可旋轉式線放電加工機

曾經和同學一起從設計到加工與組裝了一台桌上型微細放電加工機,也有幸拿到了全球傳動比賽的佳作:D
什麼是放電加工
放電加工(Electrical Discharge Machining, EDM),是利用電能轉換成工件熱能,使工件急速融熔的一種熱性加工方法。換言之,放電加工時,液體在電極與工件極細微的間隙中,產生過渡電弧放電現象,進而對工件產生熱作用,同時在加工中,液體由於受到放電壓力及熱作用產生氣化爆發現象,此時工件融熔的部份,將隨液體氣化現象熔入加工液體中,工件因放電的作用產生放電痕,這個動作反覆進行,那我們所要求的規格及形狀便可以在此原理中完成。由此可知放電加工與工件的硬度無關,只要是可以通電的材料均能加工。
以下為放電加工的加工特性:
(一)、可加工任何硬脆的導電材料,在一定條件下,還可加工半導體。
(二)、加工時無任何切削應力,有利於小孔、薄壁、窄槽以及各種複雜形狀的工件的加工,也適合於精密微細加工。
(三)、加工精度可達到 ,表面粗糙度R值為 。
我們做了什麼
為了加工微細尖雛電極,本研究自行開發一台旋轉式線放電加工機,其加工原理應用增澤隆久博士所開發的WEDG線放電加工系統,於設備上安置自動化走線系統,利用線放電加工原理加工製作高精度之微細尖雛電極。
本研究開發之旋轉式線放電加工設備可利用加工旋轉角度的不同,製作出不同尖雛角度的雛狀電極,其雛狀電極能加工出一般傳統加工難以製作的內雛孔。若在進給時給予不同的角度偏轉,電極前端將形成尖雛型或倒雛型的特殊型電極,可在進一步應用中實現不同形狀之孔之製作及相關研究。
工程圖
WEDG走線系統外觀圖
旋轉式線放電加工機使用全球傳動提供的Z軸線性滑軌搭配步進馬達進行自動化進給,滑軌上配有旋轉式平台控制Z軸偏轉指定角度,直線進給加工後即可得到雑狀電極,設備外觀圖如下圖所示。
透過X軸搭配數位式測微頭進行數值回授,可依據需求準確調整進給,X軸平台上搭載由慢速馬達與收線系統構成的自動化走線系統,為維持線張力的一致性,使用彈簧進行收束拉緊,如下圖所示。
自動化走線系統局部外觀圖
另外,為了確保Z軸電極與加工點的同軸度,增加V型治具穩定電極並精準定位。
作動方式
(一)設備作勤流程
旋轉式線放電加工機是以單晶片控制器作為核心,控制Z軸進行放電加工,過程中藉由RC放電迴路的A/D訊號回授,來即時控制Z軸的進退加工,當Z軸加工至指定加工深度後,Z軸滑塊將退回加工初始位置,隨之蜂鳴器作動以提醒研究員加工完成。
(二)走線系統
由慢速馬達控制收線端旋轉,藉此帶動鋼線運動。出線端中央裝有培林並以螺絲向下壓附,藉此穩定出線量。
作品特色與價值說明
本研究開發的旋轉式放電加工機,擁有架構簡單、成本低廉及操作容易等特點。其設備之定位精度達0.001mm,使加工出來之電極精密度極高,且搭配上自動化裝置大大的減少了人力成本。
本機台所製造的雑狀電極表面平整,加工精度高,且容易調整加工角度,使本研究能自由控制雑狀電極之尖端角度,以下為本機台之價值說明:
一、加工精度高:
透過校正設備以及V型枕治具,使設備整體之定位精度達0.001mm。
二、加工材料硬度不受限制:
利用微細加工技術,能夠加工所有具導電性之材料,不受材料硬度限制。
三、成本低廉,操作容易:
機台主要運用dsPIC控制器來進行驅動,而加工中只需控制加工進給量並按下相關參數之按鈕,Z軸便能自動進給。
四、加工效率高:
旋轉式線放電加工機搭載自製RC放電迴路,使放電加工效率相較於一般市售放電加工機更高,且加工精度可達0.1um。
心得
從設計 材料加工,研磨到都是由我們親手完成的,完成作品的當下十分有成就感同時也在過程中學習到許多寶貴的經驗,很感謝當時指導我們的教授和學長們,沒有他們這個成品絕對無法成形