微细电火花加工技术因具有加工材料广泛和微尺度制造能力强大等特点,被认为是加工微深孔和三维复杂微结构件最具潜力的方法之一,广泛应用于军工国防、航空航天、信息产业以及生物医疗器械等关键零部件的加工。随着加工结构特征尺寸的减小,电极损耗及控制成为制约微细电火花加工技术工程化应用的关键问题之一。本文在国家自然科学基金（51005027）和辽宁省自然科学基金（201602030）的支持下,以实现微细电极控形为目标,采用实验、仿真和理论相结合的方法,从如下四个方面开展研究工作:首先,纳米复合镀层微细电极自控形技术研究。鉴于均质材料电极经常出现棱边损耗的现象,本文设计了放电端面为非均质环状结构的工具电极,借助工具电极的特殊结构减缓棱边损耗速度以期达到均匀损耗的目的。在尝试了多种制造工艺的基础上,最终利用超声复合电沉积工艺制备出非均质纳米复合镀层电极。微细电火花加工实验表明纳米复合镀层所具备的优异耐热性和弱导电性,能够提高电极侧壁的耐电蚀能力,改善了微细电火花加工质量。进一步地,通过调整制备工艺配方、参数和材料成分制备了不同组分、不同纳米微粒材料及复合量的复合镀层电极进行微细电火花加工实验,实验总结了电沉积工艺参数与所制备纳米复合镀层电极的耐电蚀性能之间的规律。纳米复合镀层电极提升了电火花加工质量,但镀层稳定性和可靠性稍显不足,有必要换一种思路进一步开展研究。其次,连续脉冲放电条件下放电区域变化过程研究。击穿放电所产生的材料蚀除是击穿放电用于机械加工成为电火花加工方法的原因,也是电极不均匀损耗的根源。为研究放电区域变化情况,本文基于粒子运动状态完善了放电通道击穿模型,提出了电规准尤其是峰值电流、放电持续时间和脉冲频率影响放电间隙中放电点出现在端面不同区域的概率,进而影响损耗后电极形状的假设,随后借助单因素和正交实验获得了不同条件下工具电极形状变化规律。实验表明,在所研究参数的范围内脉冲宽度、峰值电流在一定程度上决定了电极端面中心区域、棱边区域的材料蚀除效率,实验结果与上述假设相吻合。在此基础上,建立了放电蚀除区域划分理论,形成了均质工具电极在线控形技术的理论基础。再次,均质工具电极的电规准控形实验研究。为建立电规准和工具电极端面形状之间的对应关系,本文采用图像处理技术提取加工后电极和工件轮廓特征,应用非线性最小二乘法拟合不同电规准下微细电极端面形状变化的作用曲线。数据表明:单因素实验条件下,随着峰值电流的增加,微细电极角损耗迅速增大而内凹状消失;仅改变脉冲宽度时,电极端面内凹状变化明显而角损耗基本不发生变化。因此,在忽略加工效率的情况下,通过大规模的实验数据可以掌握电规准与工具电极形状之间的工艺数据库,满足生产需要。此外实验中还发现,抬刀周期及抬刀速度的改变对工具电极端面内凹形状几乎没有影响,而工程中的抬刀动作是因放电间隙中放电状态较差引起的,因此有必要对电蚀产物在工具电极形状变化的作用开展研究。最后,电蚀产物对电极控形的影响机制研究。除电规准外,有人认为电蚀产物分布及浓度会影响工具电极形状,为了准确验证电蚀产物分布及浓度与工具电极形状变化的关系,本文设计了一种间接实现电蚀产物浓度可调的开放状态微细电火花加工实验方法,实验分析了不同放电面积条件下工具电极形状变化和工件底部材料的组成,排除了电蚀产物对工具电极形状的影响。进一步验证了放电蚀除区域划分理论的正确性。工具电极控形理论和实验研究一方面直接提升微细电火花加工质量,另一方面消除因工具电极形状变化带来的补偿难度,简化编程要求,对高效高质微细电火花加工技术的工程化应用具有重要理论价值和借鉴意义。