微细电火花铣削加工技术及其发展状况

摘要

: 微细电火花铣削加工技术是微细加工领域的一项重要技术,经过多年研究和应用该技

术已经取得了一些突破性进展。本文介绍了电火花铣削加工技术的基本原理及其关键技术

,

比较全面地叙述了当前的研究和发展状况。
关键词

:

 

 

微细电火花加工 电火花铣削 分层制造

0 引言

微细化和精密化是现代制造技术的发展趋势之一

[1]

,而微细电火花加工技术因其具有非

接触性、加工对象广泛和三维加工能力强等特点，迅速成为微三维结构器件的主要加工技术
之一

[2]

。传统的电火花成形加工技术存在缺乏柔性

,且成形电极制作困难等问题，而采用简

单形状电极的微细电火花铣削加工技术继承了机械铣削和快速原形制造技术的诸多优点。因
而，在电加工领域和复杂模具制造中得到了广泛应用，并已成为三维复杂曲面结构器件的
主要加工技术之一

[3]

。

1 微细电火花铣削加工的基本原理

微细电火花铣削加工技术是一种典型的面向快速制造的特种加工技术。快速原型制造技

术

(Rapid Protoyping Manufacturing, 简称 RPM)是 20 世纪 80 年代兴起并迅速发展起

来的一项先进制造技术。

RPM 技术的根本成型原理就是分层增材制造,即将任意复杂的三维

实体用平行的平面截取分层

,从而获得若干二维层面，再将这些若干二维层面叠加起来就形

成了原三维实体。分层制造的优点在于将复杂的三维实体制造过程演化为简单的二维层面的
叠加。这样不但简化了制造过程中数据处理的难度

,也消除了制造过程中的几何干涉问题,使

制造不再受零件形状复杂程度的限制。

要实现精确的分层制造，快速原型设备必须具备以下基本条件：
1) X-Y 扫描及精确的运动控制；
2) Z 方向的精确运动控制；
3) 每一层的轮廓扫描和面内填充扫描；
4) 各种物理量的控制；
5) 扫描速度和轨迹与某种功率的匹配（如激光功率、材料输送功率等）。
从上述分层增材制造的原理和实现条件上看：将分层制造的工艺方法移植到三维微细

电火花加工中

,即以简单形状微细电极,通过电极端面放电的形式,借鉴数控铣削方式进行分

层扫描式的微细电火花加工不但是可能并且是可行的

[4]

。因为，电火花加工是一种典型的非

接触式加工，采用简单形状电机端面放电形式正好避免了电机与工件间的干涉，加上其对
导电材料极强的适应性，材料加工去除可控性好和现阶段的微细电火花加工机床一般在
X、Y、Z 方向上的运动分辨率均已能达到亚微米级，这些因素都为我们实现微细电火花铣削
加工提供了条件。

不过，由于同传统的数控铣削不同，一方面电火花加工过程中存在电极损耗现象，因

此要实现分层扫描微细电火花铣削加工和提高加工精度，就必须对微细电极损耗采取适当
的补偿策略；另一方面，微细电火花铣削的方法本身特点又决定了与传统机械加工相比其
加工效率偏低。微细电火花铣削加工技术的加工精度主要取决于电极损耗的轴向补偿，加工
效率主要取决于轨迹规划和分层厚度的选取。因此

,要提高微细电火花铣削的加工效率和加

工精度

,有效地降低电极损耗、优化电极运动轨迹和适当地选取分层厚度是使该技术实用化

的关键。下面将系统介绍分层去除微细电火花铣削加工的规律和关键技术。

2 微细电火花铣削加工的规律和关键技术