微細精密“電火花機床”加工系統應用解析 1 . 微細電火花加工的特點 微細電火花加工的原理與普通電火花加工并無本質區別。其加工的表面質量主要取決于電蝕凹坑的大小和深度,即單個放電脈沖的能量;而其加工精度則與放電間隙、工藝系統穩定性、電極損耗等因素密切相關。微細電火花加工也是利用脈沖電源,將高頻放電能量輸向放電間隙,靠產生的高溫熱效應等綜合效應實現對材料的去除,從而達到對工件加工的目的。但由于被加工的孔徑細微,一般在<5～100μm之間,因此要達到加工的尺寸精度和表面質量要求,還有一些特殊的要求。微細電火花加工具有以下一些特點: (1) 放電面積很小
微細電火花加工的電極一般在<5～100μm 之間,對于一個<5 μm 的電極來說,放電面積不到20μm2 ,在這樣小的面積上放電,放電點的分布范圍十分有限,極易造成放電位置和時間上的集中,增大了放電過程的不穩定,使微細電火花加工變得困難。 (2) 單個脈沖放電能量很小
為適應放電面積極小的電火花放電狀況要求,保證加工的尺寸精度和表面質量,每個脈沖的去除量應控制在0. 10～0. 01μm 的范圍內,因此必須將每個放電脈沖的能量控制在10 - 6～10 - 7 J 之間,甚至更小。 (3) 放電間隙很小
由于電火花加工是非接觸加工,工具與工件之間有一定的加工間隙。該放電間隙的大小隨加工條件的變化而變化,數值從數微米到數百微米不等。放電間隙的控制與變化規律直接影響加工質量、加工穩定性和加工效率。特別是微細電火花加工中,微孔的加工占大部分,放電間隙的大小與穩定程度更是微孔加工得以成功的關鍵。 (4) 工具電極制備困難
要加工出尺寸很小的微小孔和微細型腔,必須先獲得比其更小的微細工具電極。在以往的微細電火花加工中,微細工具電極一般采用專門加工后,二次安裝到機床主軸頭上的方法,此時明顯存在著微細電極的安裝誤差及變形誤差等,難以保證工具電極與工作臺面的垂直度以及電極與回轉主軸的同軸度等。線電極電火花磨削(WEDG) 出現以前,微細電極的制造與安裝一直是制約微細電火花加工技術發展的瓶頸問題。由于微細電極安裝過程中存在的問題,采用離線方式進行電極的檢測顯然是不可取的。從目前的應用情況來看,采用WEDG技術能很好地解決微細工具電極的制備問題。為了獲得極細的工具電極,要求具有高精度的WEDG系統,同時還要求電火花加工系統的主軸回轉精度達到*的水準,一般應控制在1μm 以內。 (5) 排屑困難,不易獲得穩定火花放電狀態
由于微孔加工時放電面積、放電間隙很小,極易造成短路,因此欲獲得穩定的火花放電狀態,其進給伺服控制系統必須有足夠的靈敏度,在非正常放電時能快速地回退,消除間隙的異常狀態,提高脈沖利用率,保護電極不受損壞。 2 . 微細電火花加工系統的總體方案設計 根據以上微細電火花加工的特點分析,在參閱大量國內外有關微細電火花加工及相關的技術研究成果基礎上,設計并研制了一臺微細電火花加工系統原理樣機。該系統分為機械和電氣兩大部分,機械部分主要由4 個部分組成:橫軸布局旋轉主軸、步進電機及壓電陶瓷伺服進給裝置、制作微細電極的反拷系統和讀數顯微鏡,其構成框圖如圖1 所示。 
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