[发明专利]基于磁悬浮伺服驱动的微小孔电火花加工的主轴装置

说明书

技术领域

本发明涉及微小孔（微细）电火花加工技术领域，具体涉及一种基于磁悬浮伺服驱动的多自由度可控的微小孔电火花加工的主轴装置。

背景技术

微细加工技术是现代制造技术的一个重要发展方向，而微细电火花加工技术是实现微细加工技术的有效手段之一。目前，微细电火花加工技术在航空航天、医疗、模具、微电子器件、生物技术、微型传感器和微型电器制造等领域具有很好的应用前景，被应用于信息装置的连接件、光纤接头等微细注塑模具、印刷线路板通孔冲裁凸凹模、燃料喷嘴、水射流喷嘴、喷墨打印头等微结构零件的加工中。由于燃料喷嘴孔直径一般在φ0.1 ~φ0.2mm 之间，且工作时处于高温、高压的环境下，其材料必须具有硬度高、寿命长等特点，微小孔电火花加工由于非接触式加工与材料硬度无关等特点，越来越多地应用到燃料喷嘴孔的加工中。

微小孔电火花加工过程存在放电间隙小、排屑困难等特殊性，使得放电间隙状态复杂多变，短路、拉弧、空载等不利因素时有发生，致使正常放电率低下，间隙状态的稳定直接影响到加工质量和加工效率，因此提高微小孔电火花加工装置主轴的伺服跟踪能力实现放电间隙状态的快速调节，是实现高效、高精度微小孔电火花加工的关键。目前用电机带动滚珠丝杠来实现主轴上下运动的驱动技术成熟，被广泛地应用于电火花加工机床，但由于这种驱动方式下运动部件惯性比较大，伺服响应频率很低，响应速度较慢，跟踪性差，且反向间隙不易补偿，难以满足微小孔电火花加工中快速调节放电间隙状态的要求。直线电机具有响应迅速、结构简单、传动刚性高、精度和重复定位精度高、速度快、加速度大、行程不受限制等优点，但由于其本身存在齿槽效应和边缘效应等问题，会造成力矩纹波，使控制系统相对复杂，且三维工件加工时须依靠三轴的联动来实现，增大了驱动系统的惯性，降低了伺服响应频率。压电陶瓷驱动器响应速度快，易于实现一维小行程（数微米至数十微米）的快速定位，亦可采用宏微复合控制技术进行一个自由度（方向）的伺服进给，三维加工时，由于各轴间需采用叠层结构，且压电陶瓷横向负载能力差，因此受到行程和带负载能力小的限制多应用于小行程的驱动装置或精密定位中。市售的普通电火花加工机床伺服响应频率在几十赫兹左右，难以满足微小孔（微细）电火花加工中间隙放电状态的快速调节。如何提高微小孔电火花加工中主轴的伺服响应频率，使加工达到稳定的放电间隙状态，成为研究的重点和难点。

微小孔电极的在线制作是实现微小孔电火花加工的关键。目前，微小孔电极的加工主要有反拷块法、线电极电火花磨削法（WEDG 法）等。反拷块法、线电极电火花磨削法，加工精度高，但制作微细电极所需时间长，效率低。由于微小孔电火花加工中电极损耗大，加工中需要不断地进行补偿，而电极的直径小、刚度低、长度短，且加工的孔与在线制作的微细电极是对应的，加工不同直径的孔要在线制作不同直径的电极，因此微小孔电极需要经常地修整或者重新制作及更换，这就增加了加工辅助时间，降低了生产效率。因此，如何缩短电极制作准备时间，避免多次更换安装电极，成为研究的热点和难点。

发明内容

本发明是为了解决现有微小孔电火花加工过程中主轴伺服响应频率低、响应速度慢、实时跟踪性差，放电间隙频繁空载短路，有效放电率低，电极长度短、损耗快、需频繁更换，加工效率低的问题，以及现有微小孔电火花加工方式在加工复杂形状孔与微结构方面的问题，进而提供一种基于磁悬浮伺服驱动的微小孔电火花加工的主轴装置。

 

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：