专利名称：电蚀加工设备的综合间隙箱的制作方法
本申请是1990年2月26日申请、目前业已放弃的专利申请4851176的继续，这里把该专利申请的正文也包括进去，以供参考。
本发明涉及工件电蚀加工用的设备，更具体地说，本发明涉及将综合间隙箱中的诸电气元件组装得使其靠近加工间隙，以使金属丝与工件之间产生所要求的加工脉冲。本发明的间隙箱结构较为简单，装配容易，工作效率又高。
电蚀加工方法，特别是电火花腐蚀切削加工方法，大部分是凭经验测定和各种假说为基础的，因为工件间隙放电过程的实际情况迄今还没有一个结论性的实际论述。因此在用金属丝或条形电极进行切削时，除重力的影响外，电磁效应、静电效应以及机械或液压效应所引起的振动也会产生问题。
由于存在上述种种干扰，对给金属丝和工件提供所要求的加工脉冲用的包括电火花发生器和开关电路的电源组件，要求特别高。要进行放电过程在时间上的控制，可采用多个与金属丝电极并联的电源开关电路将发生器受控地接通或断开，以产生放电电流用的可选择脉冲形状。举例说，一个时钟脉冲电路可提供有预定频率的时钟脉冲，用此脉冲串作为按照已存储的指令待加到开关电路的触发脉冲的时间图。同样也可以调定所要求的脉冲外形。这样就不难控制电蚀过程。这类切削方法和工艺可在美国专利3，928，163和4，655，888找到。
然而在将放电信号沿运送信号的介质分配到工件上的过程中还会产生对电蚀过程的种种干扰。传输线在运送信号的介质中产生的干扰会在加工过程中产生不希望有的影响。举例说，在将脉冲传送到金属丝的过程中，放电信号引线中的电感效应和分布电容效应往往会使所要求的波形产生畸变。此外，多个开关电路无规则地切换可能会产生不希望有的加工脉冲，这种脉冲会使加工的精确度降低，或甚至破坏开关电路。
因此，大家都知道，为了将各输出加以隔离，可以在电源组件的输出端设置二极管。在这些系统中，开关电路和隔离用的二极管通常是装在电源控制柜中，它们的输出端连接到从远离加工区和加工间隙处引来的电缆上。电蚀脉冲起作用和不起作用时，从隔离二极管至金属丝电极的引线长度引起传输线效应，这时线路中消失的磁场产生与多倍长度的金属丝成比例的电压脉冲尖峰。隔离二极管的p-n结有助于耗散能量，这种能量是由这些瞬变电压脉冲尖峰所产生的，并有助于减少加到加工间隙的能量。因此在已知的装置中由于采用了这种加工脉冲电路因而产生大量的热。此外，这种效应易使设备的性能变坏，经常出现故障。
另外，当诸二极管安置在远离加工区的地方时，不仅导线中有电阻性损耗，在隔离二极管与加工区之间的电缆装置中也会出现二次感应和分布电容。这些效应必然使加到加工间隙和金属丝上去的加工脉冲所希望有的波形畸变。
过去解决这个问题的方法是在供电输出电路中设置输出线路的调谐电路。可以在加工工具、工件类型和金属丝需要根据特定用途经常重新配置的场合，就需要经常改动这种调谐电路。而且这种方法未能解决电蚀过程中因磁场消失引起的传输线效应问题。
因此本发明的一个目的是提供一种能克服现有技术的上述缺陷的加工脉冲传输线路的电气组装配置。
本发明的另一个目的是提供一种能在加工脉冲加到金属丝上的过程中将二次电缆配线所产生的电感效应减少到最小程度的组装配置。
本发明的再一个目的是提供一种冷却装置以冷却加工设备中功率输送电路的热耗散元件。
本发明的又再另一个目的是提供一种更为整齐的加工脉冲，这种脉冲起落时间较快，又能使金属丝上的电压升高到不希望有的电压电平的倾向减小。
本发明的最后一个目的是提供一种组装装置，它能节省空间又能消除过去复杂的既要配线又要配管的设计。
本发明是通过进一步研究产生放电电流所要求的脉冲形状的方法和设备达到上述目的的。本发明提供的是一种将各电气元件装配得靠近工具电极和工件所界定的加工间隙的综合间隙箱。此外，该间隙箱有一个与各电气元件接触的大导电区作为将电源输送到金属丝电极的通路。这样就消除了电源输送线路与工件之间电感和电阻率的影响。
本发明还可以提供一种用系统的一般流体输送装置所加到加工间隙的流体媒质进行冷却的冷却机构。本发明的优点在于，在该间隙箱中开了一个有螺纹的孔，作为冷却装在间隙箱中热耗散线路的流体输送装置的一个整体部分。这样就可以提供所要求的加工脉冲以维持极为均匀的工件表面质量并保持高的电蚀能力和高的切削速率。
为更全面地理解本发明，现在应参阅本发明在附图中更详细地示出并在下面以举例的方法式加以说明的实施例。
图1是装有本发明的综合间隙箱的电蚀加工设备的简化示意剖面图。
图2是图1的电蚀加工设备所采用的脉冲发生和传送电路的简化电气原理图。
图3是靠近图1电蚀加工设备的金属丝导孔和冲洗装置的综合间隙箱一个实施例的剖视图。
图4是图3综合间隙箱平面图的剖视图。
图5是图3的综合间隙箱沿5-5线截取的立面图。
从下面的详细说明可以更全面地了解本发明。但下面所述的实施例仅仅是本发明的一些实例而已，本发明并不受这些实施例的限制。另外，各附图并不是按比例画出来的。在某些情况下，那些在理解本发明方面并非必需的部分都不加详述。
总的说来，本发明涉及一种在电蚀加工设备中将装设电气元件的综合间隙箱装置得靠近加工间隙和金属丝的组装配置。按照本发明，该间隙箱有供若干隔离二极管用的外壳，这些二极管构成给金属丝电极提供所要求的脉冲波形的供电线路的一部分。这种间隙箱的导电区较大、较短，以减小脉冲至金属丝电极的通路电阻率，并减少现有公知的电缆装置中存在的传输损耗和电感损耗。本发明的另一个重要特点是给间隙箱中的电气元件配备了冷却机构。
现在参看附图。图1示出了装有本发明的综合间隙箱10的一个电蚀加工设备8。举例说，电蚀加工设备8包括一个支撑上臂14和下臂16的柱子(图中未示出)。上臂14和下臂16支撑着金属丝上导孔18和金属丝下导孔20。金属丝导孔支撑着金属丝电极22以操纵金属丝电极22切削工件25。工作时，金属丝电极22安置在加工区或加工部位24中，其中在金属丝电极22与工件25之间形成了大约.003英寸的加工间隙。金属丝电极22不断地在轴向上移动通过加工区24，并在张力的作用下维持在上滑轮26与下滑轮28之间。金属丝导孔18和20上分别装有上喷嘴部分27和下喷嘴部分29，形成出口部分，介电液(例如去离子水或油)即通过该出口部分沿金属丝电极22流入加工区24和加工间隙中。熟悉本发明技术领域的技术人员都理解，当加到加工间隙两端的信号变得足够高时，介电液就电离，在金属丝22与工件之间形成瞬时强劲的导电通路。工件切削通路的形状由图中示出的x、y、u、v和z坐标控制确定，最好是数字控制。图1中示出了上导孔装置18和下导孔装置20连同金属丝22在整个EDM(电气放电加工)机床的一部分中的情况。不难理解，上导臂14借助于u-v轴线装置15沿u-v轴线移动。u-v轴线装置使上导孔18可在u和v水平轴线上移动。同样，下导臂26工作时系连接得使下导孔20在x和y水平轴线上移动。金属丝22先以水平方向后以垂直方向沿上托架装置17进给。上托架装置17和下导臂16中都装有图中未示出的各部分。这样就可以相对于金属丝电极22驱动工件的坐标轴。
电源输送线路32给金属丝22提供一连串的脉冲，供电蚀工件之用。电源输送线路32的正极(+)连接到工件的一个连接点上，并接在上下金属丝导孔装置18和20的线路中。电源输送线路32的负极(-)引到金属丝电极22上。进行个别加工操作时，如本技术领域周知的那样，该极性可以对调。
现在参看图2。图中示出了本发明的简化电原理图，图中的电路将所要求的脉冲波形加到金属丝电极22。如图2所示，三相电源加到线路36上的电压发生电路34上，电压发生电路34在线路38上供应直流电压输出。在线路38上产生的电压在某些用途中一般为80伏的直流电压，但也可以采用其它电压值。
一般说来，n个开关电路40a-40n并联连接，从电压发生电路34的输出线38提供整齐的脉冲串。在最佳实施例中采用了八个开关电路产生电位低于地电位的负脉冲。开关电路42a-42n的各输出在线路43a-43n加到相应的隔离二极管42a-42n的阳极上，供电路保护之用。已经发现，采用隔离二极管42a-42n可以避免各开关电路不希望有的开关干扰，这些干扰可能会使脉冲串改变，甚至使系统损坏。
在已知的系统中，开关电路40a-40n以及隔离二极管42a-42n都是放在远离加工区的电气柜中的。供电电缆则从隔离二极管42a-42n的输出端敷设到金属丝电极22处。但这种敷线方式会产生二次感应效应和传输损耗。而且开关线路和二次电缆敷设中信号的反射会使所要求的加工脉冲产生畸变，还会使元件失灵。此外，各元件因传送较大的工作电流和电压而耗散热量。因此在已知的系统中，远离现场的电气柜可能会过热，而且使系统损坏或失灵。当然另一种作法是可以采取诸如降低脉冲串频率之类的预防措施，但这样做却对加工操作的速率有不利的影响。
现在参看图3-5，图中示出了本发明综合间隙箱10的一个最佳实施例。间隙箱10中装有隔离二极管42a-42n，这些二极管都安置得紧密地毗邻着加工间隙和金属丝22以及隔离二极管42a-42n输出端的导电表面。从图4中可以看得最清楚，间隙箱10有一个导电构件46，导电构件46有一个端部部分48和一个中间部分50。毗邻中间部分50处装有绝缘板52，绝缘板52由诸如G-10酚醛树脂之类的不导电材料制成，且与下臂16的端板54连通。
同轴电缆(图中以电缆56、58和60表示)将信号脉冲从各开关电路的输出端传送到间隙箱10，电缆本身安置在下臂16中。可以看到间隙箱10配备有四根电缆。电缆56、58和60具有终端头62、64和66，用以将电缆的外套端接到间隙箱10的端板54上，这些都是熟悉本技术领域的人士所周知的。
一对螺钉63和65纳入导电构件46、绝缘板52和端板54上形成的孔中，用以将间隙箱10固定到下臂16上。由于导电构件46是导电的，因而螺钉63和65要套上最好由G-10酚醛树脂制成的绝缘套管67和59。金属丝下导孔装置20同样用定位螺钉(图中未示出)固定到间隙箱的导电构件48上。
对应于同轴电缆56、58和60的导电构件57、59和61与一对二极管组件64和66电接触。二极管组件64有二个导电端部部分68和70，这两部分具有沟槽72和74用以容纳夹紧螺钉(图中未示出)，以便与各电缆的端接导电元件57和59相连。二极管子配件64的中间部分76和78分别装有隔离二极管42a、42b、42c和42d，这些二极管的阳极与载有信号的电缆62和64的导电元件57和59接触。隔离二极管42a-42d的阴极与导电中心区80接触，导电中心区80最好用铜制成。中心区80上有一个孔82，用以容纳螺钉，以便将中心区80与间隙箱导电构件46的中间部分50在电气上连接起来，二极管子配件66的结构和工作情况与二极管子配件64完全相同。
间隙箱导电构件46的端部部分48与金属丝下导孔装置20电接触，形成接触表面区84。间隙箱导电构件46和金属丝导孔装置20最好用不锈钢制成。尽管不锈钢的导电率并不怎么高，但由于表面区大，传输距离极短，因而确保电气通路的电阻极小。金属丝导孔装置20的导游通路装有硬质合金触点86，此触点与金属丝电极22在电气上接合。不言而喻，这种配置方式减小了任何传输线损耗和因开关线路中脉冲信号的反射所引起的损耗，因为在隔离二极管的输出端出现的脉冲信号是在极短的导电通路上传送的。
工作时，电加工脉冲以预定的波形从开关电路40a-40n经由同轴电轴56、58和60加到导电端部部分68和70上的。由于本最佳实施例中加工脉冲的极性是负的，因而隔离二极管42a-42n让脉冲信号通过。这些信号出现在导电中心区80并通过间隙箱10的导电构件和金属丝下导孔装置20形成的通路。绝缘板52防止高压电脉冲通过下臂16。这样，加工脉冲通过表面积很大、长度极小的导电通路加到硬质合金触点84和金属丝电极22上。当然，这样做会减小加工脉冲信号中的电阻损耗。
以这种方式减小引线的长度有这样的好处，即消除了引线中因磁场消失引起的传输线效应。这样，在接通和切断电蚀脉冲时，通常出现的往往使隔离二极管各结两端的能量散失的瞬变电压脉冲不是消除了就是基本上减小了。于是加到加工间隙和金属丝电极22的能量的量增加了。此外，由于等待这类脉冲消失所需要的时间缩短了，因而可以大大提高加到金属丝电极22上的脉冲的工作频率，以提高加工设备8的切削速率。举例说，在应用中可以将加工脉冲的宽度从4微秒(这相当于正常工作频率的脉冲宽度)减小到3微秒。更重要的是，可以增大加到金属丝电极的加工脉冲的振幅。
从图3和4还可以看到，冲洗管88形成介电液到金属丝导孔和冲洗装置20的通路，冲洗装置20使流体流到加工间隙24中(如图1中所示)。冲洗管88同样有一个终端装置90，该装置将冲洗管88密封到下臂16的端板54上。孔92在绝缘板52和间隙箱中段50和端段48上形成，并通过金属丝导孔和冲洗装置20，供冲洗加工间隙和工件之用。这种配置的好处是配备有冷却机构，以冷却隔离二极管42a-42d或间隙箱10中的其它电气元件。在本实施例中，孔92有螺纹以增大热交换的表面积。
这种配置由于有效地除去工作过程中所产生的热量而将电气元件性能的劣化程度减到最小。我们发现，如此冷却隔离二极管42a-42d可以冷却二极管的结温，从而使二极管的结电压保持在可容许的工作结电压。因此提高了电流的容许偏差值，使系统更可靠和更有效地工作。
到此为止所提供的说明已经介绍了一种能达到上述目的的综合间隙箱，具体作法是将各隔离二极管靠近金属丝和加工间隙配置，并采用电介质作为冷却手法冷却该隔离二极管。显然我们提出的这个发明可用于一系列用途中，而且在不脱离本发明的精神实质的前提下，特别是已从上述教导得益的人士是可以对本发明进行种种修改的。
举例说，不难理解，可以将开关电路42a-42n本身安置在间隙箱10中并对系统进行适当的修改，以便给各开关电路提供控制线路。这样做就可以给各开关电路提供冷却机构。这种配置方式有这样的好处，即可以在任何相当大的距离内消除交流波形，因为加到间隙箱中的各开关电路上的电压是直流电压。
此外还可以给间隙箱10配备光纤控制以控制上述另一实施例中的开关线路。这种控制可以消除电缆的其它电容、电感或电磁效应对金属丝电极的影响。熟悉本技术领域的人士还不难理解，间隙箱10另一个设想的安置位置是毗邻金属丝上导孔装置18。因此不言而喻，本说明书所介绍的有益装置中优选共同使用的特点仅仅是本发明的一个实例而已。因此尽管这里所公开的发明是就目前设想的实施本发明的最佳方式进行介绍的，但我们的意图是，本发明仅受所附权利要求书范围的限制。
权利要求
1.一种用电蚀加工机床中的工具电极电蚀加工导电工件的设备，该电蚀加工机床具有电源输送电路装置，该电源输送电路装置包括至少一个经由至少一个电源选通装置耦合到工具电极的电源切换装置，供保护开关电路装置之用，所述设备包括一电气外壳，供装设所述至少一个靠近工具电极配置的电流选通装置，所述外壳有一个导电部分，与所述至少一个电流选通装置接触，形成通往机床电极的电源输送通路。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述电蚀加工机床包括电极导孔装置和流体输送装置，所述设备还包括一个孔，形成为所述流体输送装置的一整体部分，通过所述外壳的至少一部分延伸，用以从所述外壳转移热量。
3.如权利要求2所述的设备，其中所述孔攻有螺纹，以增加热交换的表面积。
4.如权利要求2所述的设备，其中所述电极导孔装置是导电的，所述导电部分与所述电极导孔装置接触配置，形成所述电源输送通路。
5.一种电蚀加工设备，通过一工具电极以电蚀加工导电工件，该工具电极相对于该工件置放以在其间形成加工间隙，设设备包括电源输送电路装置，包括多个与工具电极耦合、用以给工具电极提供加工脉冲的电源切换电路装置，各切换电路装置具有一输出端，与多个用以保护切换电路装置的隔离二极管中之一的输入端相连接;一电气外壳，用以容纳所述隔离二极管，外壳的导电部分与所述隔离二极管的输出端接触;以及一电极导孔装置，包括流体输送装置和一导电部分，流体输送装置用以将流体加到加工间隙中，导电部分与所述外壳的导电部分接触，形成所述加工脉冲的导电通路。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述外壳中有一个孔用以将所述流体媒质提供给所述流体输送装置，并用以冷却所述隔离二极管。
7.如权利要求6所述的设备，其中所述孔攻有螺纹。
8.一种集装在电蚀加工机床中的间隙箱，具有由电源输送电路装置供电的可移动的线状电蚀电极，该电源输送电路装置包括多个电源切换电路装置，各切换电路装置有一个输出端连接到多个保护切换电路装置用的隔离二极管中相应之一个的输入端，且与第一和第二电极导孔装置和流体输送装置相距一段距离，所述第一电极导孔装置和流体输送装置具有第一出口，用以将流体通常是沿所述电极的方向排出，所述间隙箱包括一导电外壳构件，具有一与所述隔离二极管的输出端电接触的中间部分和一端部部分，端部部分的表面与所述第一电极导孔装置电接触，形成所述电源输送电路装置的导电通路，所述外壳构件中有一个纵向孔用以将流体加到所述流体输送装置中，并用以转移所述隔离二极管所产生的热量。
9.如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个电流选通装置包括一具有第一接线端和第二接线端的隔离二极管，所述电源切换装置与所述第一接线端耦合，所述工具电极则与所述第二接线端耦合。
10.如权利要求9所述的设备，该设备还包括多个电源切换装置和多个隔离二极管，各所述电源切换装置与所述隔离二极管中相应之一的所述第一接线端耦合，各所述隔离二极管的所述第二接线端则与所述工具电极耦合。
全文摘要
本发明涉及电蚀加工设备的一种组装配置，其中有一装有电气元件的外壳，电气元件提供的加工脉冲加到金属丝电极，该外壳靠近该电极置放。外壳的导电区表面积较大，长度小，以便将加工脉冲中的附加电气效应减小到最小程度，同时作为电气元件的冷却机构。
文档编号B23H7/14GK1055684SQ9110196
公开日1991年10月30日 申请日期1991年2月26日 优先权日1990年2月26日
发明者小达雷尔·D·赫夫, 乔治·J·科尔 申请人:埃洛斯公司