电火花打孔以及其孔圆度、直径的测量方法与误差分析(共7页)

1、电火花打孔(d kn)以及其孔圆度、直径的测量方法与误差(wch)分析孙昕鹏精密仪器与光电子工程学院测控技术与仪器(yq)一班3012202019摘要：本文以电花香烟盘纸微孔加工系统介绍了电火花打孔的原理、系统组成和优缺点，结合相关资料，探讨了孔圆度、直径的测量方法及其误差分析。关键词：电火花圆度孔径测量误差引言电火花打孔属于电火花加工的一种，由于这种加工方式有不与工件直接接触、可加工复杂表面工件等优点被广泛用于实际生产过程中，作为一种实用的微细特种加工技术，电火花加工具有设备简单，可实施性强等特点，其在微细轴、孔加工及微三维结构制作方面已经显示出了相当大的发展潜力，正受到世界各国学者的普遍关

2、注，本文对电火花打孔的原理、有优缺点进行了介绍；在内孔零件的加工过程中,对被加工孔径进行精确、快捷、方便的测量是保证加工质量、提高生产效率的关键，圆度、孔径误差的概念来自于工程实际。圆度、孔径误差的存在直接影响到零部件的配合、旋转精度,会引起摩擦、振动、噪声等,将降低零部件的使用寿命,增加能耗,因此准确评定圆度误差不仅为零件的验收提供依据,而且为零件加工精度和装配精度的提高提供可靠的保证，本文对圆度、孔径测量及误差分析作出了说明。1.电火花打孔1.1电火花打孔原理图 SEQ 图 * ARABIC 1 电火花加工系统结构原理图电火花打孔属于电火花加工的一种，电火花加工又称为放电加工（Electr

3、onicDischargeMachining，简称EDM）。该方法就是在加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电，靠放电时局部、瞬时产生的高温把金属蚀除下来，因放电过程可见到火花，故称为电火花加工。与足够高的电压施加在两冷电极之间,引起电场强度的增加、使得空气中离子数量雪崩式地增多,结果这部分空气具有了导电性，引起电击穿,电能在此局部释放,并伴随着火花产生,故称电火花放电。引起电击穿的电压和电极的村料、气体的性质和压强,以及电极形状和电极间的距离有关。电火花放电过程中,将在局部空间产生高温区,处在这高温区的非金属材料的局部将被烧穿或烧熔产生孔洞。下面举例介绍(jisho)电火花打孔

4、，以电花香烟盘纸微孔加工(ji gng)系统为例子(l zi)。电火花打孔加工系统的结构原理框图如图1所示。整个系统由主电源、辅助电源、脉宽控制与驱动电路、速度检测电路、高压脉冲产生电路及整个系统由主电源、辅助电源、脉宽控制与驱动电路、速度检测电路、高压脉冲产生电路及放电头几部分组成。其中主电源、将市电220V交流电整流滤波处理后得到300V左右直流电压E提供给高压脉冲产生电路。辅助电源则提供给其它电路所需的12V直流电源。纸带通过送纸盘传送，到达放电头后，电极之间在局部空间产生高温，处在高温区的纸带将被烧穿，于是产生了一系列的小孔。放电头是由耐高温,阻燃,且绝缘性能良好的材料加工的基座和固定

5、在基座上的金属电极构成基座材料可选用高频陶瓷放电电极选用钨棒。放电头结构示意图见图2.图 SEQ 图 * ARABIC 2放电头结构示意图1.2电火花打孔的优缺点电火花打孔的优点：1.适合于加工各种难切削的导电材料，而不受工件材料的物理、力学性能的限制；突破了传统切削加工对刀具的限制，可以实现用软的工具加工硬、韧的工件，甚至可以加工像聚晶金刚石、立方氮化硼一类的超硬材料。目前，电极材料多用紫铜或石墨，因此工具电极也容易加工。目前，电极材料多用紫铜或石墨，因此工具电极也容易加工。2.由于加工过程中工具电极与工件不直接接触，没有切削力，所以工件无切削变形，因而可以加工细长、薄、脆性零件；由于可以简

6、单地将工具电极的形状复制到工件上，因此也别适用于复杂表面工件的加工，如复杂型腔模具加工等。其加工范围已达到小至几微米的小轴、孔、缝，大到几米的超大型模具和零件。电火花打孔(d kn)的局限:1.主要适用于加工(ji gng)金属等导电材料；2.加工(ji gng)速度较慢，生产效率不高；3.由于存在电极消耗，影响成形精度。2.孔圆度的测量及误差分析圆度测量方法发展到现在,经历了从接触式测量到非接触式测量,从离线测量到在线测量,从被动测量到主动测量等发展阶段。通用方法如下所示。2.1回转轴法利用精密轴系中的轴回转一周所形成的圆轨迹（理想圆）与被测圆比较，两圆半径上的差值由电学式 HYPERLIN

7、K /view/1086194.htm t _blank 长度传感器转换为电信号，经电路处理和电子计算机计算后由显示仪表指示出圆度误差，或由记录器记录出被测圆轮廓图形。回转轴法有传感器回转和工作台回转两种形式,如图3.前者适用于高精度圆度测量，后者常用于测量小型工件。按回转轴法设计的圆度测量工具称为 HYPERLINK /view/199870.htm t _blank 圆度仪。图 SEQ 图 * ARABIC 3回转轴圆度测量方法2.2两点法常用 HYPERLINK /view/52004.htm t _blank 千分尺、 HYPERLINK /view/1087442.htm t _bl

8、ank 比较仪等测量，以被测圆某一截面上各直径间最大差值之半作为此截面的圆度误差。此法适于测量具有偶数棱边形状误差的外圆或内圆。2.3投影法图 SEQ 图 * ARABIC 4常在 HYPERLINK /view/55705.htm t _blank 投影仪上测量(cling)，如图4.将被测圆的轮廓影像(yn xin)与绘制在投影屏上的两极限同心圆比较,从而得到被测件的圆度误差。此法适用于测量具有(jyu)刃口形边缘的小型工件。2.4坐标法一般在带有电子计算机的 HYPERLINK /view/200077.htm t _blank 三坐标测量机上测量。按预先选择的直角坐标系统测量出被测圆上

9、若干点的坐标值x、y，通过电子计算机按所选择的圆度误差评定方法计算出被测圆的圆度误差。2.5圆度误差评定方法最大内接圆法(MIC)与最小外接圆法(MCC)以实际被测圆的最大内接圆作为内包容圆,以最大内接圆的圆心为中心作被测实际圆的外包容圆,这两个同心圆的半径差即为最大内接圆法评定的圆度误差;最小外接圆法评定圆度误差是以实际被测圆的最小外接圆作为外包容圆,以最小外接圆的圆心为中心作被测轮廓的内包容圆;则这两个同心圆的半径差即为最小外接圆法评定的圆度误差。这两种方法评定的核心问题是寻找被测轮廓最大内接圆与最小外接圆,目前判断的准则有直线准则和三角形准则。以最大内结圆为例分析(最小外接圆同理)。图

10、SEQ 图 * ARABIC 5如图5所示，设圆轮廓上测量点的坐标为pi(xi,yi),(i=1,2n)最大内接圆的圆心为(x0,y0),最大内接圆的数学模型为Max(min(xi-x0)2+(yi-y0)2)则最大内接圆评定的圆度误差为f=rmax-rmin3.孔直径的测量及误差分析孔径测量是 HYPERLINK /view/126663.htm t _blank 长度计量技术的主要内容之一。对于孔的直径的测量，有直接测量、间接测量和综合测量等测量方法。直接(zhji)测量:利用两点或三点(sn din)定位，直接测量出孔径的方法,也是最常用(chn yn)的孔径测量方法根据被测孔径的精度等

11、级尺寸和数量大小,可以采用能测孔径的通用长度测量工具，例如游标卡尺、工具显微镜、万能比长仪、卧式测长仪、卧式光学计和气动量仪等;也可采用专用的孔径测量工具,例如内径千分尺、内径百分表和千分表、内径测微仪、电子塞规和利用气动光学电学等原理的孔径量仪等。间接测量:先测量与孔径有关的函数，再换算出孔径尺寸。综合测量:主要是利用光滑塞规以通止法检验工件合格与否（见量规）。图6灵敏杠杆法测量工作原理图3.1光学灵敏杠杆法测量原理下面以光学灵敏杠杆法为例子作说明。其测量工作原理图为图6所示，光源1发出的光将分化板2上的双刻线经物镜3和主显微镜7成像在目镜分划板上。弹簧6控制测杆5的测力方向，测杆5与反射镜

12、4连接，当测杆下端侧头产生位移时，反射镜联动，从而改变反射光线，使目镜中双刻线产生相应的位移。测量时，将光学灵敏杠杆测头引进被测孔壁，并位于孔的直径方向，其标志是调整横向滑板，使纵向示值达到折返点，保持横向示值不变，微动纵向划板，使目镜中双刻线（对称）套住米字线的实线，并读取纵向第一次示值a。调整测力转换环4，改变测力方向，在孔径另一侧读取纵向第二次示值b。被测孔径D等于两次读数差L与球测头直径之和。D=L+d=a-b+d图 73.2测量误差分析(fnx)3.2.1直径(zhjng)方向的选择在实际测量过程中，通过(tnggu)拐点寻找直径方向存在一定的误差。如图7所示，在直径方向AB的测头由

13、于所受的力很小，所以拐点不可能出现在如图所示的直径方向上，而是移动横向到C或E后由于测头所受的反向力增大，才可能出现拐点。因此图6当移动纵向滑板时所测的直径并不在直径方向，这样测量的直径存在一定的偏差，所以应加上2AG一个修正值予以修正。3.2.2机械间隙所带来的误差利用光学灵敏杠杆测量直径时，由于装置在装配过程中存在机械间隙，所以当移动纵向和横向滑板时不可避免地带来间隙误差。因此在测量时应正向和反向测两次取平值予以减小。3.2.3视差测量过程中需要在纵向滑板鼓轮上读取测量值，存在一定的读数误差，解决办法就是多次测量取平均值。4.结论电火花加工是与机械加工完全不同的一种新工艺。随着工业生产的发

14、展和科学技术的进步，具有高熔点、高硬度、高强度、高脆性，高粘性和高纯度等性能的新材料不断出现。具有各种复杂结构与特殊工艺要求的工件越来越多，这就使得传统的机械加工方法不能加工或难于加工。因此，人们除了进一步发展和完善机械加工法之外，还努力寻求新的加工方法。电火花加工法能够适应生产发展的需要，并在应用中显示出很多优异性能，因此，得到了迅速发展和日益广泛的应用。随着计算机集成技术的应用日趋成熟,研制在线非接触高精度圆度、孔径检测系统将是未来发展方向。发展通用的在线圆度、孔径检测系统并提高其在线检测精度,研究大型、长轴零件的圆度检测方法,研究复杂形状零件的误差测量方法,深入研究计算机视觉的圆度、孔径

15、检测技术,深入发展误差补偿技术的应用等,都将是未来圆度、孔径误差检测研究的重点。圆度、孔径误差优化算法的出现不断推动误差分析朝着高精度方向发展,但圆度误差的评定方法研究决不局限于此,测量点数及分布对误差准确性的影响,测量信号的分离、滤波,误差结果不确定度的表达等,都是研究的重点。且目前优化算法的计算过程都较繁琐,寻找一个提取、误差表达与算法的最优平衡点是未来值得研究的问题。参考文献1卢万欣.电火花打孔加工(ji gng)系统J.长春(chn chn)光学精密机械学院学报,1998,9(21卷3期)2车建明.机械工程基础(jch)M.天津:天津大学出版社3青木保雄,大园成夫.三点法真圆度的测定法展开J.精密机械,1996,12(3)4宋甲午,张国玉,安志勇.圆度误差的激光扫描非接触测量方法J.兵工学报,2000,21(1)5姜立强.浅谈光学灵敏杠杆法测量孔径的方法及误差分析J.化学工程与装备，2010，36高宇海万能工具显微镜中灵敏杠杆测量孔径的不确定