳实验方案。较优参数及规准下进行超声波分层焊接并在焊接基础上放电加工内部轮廓,多次重复以上步骤加工得本振信号空、接收信号孔和耦合孔。对比融合加工后与精密铣削加工下所得孔道精度,结果表明:C923放电规准下孔道槽角误差和平面度误差均远小于精密铣削加工,验证了微米尺度加工精度下电火花放电加工的优越性。对放电加工过程中工具电极损耗进行实时补偿,探究了电极损耗补偿工艺对加工精度控制和提升的积极作用。保证加工精度的基础上为提高放电加工效率,引入超声辅助模块。设计并制作了一套简易超声模块:包括超声波发生器、超声换能器及夹持保护装置(套筒夹持件、保护壳、连接件)。超声振动作用下对紫铜进行放电加工,并设置普通电火花加工为对照实验。结果表明:是否超声振动对放电加工效率并未有明显影响。这与相关研究规律不符。据此分析此结果产生原因:超声振动振幅较小且电极与换能器之间连接不善使得传递到工具电极端面的位移量太小,不足以改善放电间隙。较小超声振动位移无法对稳定放点电弧造成影响,也不足以将沉积于两级之间的碎屑排走,从而无法减少碎屑的电弧放电或由碎屑造成的短路现象。为对原因分析进行验证并改善超声模块以提升放电加工效率,设计与超声波换能器相匹配变幅杆以放大超声振动振幅。对所设计变幅杆进行理论求解并通过ANSYS软件进行仿真分析。模态分析表明:在接近额定频率20KHz期望值下,固有频率值19504Hz模态振型为X轴方向纵向振动,满足设计要求。此频率值下谐响应分析表明:所设计变幅杆振幅放大系数为2.75。2.75倍的振幅放大与传统优势连接(超声波换能器连接变幅杆、变幅杆连接工具电极)弥补了振幅较小及工具电极和换能器直接相连所导致的振动削减问题,应能实现超声振动作用下对紫铜放电加工效率的提升。