微尺度群凸起電火花加工試驗(yàn)設(shè)計

1、常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目 微尺度群凸起電火花加工試驗(yàn)設(shè)計 學(xué) 院 物理與電子工程學(xué)院 年 級 09級 專 業(yè) 電子信息工程 班 級 1604092 學(xué) 號 160409213 學(xué)生姓名 佘海波 指導(dǎo)教師 于海林 職 稱 導(dǎo) 師 論文提交日期 2013年4月20日 1常熟理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)誠信承諾書本人鄭重聲明： 所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(論文)，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到

2、本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。本人簽名： 日期： 常熟理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文)使用授權(quán)說明本人完全了解常熟理工學(xué)院有關(guān)收集、保留和使用畢業(yè)設(shè)計(論文)的規(guī)定，即：本科生在校期間進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(論文)工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬常熟理工學(xué)院。學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許畢業(yè)設(shè)計(論文)被查閱和借閱；學(xué)校可以將畢業(yè)設(shè)計(論文)的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編畢業(yè)設(shè)計（論文），并且本人電子文檔和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。保密的畢業(yè)設(shè)計(論文)在解密后遵守此規(guī)定。本人簽名： 日期： 導(dǎo)師簽名： 日期： 微尺度群凸起電火花加工試

3、驗(yàn)設(shè)計摘 要隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，具有各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)與特殊工藝要求的工件越來越多，這就使得傳統(tǒng)的機(jī)械加工難以持續(xù)。微尺度群凸起電火花加工作為新的一門技術(shù)，通過電極間的重復(fù)脈沖放電腐蝕材料，能夠更精細(xì)的對工件進(jìn)行加工。在本工作中，首先設(shè)計出專用夾具，通過電火花加工技術(shù)對微型散熱器的圓柱表面實(shí)施微凸起加工。構(gòu)建出凸起形狀為邊長200 um的正方形，且凸起間距也是200 um，并且通過一次裝夾同時完成圓柱的軸向與周向兩道加工工序。最終在圓柱表面加工出微凸起結(jié)構(gòu)，經(jīng)電子顯微檢測凸起間距以及長和寬大約都為200 um,高大約為150um的立體，符合實(shí)驗(yàn)設(shè)計要求，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)。關(guān)鍵詞：

4、群凸起 夾具 電極Micro EDM Experimental Design GroupAbstractWith the development of industry and the progress of science and technology, there are more and more workpiece with complex structure and special technology, which make the process to prepare these workpiece becoming more difficult for traditional

5、mechanical processing methods. Micro EDM group is a new technology with high precise processing, which process workpiece through repeated pulse discharge between electrodes and workpiece to corrode material.In this work, a special fixture has been designed, which can process the cylindrical surface

6、to attain the micro convex configurations on the surface of cylindrical using electric spark machining technology. These micro convex configurations are squared and the side-length is 200 um. The distance among these micro convex configurations is also 200 um. Through our designed fixture, the proce

7、ss for axial and circumferential are employed at the same time. Indeed, micro convex configurations, which the side-length,and distance are 200 um ,height is 150 um are prepared and confined by electron microscopic detection. The aim of this work has been achieved.Keywords: group raised; fixture; el

8、ectrode目錄第一章 引言11.1 電火花加工簡介11.2 電火花加工原理11.3電火花的加工特點(diǎn)及形勢31.4設(shè)計的內(nèi)容及目的4第二章 微凸起結(jié)構(gòu)的加工技術(shù)52.1 微凸起結(jié)構(gòu)的研究及應(yīng)用52.2 幾種微凸起結(jié)構(gòu)的加工方法52.2.1 電火花成型加工52.2.2 超聲加工72.2.3 電火花放電加工82.3 微凸起結(jié)構(gòu)加工方法的選擇8第三章 加工電極的制作103.1 電極的制作方法及選擇103.2設(shè)計和制作電極113.3 電極的標(biāo)準(zhǔn)制作與安裝13第四章 夾具的設(shè)計144.1 夾具的功用144.2 裝夾144.3 加工夾具的設(shè)計154.3.1 整體設(shè)計154.3.2 選擇電機(jī)164.3.3

9、 選擇軸承164.3.4 設(shè)計主軸174.3.5 設(shè)計箱體184.3.6 設(shè)計零部件184.4 夾具設(shè)計總結(jié)19第五章 加工工藝205.1 工藝參數(shù)205.2 加工微凸起的步驟205.2.1 周向加工205.2.2 軸向加工215.3 電參數(shù)的正確匹配215.4 檢測與分析225.4.1 檢測方法225.4.2 檢測結(jié)果225.4.3 小結(jié)24第六章 設(shè)計總結(jié)與展望256.1 設(shè)計總結(jié)256.2 展望25參考文獻(xiàn)26致 謝27IV第一章 引言1.1 電火花加工簡介電火花加工是經(jīng)歷了人們從生產(chǎn)改革到科技文明的一門新的學(xué)科，新的技術(shù)。數(shù)十年的發(fā)展路程，使得它能夠更好地被人們所接受并加以應(yīng)用，完善生

10、產(chǎn)操作，促進(jìn)效率。十九世紀(jì)后期，人們通過對光電應(yīng)用的研究，發(fā)現(xiàn)開關(guān)解電器的觸點(diǎn)在打開的時候會產(chǎn)生放電效應(yīng)，使得接觸點(diǎn)燒蝕，損壞了接觸面。這種放電效應(yīng)在電極產(chǎn)起的燒蝕現(xiàn)象我們稱之為電腐蝕。在開始一段時間，電腐蝕是被人們認(rèn)為有害的，針對健康環(huán)保，減少和避免該類電腐蝕，人們開展了對電腐蝕產(chǎn)生的原因和防止的辦法的研究。在人們了解了它的規(guī)律之后，開始轉(zhuǎn)變研究方向，將電腐蝕用到生產(chǎn)過程中，轉(zhuǎn)害為利。研究結(jié)果表明，當(dāng)兩個正負(fù)極放電的時候，通道里面會在瞬間產(chǎn)生極多的熱量，這些能量足以使得電極材料表層發(fā)生局部的熔化或汽化；同時，這些熔化或汽化的材料碎屑會能脫離電極的表面，形成我們所能看到的放電腐蝕形成的坑穴。在

11、二十世紀(jì)四十年代初，人們通過對電火花的進(jìn)一步研究，認(rèn)識到了在液體介質(zhì)中進(jìn)行重復(fù)性脈沖放電，可以對導(dǎo)電材料進(jìn)行相對的尺寸加工， “電火花加工法1”由此產(chǎn)生，并將得到發(fā)展應(yīng)用。1.2 電火花加工原理圖1- 1 電火花加工的原理圖電火花加工是利用低壓和液介所形成的火花放電來對材料進(jìn)行標(biāo)量尺寸的腐蝕，達(dá)到預(yù)期的加工目標(biāo)，我們稱這種方法為電火花加工法。如上圖1-1所示，電火花加工原理可詳述成以下幾個工序，其中圖1-1(a)為加工原理的模擬框圖。(1) 兩極間介質(zhì)的電離、擊穿所形成的放電通道(圖1-1(b)。接通脈沖電壓，工具與工件各自的電極慢慢靠攏（維持放電間隙在0.010.05mm），這導(dǎo)致它們之間的

12、電場強(qiáng)度會逐步增大，不過受兩極的細(xì)微表面是凹凹凸凸的影響，兩極間最近的A、B兩點(diǎn)處電場強(qiáng)度是所有里面最大的。兩極之間所存在的介質(zhì)是液體的（通常用煤油，礦物油或去離子水），眾所知道，這樣的液體介質(zhì)中或多或少地會含有微分子，自由電子等其他雜質(zhì)。在強(qiáng)大的電場力作用下，正粒子（帶正電）和負(fù)粒子（帶負(fù)電）會出現(xiàn)分離，隨著電場強(qiáng)度增大，帶電粒子也就變多，最終會使得液體介質(zhì)電離和擊穿，出現(xiàn)放電通道。因?yàn)橥ǖ赖慕孛嫣^細(xì)微，通道內(nèi)受熱膨脹所形成的壓力最高可達(dá)幾萬帕，這樣的情況下，高溫高壓的放電通道以一個難以想象的速度擴(kuò)展，產(chǎn)生一個強(qiáng)烈的沖擊波輻射到四周。在放電的同一刻，還伴隨著產(chǎn)生光以及聲效應(yīng)，由此造成了我們

13、習(xí)以為常看得見的電火花。(2) 電極工具材料的熔化和氣化所導(dǎo)致得熱膨脹 (圖1-1(c)、(d)。當(dāng)液體介質(zhì)中形成放電通道的那一刻，通道間的那些帶負(fù)電的粒子會向正極運(yùn)動，同時帶正電的粒子也就向負(fù)極運(yùn)動，這樣的運(yùn)動中，各粒子之間磕磕碰碰，導(dǎo)致熱量的產(chǎn)生，相應(yīng)的周邊溫度升高，通道里面環(huán)境發(fā)生劇變，一瞬之后，高溫達(dá)到一個極限（10107Wmm）。這樣的情況下工作液先出現(xiàn)汽化，進(jìn)一步發(fā)生氣化，高溫范圍向周邊延伸出去，金屬材料的表層逐步開始出現(xiàn)熔化以及氣化。最終氣化后的金屬蒸氣和工作液會一瞬間體積增長，導(dǎo)致了形如爆炸的性質(zhì)。因此在觀察電火花加工的時候，我們能夠很明顯地看到工件與工具電極之間有煙出現(xiàn)，同時

14、伴有輕微的爆炸聲。(3) 電極工具局部材料的拋出(圖1-1(e)。當(dāng)正負(fù)電極之間產(chǎn)生電火花，放電通道便會產(chǎn)生高溫高壓的情況。通道的中心與邊緣存在著一個溫差，這個溫差也造成了壓力差，致使上述的蒸汽液之類向外排出，甚至是被拋出去。在這個加工過程中，我們可以通過仔細(xì)觀察，很明確地看到四處濺射的橘紅色火花，這些便是被拋出的不需要的電極局部材料。(4) 兩極之間所存在液體介質(zhì)的消電離(圖1-1(f)。在上面的過程結(jié)束后，也意味著放電的結(jié)束，那些廢液之類會漸漸流出，最終冷卻下來，恢復(fù)到原來的樣子，即絕緣態(tài)。倘若在這個過程中，腐蝕所造成的產(chǎn)物以及廢液沒有能夠得到盡快的排出，使得熱量也同樣不能有效地被疏導(dǎo)，這

15、樣局部的介質(zhì)便會超出標(biāo)準(zhǔn)的熱容量，致使其他介質(zhì)，就是所謂的工作液因?yàn)楦邷囟纸夥e炭，加工無法正常進(jìn)行，并且有損電極。因此為了保證電火花加工過程的正常持續(xù)進(jìn)行，在兩次放電之間必須有足夠的時間間隔讓電腐蝕產(chǎn)物完全充分排出，恢復(fù)放電通道的絕緣性能，使工作液體介質(zhì)消電離2。從上述加工原理可以看出，進(jìn)行電火花加工所具備得三個必要條件： (1)采用脈沖電源，放電時間控制在10-710-3 s；(2)控制自動進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置，通過該設(shè)施使得工件與工具電極之間放電間隙維持在一個很小的范圍內(nèi)；(3)放電過程必須具備在相應(yīng)的絕緣介質(zhì)中，一般來說，絕緣度在10107 m ，從而實(shí)現(xiàn)加工過程的穩(wěn)定。1.3電火花的加工特點(diǎn)

16、及形勢區(qū)別于機(jī)械加工，電火花加工是一種完全不同的新工藝。 隨著科學(xué)技術(shù)和先進(jìn)生產(chǎn)力的不斷提高，對于性能更高的材料也有了新的生產(chǎn)理念。先進(jìn)的生產(chǎn)力對于實(shí)現(xiàn)加工更為精細(xì)嚴(yán)格。傳統(tǒng)的加工漸漸不能適應(yīng)新社會的要求。在人們逐步摸索之中，電火花加工作為一類新的工藝展現(xiàn)在人們面前。一般來說電火花加工主要特點(diǎn)：可以加工任何韌、強(qiáng)、脆、硬和純等高性能的導(dǎo)電材料；加工的時候沒有很明顯的機(jī)械力，非常適合用到對微細(xì)結(jié)構(gòu)和低剛度工件進(jìn)行加工；通過調(diào)節(jié)脈沖參數(shù)實(shí)現(xiàn)在一臺機(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

17、會在工具電極上出現(xiàn)消耗，損傷電極，從而影響了加工的精度。不過電火花加工法能夠適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要，并在應(yīng)用中顯示出很多優(yōu)異性能， 因此，得到了迅速發(fā)展和日益廣泛的應(yīng)用3。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。因此，工具電極方便制作。29（2）脈沖放電時候的能量密度高，便于加工。用普通的機(jī)械加工方法難于加工或無法加工的特殊材料和復(fù)雜形狀的工件。而且電火花加工不受材料硬度和熱處理狀況影響。（3）放電的過程存在著一個電極損耗的

18、過程，會影響工件成型的精確度。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有太大的影響。（4）電火花加工是以工件結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的加工，簡化了工藝，提高了效率和質(zhì)量，同時降低了工人的操作難度。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。其中松下精機(jī)可以說是領(lǐng)先一步,該公司能穩(wěn)定加工出小于5m的微細(xì)孔和小于2.5m的微細(xì)軸,不過它的價格過于昂貴,大概得花費(fèi)20萬美元，而且還是對國內(nèi)禁運(yùn)的。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

19、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。對于國內(nèi)來說，我國南航和哈爾濱工業(yè)這兩個大學(xué)在這方面的也取得了很大的成就，哈爾濱工業(yè)大學(xué)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)小于8m的微細(xì)孔和小于4.5m的微細(xì)軸的加工，達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。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。就全世界微細(xì)加工領(lǐng)域來看，歐美這些國家突出對硅原料實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)的加工制作，就這細(xì)分下來的領(lǐng)域技術(shù)人員普遍稱為微細(xì)電子機(jī)械領(lǐng)域。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

20、小模具）。相對像目前已廣泛流行利用放電加工技術(shù)來加工微細(xì)零件，如對微細(xì)軸、微孔的加工，針對微坑結(jié)構(gòu)、微凸起的加工還欠缺深入的研究，甚至是還未開始對陣列形狀的加工研究應(yīng)用。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。其中一種有效的方法是用電火花線切割微精加工。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)電火花加工必定會成為這一領(lǐng)域發(fā)展的重中之重7。1.4設(shè)計的內(nèi)容及目的通過設(shè)計出專門的夾具，使用電火花加工方法來對圓柱表面進(jìn)行微凸起加工，凸起結(jié)構(gòu)的形狀是200um為邊長的正方形，并且凸起之間的間隔也是200um，在加工過程中

21、實(shí)現(xiàn)一次裝夾就能完成對圓柱周向和軸向同時進(jìn)行的兩道加工工序。（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)計和制作的方法；（3） 掌握對精細(xì)零件加工后的檢測方法。此外：掌握各種器件的正確使用方法，以及對于實(shí)驗(yàn)環(huán)境尤其是微電流的正確控制。第二章 微凸起結(jié)構(gòu)的加工技術(shù)2.1 微凸起結(jié)構(gòu)的研究及應(yīng)用1980年初，微彈流動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。以傳統(tǒng)的彈流潤滑（EHL）理論基礎(chǔ)，微彈流動力潤滑理論是在其上發(fā)展起來的。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，它是一個可以解決滾動接

22、觸的潤滑理論。相應(yīng)的，微彈流潤滑理論，則是建立在宏彈流的基礎(chǔ)上，對微凸體產(chǎn)生的微彈流加以一系列的研究，所得出的新潤滑理論。微彈流動力潤滑理論，提出了新觀念。原來機(jī)械領(lǐng)域中認(rèn)為滾動接觸的機(jī)械零件表面應(yīng)該越光滑越好，而它針對這關(guān)鍵給出相對的理念，打破了傳統(tǒng)觀點(diǎn)。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)械客觀傳動高速和重載的要求。所以來說，微彈流動力潤滑理論是能過成為潤滑理論這一領(lǐng)域的重大突破。兩年后，美國人William.H.Belke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

23、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(jī)缸體內(nèi)表面上，這個提出進(jìn)一步推動了微凸起結(jié)構(gòu)向?qū)嶋H應(yīng)用的轉(zhuǎn)變 10。起初，他依靠微彈流方面的最新研究成果，實(shí)現(xiàn)了將微凸起結(jié)構(gòu)的縱軸方向從與零件運(yùn)動方向一致轉(zhuǎn)變成為相垂直。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2/11/1之間。之后他又在通過多次試驗(yàn)比較針對微凸起結(jié)構(gòu)逐步掌握其規(guī)律以及最佳實(shí)現(xiàn)方案，這種方案可以有效地加強(qiáng)發(fā)動機(jī)缸體耐

24、燒和耐磨的性能，同時也減少發(fā)動機(jī)工作時的漏氣和油耗。2.2 幾種微凸起結(jié)構(gòu)的加工方法2.2.1 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。反對聲音也有，電火花機(jī)床制造商認(rèn)為，對于部分窄槽加工來說，高速銑依舊不能解決。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)某墒欤诋a(chǎn)值方面，它仍高出成型加工的數(shù)倍。由于電火花成型加工的復(fù)雜機(jī)理，電火花成型加工現(xiàn)階段不怎么如意，不過它還處于的成長期，距離它成為型腔中精加工工藝的主體目標(biāo)還有好長一段路要走，所

25、以這就要求它要更努力一些11。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)。不過這些數(shù)據(jù)還達(dá)不到實(shí)用的要求，就安全規(guī)范、成型效率、粗糙指數(shù)、電極的損耗、尺力精度等等指標(biāo)，怎樣在它們之間取得平衡，來達(dá)到預(yù)期的權(quán)衡序列，難以實(shí)現(xiàn)。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發(fā)生變形很大程度上保證其加工精度。（2）電火花成型加工的過程中沒有過大的機(jī)械加工力，因而加工用的機(jī)床相對輕巧，也不需要再去考慮安裝基礎(chǔ)設(shè)

26、備。（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。（4）電火花成型加工是一類不觸碰的加工，也就是說加工的時候工具與工件兩電極之間是不觸碰的；相比較其它加工方式，這種加工方式是不會對工件造成硬性的傷害。（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。（6）電火花成型加工不會因?yàn)橄翊嬖赗角的銑加工那樣，它可以對工件根據(jù)要求構(gòu)建豎直拐角，從而達(dá)到目標(biāo)加工。（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。（8）電火花成型加工過程

27、中受熱很小，可以忽略其影響，所以可以削弱影響的層面，這樣工件質(zhì)量會大大提高。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)就是是價格昂貴，所以材料來源是十分困難的。（2）紫銅材料本身熔點(diǎn)低，不適合承載較大的電流密度，一般實(shí)驗(yàn)過程中不能夠利用超過30A的電流來加工，否則會導(dǎo)致電極材料表面龜裂、嚴(yán)重受損，影響加工的效果。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?yàn)榫植扛邷厥闺姌O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。（3）石墨電極材料的缺點(diǎn)是放電穩(wěn)定性通常不盡人意，受電弧放電影響不適

28、合精細(xì)加工，一般是用來加工損耗較大要求的加工。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。最主要的是要利用專門的加工機(jī)器來制作石墨電極。2.2.2 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。壓電陶瓷是一種新型的功能電子材料，具備有高智能化。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，備受到社會的關(guān)注和重視。依賴于精良的加工工藝，壓電陶瓷受到廣泛的應(yīng)用。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

29、地開發(fā)新材料及新的加工工藝。壓電陶瓷是一種非金屬脆性材料，由于一般的機(jī)械加工方法作用力過大，加工時容易出現(xiàn)裂紋和脆斷，對其進(jìn)行精確加工十分艱難，又因?yàn)槠涫欠墙饘俨牧希圆贿m合用電加工方法。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。 超聲加工英文簡稱為USM，它是一種利用超聲頻來使工具做小振幅振動，通過游離于它與工件之間的液體中的磨料來捶擊被加工表面，使得工件材料表面逐步破碎以實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的特種加工。超聲加工常用于焊接、切

30、割、套料、穿孔和拋光。超聲加工的優(yōu)點(diǎn)（1）能使得加工表面質(zhì)量和精度提高，而且加工迅速，生產(chǎn)效率高。（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。這樣的性能可以高效地加工各種硬脆材料。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。圖2-1 超聲加工 2.2.3 電火花放電加工通過微細(xì)放電加工技術(shù)來制作微坑表面結(jié)構(gòu)和微凸起結(jié)構(gòu),主要是利用微坑和微凸起的相對幾何關(guān)系,再利用電火花微精線切割技術(shù)來加工制備所需要的不同形狀陣列的凹槽電極,然后根據(jù)反拷貝原理，用電火花成型加工技術(shù)加工微坑陣列，將工件和電極的凹凸關(guān)系反置一下設(shè)計出來,最終實(shí)現(xiàn)將微凸起結(jié)構(gòu)陣列加工到工件

31、表面14。放電加工的優(yōu)點(diǎn)（1）一般的加工機(jī)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。（2）放電加工可以制造出傳統(tǒng)切削加工機(jī)不能加工生產(chǎn)所要求的特殊形狀的產(chǎn)品。（3）即使是加工堅硬的材料，也會有較好的公差精度。放電加工的缺點(diǎn)（1）加工的速度相對緩慢。（2）不能加工非導(dǎo)體材料。2.3 微凸起結(jié)構(gòu)加工方法的選擇微凸起結(jié)構(gòu)的加工是一種高精密的加工，要綜合考慮到加工的效率、精度、設(shè)施、材料等各方面要求。（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。（2）就設(shè)施的要

32、求，只有超聲加工需要針對加工材料設(shè)計出專門的超聲機(jī)床，所以說它對設(shè)施的要求比較高，而電火花放電加工和電火花成型加工都可以使用一般的電火花機(jī)床。（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。（4）就加工效率，就上述三種加工方法進(jìn)行比較，電火花放電加工相對效率比較低，反之，超聲加工迅速，生產(chǎn)效率相對高，而電火花成型加工只能在小電流下加工，生產(chǎn)效率也是相對較低的。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

33、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。經(jīng)過以上比較，最終選擇利用電火花成型加工來對微凸起結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工。第三章 加工電極的制作3.1 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(jī)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(yù)期的細(xì)金屬絲,再矯正使它直線后安裝到機(jī)床上。因?yàn)檫@兩種離線方法都必須實(shí)施二次安裝過程，所以導(dǎo)致了重復(fù)定位的誤差，同時，這兩種制作微細(xì)電極的方法存在自身特有的限制，所加工出來的微細(xì)電極達(dá)到直徑<50m就已是極限，更為精細(xì)的確實(shí)無

34、能為力。后來，人們?yōu)榱丝朔陨霞庸し椒ǖ娜毕荩诌M(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。（1）塊電極反拷法(EDG)塊電極反拷法的加工原理是依據(jù)逆電火花加工法，是一類在線制造微細(xì)電極的，比較傳統(tǒng)的制作方法。（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。這種微細(xì)電極制作方法尤其適合于對微細(xì)軸類零件實(shí)施微電火花加工。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(dǎo)向器(一類非轉(zhuǎn)動導(dǎo)輪)之上的導(dǎo)向表面以一均勻速度運(yùn)動的線電極當(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，出現(xiàn)線電極軸的徑向和軸

35、向作沿轉(zhuǎn)動軌跡伺服進(jìn)給。通過這種途徑來制作微細(xì)電極,主要是依靠移動的電極絲與轉(zhuǎn)動的電極，兩者間進(jìn)行放電所達(dá)到目的的。（3）單脈沖放電法當(dāng)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。而當(dāng)放電間隙變得更小的時候，工件與電極間距離達(dá)到最小，受電場效應(yīng)影響，形成一個可以通電的電離管道，進(jìn)而形成電火花，構(gòu)成細(xì)微的電弧柱。當(dāng)電流密度達(dá)到一個極高點(diǎn)時，會使得工件被融化。被融化的那部分變成極其微細(xì)的粉末，流散到加工液當(dāng)中，隨后被沖出去，最后留下的痕跡會在火花液中冷卻，放電間隙之間恢復(fù)到絕緣態(tài)，而在放電點(diǎn)的那處地方?jīng)]有被除掉的部位隆起，便是下一個弧波電流進(jìn)行放電的點(diǎn)，這便構(gòu)成了

36、電脈沖放電加工。（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(xì)金屬絲），使它能夠不斷移動。在脈沖電壓下進(jìn)行火花放電，對工件進(jìn)行腐蝕加工定型。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。就上述四種制作電極的方法進(jìn)行比較：（1）用塊電極反拷法來制作電極，最明顯的優(yōu)勢就是較高的加工效率，不過塊電極在加工中本身會出現(xiàn)損耗，所以加工的時候難以控制微細(xì)電極的尺寸，這對于加工更精密的電極材料帶來了不便。（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。這樣可實(shí)

37、現(xiàn)電極尺寸精度更好的被控制，也可以制作出各種復(fù)雜形狀（例如螺旋形，多邊形）的微細(xì)電極。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。（3）用單脈沖放電法來制作電極，這種方法加工效率高,沒有必要準(zhǔn)備其他輔助的設(shè)備，利用一般的電火花成形機(jī)床就可以實(shí)現(xiàn)。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。（4） 用線切割法來制作電極，加工精度比較高。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。結(jié)合本次課題的要求，微凸起結(jié)構(gòu)的形狀是一種三維結(jié)構(gòu)，而單脈沖法屬于離線操作

38、，很難實(shí)現(xiàn)電火花三維結(jié)構(gòu)的加工，所以這種方法也被排除。所以最終選擇線切割法來實(shí)施電極的制作。3.2設(shè)計和制作電極設(shè)定制作加工方案，微凸起結(jié)構(gòu)的加工一般可以分為兩步工序：第一步工序是對周向的環(huán)形凹槽進(jìn)行加工，保持周向的環(huán)形凹槽加工電極位置固定著，將圓柱狀的工件旋轉(zhuǎn)進(jìn)給一周。這樣周向的環(huán)形凹槽的加工便可以一次性完成。在環(huán)形紋路中凸起的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)是200um的寬，50um的高，并且相鄰?fù)蛊鹬g的間隔為200um。同時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2

39、60um的相鄰條紋。見圖：3-1圖3-1 周向凹槽電極第二步工序是對軸向的條形凹槽的加工，在圓柱工件上套上軸向凹槽加工電極，固定住工件，將電極沿著工件軸向進(jìn)行進(jìn)給，行程標(biāo)準(zhǔn)為290mm，確保構(gòu)成凸起200um寬， 50um高以及間隔為200um的條形。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)蛊鸬拈g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：3-2圖3-2 軸向凹槽電極石

40、墨和紫銅是電火花加工應(yīng)用中使用最為廣泛的材料。石墨制作的電極加工加工，密度小，所以輕巧，不過力學(xué)強(qiáng)度不夠。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(dǎo)致不同程度的缺損。紫銅材料內(nèi)部精密、韌性強(qiáng)，一般適合用來加工復(fù)雜形狀、高精度、表面粗糙度小和輪廓清晰的型腔，不過紫銅密度較大，又受切削加工性能影響，不宜制作成大中型的電極17。在本次設(shè)計試驗(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。綜上考慮以及成本因素，選取紫銅作為電極材料。電極的制作過程分為兩個步驟：1、加工電極的工藝基準(zhǔn)。任何制作工具電極的方法，它

41、的制作過程都會有工藝基準(zhǔn)，必須先明確工藝基準(zhǔn)，然后利用傳統(tǒng)的加工方法得到。2 、加工電極的成型部分。工具電極的表面粗糙度小，尺寸精度高，形狀復(fù)雜，并且加工電極的紋路都是直線，所以可以采用電火花線切割法制作。電極實(shí)物圖分別是圖3-3,圖3-4。圖3-3 周向凹槽加工電極實(shí)物圖 圖3-4 軸向凹槽加工電極實(shí)物圖3.3 電極的標(biāo)準(zhǔn)制作與安裝電火花加工中，加工零件前，必須要對電極和工件進(jìn)行校正，保證電極的軸心線與機(jī)床工作臺面相垂直，此外電極與夾具兩者的安裝面也必須擦拭干凈，使得接觸面良好。一旦電極裝得不準(zhǔn)確或者不到位，則會出現(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，還會導(dǎo)致電極的工作底面與刃口之

42、間的磨損加大，使電極形狀不能夠精確地復(fù)制到工件上。另外安裝電極還要注意緊固電極時對螺釘作用力要適當(dāng)均勻，以防止電極形變。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，這樣會提高電極的剛性。石墨電極是一種脆性材料，難以緊固。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。第四章 夾具的設(shè)計4.1 夾具的功用（1） 使輔助時間縮短，提高生產(chǎn)率夾具的操作可以分為兩個階段，第一個便是將夾具安裝到加工機(jī)床上面并加以調(diào)整，第二個則是通過針對性的定位設(shè)施將工件裝夾到夾具里面，從而實(shí)現(xiàn)快速安裝。（2） 使加工精度穩(wěn)定，提高產(chǎn)品質(zhì)量在加工過程里面

43、，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。（3） 降低技術(shù)要求和員工的勞動強(qiáng)度大多數(shù)夾具的夾緊裝置，員工可以通過按鈕或手柄的操控來夾緊工件，在很大程度上降低了操作人員的技術(shù)方面要求，減少了工人校正裝置的工序，調(diào)整了工件加工的時間和難度。所以，這類的專用夾具可以說是減輕了工人的負(fù)擔(dān)。（4） 使得機(jī)床的加工范圍擴(kuò)大大多數(shù)專用夾具能裝夾不同種類的工件，而且適用于使用在不同類的機(jī)床上，這讓機(jī)床的加工范圍很有效的得到擴(kuò)大。4.2 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(jī)構(gòu)和運(yùn)動的主軸頭。由于驅(qū)動的重

44、量太大，所以響應(yīng)頻率會很低，大概只有2040Hz，這對表面質(zhì)量和加工效率有了嚴(yán)重影響?，F(xiàn)階段，為了使系統(tǒng)的響應(yīng)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(shí)現(xiàn)不了，行程最多也就幾百微米。為了使得上面的問題能夠解決，日本的Yoshihito Imai給出了答案，研制出了新型的兩種局部執(zhí)行模塊20。圖4-1（a）、圖4-1（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(xì)電火花成型加工所給出的。這種局部執(zhí)行模塊工作時，在x、y、z方向上，可以同時實(shí)現(xiàn)200Hz的頻率響應(yīng)。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，

45、減小了1020的電極損耗，最后抑能獲得更加良好的表面質(zhì)量。圖4-1 局部執(zhí)行模塊的原理圖4.3 加工夾具的設(shè)計4.3.1 整體設(shè)計1 夾具的技術(shù)要求：（1）夾具的整體的重量必須要以最低成本為原則。（2）夾具必須完全浸沒在電解液里面，處于密封狀態(tài)。 2 對夾具的改進(jìn)（1） 根據(jù)要求，選擇出一個主軸，保證它的軸承是固定的。（2） 選擇一個跟主軸相連的電動機(jī)，帶動工件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。（3） 將夾具放置到導(dǎo)軌上面，向著工件的軸向磨滑，加工工件的時候遇到軸向凹槽時，可以保持工件固定著。（4） 實(shí)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)設(shè)計要求，設(shè)計選擇出一個主軸，使其能夠帶動工件旋轉(zhuǎn)，這樣有便于

46、對周向的加工，并且將夾具放置到導(dǎo)軌上面，方便對軸向的加工。根據(jù)這個操作原理，就能同時進(jìn)行對工件的周向和軸向的加工，即所說的實(shí)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。具體設(shè)計見：圖4-2圖4-2 夾具總體裝配圖4.3.2 選擇電機(jī)受電流與磁場的相互作用，導(dǎo)致正反電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生。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)。這兩個轉(zhuǎn)矩疊加到一起形成的合成轉(zhuǎn)矩便會推動電動機(jī)轉(zhuǎn)動。單相異步電動機(jī)所擁有的特性是：a) 當(dāng)n=0且s=1時，T=T+ T-=0，通過這個數(shù)據(jù)可以看出：單相異步電動機(jī)無法正常進(jìn)行，必須采取其他措施來彌補(bǔ)。b) 當(dāng)s1，則T0，T的方向取決于s的正、負(fù)。c)

47、由于存在著反向轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致合成轉(zhuǎn)矩相應(yīng)地減小，所以單相異步電動機(jī)相對其他電機(jī)來說，它過載能力較好21。結(jié)合本次畢業(yè)設(shè)計的要求，加工過程采取電火花加工，對于轉(zhuǎn)速的要求比較低，最終確定選擇36BF003電機(jī)。4.3.3 選擇軸承1 軸承的分類及作用軸承根據(jù)形狀和性能可分止推、球、向心、滾動等等軸承。 軸承的作用說簡單點(diǎn)就是支撐，也可以認(rèn)為它是起到固定軸的作用。事實(shí)上，就是固定軸來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動的，同時控制它在軸向和徑向上的移動。沒有軸承的電機(jī)是不能工作。我們可以認(rèn)為軸的運(yùn)動是不受限制的，它可以隨時轉(zhuǎn)向，不過，對于電機(jī)來說，它所起到的作用則是轉(zhuǎn)動。理論上說來，軸承會限制運(yùn)轉(zhuǎn)，為了削弱這個限制，需要考慮到潤滑

48、，一般來講，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時負(fù)責(zé)及時添加潤滑劑，降低摩擦所造成的能耗，和軸承的損壞。因?yàn)榛瑒虞S承的存在，人們認(rèn)為把滑動摩擦換成滾動摩擦的理念是不對的。2 軸承的預(yù)緊力軸承的預(yù)緊力就是在軸承內(nèi)外圈之間所施加的軸向力。軸承圈套與滾子間存在著或多或少的間隙（又名游隙），通過施加一定的預(yù)緊力可以將游隙消除，削弱軸承運(yùn)行過程中的造成的噪聲和振動。當(dāng)然，預(yù)緊力是有限度的，不能過大，不然會使軸承的磨損加快，甚至在特殊情況下造成軸承卡死。預(yù)緊力的調(diào)節(jié)控制：預(yù)先打開封閉的床頭箱，可以發(fā)現(xiàn)有一調(diào)整螺母處于主軸前端靠近床頭箱的地方，松開緊定的螺釘，再次收緊該螺母便可完成軸承間隙的調(diào)整22(因?yàn)殒i緊力有些偏大，過程中需用

49、力敲擊)。結(jié)合本次畢業(yè)設(shè)計的要求，由于軸承是用來固定主軸的，可以確保工件的加工能順利進(jìn)行，綜合各項(xiàng)因素，最終選擇了30206軸承。4.3.4 設(shè)計主軸對主軸主要考慮的是主軸頭的結(jié)構(gòu), 軸徑，支承，材料的選擇以及熱處理等等因素。在本次畢業(yè)設(shè)計中，軸是用來帶動工件旋轉(zhuǎn)的，實(shí)現(xiàn)對工件周向的加工，綜上因素考慮，對主軸的設(shè)計如圖4-3：圖4-3 主軸4.3.5 設(shè)計箱體本次課題中對箱體的要求是：要能完全放置到電解液中，這就要求整個箱體完全密封，為了將箱體的重量減輕，因此需要在箱體底面去除掉一部分材料，參考設(shè)計圖如：圖4-4:圖4-4 箱體4.3.6 設(shè)計零部件圖4-5 零部件圖零部件的結(jié)構(gòu)：由密封橡膠件

50、，壓板，螺栓三部分組成。零部件在整個夾具中所起到的作用：通過壓板將三個螺栓擰在橡膠件上，然后經(jīng)過擠壓，確保壓緊處于中間小孔中的電線，避免液體流進(jìn)箱體中。4.4 夾具設(shè)計總結(jié)此夾具的功能是實(shí)現(xiàn)一次安裝就能同時完成兩道工序,實(shí)現(xiàn)對工件和工具的固定。本課題主要是針對圓柱表面制作微凸起結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，對于加工的精度要求比較高，將此夾具放置在導(dǎo)軌上面，使其沿工件的軸向移動，由于在運(yùn)動的時候存在不穩(wěn)定性，這樣會導(dǎo)致加工的精度有所降低。故而要求整個夾具體必須要與機(jī)床高度結(jié)合，盡量削弱誤差所帶來的影響。第五章 加工工藝5.1 工藝參數(shù) 在本次畢業(yè)設(shè)計中，要求微凸起結(jié)構(gòu)的粗糙度為Ra1.2以及微凸起結(jié)構(gòu)的間隙為2

51、00um。為了使粗糙度符合實(shí)驗(yàn)要求，因此放電間隙不能大于40um?？紤]到工件與工具電極之間的間隙越大，那么導(dǎo)致電極凸起的部分寬度會越小，這樣加工出的電極更容易發(fā)生形變，造成加工難度變大，結(jié)合粗糙值要求考慮，初步選擇符合要求的參數(shù)組為E242和E232，它們平均間隙分別為30um， 25um，電極凸起部分相對應(yīng)的寬度分別是140um，150um。不過實(shí)驗(yàn)中，在加工效率方面，間隙值為25um的工藝數(shù)組要遠(yuǎn)小于間隙值為30um的工藝數(shù)組。綜上所述，最終確定選取間隙值為30um，即選擇工藝數(shù)組E242，對應(yīng)的數(shù)據(jù)如下（表5-1）所示：表5-1 工藝數(shù)組E242對應(yīng)參數(shù)模數(shù)(m)1脈間抬刀時間(B)25

52、拋光電容(c)0擊穿延時(sv)40加工電壓(v)200抬刀頻率(vpuls)4峰值電流(A)3BUIT18脈寬25間隙(um)30優(yōu)化(T)1損耗1-5%間隙電壓(RF)27粗糙度1.6此實(shí)驗(yàn)中，工件和工具電極間的間隙為30um，由于間隙值較小，故而在加工過程中取電極平動量為0。5.2 加工微凸起的步驟5.2.1 周向加工對周向凹槽進(jìn)行加工時，使用第三章中出現(xiàn)的周向凹槽電極。（如下圖5-1：）圖5-1 周向凹槽電極首先要保持電極位置不動，繼而電動機(jī)會帶動工件發(fā)生旋轉(zhuǎn)，就這樣工件在機(jī)床地驅(qū)動下進(jìn)給了一周，便完成了對工件的周向凹槽加工。5.2.2 軸向加工對軸向凹槽進(jìn)行加工時，使用第三章中出現(xiàn)的

53、軸向凹槽電極。（如下圖5-2：）圖5-2 軸向凹槽電極開始在整個加工中讓軸向凹槽電極1沿著工件的軸線運(yùn)動，再用軸向凹槽電極2進(jìn)行加工。這樣將加工過程分為兩步，可以增大電極的兩相鄰?fù)蛊鸬拈g隙，使電極加工的難度和成本降低，同時也提高了加工的效率。在這個加工的過程中，電極的損耗極小，沒有必要去更換電極，對于在電極上微凸起結(jié)構(gòu)上不需要針對不同部位給出相應(yīng)的補(bǔ)償。5.3 電參數(shù)的正確匹配選取電火花加工過程中的電參數(shù)需要匹配于工件加工的面積。由于加工工件的面積會影響峰值電流、脈沖寬度，在加工中，峰值電流需要限制，不能過大，否則會導(dǎo)致電流密度變大，熱量非正常集中，容易導(dǎo)致拉弧的產(chǎn)生，使加工面的粗糙度值Ra增

54、大以及加工質(zhì)量下降，甚至?xí)鸱钦７烹姡龃箅姌O損耗。在以煤油為液體介質(zhì)的環(huán)境中，對銅加工鋼，針對這項(xiàng)加工，提供的脈沖電壓下，電流幅值與寬度比應(yīng)當(dāng)小于等于0.06-0.12A/us，就會使得加工損耗小于1%23。5.4 檢測與分析5.4.1 檢測方法在有效長度為290mm的圓管微結(jié)構(gòu)內(nèi)，在中間和兩端這三處任意選取三個微結(jié)構(gòu)部分，利用工具高倍顯微鏡檢測它們各自的長（L）、寬（D）、高（H）。5.4.2 檢測結(jié)果對加工出的圓管進(jìn)行檢驗(yàn)，在圓管兩端中間A、B、C三處進(jìn)行檢測長寬高，結(jié)果如下表（表5-2）所示。表5-2 圓管微結(jié)構(gòu)尺寸試件位置L(um)D(um)H(um)AA1198197154A2

55、198196153A3195200158平均值197197155BB1204199149B2201195145B3204200150平均值203198148CC1195194152C2201195156C3196192158平均值197193155試件表面的粗糙度Ra為： 0.4um;微結(jié)構(gòu)表面的粗糙度Ra為： 1.2um;根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以清楚地知道，圓管微結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)試件是符合實(shí)驗(yàn)要求的。圖5-3和圖5-4分別是圓柱表面微凸起不同倍數(shù)加工的放大圖。圖5-5是微凸起在顯微下的形貌圖。 圖5-3 20倍放大圖 圖5-4 10倍放大圖由以上放大圖明顯可以看出，制作出來的微凸起形狀是方形凸起陣列，符合設(shè)計要求。(a) 微凸起顯微鏡下平面輪廓光譜圖(b) 微凸起電子顯微立體三維圖(c) 微凸起儀器測試數(shù)值輸出顯示圖5-5 微凸起顯微形貌圖根據(jù)上面顯微形貌圖，圖5-5(a)是顯微鏡下平面輪廓所拍攝，圖5-5(b)是顯微下電子掃描呈現(xiàn)的立體三維圖，圖5-5(c)則是電子掃描在數(shù)據(jù)上所展現(xiàn)的圖形比例。我們可以很明確的根據(jù)以上比例和尺寸，微凸起結(jié)構(gòu)是長寬都大約為200um，高為150um的立體，同樣符合實(shí)驗(yàn)設(shè)計要求。5.4.3 小