专利名称：火花电蚀机床可移动电极用的供流装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及可移动电极特别是火花电蚀机床拖线电极用的一种供流装置，该供流装置具有若干供流接点，一个接一个地在电极的纵向排列，由引线连接到电流源上。
火花电蚀加工和类似的加工采用越来越高的脉冲能量，这导致供流元件的使用寿命短到不能令人满意的程度。由于供流元件的负荷电流大，材料受到侵蚀，促使磨损变大。
就金属丝电蚀机床而论，电流通常是通过两个供流元件馈入金属丝电极的一个供流元件安置在工作的上方，另一个供流元件安置在工件的下方。西德公开专利DE-OS2653857(相对于美国专利4，205，212)不仅提出了将脉冲发生器(电流源)制成两个电流通路的形式，还提出了在各工件侧采用两个或以上的供流元件，其目的都是为了改善电流的分布情况。日本公开专利JP-OS62-34724公开了一种带有至少两个接点和两个发生器通路的供流装置，离工件越远的接点上所加的电压越高。
日本公开专利JP-OS61-236433也公开了一些依次排列着的供流接点，离工件较近的接点都分别用导线连接到一个二极管上，以便使电流更好地分布。
但所有这些措施都不能达到预期的效果。因此现在有人利用可以多重使用的一些分立供流元件，这种元件工作时每两三个小时就要移动或转动一次。这对于将来长期使用的自动化装置是行不通的。多路结构的脉冲发生器是非常昂贵的，特别是脉冲的极性在特殊加工操作需要颠倒过来时更是如此。现代的脉冲发生器，象西德公开专利DE-OS3639256所描述的那一种，产生的脉冲电流高达1000安培。因此每出现一伏无用的压降就产生1千瓦不必要的脉冲损耗。上述两个日本专利说明书并不能解决上述问题，因为因脉冲电流沿电极产生的压降是电阻性和电感性的。因此它们取决于脉冲电流、该电流经一段时间后的偏差以及电极的阻性元件和感性元件。这样压降并非是固定不变的，因而用恒定电压来补偿这些压降的想法一开始就是错误的。
本发明的课题是改进上述供电装置，使其具有更长的使用寿命。
这个课题是通过下列措施加以解决的在各引线(34，35，36，37)中设置元件(60，61，62，Z1，Z2，Z3)，这些元件在尺寸的选定和接线方面是这样进行的，即考虑到沿电极(2)的压降，使馈入各供流接点(30，31，32，33)的局部电流大小都相同。本发明在结构上的优点和所作的进一步的改进计有以下几个方面配置在各引线(34至37)的各元件导致各局部电流(I30-I33)产生感性负反馈;
各引线(34-37)借助于环形铁氧体芯子(60-63)在各供流接点(30-33)反向耦合到变压器上;
介入各引线(35，36，37)的阻抗(Z1，Z2，Z3)所取的尺寸大小，可使沿电极(2)的各压降在各接点(30-33)之间得到补偿;
连接到离工作区(5)最远的个别接点(30)上的引线(34)不接阻抗，而在其后的各引线上却连接有阻抗Zn，阻抗Zn的阻抗值Z符合以下等式的关系Zn＝Z(n-1)+Z1·n其中n为供流接点在朝向工作区的方向上的顺序号，Z大致等于两单独接点之间电极(2)的阻抗;
各阻抗Z是由不同长度和/或不同横截面连接到各接点的各引线所形成的;
各阻抗Z是由不同长度和/或不同横截面的各接点形成的;
各接点由导电陶瓷制成;
各接点由供流板(3)中不同长度的梳子状切口(8，9)形成;
所设各接点的数目有达到无穷多的倾向，从而使电极在一条线上均匀地分布，由于电极越靠近工作区横截面就越小，因而形成不同的阻抗;
供流装置(3)由一旋转锥体构成，该旋转锥体在工作区(5)方向上成圆锥形逐渐变细，工作区(5)内部有一个螺旋形通道，电极(2)即通过该通道，加工电流则馈入旋转锥体较大的一端;
供流装置还起引导电极的作用。
本发明的上述措施产生了使电流均匀分布的效果，即可以使各供流接点的电流负荷变得非常均匀，并可将其调节而不致因所述电流负荷而产生显著的磨损。这样，在极端的情况下，各供流接点能达到现行机床的使用寿命。此外也无需将脉冲发生器制成多路形式。这种供流装置用于某些用途时，不难与双通路脉冲发生器配用。本发明还使电流达到极高的传送效率。本发明还具有这样在一些优点，即再也不需要在很短的时间内移动或转动供流元件或甚至更换供流元件，脉冲发生器的制造和电缆敷设也变得简单了，花费也不那么大，而且提高了脉冲传送的效率。
在供流装置达到最佳设计的情况下，甚至还有可能实现一个旧的梦想，即同时将供流装置作为电极导向元件使用，这一来还带来了这样的好处，即由于电极导向距离缩短了，电流源距工作区越近，从而避免了大量的功率损失。
下面针对一些非限制性的实施例和附图更详细地说明本发明的内容。附图中
图1是四个各经短路的接点的等效电路图;
图2是本发明的第一个实施例，该实施例的局部电流因成对电感性的负反馈，而使电流分布均匀;
图3是本发明的另一个实施例，该实施例中各个接点已阻抗匹配;
图4是阻抗匹配的多路供流器的另一种改进方案，这种供流器可由一片材料制成;
图5是本发明的另一个实施例，该实施例的供流器系转式对称，接触线呈螺旋形。
图1例示了多路供流器不采用本发明的补偿措施时所具有的缺点。脉冲发生器1在其输出端两端-G和G经由电缆39、分配器38和引线34、35、36和37给各接点30、31、32和33提供加工脉冲，各接点呈滑动接点的形式，拖线电极2即沿各滑动接点滑动。电极在各接点30、31、32和33之间的阻性元件和感性元件是决不可忽视的，图中用阻抗Z表示。这种布局的效果是可以立刻被看出来的。输出端-G的脉冲电流从理论上来讲仅仅是集中在底部的单个接点33上的。鉴于各接点是经由分配器38相互短路，而且它们本身的阻抗通常是可以忽略不计的，因而各接点30至33之间的阻抗Z起了短路分流器的作用。结果必然是使总的脉冲电流在短路通路上(即在最靠近工作区5的单个接点33上)换向。这并不仅仅作用于有各分立接点的多路接点的情况，甚至在大面积单个接点的情况下，我们知道接点与最靠近工作区的电极之间的支承表面部分总是经常遭到破坏。若超过了每个接点大约是200安的临界脉冲电流值，则目前还没有发现任何一种材料，能在一般极其微小的接触点处因纯电阻性的过热而不熔化或甚至被蒸发。但正为了这个原因(即为了消除工件4与电极2之间在以微秒计的时间范围内因材料蒸发而造成的短路)才需要高脉冲电流。
但通过本发明就可以在各接点上获得极其均匀的电流分布，从而使每个接点的脉冲电流电平保持在临界值以下，同时还能在工作区5中获得预期的极大脉冲电流。通过本发明的措施，在整个安全值范围内的脉冲电流分布几乎是完美无缺的。在100小时的试验中检验不出任何可以测量出来的磨损，而在按图1进行布局的情况下，磨损一般约为300微米。
图2是本发明的第一个实施例，这个实施例适用于高能短脉冲，因为除了在电极2(单个阻抗Z)中出现的压降外，没有其它损耗产生。脉冲变压器60、61和62连接在引线34、35、36和37中，即连接在各供流接点30、31、32、33与分配器38或脉冲发生器的输出端-G之间。如果想使各局部电流均匀分布，则脉冲变压器60、61、62的线圈应卷绕成1∶1的圈数比。在某些特殊的情况下可采用其它传输比。各变压器的各个绕组在各引线中系被连接足以使各毗邻的供流接点的局部电流I30至I33始终按变压器的原理流通。各变压器还被连接成可在任何情况下可使流经一个变压器的局部电流都通过铁心被引到反方向上，因此在各电流的大小相同时可使它们的磁通得到补偿，不然的话就感应出补偿的电压。图2中脉冲变压器60、61和62的配置和接线方式就是许多可能方案中的一个方案。关键在于，所有局部电流I30至I33都以某种方式彼此反向耦合，在本实例中，反向耦合的情况是，I30与I31、I30与I33以及I33与I32反向耦合。
假设采用0.25毫米的63号正规黄铜导线作为电极2，脉冲电流I的幅值为500安，脉冲电流I对时间的导数为500安/微秒，且各接点30至33之间的间距在所有情况下为5毫米，则阻抗Z中的电阻分量约为7毫欧，电感分量约为5毫微亨。可以预料在阻抗Z两端的峰值损耗量应为1.5千瓦，各接点32、33之间的阻性压降应为3伏，感性压降应为2伏，这一般会产生3.6伏的电压降。因此显然，具有几个微伏秒必要的电压时间的脉冲变压器62外观可以制造得非常小。通常在所有情况下，在直径大约15毫米的高导磁性铁氧体环上绕上一匝就足够了。应该强调的是，其余的脉冲变压器60、61其体积甚至还要小。
对脉冲电流I来说，脉冲变压器60、61和62决不会对它有任影响的，因为它们只是以差动的方式工作的。顺便指出，这种变型的方案也可以借助单路发生器用于多路加工中。
图3是具有另外一些匹配阻抗Z1、Z2、Z3的第二种变型方案。这样，在各引线35、36和37中另外连接有阻抗Z1、Z2或Z3，而在离工作区最远的引线34中没有再连接其它阻抗。虽然新加的阻抗Z1、Z2和Z3使损耗的增加，大约是电极2的阻抗Z中所产生的损耗1的70%，但由于这种变型方案可以采用宽脉冲，甚至可以采用直流，而且还可用于稍后即将谈到的一些有意思的可能用场，所以上述不足之处就变得无足轻重了。
流经各接点31和30之间的阻抗Z的只有局部电流I30，这时该阻抗上的压降为u。现在所要求的是所有局部电流I30、I31、I32和I33都相等。于是相当于I30+I31的电流流遍各接点32和31之间的部位，从而使该部位的压降等于2u。与此相应，在各接点31与32之间的部位，压降为3u。在各接点依次连接起来的情况下，各接点n与n-1之间的压降为n-1·u。由于网络电压的总和是等于零，因而在电流分布理想的情况下，即所有局部电流都相等时，阻抗Z1上的压降应等于u，阻抗Z2上的压降应等于3u，阻抗Z3上的压降等于6u。这表明上述日本专利说明书想在恒定压降情况下获取良好的电流分布的措施是不正确的。
有任意数目的局部接点30……n最大，且各阻抗为Z1、Z2、Z3……Zn时，可以得出相应于无穷级数的阶跃系统，即1，3，6，10，15，21，28，36，45，55，66等等，或以一般表达式表示为Zn＝Z(n-1)+Z1·n其中n是各接点的数目，Zn是第n个局部接点的附加阻抗，Z9变为零，且Z1应至少相当于两局部接点30-33之间的阻抗Z。
附加阻抗Z1，Z2，Z3可按各种不同的方法获得。其中一个方法是使各引线的横截面和/或长度与各接点30-33匹配。另一种方法是将各接点30-33作为阻抗Z1、Z2、Z3进行设计。
图4是上述后一种变型方案的一个实例，其中多路电流接点3是由1毫米薄的圆片构成的。圆片在与电极2接触的接触线的纵方向上，从接触线刻有狭长切口8、9，由此得出梳子状的结构，梳子的梳条朝向工作区延伸，这在所有情况下就形成单个接点。由于梳条的长度不同，因而它们的阻抗值也不同，与所要求的阶跃系统相适应。各狭长切口不需要完全穿过，以便消除各接点较长时的振动问题。因此这仅仅是如何影响材料中的局部导电率从而形成附加阻抗Z1、Z2、Z3等的问题。狭长切口8、9接着可以用导电能力差的填料加以封闭。图4中的孔7用以连接到脉冲发生器1的输出端-G。
各接点的数目应该有一个最大值。下限大致是四个单独接点。上限越高，应传送到每个接点的电流就可以定得越小，因此也更安全。目前正在研制一种层压板，这种层压板只在薄层的方向上导电，在垂直于该方向的方向上则不导电，薄层的厚度小于1微米。这种材料制成适当的形状，也适宜传送电流之用。每毫米的接点长度可形成一千个以上具有相应的阻抗Zn的单个接点。材料的选择非常重要。这里需要有几个相对立的特性。一方面在电流射向电极2时，为了减少所产生的焦耳热量(I2R)，材料具有极其良好的导电性大有好处;但另一方面，为了获得长度小但横截面大的附加阻抗Z1、Z2、Z3等，却希望电导小。材料在与电极接触的地方还必须非常硬且与电极材料一起具有良好的滑动性能。这些特性也可以在加工之后通过比方是涂上薄薄的涂料局部加以改变。最好是涂上不久前才可以购到的导电陶瓷，例如Ti(CN)-TiB2、Ti(CN)-Cr3C2、TiB(硼化钛)、Si3N4(氮化硅)和Si3N4-Al2O3(Sialon)。这类材料的大量存在，以致使它们因精确掺以一定量的杂质(掺杂剂)而具有以离子迁移为基础而又可选择的导电率。还有一种方法是用掺有少量杂质的基本材料，再有计划地令相应的杂质在其中扩散，从而提高其表面的导电率，这种工艺和半导体生产所使用的类似。
图5是本发明的另一个实施例，这个实施例甚至更加考虑到利用导电陶瓷的可能性，而且其中各接点的数目趋向无穷多。从基本上来讲，为什么各接点的数目不应趋向无穷多这一点是没有什么理由可讲的，只要能确保电流均匀分布即可。若想馈入某一特定值的电流(例如1000安)，则各接点的数目越多，单位接点的电流负荷就可以越小。若各接点的数目趋向于无穷多，则单位接点的电流负荷趋向于零。增加各接点数目的方向是加长多路接点3与电极2之间的接触线，并使接触线不要中断。若接触线够长，则采用导电率较小的陶瓷也就可以了。令接点3的横截面有规则地变化，使其越靠近工作区越小，就可以使电流均匀分布。要在数值上计算出必要的横截面是相当困难的，因为电流是在陶瓷的空间中流动的。但通过有限单元法有可能借助于计算机确定图5那种多路接点3的最佳形状。一般来说，多路接点是制成截头锥体形状的，因而其横截面越靠近工作区越小。因此总电流是从最大直径附近(即在供流器件3远离工作区的部位)馈入的。这样各局部电流所经过的通路和横截面或行程既冗长又变化多端，因而使通到最靠近工作区的“各接点”的行程最长，以致其阻抗也最高。
根据本发明的另一种变型方案，电极2与供流器件3之间的接触线是呈螺旋形的。这使供流器件的结构特别紧凑，对清扫器件尤其有利。现在已经有了数控嵌入电蚀加工机床(numerlcallycontrolledsinkerosionmachines)，因而要加工出螺旋形的孔道是不难的。孔道可以比电极2的直径大很多。孔道的横截面畅通无阻，因而还可以利用它借助于高压喷水使电极2自动穿入初始孔眼的孔道。由于电极在加工过程中受到拉应力，因而使螺旋形孔道也受到分力，这个分力垂直于孔道的表面，从传产生足够的接触压力。
从图5可以看到，接触环10供安装多路接点3之用，同时作为连接脉冲发生器1的输出端-G用的电气接头。
鉴于本发明的多路接点不再遭受任何重大的磨损，因而也就没有理由再设蓝宝石或钻石制成的单独电极导向件。这就使本发明具有这样一个重要优点，即多路接点可以安置得离工作区近一些，这自然而然减小了电极2在供流器件与工作区之间的阻抗，而且还减小了电流传输上的损耗。
权利要求
1.可移动电极特别是火花电蚀机床拖线电极用的一种供流装置，该供流装置具有若干供流接点，一个接一个地在电极的纵向排列，由引线连接到电流源上，该供流装置的特征在于，各元件(60，61，62；Z1，Z2，Z3)配在各引线(34，35，36，37)中，且在选定这些元件的尺寸和接线时考虑到了沿电极(2)上的压降，使馈入各供流接点(30，31，32，33)中的局部电流(I30，I31，I32，I33)大小都相等。
2.根据权利要求1的供流装置，其特征在于，配置在各引线(34至37)的各元件导致各局部电流(I30-I33)产生感性负反馈。
3.根据权利要求2的供流装置，其特征在于，各引线借助于铁磁性芯子(60-63)在各供流接点(30-33)反向耦合到变压器上。
4.根据权利要求3的供流装置，其特征在于，变压器的反向耦合系借助于环形铁氧体芯子进行的。
5.根据权利要求1的供流装置，其特征在于，各引线(35，36，37)接有阻抗(Z1，Z2，Z3)，其所取尺寸大小可使沿电极(2)的各压降在各接点(30-33)之间得到补偿。
6.根据权利要求1的供流装置，其特征在于，连接到离工作区(5)最远的个别接点上的引线(34)不接阻抗，而在其后的各引线上却连接有阻抗Z，阻抗Zn的阻抗值Zn符合以下等式的关系Zn＝Z(n-1)+Z1·n其中n为供流接点在朝向工作区的方向上的顺序号，Z大致等于两单独接点之间电极2的阻抗。
7.根据权利要求5或6的供流装置，其特征在于，各阻抗是由不同长度和/或不同横截面连接到各接点的各引线形成的。
8.根据权利要求5或6的供流装置，其特征在于，各阻抗Z是由不同长度和/或不同横截面的各接点形成的。
9.根据权利要求8的供流装置，其特征在于，各接点由导电陶瓷制成。
10.根据权利要求8或9的供流装置，其特征在于，各接点由供流板(3)中不同长度的梳子状切口(8，9)形成。
11.根据权利要求8、9或10的供流装置，其特征在于，所设各接点的数目有趋向无穷多的倾向，从而使电极在一条线上均匀地分布，由于电极越靠近工作区横截面则越小，因而形成不同的阻抗。
12.根据权利要求11的供流装置，其特征在于，供流装置(3)由一旋转锥体构成，该旋转锥体在工作区(5)方向上成圆锥形逐渐变细，工作区(5)内部有一个螺旋形通道，电极(2)即通过该通道，加工电流则馈入旋转锥体较大的一端。
13.根据1至12其中一项权利要求的供流装置，其特征在于，供流装置还起引导电极的作用。
全文摘要
本发明为火花电蚀机床可移动电极用的一种供流装置，具有多个独立接点(30-33)，在其引线(34，35，36，37)中装有脉冲变压器(60-62)形式的元件，供局部电流(I30-I33)成对负反馈之用(或设在按算术级数阶跃的阻抗，使电流在各接点(30-33)上均匀分布)。这种供流装置特别适合传送高能短脉冲电流，例如用于金属丝电蚀切削加工。供流装置几乎能无磨损地工作，且能满足引导电极(2)的功能要求。
文档编号B23H7/10GK1035632SQ89100868
公开日1989年9月20日 申请日期1989年2月16日 优先权日1988年2月16日
发明者厄恩·斯特·比勒, 彼得·韦尔利, 梅西莫·马尔蒂尼奥尼, 毛罗·埃尔巴 申请人:洛迦诺电子工业股份有限公司