專利名稱：用于加工工件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于加工工件的方法和一種用于加工工件的裝置。
背景技術(shù)：
通過一種所謂的EDM(放電加工-Electrical DischargeMachining)工藝可以在工件上造成材料剝蝕，并且因此在該工件中鉆孔。在這種類型的電腐蝕工件加工中在電極和工件的加工部位之間施加一個(gè)電場。此外，還向這個(gè)加工部件輸入一種合適的加工流體。
在WO 03/041900 A2中描述了一種具有磁隙調(diào)節(jié)的EDM方法。其中，通過一種靜磁場調(diào)節(jié)電極和工件的加工部位之間的距離。在這種情況下規(guī)定，電極設(shè)計(jì)為一種被電流流過的導(dǎo)體，并且設(shè)置在磁場的內(nèi)部。由于一種通過磁場所產(chǎn)生的并且作用到導(dǎo)體上的洛倫茲力使在垂直設(shè)置的圓形導(dǎo)軌內(nèi)部的導(dǎo)體發(fā)生水平偏轉(zhuǎn)，這樣，這個(gè)導(dǎo)體作軸向運(yùn)動(dòng)。通過這一措施根據(jù)流動(dòng)的電流在電極和工件之間調(diào)節(jié)最佳距離。這種電流越大，作用到該導(dǎo)體上的洛倫茲力就越大，并且與此相連的偏轉(zhuǎn)越大。因此流過該導(dǎo)體的電流越大，該導(dǎo)體的端部軸向地離工件就越遠(yuǎn)。
面臨這一背景本發(fā)明提供一種具有獨(dú)立權(quán)利要求特征的方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
在根據(jù)本發(fā)明的一種用于加工工件的方法中規(guī)定，導(dǎo)體沿它的縱軸線被一個(gè)隨時(shí)間變化的電流流過，并且它穿過一個(gè)上導(dǎo)向裝置和一個(gè)下導(dǎo)向裝置。在上導(dǎo)向裝置和下導(dǎo)向裝置之間產(chǎn)生一個(gè)磁場，其中，上導(dǎo)向裝置以一段距離y(o)設(shè)置在該磁場的上面，下導(dǎo)向裝置以一段距離y(u)設(shè)置在該磁場的下面。由于作用到該導(dǎo)體內(nèi)部的電流的磁場，一種洛倫茲力作用到該導(dǎo)體上，這種洛倫茲力激勵(lì)該導(dǎo)體作一種至少一維的運(yùn)動(dòng)或者振動(dòng)。
在這種情況下電流流過的導(dǎo)體通過例如旋轉(zhuǎn)的磁場處于橢圓形或者圓形運(yùn)動(dòng)之中。這樣一種旋轉(zhuǎn)的磁場可通過至少一個(gè)繞該導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)的永久磁鐵，或者通過一些垂直于該導(dǎo)體設(shè)置的電磁鐵產(chǎn)生，其中該電磁鐵以適當(dāng)?shù)姆绞酵ㄒ噪娏鳌?br> 在實(shí)施該方法時(shí)，磁場在例如角速度為恒定時(shí)至少一次旋轉(zhuǎn)360°，或者360°的合適的倍數(shù)。這樣，在對金屬工件進(jìn)行電腐蝕加工時(shí)可在該工件中鉆圓柱對稱的孔，其中，這類孔的出口為圓形構(gòu)形，并且具有比這些孔的圓形入口更大的半徑。
也可設(shè)想一個(gè)靜磁場步進(jìn)式地在單個(gè)的位置之間旋轉(zhuǎn)。在這種情況下首先激勵(lì)導(dǎo)體作第一方向的振動(dòng)，其中，在該工件中鉆一個(gè)橢圓形的孔，該孔的長半軸沿著這個(gè)第一方向延伸。然后轉(zhuǎn)動(dòng)這個(gè)靜磁場，這樣，該導(dǎo)體在第二方向中振動(dòng)。這種做法可以在靜磁場的其它方向以不同的角度繼續(xù)進(jìn)行。這樣就出現(xiàn)了兩個(gè)或者多個(gè)橢圓形的孔的重疊，或者出現(xiàn)一個(gè)在圓周上具有多個(gè)角度錯(cuò)位的圓弧的孔。
導(dǎo)體的在上下導(dǎo)向裝置之間導(dǎo)向并且位于磁場的內(nèi)部的那個(gè)區(qū)域通過作為流過導(dǎo)體的電流和磁場的相互作用的產(chǎn)物的洛倫茲力激勵(lì)作運(yùn)動(dòng)，其中，導(dǎo)體的縱軸線在很大程度上垂直于磁場設(shè)置。通過導(dǎo)體在上下導(dǎo)向裝置之間導(dǎo)向使導(dǎo)體的面向工件的加工部位并且位于下導(dǎo)向裝置下面的端部作運(yùn)動(dòng)或者振動(dòng)。通過合適地選擇上下導(dǎo)向裝置的相應(yīng)位置調(diào)節(jié)導(dǎo)體在兩個(gè)導(dǎo)向裝置之間的運(yùn)動(dòng)的振幅，并且因此也可調(diào)節(jié)導(dǎo)體的端部的運(yùn)動(dòng)振幅。通過這一措施定性和/或定量地調(diào)節(jié)工件上的加工部位的參數(shù)。在實(shí)施本方法時(shí)兩個(gè)導(dǎo)向裝置的位置是可以變化的，并且因此距離y(o)和y(u)也是可以變化的。
通過在導(dǎo)體中流過電流在導(dǎo)體的端部和工件加工部位之間施加一個(gè)電場。此外，還典型地向加工部位提供一種加工流體，例如一種電介質(zhì)。在這樣一種EDM(放電加工)方法中在工件的加工部位使材料剝蝕。由此例如為了鉆孔可對工件進(jìn)行電腐蝕加工。
借助傳統(tǒng)的EDM方法只能有限地生產(chǎn)圓錐形的微孔。目前在批量生產(chǎn)的框架內(nèi)可以可重復(fù)地生產(chǎn)出大約15μm以內(nèi)的圓錐度，該圓錐度相應(yīng)于在1毫米長的鉆孔上鉆孔的出口直徑減去入口直徑的差值。這相當(dāng)于一個(gè)1.5的k系數(shù)。然而，若由于功能的要求，例如用于噴油嘴的孔，要求一種k系數(shù)大于1.5的圓錐度，則這種類型的孔例如可通過激光鉆孔生產(chǎn)。然而在激光鉆孔時(shí)工藝的穩(wěn)定性和鉆孔質(zhì)量常常不能令人滿意。
現(xiàn)在采用本方法可生產(chǎn)具有很大圓錐度的孔。這種孔可以具有直到10.0的k系數(shù)。
在這種方法中，導(dǎo)體承擔(dān)起給工件進(jìn)行電腐蝕加工的電極的功能。在這種情況中導(dǎo)體設(shè)計(jì)成導(dǎo)線形狀，并且沿縱向方向?qū)?zhǔn)工件的加工部位。其中，導(dǎo)體的端部相對于工件的表面盡可能取直角，然而一旦需要導(dǎo)體的端部也可以與工件的表面傾斜地定向。
本方法的優(yōu)點(diǎn)是在沒有直接給導(dǎo)體加載的附加機(jī)械機(jī)構(gòu)的情況下就能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體特別是導(dǎo)體的面向工件的加工部位的端部的振動(dòng)或者偏轉(zhuǎn)。這樣，就能以簡單的方式對導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)快速和靈活地施加影響，而不受這樣的機(jī)械機(jī)構(gòu)的慣性的限制。在這種情況下導(dǎo)體就能以比較大的轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)。
此外可通過一個(gè)電源給導(dǎo)體提供變化的電流。這個(gè)電源可通過并聯(lián)地設(shè)置一具有電容器的靜態(tài)的脈沖發(fā)生器通過一振蕩回路產(chǎn)生具有變化方向的脈動(dòng)電流，這樣，通過這一措施該導(dǎo)體已在靜態(tài)磁場中被偏轉(zhuǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的用于加工工件的裝置具有一個(gè)導(dǎo)體、一個(gè)上導(dǎo)向裝置和一個(gè)下導(dǎo)向裝置。該導(dǎo)體穿過這兩個(gè)導(dǎo)向裝置，并且在它們之間設(shè)置一個(gè)通過至少一個(gè)磁鐵產(chǎn)生的磁場，其中，上導(dǎo)向裝置以一段距離y(o)設(shè)置在該磁場的上面，下導(dǎo)向裝置以一段距離y(u)設(shè)置在該磁場的下面。這種裝置是為使導(dǎo)體作運(yùn)動(dòng)或者振動(dòng)而設(shè)計(jì)的，并且可以安裝到常規(guī)的腐蝕機(jī)中，或者應(yīng)用在這種類型的腐蝕機(jī)中。因此，在目前的加工流體情況下可以在工件上生產(chǎn)出具有比較大的k系數(shù)的錐形微孔。也可以設(shè)想，本裝置通過補(bǔ)充一臺適合提供加工流體的提供裝置就形成了一種腐蝕機(jī)。
該裝置例如可以具有至少一個(gè)可繞導(dǎo)體旋轉(zhuǎn)的磁鐵。在這方面可以采用任意的永久磁鐵或者電磁鐵。這些磁鐵以合適的方式相對于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)，或者在導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)通過合適的通電產(chǎn)生在兩個(gè)空間方向變化的磁場。
該裝置可配置一個(gè)提供隨時(shí)間變化、且流過該導(dǎo)體的電流的電源。該電源可以具有一帶有電容器、且并聯(lián)設(shè)置的靜態(tài)脈沖發(fā)生器，并且通過一振蕩回路產(chǎn)生脈沖電流。
從下述說明和附圖中產(chǎn)生本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和設(shè)計(jì)方案。
不言而喻，上述特征和下面還待說明的特征不僅能在已說明的組合中應(yīng)用，而且也可以在其它的組合中應(yīng)用，或者可單獨(dú)應(yīng)用，而不脫離本發(fā)明的框架。


本發(fā)明借助實(shí)施例在附圖中示意示出，下面參考附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖1根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一實(shí)施方式的簡圖，圖2鉆孔的入口和出口的第一實(shí)施例的簡圖，圖3技術(shù)實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的裝置的簡圖，圖4鉆孔的入口和出口的另一些實(shí)例的簡圖。
在說明時(shí)這些圖是彼此相關(guān)和有牽連的。相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。
在圖1中簡圖表示的裝置1具有以段的方式表示的導(dǎo)線形的導(dǎo)體3。該導(dǎo)體設(shè)計(jì)成用于電腐蝕加工工件5。在這種電腐蝕加工或者說EDM(放電加工-Electrical Discharge Machining)中規(guī)定，隨時(shí)間變化的電流流過導(dǎo)體3，這樣，在導(dǎo)體3的端部7和工件5的加工部位之間施加一個(gè)電場。通過輸入一種合適的加工流體，例如一種電介質(zhì)，可在工件5上引起材料剝蝕，這樣，在工件上鉆出孔9。
因此，在本方法中導(dǎo)體3作為電極使用。此外，導(dǎo)體3在裝置1的上導(dǎo)向裝置11和下導(dǎo)向裝置13之間導(dǎo)向。在這兩個(gè)導(dǎo)向裝置11、13之間設(shè)置兩個(gè)簡圖表示的磁鐵15，它們包圍著導(dǎo)體3。一個(gè)通過箭頭表示、由磁鐵15產(chǎn)生的磁場B垂直于導(dǎo)體3的縱軸線。
若隨時(shí)間可變化的電流流過導(dǎo)體3，那么由于在導(dǎo)體3中流過的電荷垂直于磁場以及垂直于電荷流過的方向則產(chǎn)生一種沿雙箭頭方向的洛倫茲力F。這導(dǎo)致導(dǎo)體3垂直于它的縱軸線或者說軸向地運(yùn)動(dòng)或者振動(dòng)。通過這一措施也使得導(dǎo)體3的端部7相對于工件5運(yùn)動(dòng)或者振動(dòng)。
若磁場B在垂直于導(dǎo)體3的縱軸線的兩個(gè)空間方向發(fā)生變化，則使得導(dǎo)體3作軸向運(yùn)動(dòng)，同樣也使得導(dǎo)體3的端部7運(yùn)動(dòng)，或者說激勵(lì)它相對于工件5作兩維振動(dòng)。
這點(diǎn)在本實(shí)施例中通過下述措施實(shí)現(xiàn)，即磁鐵15繞導(dǎo)體3旋轉(zhuǎn)。采用這個(gè)裝置1在顯著地減少工序時(shí)間的情況下可在工件5中鉆出具有比較大的k系數(shù)的高質(zhì)量的錐形孔9。在這種情況中可在沒有具有慣性的或者易出故障的機(jī)械機(jī)構(gòu)的情況下產(chǎn)生導(dǎo)體3的運(yùn)動(dòng)。
在上導(dǎo)向裝置11和下導(dǎo)向裝置13之間設(shè)置磁場B。除了電磁參數(shù)外，也就是除了磁場B的強(qiáng)度、它的方向和它在兩個(gè)空間方向中的時(shí)間變化以及流過導(dǎo)體3的電流的合適的時(shí)間變化外，上導(dǎo)向裝置11和磁場B之間的上距離y(o)以及磁場B和下導(dǎo)向裝置13之間的下距離y(u)具有重要意義。通過兩個(gè)導(dǎo)向裝置11、13的距離影響導(dǎo)體3的位于這些導(dǎo)向裝置11、13之間的區(qū)段的偏轉(zhuǎn)或者說振幅以及導(dǎo)體3的同樣運(yùn)動(dòng)的端部7的振幅。通過改變這兩個(gè)導(dǎo)向裝置11、13的位置也可改變這兩個(gè)距離y(o)和y(u)。這樣就可以以合適的方式影響導(dǎo)體3的端部7在產(chǎn)生孔9的工件5的加工部位上的振動(dòng)激勵(lì)或者平移運(yùn)動(dòng)。
圖2以簡圖在左上方示出工件15中的鉆孔的入口17，并在左下方示出出口19。該鉆孔是采用EDM方法使用如圖1所示的具有空間沒有變化的磁場和在導(dǎo)體3中隨時(shí)間變化的電流的裝置1加工而成。右邊描繪的工件21是用EDM方法加工而成的，在該方法中電極或者說導(dǎo)體通過如在圖1中所示的裝置1通過一在兩個(gè)空間方向變化的磁場沿兩個(gè)空間方向偏轉(zhuǎn)。在此右上圖表示該工件21中的鉆孔的入口23，右下圖表示該工件21中的鉆孔的出口25。
左邊描繪的工件15的鉆孔的入口17為圓形的，而相反出口19為橢圓形的。這是通過下述情況實(shí)現(xiàn)的，即在靜磁場中一種隨時(shí)間變化的電流流過導(dǎo)體3或者說電極，這樣，由于從中產(chǎn)生的一種洛倫茲力使該導(dǎo)體的端部沿雙箭頭方向振動(dòng)或者運(yùn)動(dòng)。
在第二個(gè)工件21中，為了生產(chǎn)在其中存在的鉆孔，導(dǎo)體3附加地處在旋轉(zhuǎn)的磁場中，因此無論是入口23還是出口25都是圓形的，其中，出口25具有比入口23更大的直徑。這點(diǎn)是通過下述措施實(shí)現(xiàn)的，即除了裝置1的合適的幾何形狀和磁方面的設(shè)計(jì)外，磁場還如此地旋轉(zhuǎn)，即從中所產(chǎn)生的、并且作用到電極上的洛倫茲力旋轉(zhuǎn)360°。通過洛倫茲力或者說與此相關(guān)的由空間變化的磁場產(chǎn)生的且作用到導(dǎo)體3上的偏轉(zhuǎn)力不斷地變化方向例如可從左邊的工件15的出口19的橢圓形加工成右邊的工件21的孔的圓形的出口25。該孔具有大的圓錐度。
除了裝置1的工藝技術(shù)設(shè)計(jì)外，也就是除了這種情況外，即通過導(dǎo)體3的電流隨時(shí)間而變化，并且在必要時(shí)磁場在兩個(gè)垂直于導(dǎo)體3的空間方向運(yùn)動(dòng)，還規(guī)定通過距離y(o)和y(u)來調(diào)節(jié)導(dǎo)體3的端部7的振動(dòng)激勵(lì)。通過合適地選擇這些距離y(o)和y(u)可定量的影響在工件上待鉆孔的尺寸。在這種情況中既為入口，也為出口，當(dāng)為橢圓形口時(shí)可為長、短半軸調(diào)節(jié)尺寸，或者可為圓形口調(diào)節(jié)半徑。在執(zhí)行此方法時(shí)磁鐵15可以以任意轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
圖3表示用于實(shí)現(xiàn)本方法或者說技術(shù)實(shí)現(xiàn)在圖1中所示裝置的另一裝置27的簡圖。在圖3中僅以段的形式表示出的導(dǎo)線形的電極29在上導(dǎo)向裝置31和下導(dǎo)向裝置33之間導(dǎo)向。此外，電極29穿過被多個(gè)在此未進(jìn)一步示出的磁鐵包圍的開口35。此外，用于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子39的空氣渦輪機(jī)的葉片37可圍繞該開口35旋轉(zhuǎn)地設(shè)置。
兩個(gè)導(dǎo)向裝置31、33可移動(dòng)地固定在一個(gè)支承裝置41上。導(dǎo)向裝置31、33可沿軌道43移動(dòng)。支承裝置41固定在一根桿45上。在此所示的裝置27可安裝到任何一種常規(guī)的腐蝕機(jī)上，并且可如此地工作，即由于葉片37的轉(zhuǎn)動(dòng)，電極29的面向在圖3中未示出的工件的端部相對于這個(gè)工件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并且當(dāng)有加工流體時(shí)該端部在該工件上鉆一個(gè)錐形的孔，其中，電流流過設(shè)計(jì)成導(dǎo)線形的導(dǎo)體的電極29。
圖4表示孔的出口47、49、51的另一些形狀。這些出口是使用圖1或者圖3中的裝置1或者27之一通過金屬腐蝕加工方法產(chǎn)生的。
在這種情況中左邊表示的都是出口47。它們是通過靜磁場和導(dǎo)體內(nèi)部的變化的電流的影響產(chǎn)生的，并且具有大體上為卵形或者橢圓形的橫截面。
通過擴(kuò)大導(dǎo)體在其中導(dǎo)向的下導(dǎo)向裝置和工件之間的距離，由于在磁場中起作用的洛倫茲力也可以在出口側(cè)產(chǎn)生卵形的出口47。為此，相對于孔的深度僅必須連續(xù)地降低下導(dǎo)向裝置的距離y(o)?？椎膱A錐度與磁場中的偏轉(zhuǎn)力和孔的深度成正比。
上導(dǎo)向裝置的平移運(yùn)動(dòng)和磁場的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的組合使得在圓錐度、圓柱度和類似方面實(shí)現(xiàn)其它的孔形狀。
其中在圖4中，右上描繪的出口49是通過磁場的旋轉(zhuǎn)由在靜磁場下所鉆出的左上方的出口47中產(chǎn)生的。由左下方的出口47通過按90°-步進(jìn)旋轉(zhuǎn)的磁場產(chǎn)生右下方描繪的出口51。這個(gè)出口51按兩個(gè)階段鉆成，其中，導(dǎo)體的端部在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)了90°的方向分別用同一振幅振動(dòng)。
使用本方法或者本裝置可為噴射系統(tǒng)，例如柴油噴射系統(tǒng)或者噴油閥噴孔盤的噴嘴進(jìn)行鉆孔加工。
權(quán)利要求
1.用導(dǎo)體(3、29)加工工件(5)的方法，所述導(dǎo)體沿它的縱軸線被一種隨時(shí)間變化的電流流過，并且穿過上導(dǎo)向裝置(11、31)和下導(dǎo)向裝置(13、33)，在這兩個(gè)導(dǎo)向裝置之間產(chǎn)生磁場，其中，上導(dǎo)向裝置(11、31)位于磁場上面一段距離y(o)，下導(dǎo)向裝置(13、33)位于磁場下面一段距離y(u)。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中所述磁場是轉(zhuǎn)動(dòng)的。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其中通過選擇兩個(gè)距離y(o)、y(u)調(diào)節(jié)導(dǎo)體(3、29)的端部(7)的運(yùn)動(dòng)振幅。
4.按照前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述兩個(gè)距離y(o)、y(u)中至少一個(gè)被改變。
5.按照前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述導(dǎo)體(3、29)的端部(7)和工件(5)的加工部位之間施加電場，并且當(dāng)有加工流體時(shí)在加工部位材料從工件(5)上剝蝕。
6.按照前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中脈沖電流流過所述導(dǎo)體(3、29)。
7.按照前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中改變所述電流的方向。
8.用于加工工件(5)的裝置，具有導(dǎo)體(3、29)、上導(dǎo)向裝置(11、31)和下導(dǎo)向裝置(13、33)，所述導(dǎo)體(3、29)穿過這兩個(gè)導(dǎo)向裝置，并且在它們之間存在通過至少一個(gè)磁鐵(15)產(chǎn)生的磁場，其中，上導(dǎo)向裝置(11、31)位于磁場上面一段距離y(o)，下導(dǎo)向裝置(13、33)位于磁場下面一段距離y(u)。
9.按照權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述兩個(gè)導(dǎo)向裝置(11、13、31、33)中至少一個(gè)是運(yùn)動(dòng)的。
10.按照權(quán)利要求8或9所述的裝置，該裝置具有至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的磁鐵(15)。
11.按照權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的裝置，其中電源產(chǎn)生隨時(shí)間變化的流過導(dǎo)體(3、29)的電流。
12.按照權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述電源具有一帶有電容器且并聯(lián)設(shè)置的靜態(tài)脈沖發(fā)生器，并且通過振蕩回路產(chǎn)生脈沖電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用導(dǎo)體(3)加工工件(5)的方法，所述導(dǎo)體(3)沿它的縱軸線被隨時(shí)間變化的電流流過，并且穿過上導(dǎo)向裝置(11)和下導(dǎo)向裝置(13)，在導(dǎo)向裝置之間產(chǎn)生磁場，其中，上導(dǎo)向裝置(11)位于磁場上面一段距離y(o)，下導(dǎo)向裝置(13)位于磁場下面一段距離y(u)。
文檔編號B23H7/00GK101080299SQ200580042951
公開日2007年11月28日 申請日期2005年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月15日
發(fā)明者M·舍夫, B·謝弗 申請人:羅伯特·博世有限公司