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微細(xì)精密“電火花機(jī)床”加工系統(tǒng)應(yīng)用解析
1 . 微細(xì)電火花加工的特點(diǎn)
微細(xì)電火花加工的原理與普通電火花加工并無(wú)本質(zhì)區(qū)別。其加工的表面質(zhì)量主要取決于電蝕凹坑的大小和深度,即單個(gè)放電脈沖的能量;而其加工精度則與放電間隙、工藝系統(tǒng)穩(wěn)定性、電極損耗等因素密切相關(guān)。微細(xì)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(chǎn)生的高溫?zé)嵝?yīng)等綜合效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的去除,從而達(dá)到對(duì)工件加工的目的。但由于被加工的孔徑細(xì)微,一般在<5～100μm之間,因此要達(dá)到加工的尺寸精度和表面質(zhì)量要求,還有一些特殊的要求。微細(xì)電火花加工具有以下一些特點(diǎn):
(1) 放電面積很小
微細(xì)電火花加工的電極一般在<5～100μm 之間,對(duì)于一個(gè)<5 μm 的電極來(lái)說(shuō),放電面積不到20μm2 ,在這樣小的面積上放電,放電點(diǎn)的分布范圍十分有限,極易造成放電位置和時(shí)間上的集中,增大了放電過(guò)程的不穩(wěn)定,使微細(xì)電火花加工變得困難。
(2) 單個(gè)脈沖放電能量很小
為適應(yīng)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(zhì)量,每個(gè)脈沖的去除量應(yīng)控制在0. 10～0. 01μm 的范圍內(nèi),因此必須將每個(gè)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(shù)值從數(shù)微米到數(shù)百微米不等。放電間隙的控制與變化規(guī)律直接影響加工質(zhì)量、加工穩(wěn)定性和加工效率。特別是微細(xì)電火花加工中,微孔的加工占大部分,放電間隙的大小與穩(wěn)定程度更是微孔加工得以成功的關(guān)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(xì)型腔,必須先獲得比其更小的微細(xì)工具電極。在以往的微細(xì)電火花加工中,微細(xì)工具電極一般采用專門加工后,二次安裝到機(jī)床主軸頭上的方法,此時(shí)明顯存在著微細(xì)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(tái)面的垂直度以及電極與回轉(zhuǎn)主軸的同軸度等。線電極電火花磨削(WEDG) 出現(xiàn)以前,微細(xì)電極的制造與安裝一直是制約微細(xì)電火花加工技術(shù)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。由于微細(xì)電極安裝過(guò)程中存在的問(wèn)題,采用離線方式進(jìn)行電極的檢測(cè)顯然是不可取的。從目前的應(yīng)用情況來(lái)看,采用WEDG技術(shù)能很好地解決微細(xì)工具電極的制備問(wèn)題。為了獲得極細(xì)的工具電極,要求具有高精度的WEDG系統(tǒng),同時(shí)還要求電火花加工系統(tǒng)的主軸回轉(zhuǎn)精度達(dá)到*的水準(zhǔn),一般應(yīng)控制在1μm 以內(nèi)。
(5) 排屑困難,不易獲得穩(wěn)定火花放電狀態(tài)
由于微孔加工時(shí)放電面積、放電間隙很小,極易造成短路,因此欲獲得穩(wěn)定的火花放電狀態(tài),其進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)必須有足夠的靈敏度,在非正常放電時(shí)能快速地回退,消除間隙的異常狀態(tài),提高脈沖利用率,保護(hù)電極不受損壞。
2 . 微細(xì)電火花加工系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)
根據(jù)以上微細(xì)電火花加工的特點(diǎn)分析,在參閱大量國(guó)內(nèi)外有關(guān)微細(xì)電火花加工及相關(guān)的技術(shù)研究成果基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)并研制了一臺(tái)微細(xì)電火花加工系統(tǒng)原理樣機(jī)。該系統(tǒng)分為機(jī)械和電氣兩大部分,機(jī)械部分主要由4 個(gè)部分組成:橫軸布局旋轉(zhuǎn)主軸、步進(jìn)電機(jī)及壓電陶瓷伺服進(jìn)給裝置、制作微細(xì)電極的反拷系統(tǒng)和讀數(shù)顯微鏡,其構(gòu)成框圖如圖1 所示。
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