【正文】 過調(diào)節(jié)脈沖參數(shù)實(shí)現(xiàn)在一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行粗，半精和精加工；電火花加工后的形成的表面呈現(xiàn)凹形，用于貯油和削弱噪聲；電火花加工的生產(chǎn)效率明顯比切削加工低；加工過程受放電能量影響，有一些能量會(huì)在工具電極上出現(xiàn)消耗，損傷電極，從而影響了加工的精度。 就電火花加工過程而言，它的性能決定了其特點(diǎn)，主要說來如下所述： （ 1）在操作過程中，電極與材料之間不觸碰，所以宏觀上而言，兩者之間作用力極小，這對電極的材料要求沒必要那么苛刻，電極材料硬度可以小于工件的硬度。（ 2） 脈沖放電 時(shí)候的 能量密度高，便于加工 。 而且電火花加工 不受材料硬度 和 熱處理狀況影響。不過在實(shí)際生產(chǎn)操作中，通常 脈沖 電壓 放電 極為短暫 ， 導(dǎo)致熱能量輻射面小 ， 對于材料的加工不會(huì)有太大的影響。 目前 ,大多數(shù) 發(fā)達(dá)國家的微細(xì)電火花加工技術(shù)已進(jìn)入工業(yè) 生產(chǎn) 應(yīng)用階段 ,甚至 步入 商業(yè)銷售階段 ,例如 美國麥威廉斯、瑞士夏米爾、日本松下精機(jī)等公司 在這方面尤為突出 。 此外 , 豐田工業(yè)大學(xué) 的毛利尚武 和 日本東京大學(xué)的增澤隆久 等學(xué)者是研究 機(jī)床 方向上的主要代表 ， 對 機(jī)床 方面的研發(fā)也有 很高的水平 [4]。 不過國內(nèi) 在 將 微細(xì)電火花加工技術(shù) 轉(zhuǎn)向 商業(yè)化 [5]和 產(chǎn)品化 方面 仍 遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于日本與歐美 那些技術(shù)發(fā)達(dá)的國家 [6]。 而 相對的 日本 ， 則更 側(cè)重利 用傳統(tǒng)的加工方法 或其他 特種加工方法 來實(shí)現(xiàn) 從宏觀 上對 尺寸零件的加工 ，漸漸地發(fā)展過度到向微觀 上 的零件加工逼近（如微微細(xì)軸、孔、小齒輪 或其他 微小模具）。微坑結(jié)構(gòu)和微凸起 都 有相對 應(yīng) 的形狀，適合 利用 電火花成形加工， 而其中 關(guān)鍵 在于工具電極的制備 。仿生微制造方面和摩擦學(xué) 上， 陣列微凸起結(jié)構(gòu) 同樣具有 良好的應(yīng)用前景， 所以，微細(xì)電火花加工 必定會(huì) 成為 這一領(lǐng)域發(fā)展 的重中之重 [7]。 （ 1） 了解 在精細(xì)零件 加工領(lǐng)域， 電火花加工工藝的應(yīng)用 以 及研究 成果 ； （ 2） 掌握精細(xì)加工 中對 電極的設(shè)計(jì) 和 制作 的 方法； （ 3） 掌握 對 精 細(xì)零件 加工后 的檢測方法。常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第二章 微凸起結(jié)構(gòu)的加工技術(shù) 微凸起結(jié)構(gòu)的研究及應(yīng)用 1980年初 ， 微彈流動(dòng)力潤滑理論 建立在 摩擦學(xué) 的基礎(chǔ)上呈現(xiàn)在大眾的視野里，促進(jìn)了人們對該領(lǐng)域的深入研究 。把彈性力學(xué)與流體潤滑理論相結(jié)合所建立 起來 的彈流潤滑理論 ，它是一個(gè)可以 解決滾動(dòng)接觸的潤滑理論 。微彈流動(dòng)力潤滑理論， 提出了新觀念。 事實(shí)上， 微凸起結(jié)構(gòu) 所形成 的粗糙表面 不但沒有 因?yàn)榻佑|面的不光滑而 降低 制作的 機(jī)械零件表面抗磨損能力， 而且很大程度上 提高了 使用壽命 和 承載能力 [8,9]， 實(shí)現(xiàn)了 現(xiàn)代機(jī)械 客觀 傳動(dòng)高速 和 重載的要求 。 兩年后， 美國人 在 微凸起結(jié)構(gòu)的制作成形 方面 ， 依靠 激光加工 出首件囊括了 微凸體（注：本文統(tǒng)稱微凸體為微凸起結(jié)構(gòu)）的軸承； 緊跟著 ， 1984 年 ， 日本的成瀨芳夫提出 了將 多種排列方式及多種微凸體形狀 加工到 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體內(nèi)表面 上 ， 這個(gè)提出進(jìn)一步推動(dòng)了 微凸 起 結(jié)構(gòu)向?qū)嶋H應(yīng)用 的轉(zhuǎn)變 [10]。此外 ，他 不但 提出了三角形和圓形的微凸 起結(jié)構(gòu) ， 而且進(jìn)一步 提出了兩端是凹圓弧的長方形、兩端是凸圓弧的長方形、斜平行四邊形、交錯(cuò)排列的長方形 這樣 四種微凸 起結(jié)構(gòu)， 微凸體的長比寬 大概 在 2/1～ 1/1 之間 。 幾種微凸起結(jié)構(gòu)的加工方法 電火花成型加工 電火花成型加工技術(shù) 從起步到現(xiàn)階段 已 經(jīng)歷了 70來 年， 由于 高速銑加工 在工作效益上大大超出它，故而一些 人 認(rèn)為應(yīng)該將這項(xiàng)技術(shù)劃出 模具加工 的范疇 。同 屬于 電火花加工，僅僅 40多 年 的發(fā)展 ，線切割技術(shù) 作為型腔加工已存在的主體，它的技術(shù)已 經(jīng)相當(dāng)?shù)某墒?，在產(chǎn)值方面，它仍高出成型加工的數(shù)倍。 電火花成型加工技術(shù) 長期以來難以推廣 應(yīng)用 ，這其中的 的內(nèi)因 主要 是：加工對象 隨著科技發(fā)展，日趨 復(fù)雜，操作 員工 對加工參數(shù) 難以控制 以及 不能很好地維 持加工過程的穩(wěn)定可靠 性 ， 加工 生產(chǎn) 的 廠 方 雖然提供 部分 成套參數(shù) 。 電火花成型加工的優(yōu)點(diǎn) ： （ 1） 電火花成型加工 的過程中 沒有切削力 的 存在 ， 所以被加工 的 材料 不會(huì)發(fā)生 變形 很大程度上 保證其加工精度。 （ 3） 電火花成型加工 能夠 加工 一切 硬、軟、脆、韌、高熔點(diǎn)的金屬材料。 （ 5） 電火花成型 加工技術(shù) 可 以 加工硬度較高的工件 ，我們一般所遇到的 加工是 用 硬的刀具 來 加工較為 軟 的物體， 不過 電加工 卻是利用 軟的電極 來 加工 較 硬的工件。 （ 7） 電火花成型加工 過程中所利用的 工具電極材料 沒有必要去 比工件材料硬， 所以 工具電極 是比較 容易 制造出來的 [12]。 電火花成型加工的缺點(diǎn) （主要是 電極材料的 選擇方面 ） ： （ 1） 銅鎢合金材料 最大的 缺點(diǎn) 就是 是價(jià)格昂貴， 所以 材料來源 是十分 困難 的 。 此外常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 該材料 熱膨脹系數(shù) 比 較大， 假如 加工深窄筋位 的 部分， 在 較大電流下 會(huì) 很容易 因?yàn)?局部高溫使電極 材料 發(fā)生形變 ， 通常紫銅電極 是 采用低損耗， 這樣的 加工平均電流較小， 所以 其生產(chǎn)率并不 是很 高 [13]。 而且石墨電極材料最終加工出來的工件表面粗糙度十分差 ，加工 過程伴隨著 掉渣 等情況，甚至是表層脫落 。 超聲加工 在現(xiàn)代功能陶瓷材料中 ， 壓電陶瓷 是處于 非常重要的地位，用途 十分廣泛 。 隨著 科技不斷發(fā)展， 材料及工藝 也得到 不斷研究和改良，信息、電子、航空航天 等 高科技領(lǐng)域 也是一天一個(gè)面目的改進(jìn) ，壓電陶瓷材料 的 制作技術(shù) 與 開發(fā)應(yīng)用 也將前途遠(yuǎn)大 ， 備 受到 社會(huì) 的關(guān)注和重視。針對 壓電陶瓷 ， 為了提高 其 加工精度 和 材料的性能，就需要 不斷地 開發(fā)新材料及新的加工工藝。而超聲加工既無宏觀機(jī)械作用力、沒有熱作用、不依賴于材料的導(dǎo)電性，又可加工 確定 比 值的 高深寬三維立體結(jié)構(gòu)，加工精度 和 零件表面質(zhì)量 效果都很 好，因此超聲微細(xì)加工在壓電陶瓷材料 加工上具 有獨(dú)特的優(yōu)勢，有著良好 進(jìn)步空間和 發(fā)展前景。超聲加工常用于焊接、切割、套料、穿孔和拋光。 （ 2） 超聲加工 沒有造成損耗的 熱效應(yīng) ，也沒有影響精度的粗顯的 切削力 。 超聲加工的缺點(diǎn) （ 1） 需要 針對相應(yīng)的材料 研制 出 專門的超聲加工機(jī)床。 放電加工的優(yōu)點(diǎn) （ 1） 一般的 加工機(jī) 會(huì)在加工過程中受 切削力 影響有損 工件， 而電火花 放電加工 不會(huì) 。 （ 3） 即使是 加工堅(jiān)硬的材料 ， 也 會(huì) 有 較好 的公差精度。 （ 2） 不能加工非導(dǎo)體 材料 。 （ 1） 就加工精度，將上面三種加工方法相比較，電火花成型加工可以保證相對較好的加工精度，而超聲加工的加工精度次之，最后電火花放電加工只有加工硬質(zhì)的材料才能保證較好的加工精度。 （ 3）就材料的要求，電火花成型加工在一般情況下適宜加工具有高熔點(diǎn)的金屬材料，電火花放電加工無法對非導(dǎo)體材料進(jìn)行加工，而超聲加工大多數(shù)情況下適宜用來對硬、脆等性能的材料實(shí)施加工。 綜上所述，電火花成型加工具備更好的加工優(yōu)勢，其最大優(yōu)勢在于不需要與工件相接觸，同時(shí)保證相對較高的加工精度，在目前階段有現(xiàn)成的加工機(jī)床，另一邊它的工具電極比較容易制造出來，唯一的缺陷就是在加工效率上還有待提高。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第三章 加工電極的制作 電極的制作方法及選擇 在以前 ,通常有 兩 個(gè) 方法 可以用來制作微電極 ： 第一個(gè)方法 是將通過磨削 或 切削 加工出來的 電極 直接裝置 到電火花機(jī)床上 ； 而另 一 個(gè) 方法 則 是 單純的經(jīng)過 冷拔 的效果拉出來 的 所預(yù)期的 細(xì)金屬絲 ,再 矯 正使 它 直 線 后安裝到機(jī)床上。 后來，人們 為了克服 以上 加工方法的缺陷 ， 又 進(jìn)一步 發(fā)明了塊電極反拷、線電極磨削、單脈沖放電加工等 其他相對改良的 微細(xì)電極制作方法 [15]。 （ 2） 線電極磨削法 (WEDG) 1984年，東京大學(xué) 增澤隆久 通過多次試驗(yàn)發(fā)明出該方法 。線電極磨削法 主要 是利 用固定在數(shù)控 操作平 臺(tái)上 面 的導(dǎo)向器 (一類非 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)輪 )之上的 導(dǎo)向表面 以一 均勻 速度運(yùn)動(dòng) 的線電極 當(dāng)做 加工 的 工具，數(shù)控系統(tǒng) 在人為 控制 下使得 固定 的 導(dǎo)向器切點(diǎn) 做 相對運(yùn)動(dòng)， 出現(xiàn) 線電極軸的徑向和軸向作沿轉(zhuǎn)動(dòng) 軌跡 伺服進(jìn)給。 （ 3）單脈沖放電法 當(dāng) 工件與電極十分逼 近 的 時(shí) 候 ， 由于 放電間隙間 存在著火花液 ，加工 時(shí)候的 電流 不能流通 。當(dāng) 電流密度 達(dá)到一個(gè)極 高 點(diǎn)時(shí) ， 會(huì)使得工件被 融化。 （ 4） 電火花線切割法 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 電火花線切割法 是 依靠 電極絲 （一般用 細(xì)金屬絲） ，使它能夠不斷移動(dòng)。 由于電火花線切割法 生產(chǎn)周期短、加工余量小、制造成本低、加工精度高， 被 廣泛應(yīng)用 于生產(chǎn)中 ， 就 目前國內(nèi)外 而言， 電火花線切割機(jī)床 在 電加工機(jī)床總數(shù) 中已占比例達(dá)到 60％以上 [16]。 （ 2）用線電極磨削法來制作電極，在這過程中損耗會(huì)被電極的移動(dòng)所抵消。不過這種方法是點(diǎn)接觸放電，它的缺點(diǎn)在于加工效率低。但這種方法是離線制作 ，所以他的缺點(diǎn)就是難以實(shí)現(xiàn)微三維結(jié)構(gòu)的加工。 根據(jù)上面所述，加工微凸起結(jié)構(gòu)的電極必須滿足加工精度較高的要求，線電極磨削法不滿足高的加工精度，同樣 塊電極反拷法對于電極的尺寸也難以控制， 因此這兩種方法首先排除在外。所以最終選擇線切割法來實(shí)施電極的制作。 這樣 周向 的環(huán)形 凹槽的加工 便可以 一次性完成。同時(shí)在 電極 的 選擇 上選取 100*145標(biāo)準(zhǔn) 的電極板，板上 為條狀的 凸起， 平行于 長 為 100mm的邊， 將 放電間隙 考慮進(jìn)去，可 取 間隙為 30um， 最終使得 每根齒狀凸起高 200um，寬為140um，間隔為 260um的相鄰條紋 。 同樣 的在軸向凹槽 相應(yīng)的使 加 工電極內(nèi)壁加工 形成 條狀 的 微凸起， 確保 凸起 140um寬， 200um高，相鄰?fù)蛊?的 間隔 是 （ 200*3+20*2=） 660um，孔的直徑 =2*放電間隙（ 30um） +圓柱工件直徑，為了 將 軸向凹槽加工電極 的 固定問題 解決掉 ， 我們在 一個(gè)長 （ 50mm） *寬 （ 25mm） 的紫銅塊上 加工 周向凹槽加工電極，見圖 ： 32 圖 32 軸向凹槽電極 石墨和紫銅 是電火花加工應(yīng)用中使用最為廣泛的材料 。由于受脈沖電流影響，加工過程易 出現(xiàn) 弧燒傷 ，此外，加工的性能也會(huì)受石墨的影響，導(dǎo)致不同程度的缺損 。 在本次設(shè)計(jì)試 驗(yàn) 中，要求 加工 正 方形微凸起 結(jié)構(gòu)排成的 陣列， 這邊客觀 要求工具材料具備優(yōu)良的 電火花加工性能 和 較高 的 強(qiáng)度及韌性 。 電極的制作 過程 分為兩 個(gè)步驟 ： 加工電極的工藝基準(zhǔn)。 2 、加工電極的成型部分。電極實(shí)物圖 分別是 圖 33,圖 34。 一旦 電極裝 得 不準(zhǔn)確 或者 不到位，則 會(huì)出現(xiàn) 成型面的加工精度 達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn) ， 不能 滿足工藝要求 ，還會(huì)導(dǎo)致 電極的工作底面 與 刃口 之間 的磨損 加大 ，使電極形狀 不能夠 精確 地 復(fù)制到工件上 。在滿足 加工要求 的 前提下 ， 細(xì)長電極伸出 來 的長度 要 盡可能短些， 這樣會(huì) 提高電極的剛性 。而 大型電極 材料 的剛度 決定了 金屬材料的緊固力， 所以要采用 固定 的 板型夾具， 來降低 人為對電極的 損耗程度 [18]。 （ 2） 使 加 工 精度 穩(wěn)定 ， 提高 產(chǎn)品質(zhì)量 在 加工過程 里面 ， 可以很容易 保證 刀具和工件的相對位置，這樣可以 不 會(huì)被各種 主觀因素 所 影響， 故而在 工件加工 的時(shí)候使 精度穩(wěn)定可靠。 所以，這 類的 專用夾具 可以說是減輕了工人的負(fù)擔(dān) 。 裝夾 電極驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 在傳統(tǒng)理念中 不僅 是 要驅(qū)動(dòng)電極 的 ，還 需 要驅(qū)動(dòng)電極 里面所包含的 裝夾機(jī)構(gòu) 和 運(yùn)動(dòng) 的 主軸頭。 現(xiàn)階段 ， 為了使 系統(tǒng)的響應(yīng)頻 率 有所提高，