CN103600256B - 微细电解线切割加工中的工件精确定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微细电解线切割加工中的工件精确定位方法，属于微细电解加工技术领域。该装置包括计算机（1）、运动控制卡（3）、XYZ向微位移运动平台、微量旋转台（17）、视频采集卡（4）、CCD（18）、数字欧姆表（2）、超短脉冲电源（5）。该方法由确定工件定位面方向和工件定位面位置两个部分组成。本发明的方法及装置可以精确确定微细电解线切割加工前工件和线电极之间的空间关系，对微细电解线切割加工的尺寸精度至关重要，对微细电解线切割技术的实际应用有重要意义。

Description

微细电解线切割加工中的工件精确定位方法
所属技术领域
本发明的微细电解线切割加工中的工件精确定位方法，属于微细电解加工技术领域。
背景技术
随着现代科学技术的发展,零件结构的小型化成为发展趋势之一，越来越多的微细结构在医疗、电子、国防等工业中得到应用，与之相应的微结构加工技术也成为研究的热点。电解加工是利用电化学溶解原理，加工过程中以离子形式去除工件材料的加工方法，理论上工件可达到微米甚至纳米精度，因此在精密、微细制造领域有着潜在的应用前景。
德国马普研究所科学家Schuster采用纳秒脉冲电源，提高了加工定域性，成功电解加工出了特征尺寸为数微米的微细零件，使电解加工技术真正成为一种有应用前景的微加工技术。在此基础上微细电解线切割技术应运而生。微细电解线切割加工技术是利用直径仅有数微米超细金属丝作为工具的一种微细电解加工方法，由于具有加工表面无裂纹、无应力、无变质层等优点，微细电解线切割技术特别适合高精度金属窄缝、窄槽等，尤其适合航空装备中对加工表面质量有特殊要求的金属微结构制造，是一种非常有发展潜力的微细制造方法。国内外学者对微细电解线切割技术也进行了深入的研究。韩国学者SHIN等研究了超短脉冲、电解液浓度对加工间隙的影响；国内王昆等建立了微细电解线切割加工的理论模型，试验验证了电参数对切缝宽度的影响；线电极直径也是影响切缝宽度的重要因素，王昆提出了在线制备超细线电极的方法，王少华等利用该方法在超声振动辅助下成功制备出直径为2μm的线电极，切缝宽度也减小至8μm。国内外学者的研究成果为微细电解线切割的实际工程应用奠定了坚实的理论基础。
微细电解线切割技术要想像其它先进加工技术一样在工程实际中得到应用，除了有理论基础以外，还需要解决一个非常实际的问题——如何按零件加工要求确定工件和刀具的相对方向和位置。由于金属微结构本身尺度在微米级，其允许尺寸和几何误差制非常苛刻，这对工件安装定位精度提出了更高的要求。因此，工件的安装定位的精确性成为限制微细电解线切割技术实际工程应用的关键问题之一。
发明内容
本发明旨在提高微细电解线切割加工技术中微小工件的定位精度，提出了确定工件定位面方向和工件定位面位置的方法及具体装置。
一种微细电解线切割加工中的工件精确定位装置，其特征在于：
包括计算机；还包括通过运动控制卡与所述计算机相连的XYZ向微位移运动平台和微量旋转台；上述XYZ向微位移运动平台用于安装线电极；上述微量旋转台用于安装工件；还包括通过视频采集卡与所述计算机相连的CCD；还包括数字欧姆表，数字欧姆表的第一测量端与工件相连，第二测量端与线电极相连，输出端与计算机相连；还包括超短脉冲电源，超短脉冲电源的正负极分别与工件和线电极相连。
一种微细电解线切割加工中的工件精确定位装置的定位方法，其特征在于包括以下过程：
步骤1、调整工件定位面方向：
步骤1-1、线电极初始位置位于A点，计算机记录A点位置；线电极在XYZ向微位移运动平台带动下，沿X轴方向向工件定位表面靠近，直至接触后停止运动，此时线电极到达B点，计算机记录B点位置，A点到B点的距离计作L1；工件和线电极是否接触是由数字欧姆表实时检测二者之间的电阻，将电阻值反馈到计算机由计算机自行判断实现的；
步骤1-2、线电极由B点返回A点，并沿微运动系统的Y轴方向移动设定值L0，到达C点，再沿X轴方向向工件定位表面靠近，直至接触后停止运动，此时线电极到达D点，计算机分别记录C点和D点位置，C点到D点的距离计作L2；计算机根据记录的A、B、C、D点位置，根据公式计算出工件定位面和微位移运动系统Y轴之间的实际角度θ；
步骤1-3、计算机将实际角度和设计角度进行比较，通过微量旋转台转动调整工件角度；
步骤1-4、重复上述步骤1-1至步骤1-3，直至实际角度和设计角度误差在允许范围内；
步骤2、确定工件定位面位置：
工件定位面方向已经确定，超短脉冲电源处于工作状态，设此时线电极位于A0点，在微位移运动平台带动下线电极向工件定位面靠近，CCD实时监测线电极和工件表面状态，计算机通过视频采集卡采集相应的视频数据，判断二者表面是否由于电化学反应而开始出现气泡，一旦出现气泡，立即关闭超短脉冲电源并控制微位移运动平台回退H至A2点，此时，线电极的圆心至工件定位面精确距离为预设值H、线电极半径r和加工间隙Δ之和，其中加工间隙Δ通过试验测得。
本发明提出的微细电解线切割加工技术的工件精确定位的方法的装置，原理简单，自动化程度高，对工件夹具无特殊精度要求。在降低微小工件的初始安装精度要求的同时可以提高工件的定位精度。工件定位模块设备简单，只需在微细电解线切割加工系统中增加个别辅助仪器和控制软件即可将其集成入加工系统中，可推广性高。
附图说明
图1是微细电解线切割加工系统示意图；
图2确定工件定位面和线电极进给方向关系意图；
图3确定工件定位面和线电极之间的位置示意图；
其中标号名称：1、计算机，2、数字欧姆表，3、运动控制卡，4、视频采集卡，5、超短脉冲电源，6、微位移运动系统Z轴，7、微位移运动系统Y轴，8、微位移运动系统X轴，9、夹具导杆，10、三轴微位移运动系统支撑件，11、线电极夹具，12、线电极，13、工件，14、电解液槽，15、工件夹具，16、电解液，17、微量旋转台，18、CCD，19、CCD位置微调运动台，20、大理石平台，21、气泡。
具体实施方式
图1中，计算机1通过运动控制卡3控制微位移运动系统的X轴8，Y轴7、Z轴6的直线运动以及微量旋转台的旋转运动；数字欧姆表2测量工件13和线电极12之间的电阻，并通过接口将电阻值反馈给计算机1；CCD18动态监测工件13和线电极12之间的加工状态，并将图像通过视频采集卡4输入到计算机1；超短脉冲电源5正负极分别连接工件13和线电极12。
结合图1、图2、图3说明本发明的实施过程：
1，工件定位面方向确定实施过程参考图2(a)，工件13初始安装位置和线电极X轴进给方向存在一定的方向误差。线电极12初始位置位于A点，计算机记录A点位置；线电极12在微位移运动系统带动下，沿系统的X轴方向向工件定位表面靠近，直至接触后停止运动，线电极到达B点，计算机记录B点位置；工件13和线电极12接触由数字欧姆表实时检测二者之间的电阻，将电阻值反馈到计算机1，计算机自行判断是否接触；线电极12由B点返回A点，并沿微运动系统的Y轴方向移动设定值L0，到达C点，再沿X轴方向运动到D点和工件定位面接触，计算机分别记录C点和D点位置。计算机根据记录的A、B、C、D点位置用公式计算出工件定位面和微位移运动系统Y轴之间的实际角度θ。计算机将实际角度和设计角度进行比较，控制微量旋转台17转动。重复上述过程，直至实际角度和设计角度误差在允许范围内，如图2(b)所示。
2，确定工件定位面位置确定实施过程参考图3，工件定位面方向已经确定，超短脉冲电源5处于工作状态，位于A0点的线电极12，在微位移运动系统带动下向工件13定位面靠近，CCD18实时监测线电极12和工件13表面状态，计算机1通过视频采集卡4采集相应的视频数据，判断二者表面是否开始出现气泡，一旦出现气泡，立即关闭超短脉冲电源并控制微位移运动系统回退H，至A2点。此时，线电极的圆心至工件定位面精确距离为预设值H、线电极12的半径r和加工间隙Δ之和。

Claims (1)

1.一种微细电解线切割加工中的工件精确定位方法，其特征在于：
利用微细电解线切割加工中的工件精确定位装置，该装置
包括计算机（1）；
还包括通过运动控制卡（3）与所述计算机（1）相连的XYZ向微位移运动平台和微量旋转台（17）；上述XYZ向微位移运动平台用于安装线电极（12）；上述微量旋转台（17）用于安装工件（13）；
还包括通过视频采集卡（4）与所述计算机（1）相连的CCD（18）；
还包括数字欧姆表（2），数字欧姆表（2）的第一测量端与工件（13）相连，第二测量端与线电极（12）相连，输出端与计算机（1）相连；
还包括超短脉冲电源（5），超短脉冲电源（5）的正负极分别与工件（13）和线电极（12）相连；
该定位方法包括以下过程：
步骤1、调整工件定位面方向：
步骤1-1、线电极（12）初始位置位于A点，计算机（1）记录A点位置；线电极（12）在XYZ向微位移运动平台带动下，沿X轴方向向工件定位表面靠近，直至接触后停止运动，此时线电极到达B点，计算机记录B点位置，A点到B点的距离计作L1；工件（13）和线电极（12）是否接触是由数字欧姆表实时检测二者之间的电阻，将电阻值反馈到计算机（1）由计算机自行判断实现的；
步骤1-2、线电极（12）由B点返回A点，并沿微运动系统的Y轴方向移动设定值L 0，到达C点，再沿X轴方向向工件定位表面靠近，直至接触后停止运动，此时线电极到达D点，计算机分别记录C点和D点位置，C点到D点的距离计作L2；计算机根据记录的A、B、C、D点位置，根据公式计算出工件定位面和微位移运动系统Y轴之间的实际角度；
步骤1-3、计算机将实际角度和设计角度进行比较，通过微量旋转台（17）转动调整工件（13）角度；
步骤1-4、重复上述步骤1-1至步骤1-3，直至实际角度和设计角度误差在允许范围内；
步骤2、确定工件定位面位置：
工件定位面方向已经确定，超短脉冲电源（5）处于工作状态，设此时线电极（12）位于A 0点，在微位移运动平台带动下线电极（12）向工件定位面靠近，CCD（18）实时监测线电极（12）和工件（13）表面状态，计算机（1）通过视频采集卡（4）采集相应的视频数据，判断二者表面是否由于电化学反应而开始出现气泡，一旦出现气泡，立即关闭超短脉冲电源（5）并控制微位移运动平台回退H至A 2点，此时，线电极的圆心至工件定位面精确距离为预设值H、线电极半径r和加工间隙△之和，其中加工间隙△通过试验测得。
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