基于成形電火花機床的深微孔加工*

潘曉斌，王興橋

(中國工程物理研究院機械制造工藝研究所，四川綿陽 621900)

0 引言

電火花加工技術(shù)在小孔、微孔加工中應(yīng)用廣泛。目前，商品化的小孔機可以使用直徑0．1 mm的電極絲實現(xiàn)深微孔的加工，如阿奇夏米爾公司的drill20、drill300小孔機，可使用的電極絲最小直徑為0．1 mm，可實現(xiàn)直徑略大于0．1 mm的深微孔加工，但對于直徑小于≤0．1 mm微孔加工則無能為力。對于直徑≤0．1 mm的微小孔加工，電火花加工的常用辦法是在微細電火花機床上通過在線反拷方式制作直徑小于0．1 mm的微細電極，然后用于微孔加工。由于微孔加工過程中放電間隙通常在微米量級，電蝕產(chǎn)物排出困難，加工的微孔深徑比有限，通常深徑比很難超過 10 ∶1［1］。

為解決生產(chǎn)中遇到的在抗氫鋼材料表面加工直徑為0．1±0．01 mm，深度為2 mm的深微孔問題。本文在生產(chǎn)型成形電火花機床上，通過工藝技巧的輔助，成功完成了該深微孔的加工任務(wù)，拓展了設(shè)備的加工能力。

1 電極的制作

成形電火花起床在生產(chǎn)中主要用于常規(guī)尺寸的加工，很少涉及到微細加工領(lǐng)域，因此，該機床沒有配置如圖1所示的線電極磨削反拷裝置，也沒有配置微細電火花機床所必需的在線測量裝置。為在線制作微細電極，采用塊電極磨削反拷方法在線制作微細電極。塊電極磨削反拷方法裝置簡單、制作成本低且操作方便，其原理如圖2所示，旋轉(zhuǎn)的圓柱電極向塊電極所在位置伺服進給，與塊電極發(fā)生放電，將電極材料去除，使電極直徑達到指定的尺寸。

圖1 線電極磨削反拷原理

圖2 塊電極磨削反拷原理

電極的初始直徑為0．5 mm，采用數(shù)控車加工，可保證夾持部分和使用部分有較高的同軸度且使用部分直徑0．5 mm的尺寸精度小于2μm。塊電極使用面通過打表拉直的方式，使其與機床X軸平行。

微細電極加工過程的操作步驟如圖3所示，首先使用機床的接觸感知功能，找到測量位置A，將此處的位置坐標(biāo)置零(0，0)，然后依次在B、C、D位置進行磨削反拷加工，再回到A位置，使用接觸感知功能測量，并記錄坐標(biāo)位置(0，Y1)。多次重復(fù)上述步驟，直至微細電極的直徑達到目標(biāo)直徑d(d=0．5－2×Y1)。依次在B、C、D位置反拷的原因是降低塊電極損耗對反拷電極形狀的影響。如果電極持續(xù)在一個位置進行反拷，塊電極的不均勻損耗會復(fù)映到微細電極表面，影響微細電極的圓柱度，如圖4所示。

圖3 塊電極在線反拷微細電極原理圖

由于微孔加工過程中所用電源參數(shù)的側(cè)面放電間隙為0．007 mm，考慮到微細電極在加工過程中會發(fā)生微弱變形，將孔擴大，為保證直徑Ф0．1±0．01的加工結(jié)果，所加工的微細電極直徑在0．07～0．08 mm之間，電極長度為3．5 mm，如圖5所示。

圖4 帶錐度的微細圓柱電極

圖5 直徑0．075 mm的微細圓柱電極

2 加工過程控制

深微孔加工過程中，為了保證電蝕產(chǎn)物能夠及時排出，機床主軸轉(zhuǎn)速設(shè)置成100 r/min，進給方式設(shè)置成慢速逼近(100 mm/min)、快速回退(5 000 mm/min)。慢速進給主要考慮防止微細電極在進給過程中與孔內(nèi)工作液發(fā)生擠壓被折彎，快速回退主要目的是通過電極的快速運動形成倒吸，加速孔內(nèi)工作液的流動，有助于孔內(nèi)電蝕產(chǎn)物的排出。另外，電極主軸的控制策略設(shè)置成自適應(yīng)抬刀和定時抬刀(間隔時間:1 s)相結(jié)合的方式，即:當(dāng)檢測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)放電異常時會發(fā)生抬刀，沒有發(fā)生異常也會間隔1 s定時抬刀［2－3］。

采用上文所述方式，可以較為順利地將直徑0．1 mm微孔加工至深度1．2～1．4 mm之間，超過這個深度后，由于電蝕產(chǎn)物排出困難，積累在孔低，引起電蝕產(chǎn)物與電極之間發(fā)生放電，導(dǎo)致的結(jié)果是:小孔深度幾乎不再隨著加工時間的增加而增加，相反，電極損耗則迅速增大。

為增強微孔加工到一定深度后電蝕產(chǎn)物的排出能力，工件倒置的加工方式被采用［4］。工件通過彈簧夾裝在機床主軸，隨主軸一起以100 r/min的速度旋轉(zhuǎn)，而制作好的電極則通過彈簧夾安裝在機床工作臺上。采用這種方式，依靠重力輔助排出電蝕產(chǎn)物，可以使微孔被順利加工到深度2 mm。但這種方式對工件裝夾精度要求更高，必須通過打表找正的方式，使加工過程中機床主軸與電極的同軸度盡可能高，否則就會導(dǎo)致加工得到的微孔孔徑偏大。

3 結(jié)論

在生產(chǎn)型的成形電火花機床上，采用塊電極反拷的方式制作了微細電極，并利用機床的接觸感知功能完成了對微細電極直徑的測量。通過對機床非電參數(shù)的合理設(shè)置，配合工件倒置的加工方式，成功完成了直徑0．1mm，深度2mm，深徑比達20∶1的深微孔加工。這種通過工藝技巧彌補設(shè)備微細加工能力不足的方法，是在設(shè)備能力不具備的條件下解決微細零件加工的一個有效方法。

［1］ 余祖元，郭東明，賈振元．微細電火花加工技術(shù)［J］．中國科技論文在線，2007(3):126－129．

［2］ 趙戰(zhàn)峰，張林斌．超大深徑比深小孔電火花加工工藝探索［J］．現(xiàn)代機械，2012(6):1－12．

［3］ 劉建勇，蔡延華，李 艷．微細精密小孔電火花加工專用水循環(huán)系統(tǒng)研制［J］．電加工與模具，2012(5):55－63．

［4］ 賈寶賢，房長興．倒置式電火花超聲復(fù)合加工裝置［J］．電加工與模具，2010(4):64－67．