潘晓斌，王兴桥

(中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川绵阳 621900)

0 引言

电火花加工技术在小孔、微孔加工中应用广泛。目前，商品化的小孔机可以使用直径0．1 mm的电极丝实现深微孔的加工，如阿奇夏米尔公司的drill20、drill300小孔机，可使用的电极丝最小直径为0．1 mm，可实现直径略大于0．1 mm的深微孔加工，但对于直径小于≤0．1 mm微孔加工则无能为力。对于直径≤0．1 mm的微小孔加工，电火花加工的常用办法是在微细电火花机床上通过在线反拷方式制作直径小于0．1 mm的微细电极，然后用于微孔加工。由于微孔加工过程中放电间隙通常在微米量级，电蚀产物排出困难，加工的微孔深径比有限，通常深径比很难超过 10 ∶1［1］。

为解决生产中遇到的在抗氢钢材料表面加工直径为0．1±0．01 mm，深度为2 mm的深微孔问题。本文在生产型成形电火花机床上，通过工艺技巧的辅助，成功完成了该深微孔的加工任务，拓展了设备的加工能力。

1 电极的制作

成形电火花起床在生产中主要用于常规尺寸的加工，很少涉及到微细加工领域，因此，该机床没有配置如图1所示的线电极磨削反拷装置，也没有配置微细电火花机床所必需的在线测量装置。为在线制作微细电极，采用块电极磨削反拷方法在线制作微细电极。块电极磨削反拷方法装置简单、制作成本低且操作方便，其原理如图2所示，旋转的圆柱电极向块电极所在位置伺服进给，与块电极发生放电，将电极材料去除，使电极直径达到指定的尺寸。

图1 线电极磨削反拷原理

图2 块电极磨削反拷原理

电极的初始直径为0．5 mm，采用数控车加工，可保证夹持部分和使用部分有较高的同轴度且使用部分直径0．5 mm的尺寸精度小于2μm。块电极使用面通过打表拉直的方式，使其与机床X轴平行。

微细电极加工过程的操作步骤如图3所示，首先使用机床的接触感知功能，找到测量位置A，将此处的位置坐标置零(0，0)，然后依次在B、C、D位置进行磨削反拷加工，再回到A位置，使用接触感知功能测量，并记录坐标位置(0，Y1)。多次重复上述步骤，直至微细电极的直径达到目标直径d(d=0．5－2×Y1)。依次在B、C、D位置反拷的原因是降低块电极损耗对反拷电极形状的影响。如果电极持续在一个位置进行反拷，块电极的不均匀损耗会复映到微细电极表面，影响微细电极的圆柱度，如图4所示。

图3 块电极在线反拷微细电极原理图

由于微孔加工过程中所用电源参数的侧面放电间隙为0．007 mm，考虑到微细电极在加工过程中会发生微弱变形，将孔扩大，为保证直径Ф0．1±0．01的加工结果，所加工的微细电极直径在0．07～0．08 mm之间，电极长度为3．5 mm，如图5所示。

图4 带锥度的微细圆柱电极

图5 直径0．075 mm的微细圆柱电极

2 加工过程控制

深微孔加工过程中，为了保证电蚀产物能够及时排出，机床主轴转速设置成100 r/min，进给方式设置成慢速逼近(100 mm/min)、快速回退(5 000 mm/min)。慢速进给主要考虑防止微细电极在进给过程中与孔内工作液发生挤压被折弯，快速回退主要目的是通过电极的快速运动形成倒吸，加速孔内工作液的流动，有助于孔内电蚀产物的排出。另外，电极主轴的控制策略设置成自适应抬刀和定时抬刀(间隔时间:1 s)相结合的方式，即:当检测系统发现放电异常时会发生抬刀，没有发生异常也会间隔1 s定时抬刀［2－3］。

采用上文所述方式，可以较为顺利地将直径0．1 mm微孔加工至深度1．2～1．4 mm之间，超过这个深度后，由于电蚀产物排出困难，积累在孔低，引起电蚀产物与电极之间发生放电，导致的结果是:小孔深度几乎不再随着加工时间的增加而增加，相反，电极损耗则迅速增大。

为增强微孔加工到一定深度后电蚀产物的排出能力，工件倒置的加工方式被采用［4］。工件通过弹簧夹装在机床主轴，随主轴一起以100 r/min的速度旋转，而制作好的电极则通过弹簧夹安装在机床工作台上。采用这种方式，依靠重力辅助排出电蚀产物，可以使微孔被顺利加工到深度2 mm。但这种方式对工件装夹精度要求更高，必须通过打表找正的方式，使加工过程中机床主轴与电极的同轴度尽可能高，否则就会导致加工得到的微孔孔径偏大。

3 结论

在生产型的成形电火花机床上，采用块电极反拷的方式制作了微细电极，并利用机床的接触感知功能完成了对微细电极直径的测量。通过对机床非电参数的合理设置，配合工件倒置的加工方式，成功完成了直径0．1mm，深度2mm，深径比达20∶1的深微孔加工。这种通过工艺技巧弥补设备微细加工能力不足的方法，是在设备能力不具备的条件下解决微细零件加工的一个有效方法。

［1］ 余祖元，郭东明，贾振元．微细电火花加工技术［J］．中国科技论文在线，2007(3):126－129．

［2］ 赵战峰，张林斌．超大深径比深小孔电火花加工工艺探索［J］．现代机械，2012(6):1－12．

［3］ 刘建勇，蔡延华，李 艳．微细精密小孔电火花加工专用水循环系统研制［J］．电加工与模具，2012(5):55－63．

［4］ 贾宝贤，房长兴．倒置式电火花超声复合加工装置［J］．电加工与模具，2010(4):64－67．