[發明專利]一種高回轉精度球頭柱狀電極的在線制備修整裝置及方法

有效

• 申請號: 201510829110.3
• 申請日: 2015-11-24
• 公開（公告）號: CN105328285B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 劉勇;郭春生;李名鴻
• 申請（專利權）人: 山東大學（威海）
• 主分類號: B23H5/02
• 分類號: B23H5/02;B23H9/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種高回轉精度球頭柱狀電極的在線制備修整裝置及方法。

背景技術

近年來，微機電系統技術的發展，促進了產品向微型化、集成化方向發展。隨之而來的，對生產這些產品的微型加工工具電極以及測量它們的超微測量工具的需求，也在日益增加。這些微細工具電極的制備，已經成為影響微機電系統技術發展的因素之一。此外，球頭電極是一種尖端帶有微尺寸球體的異形電極工具，其廣泛應用于微測量、微電子、細胞無損檢測以及航空航天等技術領域。尤其在微測量領域，微球形電極安裝在三坐標測量儀中，可用于測量大深徑比深小孔、復雜型腔三維結構等。同時，微球頭電極的尺寸以及回轉精度，對于實際測量的精度有重大影響，電極尺寸越小、回轉精度越高，測量的精度也越高。因此，微球頭工具電極的高效、高精度制備具有重要意義。

目前，對于微球頭電極的制備，主要有線放電研磨、精車削、精磨削以及工藝組裝等工藝方法，但在實際加工過程中它們都或多或少存在一些問題，使得到的微球頭電極并不十分理想。

目前，制備球頭電極最主要采用的還是工藝組裝方法，它采用在柱狀電極的端部焊接或粘結微球頭的方法，獲得球頭電極。但是在實際操作中，工藝組裝存在電極球頭和柱狀電極主體的結合力以及球體位置難以控制等問題，而且加工工藝過程比較復雜。此外，雖然它確實可以制備球頭電極，但加工效率太低，面對微機電系統技術的快速發展，工藝組裝方法將很難滿足工業對球頭電極的需求。

采用線放電研磨加工方法，利用電火花對工件電極進行逐層磨削，蝕除多余的材料獲得所需的球頭電極。但加工耗時太長，加工效率太低。同時，由于采用電火花去除材料，會在電極以及球頭表面留下放電凹坑，是球頭電極精度不高，不能滿足對高精度的要求。

采用精車削和精磨削加工，制備球頭電極。通過傳統的切削加工原理，去除材料，獲得所需的球頭電極。由于傳統加工過程中，存在加工應力，所以在獲得的球頭電極中也會存在殘余應力，不利于電極的使用。同時，要加工高精度電極，需要更高要求的加工設備，成本太高。

電極球頭的制作，目前除了以上幾種方法外，還有一種新的思路，即利用單脈沖火花放電技術。單脈沖火花放電技術在加工時，注重對一個脈沖的相關參數的控制，利用一次放電的能量來實現單次加工；在放電能量較大的情況下，將產生使材料融化后氣化而被蝕除，但當能量控制合適，就可以使材料只發生融化。此處，即是通過控制放電能量，在電極尖端放電，使尖端熔融，之后冷卻收縮為球形。臺灣的Dong-Yea Sheu等采用線電火花放電磨削和單脈沖火花放電組合工藝技術，先利用線電火花放電磨削制備柱狀電極，再利用單脈沖火花放電技術獲得球頭，成功制備出直徑最小可達10μm的微球頭電極。但該方法不僅在柱狀電極的表面存在放電凹坑、表面再鑄層，而且獲得的球頭表面也會存在波浪狀紋路的再鑄層，并且再鑄層表面還散布著微細裂痕以及氣孔等缺陷，嚴重影響球頭電極的精度。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種高回轉精度球頭柱狀電極的在線制備修整裝置及方法，該發明基于陽極溶解的加工工藝，加工過程以離子的形式對材料進行蝕除，具有加工精度高、加工過程不存在加工應力和加工后不存在再鑄層等獨特優勢。所以，為解決球頭柱狀電極的制備以及球頭電極基體和球頭表面再鑄層的消除問題，可先采用電化學加工的方法加工柱狀電極，再利用單脈沖火花發電電路對柱狀電極進行火花放電，得到球頭電極，最后再采用電化學加工手段對獲得的電極球頭進行修整，即可消除以上缺陷，制備得到高回轉精度的球頭電極。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種高回轉精度球頭柱狀電極的在線制備修整裝置，包括脈沖電源、電解加工機床、控制系統、單脈沖火花放電系統和修整槽，其中，單脈沖火花放電系統設置于電解加工機床上，控制系統控制電解加工機床做x、y和z向運動，使夾持在電解加工機床夾頭的工件浸入電解液中一定深度，陰極板設置于電解液中，電解加工機床使工件保持一定轉速，脈沖電源以工件為陽極，以陰極板為陰極，施加電流，使工件形成柱狀電極；控制系統控制機床作x、y、z向運動，使主軸下的柱狀電極尖端對準單脈沖火花放電系統的放電尖端，并保持合適距離；同時，控制放電脈沖的電壓、峰值電流和放電時間，接通放電電路，使其對柱狀電極尖端放電，讓電極尖端熔融后收縮得到電極球頭；待電極球頭冷卻后，控制電解加工機床運動使電極球頭位于固定在電解液中的修整槽內，脈沖電源陽極接旋轉的球頭電極，陰極接修整槽，接通電源，對電極球頭進行電化學修整。