微尺度线电极电解加工方法及微振动线电极系统

技术领域

本发明涉及一种微尺度线电极电解加工方法及微振动线电极系统，属微细电化学加工领域。

背景技术

微细加工技术是本世纪最活跃的科学研究方向之一，金属材料的微细加工有着广泛的发展需求。对于微系统来说，在推进、驱动、执行、传动等单元系统方面，常常涉及到平面线圈、微流道、微型齿轮、传动轴、臂、舵、桨、减速器等金属材料微小零件的制造。现有的金属材料微细加工技术还存在很大的局限性，不能满足发展的需求。电化学加工技术是基于阳极溶解原理的减材制造技术，如电解加工等，加工过程都是以离子的形式进行的，由于金属离子的尺寸非常微小，小于纳米尺度，因此微细电化学加工方法相对于其它很多微细加工方法在原理上具有优势。

在20世纪80年代提出了宏观的电解线切割加工工艺，由于电解加工的间隙不能有效地控制到微米尺度，所以宏观的电解线切割加工工艺仅用于切断具有一定厚度的难加工材料的毛坯，不能直接用来加工零件。

近年来高频窄脉宽电解加工电源的出现使电解加工的侧面间隙缩小到微米尺度，有效地避免了电解加工定域性加工能力不强这一缺点。微尺度电解加工成为新兴的微细加工方法倍受同行关注。最近，韩国的研究人员B.H.Kim等人采用10微米的铂丝作线电极，开展了微尺度线电极电解加工的初步研究，有望解决普通微尺度电解加工中难以加工出的高深宽比微细结构。

但是，用微尺度线电极去电解加工高深宽比微细结构的时候，由于侧面间隙通常缩小到微米级甚至是亚微米级，如果加工中的电解产物不能顺利排出，新的电化学反应离子无法及时补充，则经常会出现短路现象，使加工无法持续进行。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有微细电化学加工技术中电解产物不能顺利排出的困难，提供一种微尺度线电极电解加工方法及微振动线电极系统，使加工过程中，电解产物顺利排除，避免了短路，提高加工效率与加工质量。

一种微尺度线电极电解加工方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)、使微尺度线电极通过线电极框架准确定位在数控机床Z轴上，将电解液槽固定在数控工作台上，工件通过工件夹具固定在电解液槽中，并使电解液充满电解液槽，浸没工件；(2)、利用高频窄脉宽电解加工电源作为电解电源，使正极接通工件，负极接通微尺度线电极，同时，通过电流传感器采集线电极与工件发生短路时的电解电流突变，发生电流突变时，控制Z轴停止对刀运动，退回初始位置；(3)、利用金属在电解液中发生电化学阳极溶解的原理，通过微尺度线电极的X、Y、Z三轴数控运动将工件切割加工成型；(4)、在微尺度线电极电解加工过程中，利用微振动装置使线电极框架带动微尺度线电极产生垂直其进给方向的微小幅度的往复振动，以排除电解产物，并使新的电化学反应离子及时补充到加工区。

一种用于微尺度线电极电解加工的微振动线电极系统，其特征在于：它包括安装在数控机床的Z轴上线电极框架，安装在线电极框架上的微尺度线电极，以及使线电极框架带动微尺度线电极产生垂直其进给方向微小往复振动的由电压放大器和压电陶瓷片所组成的微振动装置，且计算机控制电压放大器输出脉冲电压，驱动压电陶瓷片产生微小幅度的往复振动。

其中，所述的压电陶瓷片与数控机床Z轴刚性连接，压电陶瓷片的振动方向与微尺度线电极的进给方向始终垂直，其产生的振动通过Z轴传递给电极框架，再传递给微尺度线电极。

其中，线电极框架下端有一个用于限制微尺度线电极位置的沟槽、在沟槽中部有一个加工中可以容纳工件的缺口结构，在线电极框架两侧面分别有一个用于固定微尺度线电极的导电螺钉，在线电极框架上还有用于把线电极框架定位到机床Z轴上的定位孔。

本发明的有益效果在于：

1、利用微振动装置使线电极产生垂直其进给方向的微振动，以利于加工间隙中的电解产物排除，从而避免了短路现象的发生，使得电解质量大幅提高，同时提高了加工效率，减少了加工成本。

2、本发明的线电极系统，结构简单。且线电极通过一个框架结构定位在主轴上，定位精度好，装夹方便，提高了加工精度和加工效率。

附图说明

图1是微尺度线电极电解加工装置整体结构示意图。

图2是线电极框架结构示意图。其中图2(a)是线电极框架结构的正面示意图；图2(b)是线电极框架结构的侧面示意图。

图3是加工示意图。其中图3(c)是加工中线电极框架与工件示意图；图3(d)是加工区的放大示意图。

图1中标号名称：1、机床本体，2、Z轴，3、线电极框架，4、微尺度线电极，5、工件，6、工件夹具，7、电解液，8、电解液槽，9、XY两维数控工作台，10、压电陶瓷，11、电流传感器，12、脉冲电源，13、计算机，14、螺钉，15、电压放大器。

图2中的标号名称：16、线电极框架的沟槽结构，17、线电极框架的缺口结构，18、线电极框架的定位孔，19、可导电的螺钉。