微细工具电极的制备方法与流程

本发明涉及电极加工领域，具体说是一种微细工具电极的制备方法，主要适用于制备微细圆柱电极、微细薄片电极、微细直纹面电极等。

背景技术：
微型机械在未来社会中的作用和地位是毋庸置疑的，微型机械的实用化将在很大程度上依赖于微三维结构的成功制作上。常见方法包括：高速切削加工、电化学加工、高能束加工、电火花加工等。高速切削加工一方面机床比较昂贵，另一方面受切削应力的限制在微细结构加工中存在局限性；电化学加工技术由于电流密度不均匀导致其在加工精度上无法满足要求；激光等高能束加工在制作三维结构时也难以达到精度要求。电火花加工技术具有强大的微尺度制造能力，同其他加工方法相比具有非接触式加工、设备简单、可实施性强、所能处理的材料广泛等特点，其加工中没有切削力的作用，有利于加工出更加细小的零件和微细的特征。由于其独特的加工机理，其最小的加工去除单位可以很方便地通过控制微小的放电能量来获得。对几何形体加工适用性而言，不仅可以加工平面和回转体，更可以加工出三维复杂自由曲面，特别适合薄壁零件上的微加工和微细零件及微小模具的制造，进而通过模具加工出大量低成本的微细零件及产品。微细电火花加工技术要像其它先进加工技术一样在工程实际中得到应用，除了有理论基础以外，还需要解决一个非常实际的问题——如何按零件加工要求制造工具电极，并确定工件电极和工具电极的相对方向和位置。由于金属微结构本身尺度在微尺度范围内，一方面其允许尺寸和几何误差非常苛刻，同时对工件安装定位精度提出了更高的要求。因此，工件的加工及安装定位的精确性成为限制微细电火花加工技术实际工程应用的关键问题之一。其电极制造方法主要有利用线电极电火花磨削技术、块电极修型技术，电火花线切割等。线电极在线电火花磨削技术需要专门机床，块电极修型技术容易造成电极尺寸精度差，电火花线切割技术是最主要制造方法。但是电火花线切割技术在切割微尺度电极时对放电能量要求较高，放电瞬间产生的高温容易造成电极产生应力导致电极弯曲变形，因此如何在常用电火花线切割加工机床上制作微细电极是现阶段科研及生产单位所面临的重要问题之一。

技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种微细工具电极的制备方法，从根上解决了厚度(或直径)＜0.1mm微细电极加工制造中加工效率低、形状精度差等问题，同时精确确定了微细电极和被加工工件之间的空间关系。为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：该微细工具电极的制备方法，其技术要点是：该方法在如下设备中进行，该设备包括安装在线切割加工机床工作台上的夹具体，虎钳通过竖直梯形导轨可移动的安装在夹具体上，可调节虎钳高度的调高旋钮安装在夹具体顶部；虎钳一端设置固定钳口体，活动钳口体通过水平梯形导轨可移动的安装在虎钳另一端；虎钳上的活动钳口体一端设有调平旋钮；固定钳口体、活动钳口体上分别固定有回转工作台I、驱动电机I和回转工作台II、驱动电机II；回转工作台、回转轴心同轴，并与夹具体的标准块与平行；回转工作台I、II上分别安装有四爪自定心卡盘I、II，四爪自定心卡盘I、II、上分别安装有夹头基座I、II，夹头基座I、II上分别安装有标准夹头I、II；该制备方法包括以下步骤：1)在线切割加工机床平台上定位和夹紧夹具体，使回转工作台I、II的轴心与X轴平行；2)通过调高旋钮、调平旋钮使竖直梯形导轨、水平梯形导轨复位，通过控制驱动电机I、II使回转工作台I、II复位；3)在标准夹头I上装夹电极毛坯，调整标准夹头II至合适长度后装夹电极毛坯另一端，锁定标准夹头I、II，通过调高旋钮调整电极毛坯高度到Z轴的合适位置；4)在0°方向上切割方向定位基准面；5)在0°方向上对称等量切割电极两个XZ侧面到规定尺寸，通过驱动电机I、II同时转动毛坯电极，在90°方向上对称等量切割电极两个YZ侧面到规定尺寸；6)切割端面，切断电极，即可得到两个工具电极。本发明的有益效果：采用本发明的方法，可在常规电火花线切割加工机床上生产出符合尺寸和形状精度要求且保证与工件准确定位的微细工具电极，可加工任何导电材料，采用线切割加工尺寸精度高。加工中采用对称加工，同时电极两端固定，有效避免微细电极加工时的变形。通过标准夹头和方向定位面限制工具电极与工件之间的X轴、Y轴的移动自由度及绕X、Y、Z轴旋转自由度，Z轴移动自由度由工具电极与标准基准块接触感知确定。在现有机床即可完成加工，加工成本低；实现六个自由度的全部定位，定位精度高；通过对电极毛坯两头定位保证电极在制造过程中不会发生变形；电极尺寸和形状精度高。电极在标准夹头上一体加工，自由度全限制，四个自由度由标准夹头限制，一个自由度由方向定位基准面限制，定位精度高。附图说明图1为本发明的结构示意图；图2为其中一种电极的结构示意图。附图标记说明：1标准夹头I、2夹头基座I、3四爪自定心卡盘I、4回转工作台I、5固定钳口体、6驱动电机I、7调高旋钮、8竖直梯形导轨、9夹具体、10水平梯形导轨、11虎钳、12标准夹头II、13驱动电机II、14活动钳口体、15调平旋钮、16回转工作台II、17四爪自定心卡盘II、18夹头基座II、19方向定位基准面。具体实施方式以下结合图1～2，通过具体实施例详细说明本发明的内容。以电火花线切割加工机床上制备如图2所示电极为例说明本发明的具体实施过程。本发明所采用的电极制备装置主要包括电火花线切割加工机床和夹具两部分。其中，夹具体9安装在线切割加工机床工作台上，虎钳11通过竖直梯形导轨8可移动的安装在夹具体9上，可调节虎钳11高度的调高旋钮7安装在夹具体9顶部(可采用丝杠机构，实现通过调高旋钮7调节竖直梯形导轨8的高度)。虎钳11一端设置固定钳口体5，活动钳口体14通过水平梯形导轨10可移动的安装在虎钳11另一端。虎钳11上的活动钳口体14一端设有调平旋钮15(可采用丝杠机构，实现通过调平旋钮15调节水平梯形导轨10的水平距离)。固定钳口体5、活动钳口体14上分别固定有回转工作台I4、驱动电机I6和回转工作台II16、驱动电机II13。回转工作台4、16回转轴心同轴，并与夹具体的标准块与平行。回转工作台I、II4、16上分别安装有四爪自定心卡盘I、II3、17，四爪自定心卡盘I、II3、17上分别安装有夹头基座I、II2、18，夹头基座I、II2、18上分别安装有标准夹头I、II1、12。具有定位、加紧、回转、分度等功能。驱动电机I、II6、13由同一信号控制器控制实现回转工作台I、II4、16同步分度、旋转及角度定位。使用时根据需要可实现工具电极毛坯由标准夹头I、II1、12两端同时固定或者一端固定。夹具保证回转工作台回转轴心与夹具基准座同轴，且与X轴平行。采用上述设备制备微细工具电极的方法包括以下步骤：1)在线切割加工机床平台上定位和夹紧夹具体，使回转工作台I、II的轴心与X轴平行；2)通过调高旋钮、调平旋钮使竖直梯形导轨、水平梯形导轨复位，通过控制驱动电机I、II使回转工作台I、II复位；3)在标准夹头I上装夹电极毛坯，调整标准夹头II至合适长度后装夹电极毛坯另一端，锁定标准夹头I、II，通过调高旋钮调整电极毛坯高度到Z轴的合适位置；4)在0°方向上切割方向定位基准面19；5)在0°方向上对称等量切割电极两个XZ侧面到规定尺寸，通过驱动电机I、II同时转动毛坯电极，在90°方向上对称等量切割电极两个YZ侧面到规定尺寸；6)切割端面，切断电极，即可得到两个工具电极。步骤5)中，若加工圆柱电极，则可通过驱动电机II实现毛坯的定速转动，电极丝做X方向的往复移动，同时周期性沿Y轴向回转轴心做进给运动。若加工直纹面电极，则可通过四轴线切割方法切割电极到规定尺寸。