浅析微细电火花加工机床加工误差及提高精度的措施

浅析微细电火花加工机床加工误差及提高精度的措施
作者：余晓琴
来源：《科技创新导报》 2011年第7期
摘要:微细加工技术在现代制造技术中占有极其重要的地位,而微细电火花加工技术是实现微细加工的最有利手段之一。

由于工具电极与工件电极之间的宏观作用力微小,因此非常适合微小零部件的加工。

机床在加工过程中其工艺系统会产生各种误差,从而影响零件的加工精度。

研究机床加工过程误差的产生及防止对提高机床加工精度有着重要的意义。

关键词:机床电火花误差加工精度
中图分类号:TE933 文献标识码:A 文章编号:1674-
098X(2011)03(a)-0040-011 微细电火花加工技术简介
微细加工技术在现代制造技术中占有极其重要的地位,而微细电火花加工技术是实现微细加工的最有利手段之一。

由于工具电极与工件电极之间的宏观作用力微小,因此非常适合微小零部件的加工。

目前,微细电火花加工技术已经广泛应用于航空、航天、医学、模具、微电子器件等方面[1]。

在微细电火花加工中,由于其加工对象的微小,因此要求放电间隙控制在1μm以内。

1.1 微细电火花加工机床微进给机构
由于微细加工技术其加工对象的微小,因此要求放电间隙控制在1μm以内。

在这样小的放电间隙里,为了防止拉弧和短路现象的发生,就要求机床的伺服控制系统具有很高的分辨率和高频响应能力。

采用压电元件和柔性铰链机构的压电微进给机构因其位移控制精度高、响应速度快、驱动力较大等优点,被应用于微细电火花加工。

而采用有限元法则可以从理论角度分析出机构性能指标和机构主要尺寸的定量关系[2]。

2 微细电火花加工误差与精度
2.1 微细电火花加工误差的原因
影响机床加工精度的因素主要有机床误差、电极的制造误差及磨损、夹具误差。

(1)机床误差:微细电火花加工机床的误差主要有伺服系统的分辨率和定位精度的误差。

定位精度是指机床各坐标轴在数控系统的控制下运动的位置精度,引起误差的因素包括数控系统的误差和机械传动的误差。

(2)电极的制造误差及磨损:电极的制造误差、安装误差以及使用中的磨损,都影响工件的加工精度。

(3)夹具误差:夹具误差包括定位误差、加紧误差、夹具安装误差等。

工件在夹具中的位置是以其定位基面与定位元件相接触(配合)来确定的。

由于定位基面、定位元件工作表面的制造误差,会使各工件在夹具中的实际位置不相一致。

加工后,各工件的加工尺寸必然大小不一,形成误差。

2.2 减小误差的方法
(1)减小原始误差。

查明产生加工误差的主要原因,设法消除或减小这些因素。

例如采用宏观、微观同时驱动电极的方案,用步进电机作宏观运动,用微进给机构作微观驱动,并实时检测放电间隙状态,采用半闭环控制方法驱动电极,既保证了进给速度,又极大的提高了进给精度。

(2)补偿原始误差。

人为地制造一种新的误差,去抵消原来工艺系统的原始误差。

(3)转移原始误差。

误差转移法就是转移工艺系统的几何误差、受力变形和热变形等。

(4)均分原始误差。

这种方法就是把原始误差按其大小均匀分为n组,每组毛坯误差范围就缩小为原来的1/n,然后按各组分别调整加工。

(5)均化原始误差。

利用有密切联系的的表面相互比较、相互检查从对比中找出差异,然后进行相互修正或基准加工,使工件被加工表面的误差不断缩小和平均。

(6)就地加工法。

采用就地加工的方法,能很方便的解决看起来非常困难的精度问题。

就地加工法是机械零件加工中常用来作为保证零件加工精度的有效措施。

2.3 实际应用
在实际应用中,采用合金钢材料,取切口厚度为0.5mm。

该尺寸的微驱动机构具有合适的固有频率和最大进给量。

图1为微进给机构的实物照片。

在实际加工中,采用宏观、微观同时驱动电极的方案,用步进电机作宏观运动,用微进给机构作微观驱动,并实时检测放电间隙状态,采用半闭环控制方法驱动电极,既保证了进给速度,又极大的提高了进给精度。

图2为采用该微进给机构加工的直径25μm,厚度为0.1mm的微小孔。

从图片中可以看出,微孔的边缘轮廓质量很好,且其加工时间也大大缩短。

3 结论
(1)机床加工过程中,提高机床加工精度有很强的实践性,和实际生产条件及生产工艺有很大关系。

(2)采用宏观、微观同时驱动电极的方案,用步进电机作宏观运动,用微进给机构作微观驱动,并实时检测放电间隙状态,采用半闭环控制方法驱动电极,既保证了进给速度,又极大的提高了进给精度。

(3)合金钢材料的机构具有更高的固有频率,切口尺寸更薄的柔性铰链具有更大的进给量,能够满足微细电火花加工的微进给要求。

参考文献
[1] M ASUZAWZT．State of the art of micromachining[J]．Annals of the
CIRP,2000,49(2):473-488．
[2] 曹坚,周庆华,严供标,等．基于压电陶瓷的二维微动工作台有限元分析[J]．机床与液压,2003,26(3):65-68．。