CN102528188A - 一种微细电极的电火花电化学复合加工方法 - Google Patents

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一种微细电极的电火花电化学复合加工方法,它涉及一种电火花电化学复合加工方法,属于特种加工领域。本发明为了解决现有的块电极电火花磨削方法存在加工锥度误差、电极表面质量差,以及刃口电极微细电解磨削方法加工效率低的问题。本发明步骤一:机床初始化,对工具及电极进行装夹;步骤二:对电极(13)的块电极进行电火花磨削加工;步骤三:对电极(13)进行电解磨削精加工;步骤四:对电解磨削精加工后的电极(13)进行检验。本发明尤其适用于微细圆柱电极的加工。

Description

一种微细电极的电火花电化学复合加工方法
技术领域
本发明涉及一种电火花电化学复合加工方法,具体涉及一种微细电极的电火花电化学复合加工方法,属于微细特种加工领域。
背景技术
微型化、精确化、智能化和集成化是未来机械设备发展的重要方向,同时随着微型机电系统(MEMS)的崛起与发展,微细加工技术研究已成为整个微机械领域的一个重要发展方向。微细电极是进行微细加工的基本工具,能否方便地在线制作出形貌较好的微细电极直接关系到微细加工结果的好坏,所以微细电极的加工方法一直是研究的热点。
经对现有技术的文献检索发现,哈尔滨工业大学郭锐在博士学位论文《基于的微细电火花加工数控系统及其相关关键技术的研究》第77-80页中提到,块电极电火花磨削方法是目前应用最为广泛的微细电极在线制作方法之一,其原理为:在加工中,块电极作为反拷电极实现工具电极的在线制作。由于在加工过程中电极的全长同时参与放电,因此加工效率较高。但其缺点也是显而易见的,微细电极表面较粗糙;由于块电极工作面与工作台面不可避免地存在垂直度误差,加之块电极工作面本身的平面度误差等,因此所加工出的微细电极也必将存在加工锥度等误差;而且由于块电极本身的加工损耗,所加工出的微细电极的尺寸不易控制。中国专利号为:200610027966.X,名称为:基于刃口电极微细电解磨削的微细电极在线制造方法,该专利自述为:一种基于刃口电极微细电解磨削的微细电极在线制造方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)采用高精度的加工测量平台;(2)采用高频窄脉宽脉冲电源;(3)选择低浓度的电解液;(4)微细电解磨削加工。该发明可以有效地克服传统电解加工杂散腐蚀定域性差的缺点,同时由于工具电极接脉冲电源的阴极,不会发生电化学腐蚀,理论上不会产生电极损耗,加工出的电极表面质量好,无内应力、毛刺和裂纹等缺陷,为微细电加工的微细电极提供了一种在线制造的方法。其缺点也很明显,由于只有一个刃口电极做工具阴极,加工效率很低,且刃口电极上下底面也参与腐蚀,无法保证电极的尺寸精度。
综上所述,现有的块电极电火花磨削方法存在加工电极表面粗糙、有加工锥度误差、电极表面质量差的问题,刃口电极微细电解磨削方法存在加工效率低的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的块电极电火花磨削方法存在加工锥度误差、电极表面质量差的问题,以及现有的刃口电极微细电解磨削方法存在加工效率低的问题,进而提供一种微细电极的电火花电化学复合加工方法。
本发明的技术方案是:一种微细电极的电火花电化学复合加工方法,所述电火花电化学复合加工方法包括如下步骤:
步骤一:机床初始化,对工具及电极进行装夹;
机床初始化,高频脉冲电源固装在机床工作平台上,高频脉冲电源的频率为1MHz,电火花工作液槽和电解液槽由右至左依次设置在机床工作平台上,反拷块和工具阴极分别设置在电火花工作液槽和电解液槽内,且反拷块和工具阴极均与高频脉冲电源的阴极连接,电极固定在机床主轴的下端,电极在加工时以3000r/min的速度进行旋转;
步骤二:对电极的块电极进行电火花磨削加工;
反拷块和电极接触感知,设定反拷块和电极之间的加工间隙为10μm,进给量为0-500μm,电压为100~200V,电容为22~88KPF,电流为0.2~0.8A,由电火花工作液循环系统提供的循环工作液流过,开始加工;
加工过程中通过短路检测系统检测电极与反拷块之间的接触电压,短路检测系统由计算机控制,当电极与反拷块无间隙而发生短路时,则电极回退一定距离重新加工;
步骤三:对电极进行电解磨削精加工;
块电极电火花磨削法加工完毕之后,工具阴极和电极接触感知,设定工具阴极与电极之间的加工间隙为0-100μm,进给量为0-20μm,电源采用高频窄脉宽脉冲电源,加工电压在微细加工时为0-10V,电流为0-2A,脉宽和脉间均为10-500ns范围内且连续可调,在加工间隙处由电解液循环系统提供的循环电解液流过,工作电流流过工具阴极与电极之间的加工间隙,电极在上下方向做快速往复运动,即可对电极进行电解磨削精加工;
步骤四:对电解磨削精加工后的电极进行检验;
检测电极是否达到设计的尺寸、圆柱度和表面质量,若没有达到设计的尺寸、圆柱度和表面质量,则重复步骤三,若达到设计的尺寸、圆柱度和表面质量,即完成加工。
本发明与现有技术相比具有以下效果:1.本发明的微细电极的块电极电火花磨削加工和电解磨削加工在同一台机床上进行,不需要再次装夹,保证了电极与工作台面的垂直度和电极与回转主轴的同轴度,避免出现加工锥度误差的问题,复合加工分为两个步骤,具体为:先用块电极电火花磨削法把电极磨削到一定尺寸;再用电解磨削法对该电极进行精加工,去除了电极表面的重铸层,本发明充分利用了块电极电火花磨削加工速度快,生产率高,以及微细电解加工表面质量好、无变质层的优势。2.本发明结构简单,易于实现。
附图说明
图1是微细精密圆柱电极的电火花电化学组合加工方法示意图;图2是块电极电火花磨削方法示意图;图3是电解磨削电极示意图;图4是电解磨削加工中工具阴极有绝缘膜腐蚀的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一:结合图1-图4说明本实施方式,本实施方式的一种微细电极的电火花电化学复合加工方法,所述电火花电化学复合加工方法包括如下步骤:
步骤一:机床初始化,对工具及电极进行装夹;
机床初始化,高频脉冲电源8固装在机床工作平台4上,高频脉冲电源8的频率为1MHz,电火花工作液槽1和电解液槽5由右至左依次设置在机床工作平台4上,反拷块3和工具阴极6分别设置在电火花工作液槽1和电解液槽5内,且反拷块3和工具阴极6均与高频脉冲电源8的阴极连接,电极13固定在机床主轴12的下端,电极13在加工时以3000r/min的速度进行旋转;
步骤二:对电极13的块电极进行电火花磨削加工;
反拷块3和电极13接触感知,设定反拷块3和电极13之间的加工间隙为100-100μm,进给量为0-500μm,电压为100~200V,电容为22~88KPF,电流为0.2~0.8A,由电火花工作液循环系统2提供的循环工作液流过,开始加工;
加工过程中通过短路检测系统9检测电极13与反拷块3之间的接触电压,短路检测系统9由计算机10控制,当电极13与反拷块3无加工间隙而发生短路时,则电极13回退一定距离重新加工;
步骤三:对电极13进行电解磨削精加工;
块电极电火花磨削法加工完毕之后,工具阴极6和电极13接触感知,设定工具阴极6与电极13之间的加工间隙为0-100μm,进给量为0-20μm,电源采用高频窄脉宽脉冲电源,加工电压在微细加工时为0-10V,电流为0-2A,脉宽和脉间均为10-500ns范围内且连续可调,在加工间隙处由电解液循环系统7提供的循环电解液流过,工作电流流过工具阴极6与电极13之间的加工间隙,电极13在上下方向做快速往复运动,即可对电极13进行电解磨削精加工;
步骤四:对电解磨削精加工后的电极13进行检验;
检测电极13是否达到设计的尺寸、圆柱度和表面质量,若没有达到设计的尺寸、圆柱度和表面质量,则重复步骤三,若达到设计的尺寸、圆柱度和表面质量,即完成加工。
本实施方式高频脉冲电源8的上端为高频脉冲电源8的阳极,高频脉冲电源8的下端为阴极。
本实施方式针对不同的电极材料选择不同的电解液,且电解液浓度要尽量低。不同的电极材料具有不同的加工特性,即使同种材料当加工参数改变时,加工特性也会不同。如加工钨电极时,所述的电化学抛光加工所用电解液的电解质为NaOH,加工铜电极时,电解液为20g/L的氯酸钠水溶液。
本实施方式的块电极电火花磨削法和电解磨削法能够在同一台机床上进行,先利用块电极电火花磨削法加工出一个尺寸稍大的电极,然后通过电解磨削法去除因电极表面因电火花加工而存在的重铸层,磨削到目的尺寸。
具体实施方式二:结合图4说明本实施方式,本实施方式的步骤一和步骤三中的工具阴极6均为片状工具阴极,且片状工具阴极的上下底面附着一层绝缘膜15。如此设置,有效的提高了电解磨削加工的杂散腐蚀定域性和尺寸精度。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:结合图1说明本实施方式,本实施方式的步骤四中通过CCD观测系统14进行检测电极13是否达到设计的尺寸、圆柱度和表面质量。如此设置,使用方便,检测准确。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

Claims (3)

1.一种微细电极的电火花电化学复合加工方法,其特征在于:所述电火花电化学复合加工方法包括如下步骤:
步骤一:机床初始化,对工具及电极进行装夹;
机床初始化,高频脉冲电源(8)固装在机床工作平台(4)上,高频脉冲电源(8)的频率为1MHz,电火花工作液槽(1)和电解液槽(5)由右至左依次设置在机床工作平台(4)上,反拷块(3)和工具阴极(6)分别设置在电火花工作液槽(1)和电解液槽(5)内,且反拷块(3)和工具阴极(6)均与高频脉冲电源(8)的阴极连接,电极(13)固定在机床主轴(12)的下端,电极(13)在加工时以3000r/min的速度进行旋转;
步骤二:对电极(13)的块电极进行电火花磨削加工;
反拷块(3)和电极(13)接触感知,设定反拷块(3)和电极(13)之间的加工间隙为10μm,进给量为0-500μm,电压为100~200V,电容为22~88KPF,电流为0.2~0.8A,由电火花工作液循环系统(2)提供的循环工作液流过,开始加工;
加工过程中通过短路检测系统(9)检测电极(13)与反拷块(3)之间的接触电压,短路检测系统(9)由计算机(10)控制,当电极(13)与反拷块(3)无间隙而发生短路时,则电极(13)回退一定距离重新加工;
步骤三:对电极(13)进行电解磨削精加工;
块电极电火花磨削法加工完毕之后,工具阴极(6)和电极(13)接触感知,设定工具阴极(6)与电极(13)之间的加工间隙为0-100μm,进给量为0-20μm,电源采用高频窄脉宽脉冲电源,加工电压在微细加工时为0-10V,电流为0-2A,脉宽和脉间均为10-500ns范围内且连续可调,在加工间隙处由电解液循环系统(7)提供的循环电解液流过,工作电流流过工具阴极(6)与电极(13)之间的加工间隙,电极(13)在上下方向做快速往复运动,即可对电极(13)进行电解磨削精加工;
步骤四:对电解磨削精加工后的电极(13)进行检验;
检测电极(13)是否达到设计的尺寸、圆柱度和表面质量,若没有达到设计的尺寸、圆柱度和表面质量,则重复步骤三,若达到设计的尺寸、圆柱度和表面质量,即完成加工。
2.根据权利要求1所述的一种微细电极的电火花电化学复合加工方法,其特征在于:步骤一和步骤三中的工具阴极(6)均为片状工具阴极,且片状工具阴极的上下底面附着一层绝缘膜(15)。
3.根据权利要求1或2所述的一种微细电极的电火花电化学复合加工方法,其特征在于:步骤四中通过CCD观测系统(14)进行检测电极(13)是否达到设计的尺寸、圆柱度和表面质量。
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Granted publication date: 20130828

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