微细电极和孔的电火花加工尺寸一致性工艺.pdf

I S SN 1 00 0-0 0 5 4 清华大学学报(自然科学版)2 0 1 4年 第 5 4卷 第 l 1 期 CN 1 1 2 2 2 3 N J T s i n g h u a Un i v(S c i&Te c h n o 1)，2 0 1 4，Vo 1 5 4，No 1 1 微细电极和孔的电火花加工尺寸一致性工艺 张龙，李 勇，佟浩(清华大学 机械工程 系，制造 工程研究所，精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室，北京 1 0 0 0 8 4)摘 要：线放 电磨 削(WE D G)方法巧妙 地解 决 了微 细 电极 的在线制作 问题，启 动和促 进 了微 细 电火花加 工技 术研 究。但对于孔径小于 1 0 0“m 的批 量化微细 孔加工，WE DG面临 微细 电极制作及微细孔加 工 的尺 寸一致性 问题。该研 究在 微细 电火花加工实验系统改进 的基础上，为提 高微细 电极重 复制作精度、进行微细孔 的连续加 工，提 出切 向进 给 的线放 电磨 削方法，以降低机床定位精度对微 细电极制作精度 的影 响。通过微细 电极重复制作和微 细孔 加工实验，得到微细 电 极 重复制作 一致性精度小于 2“IT 1，微细孔连 续加工 直径 一 致性精度达到士1 1 b t m。关键词：微细 电火 花加 工；切 向进 给 线放 电磨 削；微细 电 极；微细孔；一致性精度 中图分类号：TG 6 6 1 文献标志码：A 文章编号：1 0 0 0 0 0 5 4(2 O 1 4)1 1-1 4 6 0 0 6 Di a me t e r c o n s i s t e nc y o f mi c r o e l e c t r o d e s a n d h o l e s m a c hi n e d b y EDM ZH ANG L o n g，L I Yo n g，T ON G Ha o (B e i j i n g K e y L a b o r a t o r y o f P r e c i s i o n U l t r a-P r e c i s i o n Ma n u f a c t u r i n g Eq u i p me n t s a n d Co n t r o l，I n s t i t u t e o f M a n uf a c t u r i n g En g i n e e r i n g，De p a r t me n t o f M e c h a n i c a l En g i n e e r i n g，T s i ng h u a Un i v e r s i t y，B e i j i n g 1 0 0 0 8 4，C h i n a)Ab s t r a c t：W i r e e l e c t r o d i s c ha r g e g r i n d i n g(W EDG)p r o v i d e s a n e f f e c t i v e a p p r o a c h f o r o n l i ne mi c r o e l e c t r o d e f a b r i c a t i o n t o a c c e l e r a t e t h e d e v e l o p me n t o f mi c r o e l e c t r o d i s c h a r g e ma c h i n i n g(mi c r o EDM)s y s t e ms Th e m a s s p r o d u c t i o n o f mi c r o h ol e s wi t h d i a me t e r s l e s s t h a n 1 0 0 b t m r e q u i r e s c o n s i s t e n t f a b r i c a t i o n a c c ur a c y o f t he mi c r o e l e c t r o d e s a n d t h e mi c r o h o l e s f o r i n d u s t r i a l a p p l i c a t i o n s The mi c r o e l e c t r o d e a nd m i c r o h o l e f a b r i c a t i o n a c c u r a c y i s i mp r o v e d b y a t a ng e n t i a l f e e d W EDG me t ho d t h a t r e d u c e s t h e i mpa c t o f t he ma c h i ne t o ol p o s i t i o n i n g a c c u r a c y o n t h e a c c u r a c y o f t h e m i c r o e l e c t r o d e f a b r i c a t i o n Te s t s s h o w t h a t t h e m i c r o e l e c t r o d e f a b r i c a t i o n a c c u r a c y i s b e t t e r t ha n 2“m a n d t h e mi c r o h o l e c o n t i n u o u s ma c h i ni n g a c c u r a c y i s b e t t e r t h a n 1 1“m Ke y wo r d s：mi c r o e l e c t r o d i s c h a r g e m a c h i n i n g(mi c r o EDM)；t a n g e n t ia l f e e d wi r e e l e c t r o d i s c h a r g e g r i n d i n g (TF-W EDG)；m i c r o e l e c t r o d e；mi c r o ho l e；c o ns i s t e nc y accuraCV l 2 2 O 1 46 O 一 1 46 5 微 细 电火 花 加工 为 非接 触 式 加工，采 用 微 小放 电能量和微细电极，可加工出大深宽比的微细孔、微 3维结构，在微小模具、精密仪器、生 物医学等领域 具 有广 泛应 用 前 景口 。若 要 实 现 微 孔(直 径 小 于 1 0 0 m)的加工，为 避免 二 次 装夹 误 差，微 细 电极需 要 在线 制作。微 细 电极 制作精 度 直接影 响微 孔形状 和尺寸精度，因此微细电极 的高精度在线制作方法 和工艺研 究 至关重 要。线 放 电磨 削(wi r e e l e c t r o d i s c h a r g e g r i n d i n g，WE DG)E 3 3 方 法 的 问世，为 微 细 电极 的在线 制作 提供 一 巧 妙 的技术 途 径促 进 了微 细 电火花 加工(mi c r o E D M)技术 研 究 的快 速 发 展。采用 WE D G 工艺，可 以加 工 出直 径 2 5 m 的微 细 电极和直径 5 m的微细孔 。在 2 O V 的开路电压 下，甚 至可 以加 工 出直 径 约 为 1 t L m 的微 细 电极 _ 5 。采用蠕 动式 微进 给 机构 的微 细 电火 花 加 工 装 置，可 以加工出了直径 2 5 m、长径 比大于 2 0的微细 电 极 。采用 压 电陶瓷驱 动 的微 进 给系统 加 工 出了直 径 4 5 m 微 细 电极 和直 径 8 m 微细 孑 L _ 7 。基 于 WE DG 的微 细 电火花 加工 方法，目前 加工 出的微 细 电极 和 孔 的直 径 可 小 至数 m，但 此 方 法 迄今 并未 出现 引人 注 目的工 业 应 用，其 显 见 原 因是 WE D G的加工效率较低，但更重要 的原因是微细电 极 和孔 的加工精 度一 致性 和连续 性 问题。由于微 细 电火花加 工 中存 在 电极损 耗现 象，且 电极 长度 有 限，当加工较 多数 量微 细 孔 时，电极需 要 不 断 修 整 或更 换，每次修整电极后或在线制作电极后 的直径一致 性精度，影响下一步微细孔的加工一致性精度。在微 细 电极 和孔 的加工 中，影 响 其一 致 性 精度 收稿 日期：基金项 目：作者简介：通信作者：2 O 1 3 1 1 1 1 国家 自然科学基金项 目(5 1 2 7 5 2 5 5)张龙(1 9 8 4 一)，男(汉)，山东，博士研究生 李勇，研究员，E ma i l：l i y o n g ma i l t s i n g h u a e d u c n