曹 彧，何晨龍，鄧集松

（中國空空導彈研究院，河南洛陽471099）

用簡單形狀的微細電極對微細孔和微觀三維結構進行電火花加工已成為當前電火花加工的關鍵技術之一[1]。在進行微細孔和微觀三維結構的穩(wěn)定加工時，微細電極的在線制作和檢測是兩項關鍵技術。若用離線方式加工電極，二次裝夾使用會產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，使微細電極在x、y兩個方向分別接觸標準棒，實現(xiàn)了電極在線測量，但由于標準棒與電極軸線的平行度不易保證，使其應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攝像機構建了微細電極在線測量系統(tǒng)，實現(xiàn)了微細電極的光學在線檢測，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)電火花微細電極的在線測量。

本文提出了標準球在線檢測方法，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)的設計

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

標準球在機床中的位置測量步驟如下：

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

圖1 標準球在線檢測方法及原理

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

圖2 標準球法的電極在線測量過程

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

圖3 標準球法球心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對標準球進行接觸感知，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準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，也不會對測量結果造成影響。但由于在接觸感知時，被測電極與標準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 標準球測量法與標準棒測量法的誤差對比

2 試驗研究

2.1 系統(tǒng)標定

如果要精確測量電極的尺寸，必須先對測量系統(tǒng)進行標定。在本試驗中，可采用標準件測量法。即已知在電火花加工機床上校直的標準電極離線測量直徑為d0，再用標準球電極在線測量法對其進行測量，測出的目標值為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為d=dc+K。這樣就能消除系統(tǒng)誤差對測量準確度的影響。

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碰邊找正，再設置軸向進給量沿反拷塊切向邊旋轉、邊進給放電，理論上，只要切向進給距離足夠長，反拷加工結束階段對應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量，試驗對不同目標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，分別用標準球電極測量法和非接觸式三坐標測量機對電極直徑進行檢測，結果見表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，能滿足日常生產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 結語

本文以電火花接觸感知功能為基礎，用標準球和測量桿構建了微細電極的在線測量系統(tǒng)，實現(xiàn)了微細電極不同高度直徑的在線測量，測量結果與非接觸式三坐標測量機的檢測結果相比，誤差在5%以內，為微細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[M].北京：國防工業(yè)出版社，2003.

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

[3] 郭銳，趙萬生，李剛，等.微細電火花加工的微細電極在線測量[J].光學精密工程，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].制造技術與機床，2001（7）：31-33.