專利名稱：火花電蝕機床可移動電極用的供流裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及可移動電極特別是火花電蝕機床拖線電極用的一種供流裝置，該供流裝置具有若干供流接點，一個接一個地在電極的縱向排列，由引線連接到電流源上。
火花電蝕加工和類似的加工采用越來越高的脈沖能量，這導致供流元件的使用壽命短到不能令人滿意的程度。由于供流元件的負荷電流大，材料受到侵蝕，促使磨損變大。
就金屬絲電蝕機床而論，電流通常是通過兩個供流元件饋入金屬絲電極的一個供流元件安置在工作的上方，另一個供流元件安置在工件的下方。西德公開專利DE-OS2653857(相對于美國專利4，205，212)不僅提出了將脈沖發(fā)生器(電流源)制成兩個電流通路的形式，還提出了在各工件側采用兩個或以上的供流元件，其目的都是為了改善電流的分布情況。日本公開專利JP-OS62-34724公開了一種帶有至少兩個接點和兩個發(fā)生器通路的供流裝置，離工件越遠的接點上所加的電壓越高。
日本公開專利JP-OS61-236433也公開了一些依次排列著的供流接點，離工件較近的接點都分別用導線連接到一個二極管上，以便使電流更好地分布。
但所有這些措施都不能達到預期的效果。因此現(xiàn)在有人利用可以多重使用的一些分立供流元件，這種元件工作時每兩三個小時就要移動或轉動一次。這對于將來長期使用的自動化裝置是行不通的。多路結構的脈沖發(fā)生器是非常昂貴的，特別是脈沖的極性在特殊加工操作需要顛倒過來時更是如此?，F(xiàn)代的脈沖發(fā)生器，象西德公開專利DE-OS3639256所描述的那一種，產生的脈沖電流高達1000安培。因此每出現(xiàn)一伏無用的壓降就產生1千瓦不必要的脈沖損耗。上述兩個日本專利說明書并不能解決上述問題，因為因脈沖電流沿電極產生的壓降是電阻性和電感性的。因此它們取決于脈沖電流、該電流經一段時間后的偏差以及電極的阻性元件和感性元件。這樣壓降并非是固定不變的，因而用恒定電壓來補償這些壓降的想法一開始就是錯誤的。
本發(fā)明的課題是改進上述供電裝置，使其具有更長的使用壽命。
這個課題是通過下列措施加以解決的在各引線(34，35，36，37)中設置元件(60，61，62，Z1，Z2，Z3)，這些元件在尺寸的選定和接線方面是這樣進行的，即考慮到沿電極(2)的壓降，使饋入各供流接點(30，31，32，33)的局部電流大小都相同。本發(fā)明在結構上的優(yōu)點和所作的進一步的改進計有以下幾個方面配置在各引線(34至37)的各元件導致各局部電流(I30-I33)產生感性負反饋;
各引線(34-37)借助于環(huán)形鐵氧體芯子(60-63)在各供流接點(30-33)反向耦合到變壓器上;
介入各引線(35，36，37)的阻抗(Z1，Z2，Z3)所取的尺寸大小，可使沿電極(2)的各壓降在各接點(30-33)之間得到補償;
連接到離工作區(qū)(5)最遠的個別接點(30)上的引線(34)不接阻抗，而在其后的各引線上卻連接有阻抗Zn，阻抗Zn的阻抗值Z符合以下等式的關系Zn＝Z(n-1)+Z1·n其中n為供流接點在朝向工作區(qū)的方向上的順序號，Z大致等于兩單獨接點之間電極(2)的阻抗;
各阻抗Z是由不同長度和/或不同橫截面連接到各接點的各引線所形成的;
各阻抗Z是由不同長度和/或不同橫截面的各接點形成的;
各接點由導電陶瓷制成;
各接點由供流板(3)中不同長度的梳子狀切口(8，9)形成;
所設各接點的數(shù)目有達到無窮多的傾向，從而使電極在一條線上均勻地分布，由于電極越靠近工作區(qū)橫截面就越小，因而形成不同的阻抗;
供流裝置(3)由一旋轉錐體構成，該旋轉錐體在工作區(qū)(5)方向上成圓錐形逐漸變細，工作區(qū)(5)內部有一個螺旋形通道，電極(2)即通過該通道，加工電流則饋入旋轉錐體較大的一端;
供流裝置還起引導電極的作用。
本發(fā)明的上述措施產生了使電流均勻分布的效果，即可以使各供流接點的電流負荷變得非常均勻，并可將其調節(jié)而不致因所述電流負荷而產生顯著的磨損。這樣，在極端的情況下，各供流接點能達到現(xiàn)行機床的使用壽命。此外也無需將脈沖發(fā)生器制成多路形式。這種供流裝置用于某些用途時，不難與雙通路脈沖發(fā)生器配用。本發(fā)明還使電流達到極高的傳送效率。本發(fā)明還具有這樣在一些優(yōu)點，即再也不需要在很短的時間內移動或轉動供流元件或甚至更換供流元件，脈沖發(fā)生器的制造和電纜敷設也變得簡單了，花費也不那么大，而且提高了脈沖傳送的效率。
在供流裝置達到最佳設計的情況下，甚至還有可能實現(xiàn)一個舊的夢想，即同時將供流裝置作為電極導向元件使用，這一來還帶來了這樣的好處，即由于電極導向距離縮短了，電流源距工作區(qū)越近，從而避免了大量的功率損失。
下面針對一些非限制性的實施例和附圖更詳細地說明本發(fā)明的內容。附圖中

圖1是四個各經短路的接點的等效電路圖;
圖2是本發(fā)明的第一個實施例，該實施例的局部電流因成對電感性的負反饋，而使電流分布均勻;
圖3是本發(fā)明的另一個實施例，該實施例中各個接點已阻抗匹配;
圖4是阻抗匹配的多路供流器的另一種改進方案，這種供流器可由一片材料制成;
圖5是本發(fā)明的另一個實施例，該實施例的供流器系轉式對稱，接觸線呈螺旋形。
圖1例示了多路供流器不采用本發(fā)明的補償措施時所具有的缺點。脈沖發(fā)生器1在其輸出端兩端-G和G經由電纜39、分配器38和引線34、35、36和37給各接點30、31、32和33提供加工脈沖，各接點呈滑動接點的形式，拖線電極2即沿各滑動接點滑動。電極在各接點30、31、32和33之間的阻性元件和感性元件是決不可忽視的，圖中用阻抗Z表示。這種布局的效果是可以立刻被看出來的。輸出端-G的脈沖電流從理論上來講僅僅是集中在底部的單個接點33上的。鑒于各接點是經由分配器38相互短路，而且它們本身的阻抗通常是可以忽略不計的，因而各接點30至33之間的阻抗Z起了短路分流器的作用。結果必然是使總的脈沖電流在短路通路上(即在最靠近工作區(qū)5的單個接點33上)換向。這并不僅僅作用于有各分立接點的多路接點的情況，甚至在大面積單個接點的情況下，我們知道接點與最靠近工作區(qū)的電極之間的支承表面部分總是經常遭到破壞。若超過了每個接點大約是200安的臨界脈沖電流值，則目前還沒有發(fā)現(xiàn)任何一種材料，能在一般極其微小的接觸點處因純電阻性的過熱而不熔化或甚至被蒸發(fā)。但正為了這個原因(即為了消除工件4與電極2之間在以微秒計的時間范圍內因材料蒸發(fā)而造成的短路)才需要高脈沖電流。
但通過本發(fā)明就可以在各接點上獲得極其均勻的電流分布，從而使每個接點的脈沖電流電平保持在臨界值以下，同時還能在工作區(qū)5中獲得預期的極大脈沖電流。通過本發(fā)明的措施，在整個安全值范圍內的脈沖電流分布幾乎是完美無缺的。在100小時的試驗中檢驗不出任何可以測量出來的磨損，而在按圖1進行布局的情況下，磨損一般約為300微米。
圖2是本發(fā)明的第一個實施例，這個實施例適用于高能短脈沖，因為除了在電極2(單個阻抗Z)中出現(xiàn)的壓降外，沒有其它損耗產生。脈沖變壓器60、61和62連接在引線34、35、36和37中，即連接在各供流接點30、31、32、33與分配器38或脈沖發(fā)生器的輸出端-G之間。如果想使各局部電流均勻分布，則脈沖變壓器60、61、62的線圈應卷繞成1∶1的圈數(shù)比。在某些特殊的情況下可采用其它傳輸比。各變壓器的各個繞組在各引線中系被連接足以使各毗鄰的供流接點的局部電流I30至I33始終按變壓器的原理流通。各變壓器還被連接成可在任何情況下可使流經一個變壓器的局部電流都通過鐵心被引到反方向上，因此在各電流的大小相同時可使它們的磁通得到補償，不然的話就感應出補償?shù)碾妷骸D2中脈沖變壓器60、61和62的配置和接線方式就是許多可能方案中的一個方案。關鍵在于，所有局部電流I30至I33都以某種方式彼此反向耦合，在本實例中，反向耦合的情況是，I30與I31、I30與I33以及I33與I32反向耦合。
假設采用0.25毫米的63號正規(guī)黃銅導線作為電極2，脈沖電流I的幅值為500安，脈沖電流I對時間的導數(shù)為500安/微秒，且各接點30至33之間的間距在所有情況下為5毫米，則阻抗Z中的電阻分量約為7毫歐，電感分量約為5毫微亨。可以預料在阻抗Z兩端的峰值損耗量應為1.5千瓦，各接點32、33之間的阻性壓降應為3伏，感性壓降應為2伏，這一般會產生3.6伏的電壓降。因此顯然，具有幾個微伏秒必要的電壓時間的脈沖變壓器62外觀可以制造得非常小。通常在所有情況下，在直徑大約15毫米的高導磁性鐵氧體環(huán)上繞上一匝就足夠了。應該強調的是，其余的脈沖變壓器60、61其體積甚至還要小。
對脈沖電流I來說，脈沖變壓器60、61和62決不會對它有任影響的，因為它們只是以差動的方式工作的。順便指出，這種變型的方案也可以借助單路發(fā)生器用于多路加工中。
圖3是具有另外一些匹配阻抗Z1、Z2、Z3的第二種變型方案。這樣，在各引線35、36和37中另外連接有阻抗Z1、Z2或Z3，而在離工作區(qū)最遠的引線34中沒有再連接其它阻抗。雖然新加的阻抗Z1、Z2和Z3使損耗的增加，大約是電極2的阻抗Z中所產生的損耗1的70%，但由于這種變型方案可以采用寬脈沖，甚至可以采用直流，而且還可用于稍后即將談到的一些有意思的可能用場，所以上述不足之處就變得無足輕重了。
流經各接點31和30之間的阻抗Z的只有局部電流I30，這時該阻抗上的壓降為u?，F(xiàn)在所要求的是所有局部電流I30、I31、I32和I33都相等。于是相當于I30+I31的電流流遍各接點32和31之間的部位，從而使該部位的壓降等于2u。與此相應，在各接點31與32之間的部位，壓降為3u。在各接點依次連接起來的情況下，各接點n與n-1之間的壓降為n-1·u。由于網絡電壓的總和是等于零，因而在電流分布理想的情況下，即所有局部電流都相等時，阻抗Z1上的壓降應等于u，阻抗Z2上的壓降應等于3u，阻抗Z3上的壓降等于6u。這表明上述日本專利說明書想在恒定壓降情況下獲取良好的電流分布的措施是不正確的。
有任意數(shù)目的局部接點30……n最大，且各阻抗為Z1、Z2、Z3……Zn時，可以得出相應于無窮級數(shù)的階躍系統(tǒng)，即1，3，6，10，15，21，28，36，45，55，66等等，或以一般表達式表示為Zn＝Z(n-1)+Z1·n其中n是各接點的數(shù)目，Zn是第n個局部接點的附加阻抗，Z9變?yōu)榱?，且Z1應至少相當于兩局部接點30-33之間的阻抗Z。
附加阻抗Z1，Z2，Z3可按各種不同的方法獲得。其中一個方法是使各引線的橫截面和/或長度與各接點30-33匹配。另一種方法是將各接點30-33作為阻抗Z1、Z2、Z3進行設計。
圖4是上述后一種變型方案的一個實例，其中多路電流接點3是由1毫米薄的圓片構成的。圓片在與電極2接觸的接觸線的縱方向上，從接觸線刻有狹長切口8、9，由此得出梳子狀的結構，梳子的梳條朝向工作區(qū)延伸，這在所有情況下就形成單個接點。由于梳條的長度不同，因而它們的阻抗值也不同，與所要求的階躍系統(tǒng)相適應。各狹長切口不需要完全穿過，以便消除各接點較長時的振動問題。因此這僅僅是如何影響材料中的局部導電率從而形成附加阻抗Z1、Z2、Z3等的問題。狹長切口8、9接著可以用導電能力差的填料加以封閉。圖4中的孔7用以連接到脈沖發(fā)生器1的輸出端-G。
各接點的數(shù)目應該有一個最大值。下限大致是四個單獨接點。上限越高，應傳送到每個接點的電流就可以定得越小，因此也更安全。目前正在研制一種層壓板，這種層壓板只在薄層的方向上導電，在垂直于該方向的方向上則不導電，薄層的厚度小于1微米。這種材料制成適當?shù)男螤?，也適宜傳送電流之用。每毫米的接點長度可形成一千個以上具有相應的阻抗Zn的單個接點。材料的選擇非常重要。這里需要有幾個相對立的特性。一方面在電流射向電極2時，為了減少所產生的焦耳熱量(I2R)，材料具有極其良好的導電性大有好處;但另一方面，為了獲得長度小但橫截面大的附加阻抗Z1、Z2、Z3等，卻希望電導小。材料在與電極接觸的地方還必須非常硬且與電極材料一起具有良好的滑動性能。這些特性也可以在加工之后通過比方是涂上薄薄的涂料局部加以改變。最好是涂上不久前才可以購到的導電陶瓷，例如Ti(CN)-TiB2、Ti(CN)-Cr3C2、TiB(硼化鈦)、Si3N4(氮化硅)和Si3N4-Al2O3(Sialon)。這類材料的大量存在，以致使它們因精確摻以一定量的雜質(摻雜劑)而具有以離子遷移為基礎而又可選擇的導電率。還有一種方法是用摻有少量雜質的基本材料，再有計劃地令相應的雜質在其中擴散，從而提高其表面的導電率，這種工藝和半導體生產所使用的類似。
圖5是本發(fā)明的另一個實施例，這個實施例甚至更加考慮到利用導電陶瓷的可能性，而且其中各接點的數(shù)目趨向無窮多。從基本上來講，為什么各接點的數(shù)目不應趨向無窮多這一點是沒有什么理由可講的，只要能確保電流均勻分布即可。若想饋入某一特定值的電流(例如1000安)，則各接點的數(shù)目越多，單位接點的電流負荷就可以越小。若各接點的數(shù)目趨向于無窮多，則單位接點的電流負荷趨向于零。增加各接點數(shù)目的方向是加長多路接點3與電極2之間的接觸線，并使接觸線不要中斷。若接觸線夠長，則采用導電率較小的陶瓷也就可以了。令接點3的橫截面有規(guī)則地變化，使其越靠近工作區(qū)越小，就可以使電流均勻分布。要在數(shù)值上計算出必要的橫截面是相當困難的，因為電流是在陶瓷的空間中流動的。但通過有限單元法有可能借助于計算機確定圖5那種多路接點3的最佳形狀。一般來說，多路接點是制成截頭錐體形狀的，因而其橫截面越靠近工作區(qū)越小。因此總電流是從最大直徑附近(即在供流器件3遠離工作區(qū)的部位)饋入的。這樣各局部電流所經過的通路和橫截面或行程既冗長又變化多端，因而使通到最靠近工作區(qū)的“各接點”的行程最長，以致其阻抗也最高。
根據(jù)本發(fā)明的另一種變型方案，電極2與供流器件3之間的接觸線是呈螺旋形的。這使供流器件的結構特別緊湊，對清掃器件尤其有利?，F(xiàn)在已經有了數(shù)控嵌入電蝕加工機床(numerlcallycontrolledsinkerosionmachines)，因而要加工出螺旋形的孔道是不難的?？椎揽梢员入姌O2的直徑大很多?？椎赖臋M截面暢通無阻，因而還可以利用它借助于高壓噴水使電極2自動穿入初始孔眼的孔道。由于電極在加工過程中受到拉應力，因而使螺旋形孔道也受到分力，這個分力垂直于孔道的表面，從傳產生足夠的接觸壓力。
從圖5可以看到，接觸環(huán)10供安裝多路接點3之用，同時作為連接脈沖發(fā)生器1的輸出端-G用的電氣接頭。
鑒于本發(fā)明的多路接點不再遭受任何重大的磨損，因而也就沒有理由再設藍寶石或鉆石制成的單獨電極導向件。這就使本發(fā)明具有這樣一個重要優(yōu)點，即多路接點可以安置得離工作區(qū)近一些，這自然而然減小了電極2在供流器件與工作區(qū)之間的阻抗，而且還減小了電流傳輸上的損耗。
權利要求
1.可移動電極特別是火花電蝕機床拖線電極用的一種供流裝置，該供流裝置具有若干供流接點，一個接一個地在電極的縱向排列，由引線連接到電流源上，該供流裝置的特征在于，各元件(60，61，62；Z1，Z2，Z3)配在各引線(34，35，36，37)中，且在選定這些元件的尺寸和接線時考慮到了沿電極(2)上的壓降，使饋入各供流接點(30，31，32，33)中的局部電流(I30，I31，I32，I33)大小都相等。
2.根據(jù)權利要求1的供流裝置，其特征在于，配置在各引線(34至37)的各元件導致各局部電流(I30-I33)產生感性負反饋。
3.根據(jù)權利要求2的供流裝置，其特征在于，各引線借助于鐵磁性芯子(60-63)在各供流接點(30-33)反向耦合到變壓器上。
4.根據(jù)權利要求3的供流裝置，其特征在于，變壓器的反向耦合系借助于環(huán)形鐵氧體芯子進行的。
5.根據(jù)權利要求1的供流裝置，其特征在于，各引線(35，36，37)接有阻抗(Z1，Z2，Z3)，其所取尺寸大小可使沿電極(2)的各壓降在各接點(30-33)之間得到補償。
6.根據(jù)權利要求1的供流裝置，其特征在于，連接到離工作區(qū)(5)最遠的個別接點上的引線(34)不接阻抗，而在其后的各引線上卻連接有阻抗Z，阻抗Zn的阻抗值Zn符合以下等式的關系Zn＝Z(n-1)+Z1·n其中n為供流接點在朝向工作區(qū)的方向上的順序號，Z大致等于兩單獨接點之間電極2的阻抗。
7.根據(jù)權利要求5或6的供流裝置，其特征在于，各阻抗是由不同長度和/或不同橫截面連接到各接點的各引線形成的。
8.根據(jù)權利要求5或6的供流裝置，其特征在于，各阻抗Z是由不同長度和/或不同橫截面的各接點形成的。
9.根據(jù)權利要求8的供流裝置，其特征在于，各接點由導電陶瓷制成。
10.根據(jù)權利要求8或9的供流裝置，其特征在于，各接點由供流板(3)中不同長度的梳子狀切口(8，9)形成。
11.根據(jù)權利要求8、9或10的供流裝置，其特征在于，所設各接點的數(shù)目有趨向無窮多的傾向，從而使電極在一條線上均勻地分布，由于電極越靠近工作區(qū)橫截面則越小，因而形成不同的阻抗。
12.根據(jù)權利要求11的供流裝置，其特征在于，供流裝置(3)由一旋轉錐體構成，該旋轉錐體在工作區(qū)(5)方向上成圓錐形逐漸變細，工作區(qū)(5)內部有一個螺旋形通道，電極(2)即通過該通道，加工電流則饋入旋轉錐體較大的一端。
13.根據(jù)1至12其中一項權利要求的供流裝置，其特征在于，供流裝置還起引導電極的作用。
全文摘要
本發(fā)明為火花電蝕機床可移動電極用的一種供流裝置，具有多個獨立接點(30-33)，在其引線(34，35，36，37)中裝有脈沖變壓器(60-62)形式的元件，供局部電流(I30-I33)成對負反饋之用(或設在按算術級數(shù)階躍的阻抗，使電流在各接點(30-33)上均勻分布)。這種供流裝置特別適合傳送高能短脈沖電流，例如用于金屬絲電蝕切削加工。供流裝置幾乎能無磨損地工作，且能滿足引導電極(2)的功能要求。
文檔編號B23H7/10GK1035632SQ89100868
公開日1989年9月20日 申請日期1989年2月16日 優(yōu)先權日1988年2月16日
發(fā)明者厄恩·斯特·比勒, 彼得·韋爾利, 梅西莫·馬爾蒂尼奧尼, 毛羅·埃爾巴 申請人:洛迦諾電子工業(yè)股份有限公司