曹 彧，何晨龍，鄧集松

（中國空空導(dǎo)彈研究院，河南洛陽471099）

用簡單形狀的微細(xì)電極對微細(xì)孔和微觀三維結(jié)構(gòu)進行電火花加工已成為當(dāng)前電火花加工的關(guān)鍵技術(shù)之一[1]。在進行微細(xì)孔和微觀三維結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定加工時，微細(xì)電極的在線制作和檢測是兩項關(guān)鍵技術(shù)。若用離線方式加工電極，二次裝夾使用會產(chǎn)生裝夾誤差和變形誤差；若在線制作電極，則需穩(wěn)定、可靠的電極在線檢測系統(tǒng)。

在線測量電極尺寸最初采用的是試切法，利用事先加工好的電極對工件進行打孔，并通過測量孔的尺寸間接推算電極尺寸。但由于電火花加工存在放電間隙與電極損耗，該方法的效率和精度都不高。張勇等[2]利用電火花加工機床的接觸感知功能，使微細(xì)電極在x、y兩個方向分別接觸標(biāo)準(zhǔn)棒，實現(xiàn)了電極在線測量，但由于標(biāo)準(zhǔn)棒與電極軸線的平行度不易保證，使其應(yīng)用受到了一定程度的限制。郭銳等[3]用鹵素光源、變焦顯微鏡頭及CCD攝像機構(gòu)建了微細(xì)電極在線測量系統(tǒng)，實現(xiàn)了微細(xì)電極的光學(xué)在線檢測，但該方法需對電火花加工機床進行較大的改動，制造難度和成本都比接觸感知法更高。為了高效、方便、低成本地實現(xiàn)電火花微細(xì)電極的在線測量。

本文提出了標(biāo)準(zhǔn)球在線檢測方法，其操作簡便、制造成本低，還能有效地避免傳統(tǒng)接觸測量法引起的誤差。

1 在線測量系統(tǒng)的設(shè)計

標(biāo)準(zhǔn)球在線測量系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)球、支桿及被測電極構(gòu)成（圖1）。標(biāo)準(zhǔn)球固定在豎直的支桿上，標(biāo)準(zhǔn)球的直徑D通過千分表測得。在獲得標(biāo)準(zhǔn)球在機床中的準(zhǔn)確位置后，利用電火花加工機床的電感應(yīng)功能，分別感知標(biāo)準(zhǔn)球的兩邊，結(jié)合系統(tǒng)標(biāo)定就可計算出電極直徑d。

標(biāo)準(zhǔn)球在機床中的位置測量步驟如下：

（1）找出標(biāo)準(zhǔn)球球心在x方向的值xc。先將標(biāo)準(zhǔn)球固定安裝在機床中，將待測電極移動到標(biāo)準(zhǔn)球附近，保證電極下端低于標(biāo)準(zhǔn)球水平截面，保持y方向和z方向的坐標(biāo)不變，在x方向?qū)ΨQ的兩個位置進行接觸感知，并分別記錄兩個坐標(biāo)值x1、x2，標(biāo)準(zhǔn)球的球心必然在x1x2的中線上，則（圖 2a）。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)球在線檢測方法及原理

（2）尋找標(biāo)準(zhǔn)球球心在y方向的值yc。如圖2b所示，保持待測電極的z值不變，將電極移動到標(biāo)準(zhǔn)球外的xc處，并從對稱的兩邊分別感知標(biāo)準(zhǔn)球，記錄 y1、y2，則

圖2 標(biāo)準(zhǔn)球法的電極在線測量過程

（3）尋找標(biāo)準(zhǔn)球球心在z方向的值zc。抬起電極，確保其底端高于標(biāo)準(zhǔn)球的最高點；依次將電極移動到xc、yc處，僅移動z軸，使電極底端與標(biāo)準(zhǔn)球頂端進行感知，記錄z0值，則zc=z0-D/2（圖3）。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)球法球心z向找正方法

在測量電極處于某一高度時的直徑h時，先將電極z方向移動到（zc-h）處，并用圖2b所示的方法分別從兩個方向?qū)?biāo)準(zhǔn)球進行接觸感知，記錄y1′、y2′，則待測電極直徑 dy=2r=Δy-D=-D（圖4）。然后，以同樣方法在x軸方向進行接觸感知，得到 dx=Δy-D=-D。為了減小測量誤差，最后需將兩個方向求得的電極直徑進行平均，即可得到所測電極的直徑d=

圖4 距離端面h高度處的電極直徑測量示意圖

該方法能有效避免因電極軸與標(biāo)準(zhǔn)棒不平行而引起的誤差（圖5），即使支桿在一定程度上有所歪斜，也不會對測量結(jié)果造成影響。但由于在接觸感知時，被測電極與標(biāo)準(zhǔn)球之間具有放電間隙，因其造成的測量誤差仍無法避免。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)球測量法與標(biāo)準(zhǔn)棒測量法的誤差對比

2 試驗研究

2.1 系統(tǒng)標(biāo)定

如果要精確測量電極的尺寸，必須先對測量系統(tǒng)進行標(biāo)定。在本試驗中，可采用標(biāo)準(zhǔn)件測量法。即已知在電火花加工機床上校直的標(biāo)準(zhǔn)電極離線測量直徑為d0，再用標(biāo)準(zhǔn)球電極在線測量法對其進行測量，測出的目標(biāo)值為dm，則系統(tǒng)誤差值K=dm-d0。在測量未知尺寸電極的過程中，用上述方法測得的電極直徑為dc，則電極的實際尺寸應(yīng)為d=dc+K。這樣就能消除系統(tǒng)誤差對測量準(zhǔn)確度的影響。

2.2 試驗方案

在多種電極在線加工方式中，塊電極反拷是一種相對簡單且高效的方法。為了達到更好的試驗效果，采用切向進給方式對電極進行反拷加工[4]，其原理見圖6。其中，A為電極最初放電尖點，d為放電間隙，dE為目標(biāo)電極直徑，dS為加工前的電極直徑。先將電極與反拷塊通過電感應(yīng)碰邊找正，再設(shè)置軸向進給量沿反拷塊切向邊旋轉(zhuǎn)、邊進給放電，理論上，只要切向進給距離足夠長，反拷加工結(jié)束階段對應(yīng)的反拷塊表面損耗將極小，甚至接近無損耗。這樣，電極的最終尺寸精度幾乎不會受到反拷塊損耗的影響。

圖6 切向進給方式反拷示意圖

為了兼顧試驗效率和電極質(zhì)量，試驗對不同目標(biāo)直徑的電極均采用電極分層反拷，粗加工用較大的放電參數(shù)以提高效率，精加工用較小的放電參數(shù)以提高精度。每根電極各進行一次粗、精加工后，分別用標(biāo)準(zhǔn)球電極測量法和非接觸式三坐標(biāo)測量機對電極直徑進行檢測，結(jié)果見表1?？煽闯?，相同待測電極、不同測量方法的相對誤差值均在5%以內(nèi)，能滿足日常生產(chǎn)的電極在線測量精度要求。

表1 用不同測量方法測得的電極直徑

3 結(jié)語

本文以電火花接觸感知功能為基礎(chǔ)，用標(biāo)準(zhǔn)球和測量桿構(gòu)建了微細(xì)電極的在線測量系統(tǒng)，實現(xiàn)了微細(xì)電極不同高度直徑的在線測量，測量結(jié)果與非接觸式三坐標(biāo)測量機的檢測結(jié)果相比，誤差在5%以內(nèi)，為微細(xì)電火花加工電極在線制作提供了簡易、實用的測量方法。

[1] 趙萬生.先進電火花加工技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2003.

[2] 張勇，王振龍，胡富強.微細(xì)電火花加工中微細(xì)電極的制作與檢測技術(shù)研究 [J].制造技術(shù)與機床，2004（8）：96-98.

[3] 郭銳，趙萬生，李剛，等.微細(xì)電火花加工的微細(xì)電極在線測量[J].光學(xué)精密工程，2006（12）：998-1003.

[4] 耿春明，趙萬生，劉晉春，等.精密電火花磨削加工的切向進給法[J].制造技術(shù)與機床，2001（7）：31-33.