以往認為電火花加工與精密和微細加工關(guān)系不大。然而，由于沙迪克公司NC化的實施，時至今日，電火花加工機床作為工作母機已確立起了不可缺少的地位。
現(xiàn)在沙迪克公司的超精密、微細加工，正在把直線技術(shù)當(dāng)作創(chuàng)新方法，成為納米領(lǐng)域條件下的技術(shù)革新的主題。
沙迪克公司由NC電火花加工開始在向直線電機和納米進化與變革中繼續(xù)偏重于研制超精密、微細領(lǐng)域里的最尖端技術(shù)的納米機床“Ultra NaNo—100(超微細納米100)”與“SPACE(太空)系列”。
支撐納米技術(shù)的4種主要技術(shù)
沙迪克公司于2001年12月，著手研制納米機床。作為其契機的直線技術(shù)革新，是1998年秋對世界首臺直線電機驅(qū)動的電火花成形加工機(AM35L)進行產(chǎn)品化開始的。在此之前，要實現(xiàn)1μm以下的加工精度是非常困難的。打破現(xiàn)狀的決策是，根據(jù)判斷，在以往的驅(qū)動方式中，用“滾珠絲杠與旋轉(zhuǎn)電機的進給機構(gòu)”難于突破1μm以下的界限，所以決定，以后把所有的機床都更換成直線電機驅(qū)動。
支撐納米技術(shù)的4種主要技術(shù)是陶瓷、直線電機驅(qū)動、數(shù)控與NC裝置和驅(qū)動控制器。為最大限發(fā)揮每一尖端技術(shù)的優(yōu)越性這些主要技術(shù)皆由沙迪克公司研制，需要完整無缺的掌握所有的特性。最終便在極短時間內(nèi)引導(dǎo)出能使性價比優(yōu)異的超精密、微細加工以及機床性能的具體化獲得了成功。
下面擬對與各項主要技術(shù)相關(guān)的超精密、微細加工的優(yōu)越性作一整理。
1.陶瓷
為查明放電能量的有效性，對擁有優(yōu)越絕緣性材料的機械零件化曾經(jīng)是一個重要的課題。這是一項與陶瓷相關(guān)技術(shù)研制發(fā)端。作為材料的陶瓷，價格低，到手較為容易，除了絕緣性能之外，陶瓷的特點可以舉出的是，擁有重量輕、剛度高、耐磨損性以及熱環(huán)境狀態(tài)下的穩(wěn)定性優(yōu)異。
達到如此優(yōu)越程度的材料沒有被積極當(dāng)作機械零件來使用的原因是，一般的常識認為韌性較低的緣故。所謂“熱壓件”的陶瓷確實擁有裂紋的缺點，但通過充分觀察、分析、驗證其加工過程有可能作為機械零件來使用不會有什么問題。在沙迪克公司電火花機床的實際生產(chǎn)中除了外部因素之外，陶瓷發(fā)生裂紋的機率為零。
實際上，把該陶瓷作為機械零件材料，對發(fā)揮直線電機驅(qū)動的優(yōu)越性卻變成了一種重要的技術(shù)基礎(chǔ)，也就是陶瓷本身的特點能最大限度的發(fā)揮出作為直線電機驅(qū)動優(yōu)越性的高速、高加速、高響應(yīng)的特性，同時，為了獲得高精度特性在實施有成效的熱對策方面帶來了有效的成果。
在納米機床的情況下，將該陶瓷用于高剛度氣浮導(dǎo)軌的導(dǎo)向機構(gòu)，可實現(xiàn)極為優(yōu)異的直線精度。與此同時，使其跟直線電機驅(qū)動相結(jié)合對實現(xiàn)納米水平的控制特性方面起到了重要作用。
2.直線電機驅(qū)動
旋轉(zhuǎn)電機被分類成板極的直線電機驅(qū)動是一種直接驅(qū)動，無需所謂傳遞動力的進給絲杠，所以沒有進給絲杠引起的間隙、爬行、扭曲和滯后等影響，從而確立了極為平滑的運動特性，能使優(yōu)異的響應(yīng)性產(chǎn)生高精度的軸驅(qū)動。
由于采用高精度、高分辨率的直線光柵作為位置檢測裝置，恰好是在控制著自身的驅(qū)動。所以能成為在連續(xù)的時間軸上進行高精度位置控制。對于電火花加工而言，高響應(yīng)需要的伺服特性是支配加工性能的一個重要的因素，直線電機驅(qū)動的確是一種理想的執(zhí)行元件。
使用傳統(tǒng)的進給絲杠，通過高精度的控制技術(shù)，并非不能實現(xiàn)一定程度的定位精度，但在納米這種非常微小的領(lǐng)域中為保證優(yōu)異的加工性能則需要在極高頻率條件下的控制特性。因此，在進給絲杠摩擦狀態(tài)中，除了磨損產(chǎn)生的時效變化問題之外，不能保持初期性能的這一缺點也是難以回避的。
如果從一般的不利印象來看，還存在若干有關(guān)生產(chǎn)率、熱效率和懷疑受磁力影響的聲音。 然而，沙迪克公司的直線電機是由自行研制的，所以對其基本性能進行了完整無缺的驗證，并將每種機床所配置的控制特性皆確立了最優(yōu)條件。所以，這類擔(dān)心的事項一概不成問題，技術(shù)開發(fā)已全部完成。
實際上，在確立停止、開動、停止這種不連續(xù)的簡單動作中的安全性等方面，把不損害性能的性價比達到極限的機械構(gòu)成品當(dāng)作具體的事項也是重要的課題。除性能之外，應(yīng)解決的眾多課題皆被克服掉了，沙迪克公司已集聚了獨家的技術(shù)竅門。
3.數(shù)控裝置與NC電源
經(jīng)過多年構(gòu)筑起來的控制技術(shù)與優(yōu)越的電火花加工經(jīng)驗予以融合，沙迪克公司已開發(fā)出了可靠性高的NC電源裝置。在一切放電狀態(tài)中都不會損害放電特性，為發(fā)揮直線電機驅(qū)動的優(yōu)越性必須研制綜合性的數(shù)控裝置與NC電源。考慮以人機學(xué)為基礎(chǔ)的軟件方面與生產(chǎn)性能的硬件方面，還要求兩方面的高度的技術(shù)能力。
4.驅(qū)動控制器
驅(qū)動控制單位越是微小化，控制系統(tǒng)的反應(yīng)就越是略微慢些，成為控制特性失配致命的缺點。對不依靠摩擦的直線電機驅(qū)動來說，尤其在其控制方面的技術(shù)障礙較大，還存在不是所有的機床都能用直線電機驅(qū)動的一種實際情況。
作為沙迪克公司的綜合系統(tǒng)，成功地研制出了能發(fā)揮直線電機驅(qū)動性能的、獨家的驅(qū)動控制器“SMC(沙迪克驅(qū)動器)”。在確立納米技術(shù)條件下，以現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)，運用最尖端的控制方式使“在所指定的位置上瞬時移動技術(shù)(高速化)”和“在所指定的位置上使其迅速停止的技術(shù)(高精度化)”兩者兼?zhèn)�，實現(xiàn)了l nm以下的控制范圍最新的超精密、微細加工實例
1.小型電火花成形加工機“APlL Premium”
APlL Premium作為精密加工相稱的基本結(jié)構(gòu)因采用了三面自動上下式的加工槽，改善了小件加工時的復(fù)雜作業(yè)工序，同時還可利用高速多關(guān)節(jié)的機械手對自動化、省力化進行柔性對應(yīng)。在X、Y、Z軸上配置了沙迪克公司研制的小型高推力的直線電機能發(fā)揮出卓越的定位精度與無間隙的高響應(yīng)性。
利用新研制的高速、高品位精加工的SVC電源使得放電脈沖控制獲得大幅度改善，能向極間提供效率高、均勻的放電脈沖，使得電流前沿獲得空前提高，因此對不同加工面積精加工的最佳表面粗糙度達到極限程度，達到放電凹坑均勻且表面粗糙度一致的高品位加工減少了微細、微小形狀難于拋光的作業(yè)，對縮短工序、提高質(zhì)量、保持穩(wěn)定性作出了貢獻。
在電火花成形的精密加工中，需要考慮相關(guān)的各種各樣的誤差，當(dāng)加工即將接近到所指定位置時，就采取邊測量，邊返復(fù)加工來獲得尺寸精度的一種加工順序。然而，在進行測量時，由于加工表面經(jīng)清掃后重新加工形成從無焦油的狀態(tài)下開始加工，于是間隙變窄的部分沒有進行電火花加工便使加工結(jié)束，一般而言，很難達到lμm以下的追加加工。
這次，APlL Premium機床由于有效的利用直線電機驅(qū)動位置高精度檢測與放電開始點檢測的最佳化使得微小級別的追加加工成為可能。
2.超精密線切割機“EXClOOL”
EXCl00L機床是把沙迪克公司制作的氣浮導(dǎo)軌(氣浮滑板)配置在該機床的X、Y軸的內(nèi)部，在驅(qū)動傳遞部分上配置了沙迪克公司制作的無鐵心直線電機，就線切割機床而言，建立了世界首臺完全非接觸式的直動導(dǎo)軌系統(tǒng)。
由于X、Y軸的所有構(gòu)件皆使用沙迪克公司制作的陶瓷，因此，在高響應(yīng)性方面而獲得了不可缺少的終極的輕量化，并將來自外部是熱影響引起的變化狀態(tài)抑制到最小程度，能實現(xiàn)穩(wěn)定的直線精度并能維持長期的精度。由于定位精度的提高，能使容易成為不穩(wěn)定的極細電極絲的放電狀態(tài)變得穩(wěn)定。由于避免了因集中放電而產(chǎn)生的斷絲，所以極細電極絲的加工圓度與節(jié)距精度可實現(xiàn)1μm以下的高精度加工或微細齒輪的高精密加工。
3.精密線切割機“AP200L”
用低滑動、高強度的十字滾子導(dǎo)軌作直動向?qū)�，使用沙迪克公司研制的直線電機進行驅(qū)動實現(xiàn)高精度的加工特征。通過陶瓷制作的懸臂產(chǎn)生線電極走絲軌跡，所以能使實際加工的累計誤差限制在1μm以內(nèi)。
有效地利用機械部分、NC裝置、備用油槽配制在一體化基座上的特點，并將直交式的操作部件、托架搬運部件基本跟標準機一樣被配置在相同的空間，從而實現(xiàn)了能與小型的自動化系統(tǒng)相適應(yīng)。
隨著直線電機驅(qū)動的高響應(yīng)性能維持穩(wěn)定的放電特征，并通過張力伺服功能控制電極絲的張力，即使在厚板、復(fù)雜形狀的加工中也能抑制工件的變形，實現(xiàn)直線度優(yōu)異的高精度加工。
AP1L Premium與AP200L的高精度、高品位加工
不只是相對圖紙的尺寸，而是以零誤差為目標來構(gòu)成文件，組合成“現(xiàn)品配做”，“無需拋光整修”的超精密、超微細的模具，加工模具質(zhì)量穩(wěn)定、無需再試的批量生產(chǎn)效率的提高顯示出了提高模具可靠性的這一優(yōu)越性。在該超精密模具中脫模銷的導(dǎo)向溝還起到功能性的作用。可動側(cè)被納入了100支為零件數(shù)的氣壓插銷。為達到無偏差用的質(zhì)量進行量產(chǎn)、實施了獨創(chuàng)的間接和籌劃。在可動側(cè)氣壓插銷的制作過程中，用AP200L機床在其集合塊上加工氣壓插銷的端部形狀，下一道工序用AP1L Premium機床在端部上一氣完成拐角R10μm左右的高精度形狀的加工。
此時，由于可利用AP200L的加工精度配制氣壓插銷的位置，所以點火花加工用的成形電極同樣可以借助于AP200L來制作，因為不存在機床位置錯誤誤差問題，能高精度、穩(wěn)定地一氣完成電火花加工。從而節(jié)省了氣壓插銷的每一工序和定位的麻煩，使得生產(chǎn)效率大幅度提高。如考慮零件精度累計誤差在內(nèi)，已證明零件已能達到微米以下的加工精度。
AP1Lpremium與AP200L之間的組合，的確可以說是一種高精度、高品位的加工。
直線電機的納米電火花加工與今后的展望
SPACE系列是直線電機驅(qū)動超高的納米加工機群的總稱。其最小驅(qū)動單位為1～5nm以下。加工形狀精度為5～100nm以下。尤其，Z軸結(jié)構(gòu)因不受重力影響，而擁有優(yōu)異的位置控制特性與高響應(yīng)性，有可能成為如同在宇宙空間進行生產(chǎn)那樣的加工性能，以超精密微細直線機床定位，因此采用了SPACE（宇宙）這一命名。
AE05為下一代的機床，將納米領(lǐng)域中的主要技術(shù)應(yīng)用于電火花加工，從而實現(xiàn)了“電火花加工世界最小的、?4μm的超微細孔（SUS304，t=10μm）”。對使用通常納米加工機切削、磨削不可能實現(xiàn)的新應(yīng)用作出了解答，確立了納米技術(shù)的下一代生產(chǎn)技術(shù)。
