微细电火花加工的最新发展和研究的问题
智能制造系统研究实验室、工程中心、工程学院、威尔士大学
摘要
由于其高精度和表面质量好，它可以给，电火花可能是微工具制造过程中的重要环节，与微零件特征的微器件。然而，一些问题仍然是微细电火花加工可以成为一个可重复的结果，其充分的能力作为一个微制造技术可靠的工艺可以实现的解决。本文介绍了在各种形式的微细电火花加工的一些新进展包括（线，钻孔，铣削和开模）和讨论的主要问题研究。本文对电火花加工过程中，电极磨损问题的规划。特别注意的是影响因素和程序的精度实现定位的方法，包括电火花电极磨削。
关键词：微细电火花加工；微细加工；电火花加工微小孔的精度；
1.介绍
电火花加工过程是基于工件和电极浸没在液体介质之间产生的热电能量。当工件和电极是由一个特定的小间隙分开，所谓的“火花”，脉冲放电时将马材料从工件通过熔化和蒸发了。近年来，在电火花加工众多发展重点集中在生产微观特征。这已经成为可能，由于有新的数控系统和先进的火花发生器，有助于提高加工表面质量的马。同时，很小的过程和过程重复性好结果的微细电火花加工实现高纵横比的微特征的最佳手段。当前微细电火花加工技术用于制造微结构可以分为四种不同的类型：
bull;微线切割放电加工，其中导线的直径为0.02毫米是用来切断导电工件。
bull;开模的微细电火花加工，在微特征工件电极来产生它的镜像。
bull;微细电火花加工的钻孔，在微电极（直径，下降到5~10mu;m）“钻”在工件的微小孔。
bull;微细电火花铣削，在微细电极（直径，下降到5~10微米）产生三维采用类似传统铣削运动的策略性。尽管对这些出版物过程改进的一些功能，他们仍然没有得到广泛的应用。这主要是由于现有的机床和工艺特点仍不够可靠。本文介绍了制约微细电火花加工应用的主要问题并提出了具体的解决方案。
2.微细电火花加工的问题，
讨论了上述四种类型的微细电火花加工的应用和识别有问题的AR - EAS与应用。产品的小型化要求进行设计的一种新方法。因为到目前为止微细电火花加工往往是使用传统电火花加工机床的控制修改以适应微细加工的要求进行，已经出现了一些问题。图1给出了所讨论的问题的总体看法。特别注意的是直接影响加工的策略来降低这些误差的电火花加工过程和建议的精度误差来源不同了。
2.1.电极和零件搬运。
线切割放电加工机的减少导线的直径-彼得引发处理电极和地区的许多问题的趋势。首先，现有的丝麻中国被改编以小直径线（到0.03mm），但这要求马显着中国制。从阀芯位置的穿线嘴的距离很长，并且引起导线的安装带来极大的不便。DY动力踩刹车不能用很细的钢丝轻易。这导致频繁断线，需要手动干预。即使在新开发的微线机，操纵处理导线直径小0.02毫米或0.03毫米的可就难了。当微件在丝机制造，零件的处理也可以挑战怀疑。特殊措施后应注意避免失去部分分离切割机中的罐。在微细电火花加工开模，钻削或铣削，不同的技术和设备可以帮助处理和操纵的小电极和零件。例如，主要用于电火花加工钻铣电极W（钨）或WC（碳化钨）的棒或管，在0.1的范围内的直径0.4mm–，和他们的汉族处理是因为他们可以很容易损坏的困难。因此，子系统纳入微细电火花加工机的机械制造和保持所需的微型电极。最常见的系统CE -苎麻指导选单位如丝电DIS电荷磨床（WEDG）（图2）。
2.2。电极和微线切割放电加工件的制备
制备的主要问题涉及用于穿线小孔进入工件的生产。根据亲文件进行加工，这些孔可以具有非常高的纵横比的微径。他们通常产生的EI有钻孔或切割钻。位置精度的孔（S）相对于测量点要高。这是缓解自动穿线过程，在线程避免短路，虽然Automatic穿过这些孔，即使在专门的微线机，是困难的。
当开模的微观特征是必需的，一个或多个电极是预先制作通常是由微铣削或电火花加工。在这种情况下，修整装置和陶瓷导向系统。 山脊上的电极应与火花隙偏移。因此，特征尺寸的进一步减少可能引起的波形畸变，甚至使几何图像可能。这种三维电极生产是昂贵和费时的。EDM（电火花铣削轨迹）使用一个简单的形状的电极，0.1毫米和0.4毫米之间的直径的杆或管。将电极电火花地面如果较小直径是必需的。正如前面提到的，为了避免处理的难点问题和误差累积在电极制造工艺外部的电火花加工机床附加装置，用于在机器上制备电极。工作电极的侵蚀对运算的牺牲电极电火花磨削术被称为。使用牺牲电极的三种不同类型（图3）。一个问题是，形状，尺寸和表面粗糙度的接地电极不易控制[ 1 ]。
2.3。电火花加工过程
微细电火花加工工艺规划应考虑非常仔细，由于特征尺寸很小，所以是加工表面的公差。在制备过程中阶段和加工过程本身，一个错误的号码发生可能导致令人失望的结果。这些错误
是由于一方面设备缺陷和的引发其他进程的随机性。许多纸星得到优化电火花加工性能的方法措施如材料去除率（MRR），刀具磨损率（TWR）和表面质量（SQ）[ 3 ]。工艺参数微细电火花加工仍处于发展阶段，他们的性能措施的效果还需要澄清。是—对电火花加工过程中的随机热性质的原因，它很难解释所有这些影响完全。的最佳方法的参数是基于过程的分析来揭示对每个过程变量的所需加工的影响特征[ 3 ]。在这场信息的缺乏是对无力开发知识的主要原因系统帮助微细电火花加工作业规划。尽管先进的CNC控制器和高使用对电火花加工机床的自动化程度，尚缺乏凸轮工具支持的微细电火花加工。一个主要原因对于有限的应用微电火花铣削的儿子复杂的三维型腔加工难度一般—生成刀具路径使用现有的CAM系统。特别是，这些系统不允许的电极损耗补偿，切片厚度的变化也不支持或允许地—每片切割的不同反应。试图解决这些问题已经报告[ 2 ]。
2.4。测量
尺寸或表面质量测量微观特征并不是一件容易的事。有没有标准化的方法确定的表面粗糙—性，这是最重要的特征之一微型模具。估计的重铸层和热影响区，影响加工表面的性能，需要专业的设备[ 4 ]。在电极的方法测量—
真正的尺寸要达到良好的精度微细电火花加工。这是因为一部分已经经过在机测量恢复更多加工，复位误差将大大影响最终的加工特征的精度。在线分析工作—真正的和电极测量已经报告[ 1 ]。
3.误差来源
描述错误和他们的性的典型来源—在最后的精度相对的效果，一次通过钻井使用修饰电极小孔将作为前—充足的。实现了直径H的孔取决于二—参数的有效修饰电极直径D和火花隙G E从标称H偏差函数变量—在火花间隙的情况？G E和有效穿电—电极直径孔的位置由以下方程直接来自为了建立工作区内的工件的位置，这是一个极有效的机床主轴的名义直径（D）作为探针。应该指出的是外部探针或其他装置设备的使用规定因为它需要高速复位主轴和导轨，因此调整陶瓷引入更多的错误。设置过程是在检测与表面的接触精度（测量，Y尺寸测量，G）和初始有效的变化电极的直径（D）。
3.1。误机
3.1.1。定位精度和重复定位精度
精度和重复定位精度的马—中国采用的是误差的主要来源。使用激光干涉仪，其定位精度和重复定位精度一种微细电火花开模机测量协议—根据ISO 230-2:1997的一些结果表1。加工微小孔在一个特定的位置（X Pos，Y Pos），可能需要多个修饰电极和因此，该机定位精度主要影响孔的位置，而repeatabil—城市定位将在尺寸和形状的影响孔。在一个特定的机器，具有一定的准确性和重—peatability定位，提高的唯一途径？X Pos和Y POS是采用孔单向方法。
3.1.2。测量周期测量误差
建立工件时，当电接触电极与工件之间，一联络信号是由机系统处理器注册。该处理器具有设置在检查每一台机器状态信号，这意味着接触检查信号不连续进行。有一个时间间隔（T MEAs）各信号之间进行检查。这将导致一个错误确定工件的位置测量时X和Y尺寸测量。如果接近表面的速度V测量，变化将是：X尺寸（Y）= V T测量测量测量（8）通常接触信号检查每2毫秒（取决于在控制器）。显然，减少误差速度应尽可能低，但足以避免粘滑。例如，如果测量是3ms的测量转速为1～20mm／min，计算变化 0.05~1mu;m测量周期期间，施加电压之间的工作台和主轴。机器运行到电—电接触了。由于表面会氧化，一不同的间隙或不同的接触压力是需要的火花突破。所有这些因素有助于河畔—人脸检测误差引入了火花间隙的变化测量。D是由于电极的循环运动X和Y在陶瓷导而电极旋转。因此，与电极之间的接触表面可能发生在不同的位置周期。测量的精度是依赖于速度对工件表面的方法。较低的是相对于所述电极旋转速度，较小的将错误。这也证实了一个实验这变化在表面检测在WC块empty;150个？M WC电极在不同速度的方法是测量。速度20，5和1mm／min（最低在机器的速度），
3.2。电极修整为了减少初始有效直径D下来一个有效的直径D，电火花磨削装置采用如图6所示。在这项研究中，运动在选矿过程中，沿Y轴进行。的距离Y装置给腐蚀点的位置机器的地区相对于机床参考工作点。电极被侵蚀到主轴的中心达到目标位置Y D造成一个有效的穿着直径D的考虑火花间隙电极G D电极和修整单元之间，所得到的有效直径D的定义是由方程（9）。的变化？Y D将引起机床精度和重复定位精度。减少明显Y D在选矿过程中总是接近从同一方向的位置（单向的方法）。另一种方式限制的错误识别区在机器和固定敷料单位重新—peatability定位是最高的。
3.2.1。温度不稳定性误差（∆Y单元）
Y单元是在修整侵蚀点的位置在机床坐标系单位。引起结构变化之间的相对位置旋转头和机器的表，因此影响选矿单元的位置相对于电极和机床的零点。为了减少这些变化最明显的方式就是工作在温度控制室，以确保热稳定性该机结构稳定。每个设备必须测试建立的马温度时间中国的稳定在一定的环境条件和各轴的温度相关的偏差应是确定以计划电极修整最小二ROR。
3.2.2。火花间隙（∆G E， G D）G E定义为电极与工件之间的间隙片。其标称值是由所选择的脉冲确定参数（形状，长度，频率）和介电用。在传统的电火花加工，脉冲参数的选择参数直接与去除率和表面相连粗糙度要求。在微细电火花加工中，电极的磨损是一个—其他重要的标准也需谨慎考虑。此外，为了实现微观特征，火花间隙应该很小。在G E的变化（？G E）带来的随机误差进行由于冲洗条件和表面/材料没有发生完整性[ 1 ]。G D被定义为电极和之间的差距修整装置。在G E的情况下，G D的值是固定的被选择的脉冲参数和介电材料，和在G D的变化（G D）可能会由于冲洗条件缺乏表面/材料的完整性。脉冲参数选择取决于表面粗糙度要求
在修整速度。由于电极是旋转的，其表面粗糙度应该没有显着影响的粗糙度加工表面。然而，由于小尺寸参与，高粗糙度会影响强度该修饰电极可以休息过程。估计G D是困难的但我们可以假设它将不超过？G E在最坏的情况下。这是因为，在化妆时，火花条件较为有利在钻井本身作为敷料包括单点火花与更好的冲洗。
3.3。夹具
持有的长而细的WC最流行的设备电极是一个陶瓷导。的有效直径电极是由初始直径D的确定和初始化电极和CE之间的装配条件—陶瓷导。直径D的初始化和之间的差异的陶瓷导体产生间隙，直径介绍了潜在的错误，如图7所示。因此，在有效直径变化（D）可发生，这反映了电极的公差和装配电极和陶瓷导体之间的条件。根据图7所示的参数，最大的变化在有效电极的直径被定义的方程（13）上述方程中，D导的直径导，D初始化min的初始电子的最小直径电极根据制造公差和Z指南是电极从陶瓷伸出长度指南。在本文中讨论的实验，直径—在电极D init = 0.146plusmn;0.002mm，因此D初始化min = 0.144mm，和测量直径的陶瓷导D导= 0.154mm。我的指导是12mm，和Z导小于2mm。基于这样的价值观，这计算的最大偏差然而，最大的变化只能发生在电极的位置在导向转变为数量的极值点。这是唯一可能的时是沿X和Y电极显著运动相对于导向轴。这是极不可能的。
3.4。电极磨损
电极磨损不是微线的一个主要问题电火花加工，更频繁的断线。这是由于磨损减少微丝的横截面，因此最大张力线可以显著下降。图8。电极形状的变化对empty;150？两侵蚀M电极深度。电极磨损成为一个重要的问题时，他们采用电极在模具加工中的微观特征微观特征和宏观特征组合在电极将介绍不同的磨损比。火花面积为电极向下移动的变化，这将把不同的引发过程和条件会降低质量。在微细电火花加工钻，有问题时，生产—盲孔由于磨损不断减少长度的电极。因此，当侵蚀到一个固定的深度，孔的实际深度会明显变小。在这种情况下，实现一个特定的深度的方法是补偿电极磨损的电极的常数在Z轴进给。这个方法需要一个精确的—估计的体积磨损率模型（RATiO电极磨损和工件磨损）。某些因素影响磨损率难以评估和控制，就像冲洗条件在一个深洞为例。这很容易导致错误的估计和磨损率因此，在产生深度误差。的形状电极加工过程中的变化（图8）对一个半球，导致产生错误的底部表面。一个办法是重复很多次新的或重新研磨微细电极到所需是获得的轮廓。这就是所谓的多电极化埃及。主要的缺点是，它可以是费时很难预测所需电极的数目。由电极磨损成为问题复杂，加工复杂的三维微腔。无论磨损过于严重，允许复杂形状的使用—电极的一个经典的开模过程或电极GE上是不可能的。因此，对于micro-3d生产微细电火花铣削型腔，使用简单形状的电极可能是首选的策略。一个基本的方法是通过使用层层加工策略该补偿磨损各加工时通过不断的电极在Z轴进给层，基于的磨损率的估计。它是假定侵蚀足够薄的层将确保磨损仅发生电极表面上的而不是两侧。非常准确的磨损量率的估计是必需的，因为在估计的误差会累积效应通过层。然而，即使当使用一个非常小的层的厚度，侧穿是不可忽略的介绍在加工轮廓误差。在均匀损耗法（UWM）[5,6]，工具（电子电极）路径是专门设计来确保后加工每层电极的原始形状是恢复。这是通过使用一个组合的仔细去签署了重叠的刀具路径和非常小的层厚度。薄层结
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