一種微細射流電極電火花加工裝置制造方法
【專利摘要】一種微細射流電極電火花加工裝置，涉及電火花加工設(shè)備。脈沖信號發(fā)生器正極接工件，負極與金屬針頭相接；溶液注射器固定在注射泵上；金屬針頭與注射器連接，金屬針頭通過夾持裝置豎直固定在進給調(diào)節(jié)裝置上；進給調(diào)節(jié)裝置設(shè)有絲桿和滑塊，絲桿與Z軸驅(qū)動電機輸出軸連接，滑塊與絲桿螺紋配合，放電狀態(tài)檢測裝置的檢測端與金屬針頭和待加工工件連接；放電狀態(tài)檢測裝置的信號輸出端與控制器相接，進給調(diào)節(jié)裝置固定在底座上；X-Y運動平臺固定在底座上，X-Y運動平臺用于待加工工件裝夾，X軸驅(qū)動電機輸出軸與X-Y運動平臺X軸方向連接，Y軸驅(qū)動電機的輸出軸與X-Y運動平臺Y軸方向連接，控制器輸出端分別與Z軸、X軸和Y軸驅(qū)動電機電連接。
【專利說明】一種微細射流電極電火花加工裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電火花加工設(shè)備，尤其是涉及一種微細射流電極電火花加工裝置。
技術(shù)背景
[0002]隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，微機電系統(tǒng)和大面積柔性薄膜器件需求出現(xiàn)爆炸式增長。微加工中制作微細圖案一般采用光刻工藝、電子束加工和微細電火花加工等，但對于僅需簡單圖案(如矩形或直線)的小規(guī)模試驗研究而言，光刻工藝需要掩模板、光刻膠、曝光機等，電子束則需要真空環(huán)境，十分耗時，而且成本高。微細電火花加工宏觀受力小、環(huán)境要求不高，但其存在微電極加工耗時、電極難以達到微納米級別和電蝕導致電極直徑變化影響加工精度等問題。中國專利CN1290583公開了一種基于數(shù)控技術(shù)的電火花加工電極補償方法，該方法是先利用現(xiàn)有的CAD/CAM軟件生成加工電極的數(shù)控刀軌，然后根據(jù)電火花成型加工中電極的搖動方式和搖動量，采用相應的算法對數(shù)控刀軌進行補償，具有實施簡單可靠的特點，但仍存在電極難加工、成本昂貴等問題。文獻(T.Masuzwa, M.Fujinoj K.Kobayash1.Wire Electro-Discharge Grinding for Micro-Maching.Annals ofthe CIRP.1985,43(1):431-434)報道了日本東京大學生產(chǎn)技術(shù)研究所増澤隆久等人研制成功線電極電火花磨削(WEDG)技術(shù)。該技術(shù)成功解決了微細電火花加工中微細電極制作難的問題，但該技術(shù)仍存在著加工效率低下、設(shè)備復雜、成本昂貴等缺點。因此尋求一種新的低成本、技術(shù)簡單且制作線寬小的微加工技術(shù)是微納領(lǐng)域研究人員的追求目標。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中微細電火花加工中電極難加工、電極材料電蝕損耗快、加工圖形尺寸大于金屬加工電極等缺點，提供具有低成本、技術(shù)簡單且制作線寬小的一種微細射流電極電火花加工裝置。
[0004]本實用新型設(shè)有脈沖信號發(fā)生器、金屬針頭、溶液注射器、注射泵、軟導管、Z軸驅(qū)動電機、進給調(diào)節(jié)裝置、夾持裝置、裝置支架、底座、放電狀態(tài)檢測裝置、X-Y運動平臺、X軸驅(qū)動電機、Y軸驅(qū)動電機和控制器；
[0005]所述脈沖信號發(fā)生器正極與待加工工件連接，脈沖信號發(fā)生器負極與金屬針頭相接并接地；溶液注射器固定在注射泵上；金屬針頭通過軟導管與注射器連接，金屬針頭通過夾持裝置豎直固定在進給調(diào)節(jié)裝置上；進給調(diào)節(jié)裝置設(shè)有絲桿和滑塊，絲桿與Z軸驅(qū)動電機輸出軸連接，滑塊與絲桿螺紋配合，放電狀態(tài)檢測裝置的檢測端與金屬針頭和待加工工件連接；放電狀態(tài)檢測裝置的信號輸出端與控制器相接，進給調(diào)節(jié)裝置通過裝置支架固定在底座上；X-Y運動平臺固定在底座上，X-Y運動平臺用于待加工工件裝夾，X軸驅(qū)動電機輸出軸與X-Y運動平臺X軸方向連接，Y軸驅(qū)動電機的輸出軸與X-Y運動平臺Y軸方向連接，控制器輸出端分別與Z軸驅(qū)動電機、X軸驅(qū)動電機和Y軸驅(qū)動電機電連接。
[0006]所述脈沖信號發(fā)生器米用發(fā)出的脈沖信號電壓為0.5?5kV的脈沖信號發(fā)生器。[0007]與現(xiàn)有技術(shù)比較，本實用新型的有益效果如下:
[0008]當裝置開始工作時，首先打開脈沖信號發(fā)生器和注射泵電源，保證溶液注射器內(nèi)的溶液能從金屬針頭中勻速擠出；接著打開放電狀態(tài)檢測裝置和進給調(diào)節(jié)裝置，控制針尖至加工工件表面的間距滿足預定值；由于溶液與脈沖電源負極相接，工件與正極相接，故溶液在電場的作用下拉伸形成微細射流。當針尖與待加工表面之間的距離足夠近時，微射流呈豎直狀態(tài)，將該豎直微射流用做加工電極。在強電場作用下，射流中積聚的負電荷同待加工工件表面薄導電層上積聚的正電荷將間隙間的空氣介質(zhì)擊穿，形成放電通道。放電通道形成后，放電產(chǎn)生的高能量集中作用在陰陽極表面的放電柱區(qū)域內(nèi)，由于放電柱的截面較窄，熱流密度極大，正負極產(chǎn)生瞬時高溫，從而使得電極材料和工件表面受到電蝕，并在沖擊波、放電爆炸以及外界吹氣的作用下，將碎屑拋出；在脈沖信號電源給出的周期性信號和進給裝置的往復作用下，工作電極周期性的電蝕工件表面；最后，將提前設(shè)定好的X-Y運動軌跡程序通過計算機控制器傳輸給X-Y運動平臺，控制工件按照需要的軌跡運動，從而實現(xiàn)工件表面微細圖案的制作。本實用新型與目前的微細電火花加工裝置相比具有電極無需加工制作、被加工圖案線寬小而易控和加工成本低等優(yōu)點。本實用新型是以電液驅(qū)動射流為電極的微細電火花加工裝置，可用于MEMS或大面積柔性薄膜塑料等的微細圖案制作工藝。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0010]參見圖1，本實施例設(shè)有脈沖信號發(fā)生器1、注射泵2、溶液注射器3、軟導管4、驅(qū)動電機5、進給調(diào)節(jié)裝置(包括絲桿61和滑塊62)、夾持裝置7、裝置支架8、底座9、X-Y運動平臺10、金屬針頭12、放電狀態(tài)檢測裝置13、X軸驅(qū)動電機15、Y軸驅(qū)動電機16和計算機控制器14。
[0011]脈沖信號發(fā)生器I正極與待加工工件P相接，負極與金屬針頭12相接，并接地；所述裝有高聚合物溶液的溶液注射器3安裝固定在注射泵2上；所述金屬針頭12經(jīng)過軟導管4與注射器3相接，可通過設(shè)置注射泵的流量來控制溶液從針頭中噴射出的速度；所述金屬針頭12由夾持裝置7中前端的階梯孔在軸向上進行限位，并通過旋緊平頭螺釘和預緊彈簧固定，夾持裝置7豎直地固定在進給調(diào)節(jié)裝置的滑塊62上。進給調(diào)節(jié)裝置通過裝置支架8固定在底座9上。所述Z軸驅(qū)動電機5輸出軸與進給調(diào)節(jié)裝置的絲桿61相接。放電狀態(tài)檢測裝置13檢測端與金屬針頭12和待加工工件P相連，用于檢測金屬針尖和待加工工件P之間的放電狀態(tài)，放電狀態(tài)檢測裝置13輸出端與控制器相接，控制器采集、處理放電狀態(tài)檢測裝置檢測出的信號后控制與Z軸相接的驅(qū)動電機5，用于控制金屬針頭12的針尖與待加工工件P之間的距離。X-Y運動平臺10安裝固定在底座9上。帶加工工件P裝夾在X-Y運動平臺10上，X軸驅(qū)動電機15輸出軸與X-Y運動平臺10在X軸方向連接。Y軸驅(qū)動電機16輸出軸與X-Y運動平臺10在Y軸方向連接?？刂破?4輸出端分別與Z軸驅(qū)動電機
5、Χ軸驅(qū)動電機15和Y軸驅(qū)動電機16電連接。所述脈沖信號發(fā)生器I發(fā)出的脈沖信號電壓可為4kV。[0012]所述微細射流電極電火花加工裝置工作時，啟動放電狀態(tài)檢測裝置13和脈沖信號發(fā)生器1，同時打開注射泵2進行供液。啟動控制進給調(diào)節(jié)裝置的Z軸驅(qū)動電機5，帶動金屬針尖12到達距離待加工工件3_處，接著調(diào)節(jié)脈沖信號發(fā)生器I的電壓逐漸增至3kV，此過程中放電狀態(tài)檢測裝置13不斷檢測間隙間的放電情況并反饋給控制器14從而控制驅(qū)動電機5，以控制進給調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)放電間隙使之滿足放電要求。同時，注射泵2推射出的高聚合物溶液在高壓電場的作用下拉伸形成微細射流，并將間隙間的空氣介質(zhì)擊穿，形成放電通道，同時放出大量熱用以電蝕待加工工件P。最后，通過控制器14控制各驅(qū)動電機，達到控制待加工工件P運動，實現(xiàn)在工件表面進行微細圖案制作的工藝。
【權(quán)利要求】
1.一種微細射流電極電火花加工裝置，其特征在于，設(shè)有脈沖信號發(fā)生器、金屬針頭、溶液注射器、注射泵、軟導管、Z軸驅(qū)動電機、進給調(diào)節(jié)裝置、夾持裝置、裝置支架、底座、放電狀態(tài)檢測裝置、X-Y運動平臺、X軸驅(qū)動電機、Y軸驅(qū)動電機和控制器； 脈沖信號發(fā)生器正極與待加工工件連接，脈沖信號發(fā)生器負極與金屬針頭相接并接地；溶液注射器固定在注射泵上；金屬針頭通過軟導管與注射器連接，金屬針頭通過夾持裝置豎直固定在進給調(diào)節(jié)裝置上；進給調(diào)節(jié)裝置設(shè)有絲桿和滑塊，絲桿與Z軸驅(qū)動電機輸出軸連接，滑塊與絲桿螺紋配合，放電狀態(tài)檢測裝置的檢測端與金屬針頭和待加工工件連接；放電狀態(tài)檢測裝置的輸出端與控制器連接，進給調(diào)節(jié)裝置通過裝置支架固定在底座上；X-Y運動平臺固定在底座上，X-Y運動平臺用于待加工工件裝夾，X軸驅(qū)動電機輸出軸與X-Y運動平臺X軸方向連接，Y軸驅(qū)動電機的輸出軸與X-Y運動平臺Y軸方向連接，控制器輸出端分別與Z軸驅(qū)動電機、X軸驅(qū)動電機和Y軸驅(qū)動電機電連接。
2.如權(quán)利要求1所述一種微細射流電極電火花加工裝置，其特征在于，所述脈沖信號發(fā)生器米用發(fā)出的脈沖信號電壓為0.5?5kV的脈沖信號發(fā)生器。
【文檔編號】B23H1/00GK203791770SQ201420229983
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】吳德志, 黃少華, 肖志明, 鄭高峰, 陳藝慧, 劉益芳, 孫道恒 申請人:廈門大學