间接式电接触绝缘工件表面的高度测量方法

【作者】 普玉彬； 佟浩； 姬波林； 李勇； 李俊杰；

【机构】 清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室；

【摘要】 放电辅助化学加工具有无微观接触力、微小甚至无电极损耗的工艺优势,有望实现陶瓷等绝缘工件的无损伤加工。在加工前精准获知工件表面位置,以准确给定初始加工间隙和工作液深度,是实现微细结构加工成形的前提之一。直接采用方便快捷且精度高的电接触法对准工件表面,在导电材料工件的微细加工中已经得到有效利用。目前用于绝缘工件表面对准方法如CCD视觉观测法、微力传感器反馈法、超声波测间隙法,不仅增加了加工系统成本和复杂性,且难以达到电接触反馈的精度,严重影响微细结构的加工精度。提出一种间接式电接触绝缘工件表面的高度测量方法及系统,阐述了该方法在放电辅助化学加工中绝缘工件表面找平、给定初始加工间隙和标定浸液深度中应用及实现步骤。间接式电接触绝缘工件表面的高度测量方法的突出优点在于:在测量过程中,记录的是瞬间短路时Z轴的位置,这样在测量过程中不受短路后Z轴运动停止快慢和定位误差的影响。测量分辨率由数控系统的位置反馈(比如,光栅尺)分辨率决定,因此可实现高精度测量过程。在该方法中位置反馈分辨率为0.1μm,实际测量表明这种间接式电接触测量方法的重复测量精度易于达到<0.5μm。同时此方法及小巧机构易于集成应用到各种加工机床上。采用上述方法,在调平工件表面后,给定初始加工间隙2μm、浸液深度0.596 mm前提下,开展了氧化锆陶瓷放电辅助化学加工扫描工艺实验。实验表明可实现陶瓷绝缘工件表面调平精度达到±0.23μm/mm,微小加工间隙给定精度可控<±0.7μm,进而在Zr O2陶瓷表面加工出3.35 mm×4 mm微小结构。更多还原