淺析微細電火花加工機床加工誤差及提高精度的措施

摘要:微細加工技術在現代制造技術中占有極其重要的地位，而微細電火花加工技術是實現微細加工的最有利手段之一。由于工具電極與工件電極之間的宏觀作用力微小，因此非常適合微小零部件的加工。機床在加工過程中其工藝系統會產生各種誤差，從而影響零件的加工精度。研究機床加工過程誤差的產生及防止對提高機床加工精度有著重要的意義。

關鍵詞:機床電火花誤差加工精度

中圖分類號:TE933文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)03(a)-0040-01

1 微細電火花加工技術簡介

微細加工技術在現代制造技術中占有極其重要的地位，而微細電火花加工技術是實現微細加工的最有利手段之一。由于工具電極與工件電極之間的宏觀作用力微小，因此非常適合微小零部件的加工。目前，微細電火花加工技術已經廣泛應用于航空、航天、醫學、模具、微電子器件等方面[1]。在微細電火花加工中，由于其加工對象的微小，因此要求放電間隙控制在1μm以內。

1.1 微細電火花加工機床微進給機構

由于微細加工技術其加工對象的微小，因此要求放電間隙控制在1μm以內。在這樣小的放電間隙里，為了防止拉弧和短路現象的發生，就要求機床的伺服控制系統具有很高的分辨率和高頻響應能力。采用壓電元件和柔性鉸鏈機構的壓電微進給機構因其位移控制精度高、響應速度快、驅動力較大等優點，被應用于微細電火花加工。而采用有限元法則可以從理論角度分析出機構性能指標和機構主要尺寸的定量關系[2]。

2 微細電火花加工誤差與精度

2.1 微細電火花加工誤差的原因

影響機床加工精度的因素主要有機床誤差、電極的制造誤差及磨損、夾具誤差。

(1)機床誤差:微細電火花加工機床的誤差主要有伺服系統的分辨率和定位精度的誤差。定位精度是指機床各坐標軸在數控系統的控制下運動的位置精度，引起誤差的因素包括數控系統的誤差和機械傳動的誤差。

(2)電極的制造誤差及磨損:電極的制造誤差、安裝誤差以及使用中的磨損，都影響工件的加工精度。

(3)夾具誤差:夾具誤差包括定位誤差、加緊誤差、夾具安裝誤差等。工件在夾具中的位置是以其定位基面與定位元件相接觸(配合)來確定的。由于定位基面、定位元件工作表面的制造誤差，會使各工件在夾具中的實際位置不相一致。加工后，各工件的加工尺寸必然大小不一，形成誤差。

2.2 減小誤差的方法

(1)減小原始誤差。查明產生加工誤差的主要原因，設法消除或減小這些因素。例如采用宏觀、微觀同時驅動電極的方案，用步進電機作宏觀運動，用微進給機構作微觀驅動，并實時檢測放電間隙狀態，采用半閉環控制方法驅動電極，既保證了進給速度，又極大的提高了進給精度。

(2)補償原始誤差。人為地制造一種新的誤差，去抵消原來工藝系統的原始誤差。

(3)轉移原始誤差。誤差轉移法就是轉移工藝系統的幾何誤差、受力變形和熱變形等。

(4)均分原始誤差。這種方法就是把原始誤差按其大小均勻分為n組，每組毛坯誤差范圍就縮小為原來的1/n，然后按各組分別調整加工。

(5)均化原始誤差。利用有密切聯系的的表面相互比較、相互檢查從對比中找出差異，然后進行相互修正或基準加工，使工件被加工表面的誤差不斷縮小和平均。

(6)就地加工法。采用就地加工的方法，能很方便的解決看起來非常困難的精度問題。就地加工法是機械零件加工中常用來作為保證零件加工精度的有效措施。

2.3 實際應用

在實際應用中，采用合金鋼材料，取切口厚度為0.5mm。該尺寸的微驅動機構具有合適的固有頻率和最大進給量。圖1為微進給機構的實物照片。

在實際加工中，采用宏觀、微觀同時驅動電極的方案，用步進電機作宏觀運動，用微進給機構作微觀驅動，并實時檢測放電間隙狀態，采用半閉環控制方法驅動電極，既保證了進給速度，又極大的提高了進給精度。圖2為采用該微進給機構加工的直徑25μm，厚度為0.1mm的微小孔。從圖片中可以看出，微孔的邊緣輪廓質量很好，且其加工時間也大大縮短。

3 結論

(1)機床加工過程中，提高機床加工精度有很強的實踐性，和實際生產條件及生產工藝有很大關系。

(2)采用宏觀、微觀同時驅動電極的方案，用步進電機作宏觀運動，用微進給機構作微觀驅動，并實時檢測放電間隙狀態，采用半閉環控制方法驅動電極，既保證了進給速度，又極大的提高了進給精度。

(3)合金鋼材料的機構具有更高的固有頻率，切口尺寸更薄的柔性鉸鏈具有更大的進給量，能夠滿足微細電火花加工的微進給要求。

參考文獻

[1]MASUZAWZT．State of the art of micromachining[J]．Annals of the CIRP，2000，49(2):473-488．

[2]曹堅，周慶華，嚴供標，等．基于壓電陶瓷的二維微動工作臺有限元分析[J]．機床與液壓，2003，26(3):65-68．