[发明专利]PZT同步激励压缩放电通道的微细电火花加工设备及其加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用PZT同步激励压缩放电通道的微细电火花加工装置，属于微细电火花加工技术领域。

背景技术

产品的微型化是现代生产所追求的目标之一。而微细加工是实现产品零部件微型化的最基本技术，它已成为涉及机械、电子、化学、材料等多种学科的现代高技术。

实现精密、微细加工的一个重要条件是加工单位尽可能小。而在电火花加工过程中，其加工单位（即每次放电的蚀除量）只取决于单个放电脉冲的能量。随着现代电力电子技术的发展，电火花加工的加工精度与表面质量得到了极大的提高，加工单位也日趋变小。电火花加工已成为零件精微加工的有效手段之一。

微细电火花加工技术的发展体现在加工装置的微小型化上。脉冲电源作为电火花加工机床的主要组成部分，性能的优劣直接影响放电加工的速度、精度、稳定性、工件表面粗糙度以及电极耐加工性，同时也是产品升级换代的标志。目前国内外大多数微细电火花加工脉冲电源是RC电路脉冲电源，由于脉冲电源输出功率的大部分都消耗在限流电阻上。这样, 不仅造成了电能的极大浪费, 限流电阻由于散热需要而体积庞大、材料昂贵, 而且脉冲电源内部的散热问题一直是电源电柜结构设计的关键, 在脉冲电源内部必须附设冷却风扇和排风通道, 这又进一步导致电能消耗和电柜体积加大。

另外，加工过程中的排屑问题是微细加工技术的一个难点。由于加工尺度较小，工具电极细微，放电脉冲能量和放电间隙小，传统电火花加工中的冲液排屑方式已不适于微细电火花加工，致使电蚀产物不易从加工区排出，尤其是高深径比的微细孔或异型孔排屑更困难。排不出去的碎屑不仅会占据一部分空间而使极间实际距离减小，而且还会引起极间电场的畸变，发生短路和拉弧，难以保证加工过程的稳定性和加工工件精度。

发明内容

本发明针对现有微细电火花加工技术存在的不足，提供一种加工过程稳定、能够保证工件加工精度的PZT同步激励压缩放电通道的微细电火花加工装置，该装置将PZT （压电陶瓷，具有正压电效应和负压电效应）晶体致动器与晶体管式脉冲电源集合在一起，晶体管式脉冲电源利用PWM通过发脉冲控制主回路的电流通断，PZT晶体致动电源使致动器产生高频率振动，通过控制器调节两电源脉冲相位来实现同步加工。

本发明的PZT同步激励压缩放电通道的微细电火花加工装置采用下述技术方案：

该PZT同步激励压缩放电通道的微细电火花加工装置，包括PZT晶体致动器、电极、PZT晶体致动器驱动电源、控制器和晶体管式脉冲电源，电极安装在PZT晶体致动器上，晶体管式脉冲电源、电极和工件串联构成主回路，PZT晶体致动器与PZT晶体致动器驱动电源连接，PZT晶体致动器驱动电源用于给PZT晶体致动器中的PZT晶体提供电能而使之伸缩，控制器为一个可编程控制的脉冲信号延迟装置，通过对输入脉冲信号的延迟调节控制PZT晶体致动器驱动电源与晶体管式脉冲电源信号的相位差，实现电火花同步加工。

晶体管式脉冲电源为现有技术，该电源通过PWM产生脉冲信号控制场效应管MOSFET开断。而MOSFET与其他开关器件相比较，具有开关速度快、热稳定好及噪声低等特点，而且随着半导体工业的发展，高频功率器件MOSFET 已经得到了广泛的应用。因此在该脉冲电源中选用了各项指标均能满足加工要求的新型高频快速MOSFET作为开关器件。

    PZT晶体致动器为现有技术，主要由PZT晶体构成，在电压作用下，利用PZT晶体的逆压电效应，使致动器伸长，而且其伸长的距离与电压近似成正比。PZT晶体致动器驱动电源为致动器提供高频电压。

上述PZT同步激励压缩放电通道的微细电火花加工装置进行电火花加工的方法，包括以下步骤：

（1）将工件固定在电火花加工机床的工作台上，注入工作液，使工件浸在工作液中，将PZT晶体致动器安装在电火花加工机床的直线运动轴上，直线运动轴带动PZT晶体致动器及其上的电极进给，使电极与工件之间具有合适的放电间隙；