【正文】 加工，而其中關鍵在于工具電極的制備。仿生微制造方面和摩擦學上，陣列微凸起結(jié)構(gòu)同樣具有良好的應用前景，所以，微細電火花加工必定會成為這一領域發(fā)展的重中之重[7]。（1） 了解在精細零件加工領域，電火花加工工藝的應用以及研究成果；（2） 掌握精細加工中對電極的設計和制作的方法；（3） 掌握對精細零件加工后的檢測方法。第二章 微凸起結(jié)構(gòu)的加工技術 微凸起結(jié)構(gòu)的研究及應用1980年初，微彈流動力潤滑理論建立在摩擦學的基礎上呈現(xiàn)在大眾的視野里，促進了人們對該領域的深入研究。把彈性力學與流體潤滑理論相結(jié)合所建立起來的彈流潤滑理論，它是一個可以解決滾動接觸的潤滑理論。微彈流動力潤滑理論，提出了新觀念。事實上，微凸起結(jié)構(gòu)所形成的粗糙表面不但沒有因為接觸面的不光滑而降低制作的機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]，實現(xiàn)了現(xiàn)代機械客觀傳動高速和重載的要求。兩年后，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)動機缸體內(nèi)表面上，這個提出進一步推動了微凸起結(jié)構(gòu)向?qū)嶋H應用的轉(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21～11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，故而一些人認為應該將這項技術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，線切割技術作為型腔加工已存在的主體，它的技術已經(jīng)相當?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長期以來難以推廣應用，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：（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、高熔點的金屬材料。（5）電火花成型加工技術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（主要是電極材料的選擇方面）：（1）銅鎢合金材料最大的缺點就是是價格昂貴，所以材料來源是十分困難的。此外該材料熱膨脹系數(shù)比較大，假如加工深窄筋位的部分，在較大電流下會很容易因為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域也是一天一個面目的改進，壓電陶瓷材料的制作技術與開發(fā)應用也將前途遠大，備受到社會的關注和重視。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械作用力、沒有熱作用、不依賴于材料的導電性，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，因此超聲微細加工在壓電陶瓷材料加工上具有獨特的優(yōu)勢，有著良好進步空間和發(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，也沒有影響精度的粗顯的切削力。超聲加工的缺點（1） 需要針對相應的材料研制出專門的超聲加工機床。放電加工的優(yōu)點（1）一般的加工機會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。（3）即使是加工堅硬的材料，也會有較好的公差精度。（2）不能加工非導體材料。（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的金屬材料，電火花放電加工無法對非導體材料進行加工，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，同時保證相對較高的加工精度，在目前階段有現(xiàn)成的加工機床，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。第三章 加工電極的制作 電極的制作方法及選擇在以前,通常有兩個方法可以用來制作微電極：第一個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床上；而另一個方法則是單純的經(jīng)過冷拔的效果拉出來的所預期的細金屬絲,再矯正使它直線后安裝到機床上。后來，人們?yōu)榱丝朔陨霞庸し椒ǖ娜毕荩诌M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電極制作方法[15]。（2） 線電極磨削法(WEDG)1984年，東京大學增澤隆久通過多次試驗發(fā)明出該方法。線電極磨削法主要是利用固定在數(shù)控操作平臺上面的導向器(一類非轉(zhuǎn)動導輪)之上的導向表面以一均勻速度運動的線電極當做加工的工具，數(shù)控系統(tǒng)在人為控制下使得固定的導向器切點做相對運動，出現(xiàn)線電極軸的徑向和軸向作沿轉(zhuǎn)動軌跡伺服進給。（3）單脈沖放電法當工件與電極十分逼近的時候，由于放電間隙間存在著火花液，加工時候的電流不能流通。當電流密度達到一個極高點時，會使得工件被融化。（4） 電火花線切割法電火花線切割法是依靠電極絲（一般用細金屬絲），使它能夠不斷移動。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，被廣泛應用于生產(chǎn)中，就目前國內(nèi)外而言，電火花線切割機床在電加工機床總數(shù)中已占比例達到60％以上[16]。（2）用線電極磨削法來制作電極，在這過程中損耗會被電極的移動所抵消。不過這種方法是點接觸放電，它的缺點在于加工效率低。但這種方法是離線制作，所以他的缺點就是難以實現(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。同時在電極的選擇上選取100*145標準的電極板，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，相鄰凸起的間隔是（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，加工的性能也會受石墨的影響，導致不同程度的缺損。在本次設計試驗中，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度及韌性。電極的制作過程分為兩個步驟：加工電極的工藝基準。2 、加工電極的成型部分。電極實物圖分別是圖33,圖34。一旦電極裝得不準確或者不到位，則會出現(xiàn)成型面的加工精度達不到標準，不能滿足工藝要求，還會導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制到工件上。在滿足加工要求的前提下，細長電極伸出來的長度要盡可能短些，這樣會提高電極的剛性。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，這樣可以不會被各種主觀因素所影響，故而在工件加工的時候使精度穩(wěn)定可靠。所以，這類的專用夾具可以說是減輕了工人的負擔。 裝夾電極驅(qū)動系統(tǒng)在傳統(tǒng)理念中不僅是要驅(qū)動電極的，還需要驅(qū)動電極里面所包含的裝夾機構(gòu)和運動的主軸頭?，F(xiàn)階段，為了使系統(tǒng)的響應頻率有所提高，通常采用壓電陶瓷，不過這樣的驅(qū)動只能保證質(zhì)量在幾十克之內(nèi)，而且電極的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)不了，行程最多也就幾百微米。圖41（a）、圖41（b）是兩個局部執(zhí)行模塊的原理圖，分別針對微孔加工和微細電火花成型加工所給出的。通過比較，這種系統(tǒng)要比一般的系統(tǒng)工作效率上高出數(shù)倍，同時將誤差維持在1mm左右，減小了10％～20％的電極損耗，最后抑能獲得更加良好的表面質(zhì)量。（2）夾具必須完全浸沒在電解液里面，處于密封狀態(tài)。（2） 選擇一個跟主軸相連的電動機，帶動工件進行旋轉(zhuǎn)。（4） 實現(xiàn)一次安裝就能完成對工件軸向與周向加工的兩道工序。根據(jù)這個操作原理，就能同時進行對工件的周向和軸向的加工，即所說的實現(xiàn)一次安裝就能完成對工件軸向與周向加工的兩道工序。正向電磁轉(zhuǎn)矩會推動轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)，反向電磁轉(zhuǎn)矩會推動轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)。單相異步