并行放电多电极运丝机构与均衡放电控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电火花加工技术，尤其是一种电火花线切割机床运丝技术，具体地说是一种并行放电多电极电火花线切割机床运丝机构与均衡放电控制方法。
【背景技术】
[0002]电火花线切割加工的基本工作原理是利用连续移动的细金属丝(称为电极丝)作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属，最终达到切割成型的目的。运丝机构是电火花线切割机床中最为重要的机械装置，它负责带动电极丝沿其轴向移动。运丝方式有高速走丝与低速走丝两种类型，其中高速走丝机构中的电极丝可循环反复使用，低速走丝中的电极丝只使用一次。
[0003]电火花线切割加工方法加工精度高，刀具与材料损耗小，又由于加工过程中不存在宏观切削力，因此电火花线切割加工方法非常适合于高硬度的金属材料与硬脆的半导体材料的加工。但是，通常电火花线切割的加工效率是比较低的，难以满足日益增长的工业加工需求。为提高加工效率，有人提出将传统电火花线切割机床中的单根电极丝经过反复缠绕形成多根平行切割线的方法。这种方法可在一定程度上提高放电加工效率，但由于各段切割线在电路上是短路连接，在某个加工瞬间实际上只有一个脉冲放电点，并没有真正实现多点同时放电，因此加工效率提升有限。在此情况下，本发明提出采用独立供电且相互绝缘的多根电极丝组成平行切割线网的方案，实现真正意义的并行放电，从而大幅度提高加工效率。由于传统电火花线切割机床的运丝机构只能安装一根电极丝，为了让多根电极丝同步地走丝、收线与放线，必须设计新的多电极运丝机构，同时需保证在运丝时多根电极丝保持绝缘，还需克服多根电极丝放电加工时在速度上的相互牵制与放电耦合干扰问题，这就有相当的技术难度。为此，本发明设计研制了新型的并行放电多电极电火花线切割机床运丝机构，并提出了实现多根电极丝均衡放电的控制方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对现有的电火花线切割机床不能实现多丝同时加工而造成效率低，加工成本高的问题，设计一种能同时实现多丝切割的装置，同时发明一种相应的均衡放电控制方法。
[0005]本发明的技术方案之一是:
一种并行放电多电极电火花线切割机床运丝机构，其特征在于它包括一个参与放电加工的每一根电极丝在物理上始终相互绝缘，并行放电，多根电极丝能同时切割的轴向多段式储丝筒，所述的储丝筒根据电极丝数量分成绝缘的多段的圆柱体，每根电极丝分别均匀地缠绕在对应的一段圆柱体上，当储丝筒旋转时，每根电极丝在储丝筒的带动下同步地收线与放线；储丝筒上的每一根电极丝分别安装一个独立的张紧机构，并通过所述的张紧机构直接或通过独立的移位与换向导轮组将电极丝引入多线集聚切割导轮组中，由多线集聚切割导轮组将电极丝按一定间距紧密集聚在一起，形成多根平行切割线，经过多线集聚切割导轮后的电极丝再直接或通过移位与换向导轮组返回到储丝筒上。
[0006]所述的储丝筒包括转轴，转轴上安装有多组由套筒、绝缘轮毂、绝缘密封圈、定位轮、轴键与紧固螺钉组成的绕丝筒，绕丝筒的数量与电极丝的数量相等；每个绝缘轮毂与定位轮相连，定位轮通过轴键与紧固螺钉固定在转轴上，套筒固定在相邻的两个绝缘轮毂上，绝缘密封圈安装在相邻的套筒之间以实现相邻绕丝筒之间的电气绝缘；多段套筒通过轮毂相互连接形成一个完整的圆柱形储丝筒；使用前需对该储丝筒进行整体磨削与平衡校准。
[0007]所述的张紧机构由导入轮、导出轮与张紧轮组成，导入轮、导出轮与张紧轮的轮轴都与储丝筒的转轴平行，它们的端面均处于与储丝筒的轴线相垂直的同一个平面上并与各自的轴承基座保持绝缘。
[0008]当电极丝的总数为偶数时，电极丝平分成两半，分别从左、右两路平行地布线，每根电极丝经过移位与换向导轮组后分别引到储丝筒或张紧机构的导入轮上；当电极丝的总数为奇数时，将中间的电极丝单独通过一个平行于储丝筒的导轮后直接引到储丝筒或张紧机构的导入轮上，依靠该导轮的轮槽定位作用保证其在运行过程中与其左右两侧的电极丝不发生接触，以便实现每一根电极丝在物理上始终相互绝缘与平稳走丝。
[0009]为保证电极丝在三维空间任意布线而不脱线可靠运行的移位与换向导轮组由三个按特定方位安装的导轮组成，其中第I个导轮与第2个导轮的轮轴相互垂直，且第2个导轮的轮槽圆周边缘与第I个导轮的轮槽圆周所确定的竖直平面A相切，第I个导轮的轮槽圆周外缘与第2个导轮的轮槽圆周所确定的水平面B相切；第3个导轮的轮槽圆周与第2个导轮的轮槽圆周处于同一个平面B内；通过调整第2个与第3个导轮的中心距来改变电极丝的横向移位距离；通过调整电极丝在经过第I个导轮或第3个导轮时的切入角度并保证电极丝始终处在平面A或平面B内来改变电极丝的连接方向。
[0010]所述的多线集聚切割导轮组包括多导轮错位排布式、多槽导轮式与混合式三种结构形式；所述的多导轮错位排布式的结构形式为:每根电极丝的切割定向导轮都由上、下两个导轮组成，导轮均为单槽导轮，绕线后，多根电极丝形成不重叠不交叉的平行框式包络结构，每个切割定向导轮的轮轴水平平行分布，处于不同的高度，各个导轮相互绝缘，各个导轮的轴向伸出长度通过螺纹推杆机构调节以保证用于切割的多根平行电极丝之间的距离能调节到所需的数值，并进而实现工件的超薄切割，且切割过程中电极丝的位置牢固稳定，不会从导轮轮槽中脱落；所述的多槽导轮式的结构形式为:只有上、下两个导轮，它们按轮轴水平平行放置且端面平齐，每个导轮均为多槽导轮，多槽导轮的表面进行了设有绝缘层，以保证相邻槽之间电气绝缘，导轮的槽数与电极丝的总数相等，导轮轮槽的间距由所需切片的厚度确定；所述的混合式多线集聚切割导轮组的形式为上述多导轮错位排布式与多槽导轮式的结合，对于部分电极丝，将原来单槽的上、下导轮换成多槽导轮，并在其后侧增加两个用于回绕的多槽导轮，通过反复环绕使原来的单根切割线变成多根平行的切割线，从而进一步增加电火花切割线的总数。
[0011]本发明的技术方案之二是:
一种并行放电多电极电火花线切割机床运丝机构的均衡放电控制方法，其特征在于:O各个电极独立供电，即每一根电极丝配备一个高频直流脉冲电源，其正极与其它脉冲电源的正极短接在一起并连接到工件，其负极经过大功率晶体管连接到电极丝，各个晶体管的开关状态由其输入端的脉冲信号电平高低控制，各路控制脉冲信号相互独立；2)当检测到多根电极丝之间出现切割速度不协调或切缝不均匀时，通过以下两种方法之一实现各电极丝的均衡放电:一是在各路控制脉冲的频率与相位都相同的前提下，调整各路控制脉冲的宽度，令放电间隙小的电极丝所对应的控制脉冲的宽度增大，令放电间隙大的电极丝所对应的控制脉冲的宽度减小，当各根电极丝的放电间隙相同时，使各种控制脉冲信号恢复相同的脉冲宽度；二是以放电间隙小的电极丝所对应的控制脉冲信号为基准，周期性地削减其它种控制脉冲信号的脉冲数量，放电间隙越大的电极丝所对应的控制脉冲信号所削减的脉冲数量越多，当各根电极丝的放电间隙相同时，停止脉冲削减，使各种控制脉冲信号在单位时间内输出的脉冲数量相同。
[0012]本发明的有益效果是:
I)凭借本发明的运丝机构，可实现多根电极丝高速同步地往复走丝、收线与放线，改变传统的电火花线切割机床只能安装一根电极丝的局面，相对于采用一根电极丝缠绕多圈形成多条平行切割线的方案，可实现真正意义上的多点并行放电，从而能够大幅度地提高电火花线切割加工效率。
[0013]2)与收线、放线分开的运丝方案相比，本发明的运丝机构具有设备结构简单、同步动作可靠等优点。
[0014]3)所提出的一套用于电极丝布线、张紧的方法，从原理上保证了多根电极丝能够长期稳定运行而不会产生脱线现象，而且电极丝使用寿命长，运丝机构结构紧凑，布线所占有空间小。
[0015]4)提出的多导轮错位排布式多线集聚切割导轮组结构，只需使用普通的单槽导轮，可节省订制专用导轮的费用，且线间距可调，能够切割出