微细电火花加工技术
先进制造—微细电火花加工技术
微机械和微制造的基础——微细电火花加工技术摘要：作为一种实用的微细加工技术，微细电火花加工在加工微细轴、微小孔等小尺度的零件时具有独特的优越性。
本文简略地介绍了微细电火花加工技术的原理，分析了微细电火花加工的特点和优点，研究了微细电火花加工的关键技术，并详细介绍了一种微细电火花加工装置及其应用。
关键词：微细电火花加工原理特点关键技术装置应用0.引言微细加工技术是先进制造技术的重要组成部分，是实现微机械产品的最基本技术，不仅直接影响着尖端技术和国防工业的发展，而且还影响到机械产品的加工精度和加工表面质量，影响产品的国际竞争力。
目前，世界各国都非常重视微细加工技术，将其作为发展先进制造技术中的优先发展内容。
作为微细加工技术的一个重要分支，微细电火花加工技术因其具有设备简单、可控性好、无切削力、适用性强等一系列优点，在微小尺度零件的加工中获得大量应用，受到国内外学者的广泛关注。
1.微细电火花加工的原理及特点1.1微细电火花加工原理电火花加工(Electrical Discharge Machining)是指在绝缘介质中，通过工具电极和工件之间脉冲性火花放电时的电蚀现象对工件材料进行蚀出，以达到一定的形状尺寸和表面粗糙度要求的一种加工方法。
微细电火花加工(micro Electro Discharge Machining，简称micro-EDM)的原理与普通电火花加工并无本质区别。
电火花加工中电极材料的蚀除过程是火花放电时的电场力、磁力、热力、流体动力、电化学及胶体化学等综合作用的过程。
当脉冲电压施加到工具与工件电极之间时，极间介质被击穿并形成一个极为细小的放电通道。
放电通道是由数量大体相等的带正电粒子(正离子)和带负电粒子(电子)以及中性粒子(原子或分子)组成的等离子体。
在极间电场作用下，通道中的正离子与电子高速地向阴极和阳极运动并发生剧烈碰撞，从而在放电通道中产生大量的热;同时，阳极和阴极表面分别受到电子流和离子流的高速冲击，动能也转换为热能，在电极放电点表面产生大量的热，整个放电通道形成一个瞬时热源，其温度可达℃以上。
微细电火花加工的关键技术分析
微细电火花加工的关键技术分析2002年第26卷石油大学学报(自然科学版)Vol.26 No.3 第3期JournaloftheUniversityofPetroleum,China Jun.2002文章编号:1000-5870(2002)03-0065-04微细电火花加工的关键技术分析李文卓1,赵万生1,于云霞2(1.哈尔滨工业大学特种加工研究所,黑龙江哈尔滨150001;2.胜利石油学校机械教研室,山东东营257000) 摘要:微细电火花加工方面的几项关键技术包括微小进给装置、微细电极的制备、微小能量加工电源、与其他技术组合的新型加工技术和微细电火花加工过程控制技术。
比较了微小进给装置与传统的进给伺服系统的结构特点,并对各项微细电火花技术的技术特点进行了详细分析。
微小进给装置的传动精度及系统的频响较高;微细电极的制备技术解决了圆柱、圆锥、螺纹等不同形状的电极或微小零件的制备及对硬质合金、聚晶金刚石等超硬材料的加工问题;可控RC脉冲电源技术易于调整脉冲能量,避免发生电弧性脉冲放电现象;微细电火花加工可与超声加工、电铸加工等技术组合形成各种复合加工技术;模糊控制技术可用于控制电火花加工过程。
关键词:微细电火花加工;微型进给装置;微能脉冲电源;模糊控制;特种加工中图分类号:TG22 文献标识码:A引言微细加工技术是现代制造技术的一个重要发展方向,而微细电火花加工技术是实现微细加工的有效手段之一。
目前,微细电火花加工技术在航空航天、医学、模具、微电子器件、生物技术、微型传感器和微型电器制造等方面得到广泛应用[1～6]。
微细电火花技术主要包括5方面的关键技术:①高精度微小进给装置;②微细电极制作技术;③微小能量的加工电源;④与其他技术组合的新型加工技术;⑤加工过程的监控技术。
1.1 蠕动式图1为蠕动式微型电火花加工进给装置的工作原理示意图。
该装置包括夹紧块A和B、进给机构C和电极丝。
夹紧块A、B及进给机构C按着一定的顺序动作即可实现电极的快速进给或回退,并实现电极对工件的电火花加工[4]。
微细电火花加工技术
微细电火花加工技术微细电火花加工技术是一种高精度加工方法，它通过利用电火花放电的瞬间高温和高压能量，将工件表面的金属材料溶解、熔化、蒸发和喷射等效应，实现对工件进行微细加工的一种技术。
微细电火花加工技术具有加工精度高、表面质量好、加工效率高等优点，在模具制造、航空航天、医疗器械等领域有着广泛的应用。
微细电火花加工技术的原理是利用电火花放电过程中产生的高温等效应来加工工件。
在微细电火花加工过程中，工件和电极通过一个电解液隔开，当施加足够的电压时，电极上会产生高频率的电火花放电。
电火花放电瞬间产生的高温和高压能量会使电解液中的金属离子快速聚集在工件表面，形成微小的气泡，同时气泡瞬间爆破产生的压力将工件表面的金属材料冲击下来。
通过不断重复这个过程，就可以实现对工件表面的微细加工。
微细电火花加工技术的加工精度非常高，可以达到亚微米级别。
这是因为在电火花放电过程中，由于高温和高压能量的局部聚集作用，使得工件表面的金属材料局部熔化和蒸发，从而实现微细加工。
此外，微细电火花加工技术还可以实现对工件表面的复杂形状、小孔和细槽等微细结构的加工，具有很高的灵活性。
微细电火花加工技术的应用非常广泛。
在模具制造领域，微细电火花加工技术可以用于制造高精度的模具零件，如模具芯、模具腔等。
在航空航天领域，微细电火花加工技术可以用于制造航空发动机的涡轮叶片、航天器的结构零件等。
在医疗器械领域，微细电火花加工技术可以用于制造高精度的医疗器械零件，如人工关节、牙科种植体等。
微细电火花加工技术虽然有很多优点，但也存在一些限制。
首先，由于加工过程中电火花放电会产生高温，工件表面容易产生热应力，从而导致表面质量下降。
其次，微细电火花加工技术只适用于导电材料的加工，对于非导电材料的加工效果不佳。
此外，微细电火花加工技术的加工效率相对较低，加工速度较慢。
微细电火花加工技术是一种高精度加工方法，具有广泛的应用前景。
随着科技的不断进步和发展，微细电火花加工技术将会进一步提高加工精度和效率，为各个领域的微细加工需求提供更好的解决方案。
微细电火花加工设备技术研究
设计与研究
位移 分辨 率 的同时 实现 大位移 行程 的优 点 。其基 本结 构 和运动 原理 见 图 ３所示 ， 主要 构件 包括 主轴 、 向压 轴键设 备技 术涉及 电极 的 微进 给 伺服 机构 、 微 电极和 工 件 的 附加 相 对运 动机 构 、 微 小能 ■放 电电源 以及 加工状 态检 测与控 制 系统 等。 文章 围绕 微细 电火花 加 工系统 的设计 实现 ． 介绍
基 于压 电致动原 理 以及摩 擦传 动 的微进 给机 构 、 具 电极 的 线放 电磨 削机 构 和旋 转 主 轴 、 工 以及 微 小
转 或振动无 疑有 利 于改 善 加 工 状 态 ， 助于 排 屑 和提 有
高加 工稳定 性 ， 电 加工 连续 稳 定 地 进 行。 为 提高 加 放
维普资讯
Ｄｉ。 ｅ ｄ ｓｎ ｇ
工 效 率 ， 必要 进一 步开 发电极 丝连 续进 给补偿 机 构。 有 图 ２为微 细 电极旋 转进 丝机构 原 理 示意 图 。由 进 给 活塞 、 常闭式 夹 丝机 构 、 开式 夹丝 机构 和导 向头 常 等构 成 ， 机构 与穿 于 其 中 的 电极 丝 被 置 于 旋 转套 筒 该
电极 轴 的尺 寸和形 状精 度 。同时 旋转 主轴 的径 向跳动 精度 也直接 限制 被加工 电极 轴 的最小尺 寸 。 主轴旋 转时 线放 电磨 削加工 制作 的工具 电极 为圆
截面轴 。若 使主轴 具 有 分 度 机构 ， 配台 轴 向的 精 密 再 进 给控 制 ， 可加工 多种 异 形截面 轴类形 状 。 从工艺 角度考 虑 ， 具 电极 在 加 工 过程 中附加 旋 工
能量 放 电电源 的设计 等 ， 并指 出需要 进 一步研 究 的课题 。 关键词 ： 微细 电火花加 工 微进 绐机构 线 放 电磨削机 构 微小 能■ 放 电电源
微制造系统中的微细电火花加工技术
微制造系统中的微细电火花加工技术*Micro EDM Machining Techn olgy in Micro Manu factu rin g System王振龙赵万生(哈尔滨工业大学)摘要:文章系统地研究和综述了微细电火花加工技术的研究现状和发展趋势,论述了微细电火花加工技术在微三维结构制作及微制造系统中的应用。
关键词:微细电火花加工微制造现代制造技术的发展呈现两大趋势,一是现代制造系统的自动化技术;另一个就是寻求固有制造技术的自身微细加工极限[1]。
微型机械中,特别是其中的敏感器件、控制仪表、动力系统、执行机构等关键器件要使用到大量的微制造技术,如微型机器人、微型工具、微型飞机等。
这些微型机械的需求对现代制造技术提出了新的挑战。
解决这一制造难题的主要途径有两条,一方面是采用微机电系统技术,另一方面是采用微细特种加工技术。
从世界范围的微细加工技术的发展应用而言,欧美等国倾向于硅微结构的制作,即微细电子机械领域;而日本则更注重用传统的加工方法和特种加工方法从宏观尺寸零件的加工向微观尺度的零件加工逼近(如微小齿轮、微小模具、微细轴、孔等)[2,3]。
微机电系统技术是基于半导体平面工艺的一种加工方法,适合于将微传感器、微执行器、信息处理器件集成于一个微小单元。
从工艺角度上看有集成度高、便于大批量生产等优点。
但是这种方法难以加工出真三维曲面形状,也难以处理各种性能卓越的金属材料,特别是一些极限作业环境下所要求的高强度、高韧性、高耐磨、耐高温、耐冲击、抗疲劳等性能,一般单一的半导体材料是很难达到的。
因此其应用范围受到了一定限制。
国外目前采取了微机电系统与微细加工并重的策略,以充分发挥各种加工方法的优点。
由于传统的机械加工过程存在着宏观的切削力,因此在加工微小零件,特别是微米尺度零件时,容易产生变形、发热等问题,精度控制较为困难。
另外,表面容易产生应力而影响产品的使用性能。
特种加工方法采用各种物理的、化学的能量及其各种理化效应,直接去除或增加材料以达到加工的目的。
微细电火花加工技术
微细电火花加工技术微细电火花加工技术的简要及背景随着世界范围产品日益的小型化和精密化,作为非接触式精微制造方法之一的微细及小孔电火花加工技术以其超精细和高精度的加工特点倍受学术界和工业界关注,目前已经成为微机械制造领域的重要组成部分之一,在制造业中得以广泛应用。
电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用，蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工。
主要用于加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件；加工各种硬、脆材料，如硬质合金和淬火钢等；加工深细孔、异形孔、深槽、窄缝和切割薄片等；加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具。
20世纪50年代初期,我国开始研究和试制电火花镀敷设备,即把硬质合金用电火花工艺镀敷在高速钢金属切削刀具和冷冲模刃口上,提高金属切削刀具和模具的使用寿命。
同时我国还成功研制了电火花穿孔机,并广泛应用于柴油机喷嘴小孔的加工。
60年代初,上海科学院电工研究所成功研制了我国第一台靠模仿形电火花线切割机床。
随后又出现了具有我国特色的冷冲模工艺,即直接采用凸模打凹模的方法,使凸凹模配合的均匀性得到了保证,大大简化了工艺过程。
60年代末,上海电表厂张维良工程师在阳极切割的基础上发明了我国独有的高速走丝线切割机床。
上海复旦大学研制出电火花线切割数控系统。
70年代随着电火花工艺装备的不断进步,电火花型腔模具成型加工工艺已经成熟。
线切割工艺也从加工小型冷冲模发展到可以加工中型和较大型模具。
切割厚度不断增加,加工精度也不断提高。
80年代以来计算机技术飞速发展,电火花加工也引进了数控技术和电脑编程技术,数控系统的普及,使人们从繁重、琐碎的编程工作中解放出来,极大的提高了效率。
目前计算机技术广泛应用于工业领域,电火花加工实现了数控化和无人化。
美国、日本的一些电火花加工设备生产公司依靠其精密机械制造的雄厚实力,通过两轴、三轴和多轴数控系统、自动工具交换系统及采用多方向伺服的平动、摇动方案,解决了电火花加工技术中一系列实质性的问题。
微细电火花加工技术
微细电火花加工技术微细电火花加工技术的简要及背景随着世界范围产品日益的小型化和精密化,作为非接触式精微制造方法之一的微细及小孔电火花加工技术以其超精细和高精度的加工特点倍受学术界和工业界关注,目前已经成为微机械制造领域的重要组成部分之一,在制造业中得以广泛应用。
电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用，蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工。
主要用于加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件；加工各种硬、脆材料，如硬质合金和淬火钢等；加工深细孔、异形孔、深槽、窄缝和切割薄片等；加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具。
20世纪50年代初期,我国开始研究和试制电火花镀敷设备,即把硬质合金用电火花工艺镀敷在高速钢金属切削刀具和冷冲模刃口上,提高金属切削刀具和模具的使用寿命。
同时我国还成功研制了电火花穿孔机,并广泛应用于柴油机喷嘴小孔的加工。
60年代初,上海科学院电工研究所成功研制了我国第一台靠模仿形电火花线切割机床。
随后又出现了具有我国特色的冷冲模工艺,即直接采用凸模打凹模的方法,使凸凹模配合的均匀性得到了保证,大大简化了工艺过程。
60年代末,上海电表厂张维良工程师在阳极切割的基础上发明了我国独有的高速走丝线切割机床。
上海复旦大学研制出电火花线切割数控系统。
70年代随着电火花工艺装备的不断进步,电火花型腔模具成型加工工艺已经成熟。
线切割工艺也从加工小型冷冲模发展到可以加工中型和较大型模具。
切割厚度不断增加,加工精度也不断提高。
80年代以来计算机技术飞速发展,电火花加工也引进了数控技术和电脑编程技术,数控系统的普及,使人们从繁重、琐碎的编程工作中解放出来,极大的提高了效率。
目前计算机技术广泛应用于工业领域,电火花加工实现了数控化和无人化。
美国、日本的一些电火花加工设备生产公司依靠其精密机械制造的雄厚实力,通过两轴、三轴和多轴数控系统、自动工具交换系统及采用多方向伺服的平动、摇动方案,解决了电火花加工技术中一系列实质性的问题。
微细电火花加工的实验研究
ｏ ２ ０Ｆｍ， 法满 足需求 。基 于微细 电 火花精 密 加 ．３ ｉ 无 ｌ
工 系 统 Ｉ Ｄ 一０ 针 对 所 需 加 工 的 微 小 孔 ， 先 加 ￣ Ｍ ５， Ｅ 首 工 出 了微 细 工 具 电 极 ， 后 在 零 件 上 加 工 出 了 ６个 然 均 匀 的微 小 孔 ， 径 为 ０ １ ５ｍｍ（ ３ 。 小 孔 的 边 直 ．５ 图 ） 缘 均 很 规 整 ， 径 一 致 性 也 很 高 ， 全 满 足 了 需 求 方 直 完
微 细 电 火 花 加 工 技 术 作 为 一 种 实 现 金 属 零 件 微
小 特 征 精 密 加 工 的 重 要 ＿ 艺 手 段 ， 引 了 国 内 外 众 Ｔ 吸 多 学 者 进 行 卓 有 成 效 的研 究 。 微 细 电 火 花 加 工 系统
与实验研究 是其 中重要 的研究 内容 。哈尔滨 工业 大
《 电加工与模具》２ Ｉ 年第 ２ ０１ 期
工 艺・ 备 装
微 细 电火 花 加 工 的 实 验 研 究
张 勇 斌 ，吉 方 ，刘 广 民 ，张 连 新 ，吴 祉 群
（中 国工程 物理研 究 院机械制 造工艺 研究所 ， 四川绵 阳 ６ １ ０ ２ ９ ０）
摘 要 ： 于 新 研 发 的 一 套 微 细 电 火花 精 密加 工 系统 Ｅ Ｍ一０ 在 金 属 材 料 上 进 行 了 一 些 典 型 的 基 Ｄ ５， 微 小特 征 精 密 加 工 实验 及 电 火花 放 电 沉 积 实验 。 该 系统 已作 为加 工 特 征 尺 寸 介 于数 十 微 米 到 数 毫
的要 求 。
件， 要求 在 围绕 其 中心 、 直 径 为 １ ３ 且 ． ５ｍｍ 的 圆周
上 均 匀 加 工 出 ６个 直 径 ０ １ ＇ｎ的 微 小 孔 。 用 微 ． ５ ＤＩ ｌ
D-微细电火花加工
322
第 15 届全国特种加工学术会议论文集（上）
后，FET1 由脉冲Leabharlann 制器关断，保证放电间隙恢复绝缘[2]。
图3
常规等脉宽晶体管式电源
图4
新型等脉宽晶体管式电源
刘广民等人结合 RC 式脉冲电源和晶体管式脉冲电源二者的优点，设计了一种基于 CPLD 的多模式微 能脉冲电源，总体结构如图 5 所示。上位机通过 RS-232 串口设置加工参数，主 MCU 负责对平均电压进行 A/D 转换、数据处理和将加工参数发送给 CPLD 以及主放电回路模式切换等任务，CPLD 负责产生功率管 的开关控制脉冲以及对各种状态的脉冲进行计数，从 MCU 作为模糊控制器，对来自 CPLD 的统计信息进 行模糊控制运算后，将处理结果通过 SPI 串口发送给主 MCU。通过控制功率管开关，可以获得：可加高 电压的独立式电源、带有消电离阶段的 RC 电源和可实现单脉冲加工的可控 RC 电源三种模式，微能脉冲 电压脉宽可小至 60 ns。CPLD 的采用实现了对放电脉冲的时序控制，脉冲参数和加工模式可在不影响加工 进程的情况下随时更改，使电源具有广泛适用性[3]。
微细电火花加工
321
微细电火花加工技术的研究概述
施威，张勇斌，何建国
（ 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川绵阳 621900 ）
摘要：基于微细电火花加工机床的重要组成部分，结合中物院机械制造工艺研究所的研究工作，介绍了国内 外在微能脉冲电源、微细电极制作、高精度进给机构和加工过程监测与控制等方面的研究进展，概述了微细电火 花加工技术的研究热点和未来的发展趋势。 关键词：微细电火花加工；微能脉冲电源；微细电极；高精度进给机构
324
第 15 届全国特种加工学术会议论文集（上）
微细电火花加工技术
２５ ｌ
生器 （ 关电路 ）和 Ｒ 开 Ｃ脉 冲发生器 ，如图 ２所示 。
维 微 细 形 状 的 加 工 。微 细 轮 廓 加 工 是 采 用 单纯 形 状
传统 电火花加工 机床采用开关 电路 （ ２ ａ ） 图 ，（） ，其
最 小脉 冲能 量为 １ Ｊ （ 电 电流＝ ．Ａ 放 ０ ５ ，脉宽＝ ． ０１ 微 秒） 。这 个级别 电脉冲能量在微细 电火花加工只适 用 于粗加 工或半径 加工 。为了降低 电脉 冲能量 ，必 须 采 用 纳 秒 级 电 源 ， 进 ～ 步 缩 短 电 脉 冲 脉 宽 （ｎｔ ｅ。然而 ， ｏ —ｍ ） ｉ 击穿 电极与 工件之 间的绝缘层需要
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１７ —７ ８ （０ ７０ —０ １ —７ ６ ３ １０２ ０ ）３ ２ ４
工具材料 。微细 电火花加工技 术广泛应用于微孔 、 微小零部 件和微 型模具 的加工 。本文将 介绍微细 电
火 花 加 工 技 术 的 基 本 原 理 、微 细 电极 制备 方 法 、 三 维 微 细 电火 花 加 工 、异 型 截 面 微 沉 孔 和 大深 径 比微
＿ ＿ ｛
图 １ 放 电加 工过 程
的机械接触 ，因此可采用硬度较低的导 电材 料作为
通讯作者 ：Ｅ ｍａｌｚｕ ｌｔｄ ． － ｉ ｙ ＠ｄｕ． ｕ ａ ： ｅ ｃ
用于 电火花的脉冲发生器有 两种 ：方波脉冲发
第２ 第３ 卷 期
２０ 年 ３ ０７ 月
中国科技论文在线
Ｓ Ｅ ＣＥ Ａ Ｅ ＣＩ Ｎ Ｐ Ｐ Ｒ ＯＮＬＮＥ Ｉ
等 领 域 广泛 应 用 。 然 而 ，对 这 些 材 料 进 行 微 米 加 工 尚缺 乏 有 效 的手 段 。 因 此 ，精 密 微 细 加 工技 术 越 来 越 获 得 学 术 界 和 企 业 的 重 视 ，成 为 先 进 制 造 技 术 和
微细电火花成形加工关键技术
微细电火花成形加工关键技术西安航空动力控制公司工艺处 胡 磊 张晓东西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 吴宝海 罗 明随着未来微型机械的发展壮大，作为一种经济实用的微细加工技术，微细电火花加工受到世界上各国学者的普遍关注和重视。
微细电火花加工技术以其独特的技术优势经几十年的发展已经在微细加工领域取得了较为广泛的应用。
到亚微米级的加工精度及表面粗糙度，因此，必须使单个脉冲的放电能量控制在 10-6~10-7J 数量级之间[3-4]。
由于放电过程中，极间电压一般可视为常数，因此可调整的参数只有放电电流和脉冲宽度。
为满足微细电火花成形加工要求，放电电流一般应不小于数百毫安，而脉冲宽度则应减小到 1μs 左右。
为满足此要求．目前实用的微细电火花成形加工系统一般均采用 RC 弛张式脉冲电源形式。
在此方面的研究中，目前的主要工作集中在如何有效地减小极间杂散电容上，比如采用非金属材料床身结构、使用尽可能短的屏蔽电缆等。
但是RC 电源存在可控性差、电极损耗较大等缺陷。
针对精密微细电火花成形加工发展的需要，国内外已经开展了有关微能电源方面卓有成效的研究工作，并已经形成工业产品。
如山东工业大学开发的可控 RC 微能电源；瑞胡 磊硕士，助理工程师，主要从事数控及特种加工技术研究。
Key Technology of Micro-EDM Forming Machining电火花加工技术是实现难加工材料、复杂零件、模具精密加工和特殊零件加工的有效手段，在机械制造领域中起着越来越重要的作用。
电火花加工由于其非机械接触加工的特点，适应于微型机械制造的要求。
国内外对微细电火花加工技术的不断研究探索[1-2]，已使微细电火花加工在与微型机械制造结合及实用化方面取得了较大的进展。
早在 20 世纪 60 年代末，荷兰Philips 研究所Dsenbruggen 等人利用微细电火花成形加工技术成功地加工出了直径30μm，精度为0.5μm 的微孔。
微细加工技术研究现状
［收稿日期］２００７－０４－１０［作者简介］喻永康（１９８１－），男，安徽宿州人，江苏信息职业技术学院机电工程系助教。
微细加工技术研究现状喻永康（江苏信息职业技术学院机电系，江苏无锡２１４０６１）［摘要］微细加工技术已成为涉及机械、电子、化工、材料等多种学科的现代高新技术，受到越来越多的关注。
文章主要介绍几种微细加工技术的研究现状。
［关键词］微细加工技术；微型化；现状［中图分类号］ＴＧ５０６［文献标识码］Ａ［文章编号］１６７１－４８０６（２００７）０６－０００４－０３产品的小型化、微型化是２１世纪产品发展的主要趋势。
微小零件、微小装置在半导体工业、生物技术、微电子工业、远程通讯以及医疗行业中得到了越来越广泛的应用。
微细加工技术是实现产品零部件微型化的最基本技术，它已成为涉及机械、电子、化工、材料等多种学科的现代高新技术，受到越来越多的关注。
一、微细铣削微细机械铣削是近来新发展的微细加工技术。
美国学者ＣｈｒｉｓＪＭｏｒｇａｎ在松下ＷＧ－ＥＤ８２机床上利用电火花加工方法制作多晶金刚石刀具，然后在玻璃材料上铣削微细三维沟槽，如图１ａ）所示。
德国学者ＥｃｋａｒｔＵｈｌｍａｎｎ采用直径１００μｍ的微细铣刀在铜钨合金上加工出复杂形状的电火花加工电极，如图１ｂ）所示。
ａ）微细三维沟槽ｂ）微小三维电极图１微细机械铣削加工样件二、微细车削微细车削是加工微小型回转类零件的有效方法。
日本通产省工业技术院于１９９６年研制开发了世界上第一台微型车床，该车床长３２ｍｍ、宽２５ｍｍ、高３０．５ｍｍ，重量仅为１００ｇ（图２）；主轴电机额定功率１．５Ｗ，转速１００００ｒｐｍ。
用该机床切削黄铜，沿进给方向的表面粗糙度为Ｒｚ１．５μｍ，加工工件的圆度为２．５μｍ，加工出的最小外圆直径为６０μｍ。
图２微型车床图３微细车削加工工件日本金泽大学研究了一套微细车削系统，由微细车床、控制单元、光学显微系统和监视器组成。
机床长度约为２００ｍｍ，主轴功率为０．５Ｗ；转速为３０００￣１５０００ｒｐｍ，连续可调；径向跳动在１μｍ以内；装夹工件直径为０．３ｍｍ；Ｘ、Ｙ、Ｚ轴的进给分辨率为４ｎｍ；切削力通过一个具有３方向的力传感器来检测，以提高机床的运动精度。
基于分层制造原理的微细电火花加工技术研究
性： 只需控制 放 电参数 即可 实现材料 的去 除加 工
０ 前 言
使用微 小成 形 电极 ，利 用传 统的 电火花成 形加 工 方法进行 微 细三维 轮廓加 工显然 是 不现实 的 。这
微细 电火花加 工机床 的 、Ｙ 、ｚ方 向上 的运动 分辨 率一般 均可达 到亚 微米 级［３ １］ －。 － 将 快速 原型 制造 中的分 层制造概 念 移植 至微 三 维结构 的微 细 电火花加 工上来 ，变分 层增 材制 造为 分层 去 除 加工 ，不 但 可 以 省去 微 小 成 形 电极 的制
Ｉ层 堆 Ｉ 机 上 层积 床的
『 后 理 ｌ 处 １ 『
１ Ｉ 模 ｌ 具 ｒ
Ｉ 零 Ｉ 件
（ ａ ）零件 的 Ｒ Ｍ 过 程 Ｐ
ｌ 零 Ｉ 件
零件 的 Ｌ － ＤＭ 过程 ＲＭＥ
图 １ 零件的 Ｋ Ｍ 过程与 Ｌ — Ｄ 过程的流程比较 Ｐ Ｒ ＭＥ Ｍ
偿策略 、电极运动轨迹的规划等关键技术进行了深＾的研究 ，并用该方法制作出了具有 ４ ０管脚的集成 电路 苍片插 座模具及三维 曲面。试验表 明：该方法具有加工范围广、加工精度高和加工成本低 等特点，具有 良好的应用潜力。
关键词：分层制造 微细 电火花加工 补偿
中图分类号 ：Ｔ ６ Ｇ６ １
是因为复杂形状微小成形电极本身就极难甚至无法 制作 ，而且 由于加工过程中严重的电极损耗现象， 将使 成形 电极 的形状很 快 改变而 无法进 行高精 度 的
微细三 维 曲面加 工。
造，而且将大大简化电极损耗的补偿策略。同时克 服 了 Ｓ Ａ、Ｌ Ｍ、Ｓ Ｓ Ｄ 等对加工材料的限 Ｌ Ｏ Ｌ 、Ｆ Ｍ 制 。从技术层面上看，零件的分层去除式微细电火
群孔的微细电火花加工技术研究
摘 要 ：对微 细 电火花群 孔 加 工 工 艺进 行 了分 析 和研 究。 用微 细 电 火花 加 工机 床 加 工 出单 电
极 ， 用该 电极 加 工 出 ２ 径 约 １ ０ 并 ２直 ｘ ０ ｍ 的 阵 列 孔 ， 此 过 程 中 采 用 加 大 加 工 长 度 和 适 度 欠补 偿 在
关键 词 ： 细 电火花加 工 ； 电极 ； 孑 微 群 群 Ｌ
中 图 分 类 号 ：ＴＧ６ １ ６
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｒ ｙ Ｈ ｏ ｅ ａ ｈ ｎ ｃ ｎｉ ｅ ｂ ｉ ｒ ・ ｓ ａ ｃ ｆ Ａｒ ａ ｌ ｓ Ｍ ｃ ｉ ｅ Ｔｅ ｈ ｑｕ ｙ Ｍ ｃ ｏ ＥＤＭ
两 个 阶 段 。此 前 的 研 究 主 要 是 针 对 加 工 的 可 行 性 ，
方法 ， 应用 该方 法加 工 出了 ２ ×２ 并 ０ ０的 直径 ６ ｍ ０“
的 阵 列 孑 【Ｊ Ｋｅ ｉｈ ｋ ｈ ｔ Ｌ ３。 ｎ’ｃ ｉＴａ ａ ａａ和 Ｙｏ ｅｈ Ｂ．Ｇｉ ｇｓ —
ａ ｃａ ｄ ｎ 将微 细 电火 花加 工 技 术 同 Ｌ Ｇ 技 术 结 ｎｈｎａ ｉ ＩＡ 合 起来 ， 使微 细 电火花 加 工进行 批量 生产成 为可 能 ， 即先用 Ｌ Ｇ Ｉ Ａ技 术制 作 出电火 花加 工用 的微 细成 形
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｈ ｔ ｏ ｆａ ｒ ｙ ｈｏｅ ａ ｈｉ ｄ ｂｙ ｍ ｉｒ — ｅ ｍｅ ｈ ｄ ｏ ｒａ ｌｓ ｍ ｃ ｎｅ ｃ ｏ ＥＤＭ ｓ ｓｕｄ ｅ ｎ ｔ ｉ ｐ ｒ ｉ ｔ ｉｄ ｉ ｈ ｓｐａ ｅ ．Ａ ｉｇｌ ｓｎ ｅ
ｍ ａ ｈｉｅ ａ ｒ ｙ ｈ ｌｓ ａ ｉ ｅ． ｃ ｎ ｒａ ｏ ｅ ｔａ ｔｍ Ｋｅ ｒ ｓ ｍ ｉｒ － ｙ ｗｏ ｄ ： ｃ ｏ ＥＤＭ ； ｒ ａ ｌ ｃ ｄ ｓ； ｒ ａ ｏ ｅ ａ ｒ ｙ ｅｅ ｔｏ ｅ ａ ｒ ｙ ｈ ｌｓ ｒ
微细及小孔电火花加工的关键技术研究的开题报告
微细及小孔电火花加工的关键技术研究的开题报告1. 研究背景微细及小孔电火花加工（Micro-Electrical Discharge Machining，简称Micro-EDM）是一种高精度、高效率、非接触的微细加工技术，可用于加工半导体材料、陶瓷材料、硬质合金材料以及其他难加工材料。
然而，Micro-EDM加工仍存在许多技术瓶颈，特别是在加工大深度、小直径（Diameter<20μm）的细微孔道时，加工效率和精度均面临巨大挑战。
为了解决这些技术难题，需要深入研究Micro-EDM过程的关键技术，提高Micro-EDM加工的效率和精度。
2. 研究目的本研究旨在探究Micro-EDM加工中的关键技术，针对大深度、小直径孔道加工难题，研究并优化Micro-EDM加工参数，提高加工效率和精度，从而为微细及小孔电火花加工技术的发展提供技术支撑。
3. 研究内容（1）Micro-EDM关键技术研究本文将从放电控制方法、电极、工作液以及辅助气体等方面对Micro-EDM关键技术进行研究，探讨各项技术对加工效率和精度的影响。
（2）大深度、小直径孔道加工技术研究本文将研究各项Micro-EDM加工参数对大深度、小直径孔道加工的影响，分析加工过程中的孔道直径误差、加工深度误差等问题，并提出相应的加工优化方案，提高Micro-EDM加工效率和精度。
4. 研究方法（1）理论分析法本文将从Micro-EDM加工过程的放电机理、放电脉冲参数、工作液理论等角度进行理论分析，明确放电控制方法以及其他关键技术。
（2）实验室实验法本文将在微细加工实验中采用一系列微细加工实验，探讨Micro-EDM加工的关键技术和影响因素，进行加工参数优化，提高加工效率和精度。
5. 研究意义研究Micro-EDM加工技术的关键技术，探讨大深度、小直径孔道加工技术优化方案，对提高Micro-EDM加工效率和精度，推动微细及小孔电火花加工技术的发展具有重要意义。
微细电火花加工的技术分析
( 1. 吉林工程技术师范学院 信息工程学院， 长春 130 52 吉林 0 ;
2. 中国兵器工业第五五研究所， 吉林 长春 1 0 12 3 )
〔 要1微细电火花加工技术是实现微机械的一个重要手段， 摘 本文根据微细电火花加工的特点， 对其 微能脉冲电源、 工具电极、 微量进给伺服系统、 机床精度、 工作液及其循环系统进行了技术分析。 【 关键词〕 微细;电火花加工;技术 【 中图分类号」 7 N T 8 【 文献标识码」 A 【 文章编号」洲 以 2《( 7 )0 一 J3 一 11 为一 抖 20 0 C 5 0 ) 2
少， 放电点的范围有限， 其位置在空间上和时间上容 易集中， 增加了 放电过程的不稳定因素; 而且也会限 制脉冲频率的提高， 造成脉冲利用率低、 加工速度相
解决工具电 极与工作台面的垂直和工具电极与机床 主轴同心的问题， 在微细电火花加工中， 微细电极的 制造采用在电火花机床上直接使工具电极成型的工 艺， 即将工具电极坯料预先夹持固定于电火花机床 主轴上， 利用机床本身的电火花加工系统对此坯料 进行加工而使之成型。这样既可避免工具电极安装 所带来的安装误差及操作困难等问题， 又可获得极
区别。因此， 需要重点研究非机械作用力及其 干扰 对加工过程的影响， 进一步提高加工效率、 加工精度 及加工过程的稳定性。
2
电极制备
1 脉冲电源
电火花加工是靠电源将能量输向放电间隙， 以 实现尺寸加工， 因此， 脉冲电源的电参数对各项加工 工艺指标起着决定性作用。在微细加工中， 有一个 特殊的面积效应。为了高效稳定地进行电加工， 与 电极相对表面内 需分布有很多电势几乎相等的突起 点， 以避免产生电弧放电， 但由于微细加工零件的加
X 3 收稿 日期 2( 刀 一0 一2 1 作者简介 刘 龙( 1 一 ) ， 吉林长春人， %9 男， 吉林工程技术师范学院信息工程学院高级实验师， 主要从事教育技术研究，
精密及微细电火花加工_一_
带 “ -” 者为日本某公司资料
为减小微细电极的振摆， 主轴转速应限定在 &%% 0 1 ’23 以下。当电极直径特别小时， 还应停止循环液 泵， 使反拷加工处在静止的工作液中。 反拷加工的电规准也要降低能量。如制作直径为 %+ %&( ’’ 的电极时， 最后精拷加工的电源电压为 &)( 4， 间隙并 联 电 容 不 大 于 (& !5， 制作的电极长度约 %+ , ’’， 即长径比为 &6 。 日本的某公司采用精密旋转主轴头与线电极放电 磨削相结合的方式， 制作出极小尺寸的电极轴， 并保证 了较高的尺寸和形状精度， 如 图 7 。线 电 极 磨 削 丝 缓 慢 地 沿着走丝导块上的导槽面移 动， 被加工的微小电极轴则随 主轴旋转及轴向进给。电极 材料是紫铜， 线电极丝是黄铜 合金， 电源电压 &%% 4， 89 脉 冲电 源 的 限 流 电 阻 为 , %%% 放电电容是 & !5， 正极性加工， 工作液用煤油， 加工 "， 后的电极轴直径小于 %+ & ’’ 甚至更小。 !" $ 圆柱电极的测量 #&+ ( ’’ 以上的紫铜电极和 #& ’’ 以上的铜钨 合金电极， 可用千分尺直接测量。也可利用置于工作 台上的基准球， 使数控工作台沿 : $ 轴或 : % 轴方向 !" # 微细电极的制作 直径小于 %+ , ’’ 的电极通常用反拷法制作。这 种微细电极， 尤其是当长度较大时， 放电过程中产生的 冲击力， 足以导致电极端部微微颤动。在主轴重复进 退对电极用 “ 珩磨” 加工时， 电极端部放电几率增加。
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行加工。这种工具电极的重复定位精度在 # $ !% 以 内， 可以方便地用作电极制作、 修整以及多电极的加 工。 $& ’& ( 细丝电极法 现成的电极丝有黄铜丝、 紫铜丝、 钨丝和钼丝。由 于存在变形和弯曲的问题， 往往需要利用导管或导向 器进行导向。钨丝的刚度及电极损耗比较好， 曾报导 过使用 ")& )* %% 的钨丝加工出 ")& )! %% 的微孔。 汽油机和柴油机喷嘴小孔大批量生产中， 小孔采用电 火花加工。它采用盘状钨丝电极经重复定位、 重复进 给方式进行加工。 $& ’& ’ 电火花反拷成形法 即用一块块状电极 （ 通常为铜钨或银钨合金材料 俗称反拷块） 作为一次电极， 通过火花放电方式制造 出二次电极即电火花加工用的工具电极， 再用之加工 工件。如图 $ 所示， 用一块长约 *) %%、 厚约 * %% 的 +,-.) 块， 用小压板固定在座板上， 座板的 !、 "、 #三 面已经过精磨。使用前， 先将铜钨合金块连同座板一 起放在平面磨床上， 以 ! 面为基准面精磨出 $ 面， 再 将座板压紧在电火花机床的工作台上， 用杠杆表找正 $ 面， 使与机床的一个坐标方向 （ 通常为 % 方向） 平行 （ 精度在 ( !% 内） 。待加工的电极装在机床的主轴上 随主轴上下伺服运动并旋转移动 & 轴使反拷块与电 极产生放电， 藉助二者损耗量不同， 使主轴上的电极成 为被加工件， 这时， 用 & 轴进给量控制电极的直径尺 寸， 用 ’ 轴进给量控制电极的成形长度， 同时 % 轴也 做均匀而缓慢的移动， 用以补偿反拷块的损耗。也可的较长电极时， 可分段用主轴电气锁定法反 拷。在消除径跳后， 再用主轴伺服反拷， 否则加工不易 稳定， 甚至形成椭圆形电极截面。
微细电火花沉积加工技术原理及实现分析
第二， 电极材料作为工具电极接脉冲电源的阳极。 第三， 采用小电流、 窄脉宽和宽脉间作为通用的电规准。 [ 参 考 文 献〕
l 王振龙. 微细电火花加工关键技术研究【 . 哈尔滨: 哈尔滨工 [ 〕 D」 业大学出版社， 。 2。0 . 2 杨津基. 气体放电[ M〕北京:科学出版社， . [ 」 . 1983 【 徐学基， 3〕 诸定昌. 气体放电物理〔 . 上海: 复旦大学出版社， M〕
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素[ . 在气体中进行放电加工时， 1 z 放电间隙内部不存在液
体加工时的加工屑漂浮现象， 放电结束后可以迅速恢复间 隙的绝缘状态， 这样减少了电弧放电的发生， 更有利于加工 的稳定进行。 综合以上对放电介质的分析， 绝缘介质选择气体作为 徽细电火花沉积的工作介质。 2. 2 徽细电火花沉积加工的极性选择 在电火花加工中， 通常认为介质中的带电粒子和阴极 发射的电子引发介质雪崩式电离， 使介质电离形成放电通 道。放电通道是由数童大体相等的带正电离子和带负电的 电子以及中性粒子组成的等离子体。在等离子放电通道 中， 通常认为电子奔向阳极， 正离子奔向负极。 对于气体中的放电加工起决定作用的是电子的碰撞电 离。这是因为正离子与原子碰撞使其产生激发电离的几率 都比较小。电子的质t 和惯性均小. 在电场的作用下容易 很快获得较高的加速度和运动速度。当电子与原子作非弹 性碰撞时， 电子的动能可能都用来激发和电离原子;但对于 正离子来说， 质量和惯性较大， 短时间不易获得较高速度， 大约只有 1/ 的粒子动能用来激发或电离原子， 2 因而其产 生激发或电离的几率要小。当电子与中性粒子发生弹性碰 撞时， 其动能几乎没有损失， 因此， 在电场作用下， 可以积聚 到足够的动能使分子电离; 当电子和正离子或原子具有相 同的动能时， 电子的质量小， 其速度要比原子或正离子大许 多倍， 电子碰撞后会马上离开， 而原子或正离子在与中性原 子碰撞时， 有较长的相互作用时间， 这段时间可能造成被撞 原子的激发或电离， 但当碰撞离子离开时， 被碰撞原子的电 子轨道又可能会恢复到正常状态。因此， 正离子激发或电 离的几率要比电子碰撞时小。 川因此， 1 a [ 气体中的放电加工 微观过程以电子为主， 阳极相对阴极会获得更多的能量， 阳 极材料的蚀除量大于阴极材料的蚀除t . 日本学者对在空 气中的电火花放电加工进行了研究， 研究表明其工艺结果 与在煤油中的放电加工存在很大不同。与在煤油中的电火 花放电加工相比， 在以空气为介质的放电加工中， 阳极可得 到更小的电极损耗和更大的蚀除速度。 在微细电火花沉积加工中， 想把工具电极上的金属材 料通过稳定的火花放电沉积到工件上， 在工件上形成微小 结构， 就必须使工具电极的蚀除速度大于工件的蚀除速度。 这种加工方法与传统的电火花去除加工正好相反。通过对 气体中放电机理的分析， 要实现这一新的加工方法， 应使工 具电极为阳极， 工件为阴极。 2. 3 气中徽细电火花沉积加工电规准选择