镗削和磨削是微型电火花成型加工的有益补充

在对细微结构件的加工方面，微型电火花成型技术具有很强的优势。通过设置一个辅助的磨削轴，即可在一次夹持过程中，对带有不导电涂层的工件进行成型加工。

电火花技术可以应用到微型加工作业中。这是因为所需的加工力非常小，因此，可以用到极其精细的加工工具。对于很多特定的场合来说，电火花是一种高效和不可替代的加工工艺。对于微型电火花成型工艺的能力和局限性，已经有很多研究机构和设备制造厂商进行了描述。

电火花技术的典型应用时机便是在其他加工工艺无法满足加工要求的时候。在很多情况下，电火花工艺流程是在生产链环节中比较靠后的时间段上进行的。与每个下游加工工序的情况一样，每做一次新的夹持动作，都会面临着工件在设备上需要重新校准和所需外形元件需要精确对准原已存在的参照系的巨大挑战。这对于微型加工所需的公差范围来说，尤为困难。
 
采用高速加工轴上的磨销，可以对工件上的非导电性的涂层进行磨销和清除，从而获得电火花成型加工所需的母体材料

一次夹持完成多工件加工

例如在钟表行业，根据各种不同的参照点，要求定位公差达到5μm。因校准所需的辅助时间可能要比加工作业时间高出几倍。由此会产生一些费用，而需要向客户反复解释才行。因此，尽可能在一次性夹持过程中完成对很多外形元件的加工，这具有很大的好处。除了采用单一的加工工艺之外，还可以考虑把微型电火花成型工艺与其他加工工艺相结合的办法，这种综合做法可以明显拓展微型加工的途径。

微型加工从狭义概念上说，是对整体尺寸在0.1mm以下的部件的加工。而从广义和普通含义上说，微型加工也包含了对微小结构的加工，无论整体部件的尺寸如何。微型电火花加工工艺的优点在于它不受工件机械性能和外形自由度的制约。这种加工工艺具备非常自由的电极外形选择性，以及使用辅助设备轴和五轴铣削等能力。唯一的一个前提条件依然是待加工的工件必须要具备所需最低的导电性能。微型电火花机床，如同其他精密机床一样，通过能与特殊加工要求相适应的能力来显示出其优越性的。例如，此类机床的刚性特别强，机架的热稳定性能好，加工轴设有行程和角度测量传感器，因此定位非常精确。所使用的发电机只发出极低的放电能，对加工表面的影响也很小（图1）。

图1 微型电火花加工实例
a-直径在15μm以下的微型孔；
b-通过线电火花加工制成的行星齿轮箱；
c-微型轨道电火花实例；
d-通过采用成型电极所做的微型电火花成型工件；
e、f-微型电火花加工的其他实例

具有高的直径-深度比工件的加工

与其他有竞争力的加工工艺相比，这种加工工艺的另一个优点在于，它可以对极小的内径和直径-深度比例很高的镂空件进行加工。目前的技术现状是，圆柱形孔的孔径可以达到100μm，其孔深与孔径的比例为100~150。根据不同的加工条件，圆柱度的公差范围可以达到5μm以内。针对此项任务的一部分电极为可使用的成品电极。

针对加工直径更小的工件，则需要在机床上自己加工出相应的电极。对应的一种方法便是在运行的钢丝上对电极进行修整和成型。这种方法是科技文献中经常提及的一种WEDG方法。旋转的电极沿着钢丝被向前引导，由此可以被制成所需的形状。同时，这样做也可以确保电极达到相应于旋转轴的非常精确的同轴度。采用作为WEDG装置的辅助模块的激光测量系统对所制成的电极进行测量。如果所使用的加工轴可以被变址，则不仅可以加工出旋转对称的电极，而且还可以加工出三角截面的电极或带有侧凹的电极，如图2所示。带有可变螺距的内螺旋结构表明了一种很大的外形自由度，因此，这种工艺也适用于对难切削材料的微型加工。nextpage

图2 电火花加工的侧凹部件
a-通过行星电火花制成的侧凹工件的原理；
b-校准的电极；
c-电极（b）的可能应用场合，带有可调螺距的内置螺旋槽

电极磨损仍可实现外形精确的镂空加工

在机床上对电极进行可重复精度的加工，是一项需要完成的研究课题。此外，对电极磨损进行预报和对一种在电极严重磨损情况下仍可对外形精确的镂空工件进行加工的工艺技术的研发，是工业企业所提出的一项要求。图3是所选择的加工策略或一种磨损补偿对加工结果所产生的影响。工件上的两个未经精加工的盲孔，从图3a上可以看出，在采用不合适的电极磨损策略时，工件上产生了与所需外形的偏差。在图3b上，通过选择合适的磨损策略，对电极磨损进行了补偿。

图3 HS6-5-3电火花钻孔，无（a），有（b）
磨损补偿（孔径为260μm，黄铜电极）

制造直径范围在50μm以下的极薄型电极是一种特别的技术挑战。在此直径范围内的电极会出现超高比例的磨损。如果在加工过程中没有采取补充电极的措施，假设电极相对磨损达到300%的话，则至少需要在所需孔深的四倍长度上对电极进行校准。特别危险的情况是校准过程中所出现的作用力容易损坏很薄的电极。对这些作用力的测量和对安全加工薄而长电极的策略的研发属于WZL研究任务中的一部分。

从现有的材料品种和未来电火花加工可能面临的材料品种的偏差上，可以推导出人们对特定材料的加工工艺要求。在钛基材料、镍基材料和涂层材料以及复合材料方面，存在着专门研究的需求。如果涂层材料不具导电性，则无法轻易采用电火花加工工艺。在把涂层（至少是部分涂层）清理掉之后，采用电火花工艺对工件进行镂空即又成为可能（图3）。

配有高速加工轴的微型电火花成型设备

作为技术发展的一种结果，常见的Sarix SX-200 HPM微型电火花成型设备配备了Westwind公司提供的辅助高速加工轴。在设备上，两个加工轴可以交替投入使用，构成了一种工艺组合模式。由此，可以在一次性夹持过程中实现对工件的切削（如镗和磨）和电火花加工。
 
图4所示一种涂有非导电陶瓷涂层的镍基合金工件。在加工过程中，首先采用磨销把陶瓷涂层清除干净，使基材达到导电效果。通过采用相应的电火花和电极，对工件进行三角镂空加工。引人注目的是，这里采用切削工艺把一部分非导电的陶瓷进行清除。如果电火花加工流程只在小范围内进行，则这些加工工艺均可做到。

图4 磨削和微型电火花工艺组合，可以实现对带
有非导电陶瓷涂层的三角截面的镂空件进行加工nextpage

图5所示的是另一个实例。这里是一种带有非导电氧化铝涂层的转位刀片在接受电火花钻孔。对此，也要采用磨销工具在工件上先清除掉一点涂层，然后通过电火花把剩余的涂层清除到孔的边缘为止。这样，孔的外围区域仍保留着完好的涂层。在这种情况下，通过氧化铝涂层下方、作为涂层一部分的金色的TiN涂层达到接触的效果。

图5 以大反差比例（直径0.8mm，长度12mm）
对带有非导电涂层的转位刀片进行穿孔加工

只需极小冷却剂量的钻孔

此类钻孔技术的应用也属于研究范围。例如使用极小冷却剂量，通过主自由面使冷却剂直接进入到主刀刃下方区域。在出口区域，可以改变孔的内轮廓，使得特制喷嘴能够进入。在可见到非导电层接受电火花加工的可行性之后，今后的一项任务便是要进一步揭开基本加工机理，以便对加工工艺作更好的理解和优化。

图6 微型电火花技术的发展可能性

复合材料是一种挑战

根据不同要求和技术发展现状，目前有两个大的优化方向可以遵循。一个是优化精度和加工速度，由此可以进一步扩大此类工艺技术相对于其他工艺技术的优势；另一个便是对电火花技术所关注的一些材料的加工工艺的研发。对复合材料的加工是一项新的挑战。电火花加工技术已经成为微型加工领域上的一种成熟技术并具有很大的发展潜力。

电火花加工专业会议

在欧盟所资助的Integ-μ科研项目中的第7个分框架项目内，进行了部分相关科研活动。其他与实际工作相关的活动还有由八家合作单位共同参与的WZL“电火花加工”工业工作小组的工作。此外，在RWTH Aachen的WZL专业会议上，围绕着电火花技术的话题和其他一些话题，将由机器制造厂商与其重要的用户共同进行探讨。