精华区文章阅读

发信人: grace (忧昙花), 信区: Mechatronics
标  题: [转载]  微细电火花加工关键技术研究(三)
发信站: 紫丁香 (Mon Apr 24 19:46:21 2000), 转信

【以下文字转载自 NTM 讨论区】
【原文由 oil 所发表】
3　加工实验结果

3.1　微小轴
　　图3(a)、图3(b)所示分别为线放电磨削加工出的φ38μm×0.6mm微小圆轴和55μm×55μm
×0.4mm微小方轴的SEM照片。图(a)所用加工电压为100V，放电电容为1000pF，主轴转速
1200r/min。图(b)的加工电压为100V，放电电容为100pF。

                                          　　　　　(a)

                                           　　　　(b)
                                  　　　　图3　微小轴加工示例

　　在圆轴加工过程中，主轴的旋转运动保证轴的圆度。线磨削丝沿导槽面的移动，补偿了自身
的放电损耗，确保被加工轴的尺寸精度。使主轴不旋转，仅利用线磨削丝沿导槽面相对被加工轴
的移动，亦有效地实现了非圆截面轴的正常加工。
　　采用旋转主轴头与线放电磨削走丝机构相结合制作微小轴(工具电极)的方法，旋转主轴的径
向跳动、线磨削丝的直径均匀度以及走丝平稳性都直接影响轴的加工精度和可能达到的极限尺
寸。在迄今的加工实验中，加工出的轴的最小直径为25μm，最大深宽比超过20。

3.2　微小孔
　　图4所示是使工具电极随主轴旋转，利用微小圆轴在厚度为0.2mm不锈钢片上加工出的直径44
μm微小孔的SEM照片。所用加工电压为100V，放电电容为100pF，主轴转速1200r/min。

                                  　　　　图4　微小孔加工示例

　　加工微小孔时，工具电极前端的损耗影响孔的形状精度和加工深度。通孔加工时在贯通后继
续使电极轴额外进给一段，可减小孔的锥度，使孔的进出口径一致。因此一般所用工具电极轴的
长径比远大于可实现的高精度直圆孔的深宽比。

3.3　三维微小结构
　　在微小孔加工过程中，由于工具电极尺寸微小，相对损耗比较严重。电极的轴向损耗虽然可
以补偿，但电极的侧向损耗直接破坏电极的形状。
　　利用简单形状工具电极、采用选择电极端部放电扫描加工的方法，是三维微小结构的微细电
火花加工的一可行途径［5］。其加工特点是积极利用电极端部的轴向损耗，通过往复扫描加工均
化掉电极损耗造成的轴向加工误差；同时每扫描加工一层的轴向进给量极小，使电极端部的侧向
损耗部分随轴向损耗而消除掉，避免了电极的侧向损耗对加工形状的不利影响。
　　图5所示为用圆棒状工具电极在单晶硅材料上加工出的微小立体结构示例，每扫描加工一层
的轴向进给量为20～10μm。加工电压100V，放电电容100pF，主轴转速1200r/min。

                              　　　　图5　微小立体结构加工示例

　　采用选择电极端部放电扫描加工的方法，每扫描加工一层的轴向进给量愈小，成型精度愈
高。这虽然增大往复加工次数，但数控技术的普遍应用将弥补其不足。

4　结　论

　　设计实现了一种具有提高进给输出推力特点的蠕动式微进给机构用于微细电火花加工电极的
进给驱动，在满足微小放电间隙对高进给精度和响应速度要求的同时，使机械系统简单紧凑。并
与精密旋转主轴头和线放电磨削走丝机构结合构建出微细电火花加工装置的核心运动机构。采用
RC微小能量放电电源和利用平均充放电电流的加工状态检测方法，适合微细电火花加工的特殊要
求。
　　实验研究了微细电火花加工微小轴(工具电极)、高深宽比微小孔、非圆截面形状和三维结构
成型等的工艺方法及其主要影响因素。制作出的微小轴(工具电极)直径小至25μm，最大深宽比
超过20。采用削边电极的方法加工出高深宽比的微小孔。微小孔的深宽比达到10以上，最小孔径
小于50μm。选择工具电极端部放电扫描加工实现了三维微小结构的成型。
　　微细电火花加工的适用加工尺寸范围为300μm以下，填补了工业用精密或小型电火花加工未
能涵盖的微小尺寸领域，将成为微型机械制造的一有效手段。

*基金项目：北京市自然科学基金资助项目 (3952003)
第一作者：男，1962年生，副研究员
作者单位：清华大学精密仪器与机械学系，北京 100084

参考文献

　1　Masuzawa T，Fujino M，Kobayashi K，et al. Wire electro-discharge grinding for
micro-machining. Annals of the CIRP，1985，34(1): 431～434
　2　Masuzawa T，Tsukamoto J，Fujino M. Drilling of deep microholes by EDM. Annals
of the CIRP，1989，38，(1): 195～198
　3　Masaki T，Kawata K，Masuzawa T. Micro electro-discharge machining and its
applications. In: Proceedings of 3rd IEEE Microelectromechanical Systems Workshop.
Napa Valley，California，USA，1990，21～26
　4　Hu Min，Li Yong，Zhou Zhaoying，et al. Electrostrictive Linear Motor for Direct
Micro Feed Drive. In: Proceedings of The International Conference on
Mciromechatronics for Information and Precision Equipment. Tokyo，Japan，1997，273～
275
　5　余祖元，增泽隆久. ［放电加工による微细キヤビテイの形成］，东京大学生产技术研究
所生产研究，1997，49(9)：395～400

                                                                           收稿日期：1998-10-05

--
※ 来源:．紫丁香 bbs.hit.edu.cn．[FROM: 202.118.226.98]
--
※ 转载:．紫丁香 bbs.hit.edu.cn．[FROM: grace.hit.edu.cn]

Mechatronics 版 (精华区)