电解加工具有工具无损耗、加工表面质量好、与零件材料硬度无关、加工后工件无应力和变形等优点,而且其加工中材料是以离子溶解的方式去除,如果加工条件和加工参数选择合适,电解可用于微零件和微结构的加工,并获得较高的加工精度。 本文成功开发了用于微细电解加工的装备,用于加工微零件或微结构。该装备采用高刚度的龙门固定式结构,以大厚度花岗岩制作底座,高度高,稳定性好,可保证装备的运动精度;装备具有三个方向的进给机构,运动范围为50×50×100mm,其中水平进给机构采用步进电机+压电陶瓷的宏微复合驱动方式,最高位移分辨率达50nm,定位精度达0.5μm;工具电极或工件可由高速、高精度的陶瓷球轴承电主轴带动旋转,转速在0～24000r/min范围内连续可调,回转精度达3μm。装备还具有放大监测装置,可通过显示器对加工过程进行观测。 开发了装备的控制系统,采用运动控制卡控制宏运动,D/A转换器控制微运动,通过控制软件输入加工轨迹参数,计算机可对各轴的运动进行自动控制,从而使工件和工具电极按设定的轨迹做相对运动。该系统实现了对宏驱动、宏微复后驱动、两轴联动等的控制,可用于微电解展成加工。控制系统通过数据采集卡检测工具电极和工件间的加工电压变化,从而判断实时加工状态,当加工过程中发生短路,可控制相应的进给机构迅速回退。 采用最小脉宽为8μs的高频、窄脉冲电源,在装备上进行微细电解加工实验,确定了有利用于稳定加工的条件和控制参数,包括电解液种类与供给方式、加工进给速度、工具电极转速、短路电压、微动机构控制参数等。对加工机理进行了研究,得出了电解液浓度、加工电压、脉宽等对加工效率和加工精度的影响规律。进行了微结构的加工,可稳定加工出尺寸在1mm以下的微结构,如微细孔、微细轴、窄槽、二维图案和微立体结构。本装备还可进行在线电极制作,可用微细电解加工的方法加工出简单形状的微细电极或成型电极,再用该电极进行下一步的加工,可加工出尺寸更小和精度更高的微结构。