并行放電多電極運絲機構(gòu)與均衡放電控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電火花加工技術(shù)，尤其是一種電火花線切割機床運絲技術(shù)，具體地說是一種并行放電多電極電火花線切割機床運絲機構(gòu)與均衡放電控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電火花線切割加工的基本工作原理是利用連續(xù)移動的細(xì)金屬絲(稱為電極絲)作電極，對工件進(jìn)行脈沖火花放電蝕除金屬，最終達(dá)到切割成型的目的。運絲機構(gòu)是電火花線切割機床中最為重要的機械裝置，它負(fù)責(zé)帶動電極絲沿其軸向移動。運絲方式有高速走絲與低速走絲兩種類型，其中高速走絲機構(gòu)中的電極絲可循環(huán)反復(fù)使用，低速走絲中的電極絲只使用一次。
[0003]電火花線切割加工方法加工精度高，刀具與材料損耗小，又由于加工過程中不存在宏觀切削力，因此電火花線切割加工方法非常適合于高硬度的金屬材料與硬脆的半導(dǎo)體材料的加工。但是，通常電火花線切割的加工效率是比較低的，難以滿足日益增長的工業(yè)加工需求。為提高加工效率，有人提出將傳統(tǒng)電火花線切割機床中的單根電極絲經(jīng)過反復(fù)纏繞形成多根平行切割線的方法。這種方法可在一定程度上提高放電加工效率，但由于各段切割線在電路上是短路連接，在某個加工瞬間實際上只有一個脈沖放電點，并沒有真正實現(xiàn)多點同時放電，因此加工效率提升有限。在此情況下，本發(fā)明提出采用獨立供電且相互絕緣的多根電極絲組成平行切割線網(wǎng)的方案，實現(xiàn)真正意義的并行放電，從而大幅度提高加工效率。由于傳統(tǒng)電火花線切割機床的運絲機構(gòu)只能安裝一根電極絲，為了讓多根電極絲同步地走絲、收線與放線，必須設(shè)計新的多電極運絲機構(gòu)，同時需保證在運絲時多根電極絲保持絕緣，還需克服多根電極絲放電加工時在速度上的相互牽制與放電耦合干擾問題，這就有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難度。為此，本發(fā)明設(shè)計研制了新型的并行放電多電極電火花線切割機床運絲機構(gòu)，并提出了實現(xiàn)多根電極絲均衡放電的控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的電火花線切割機床不能實現(xiàn)多絲同時加工而造成效率低，加工成本高的問題，設(shè)計一種能同時實現(xiàn)多絲切割的裝置，同時發(fā)明一種相應(yīng)的均衡放電控制方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案之一是:
一種并行放電多電極電火花線切割機床運絲機構(gòu)，其特征在于它包括一個參與放電加工的每一根電極絲在物理上始終相互絕緣，并行放電，多根電極絲能同時切割的軸向多段式儲絲筒，所述的儲絲筒根據(jù)電極絲數(shù)量分成絕緣的多段的圓柱體，每根電極絲分別均勻地纏繞在對應(yīng)的一段圓柱體上，當(dāng)儲絲筒旋轉(zhuǎn)時，每根電極絲在儲絲筒的帶動下同步地收線與放線；儲絲筒上的每一根電極絲分別安裝一個獨立的張緊機構(gòu)，并通過所述的張緊機構(gòu)直接或通過獨立的移位與換向?qū)л喗M將電極絲引入多線集聚切割導(dǎo)輪組中，由多線集聚切割導(dǎo)輪組將電極絲按一定間距緊密集聚在一起，形成多根平行切割線，經(jīng)過多線集聚切割導(dǎo)輪后的電極絲再直接或通過移位與換向?qū)л喗M返回到儲絲筒上。
[0006]所述的儲絲筒包括轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上安裝有多組由套筒、絕緣輪轂、絕緣密封圈、定位輪、軸鍵與緊固螺釘組成的繞絲筒，繞絲筒的數(shù)量與電極絲的數(shù)量相等；每個絕緣輪轂與定位輪相連，定位輪通過軸鍵與緊固螺釘固定在轉(zhuǎn)軸上，套筒固定在相鄰的兩個絕緣輪轂上，絕緣密封圈安裝在相鄰的套筒之間以實現(xiàn)相鄰繞絲筒之間的電氣絕緣；多段套筒通過輪轂相互連接形成一個完整的圓柱形儲絲筒；使用前需對該儲絲筒進(jìn)行整體磨削與平衡校準(zhǔn)。
[0007]所述的張緊機構(gòu)由導(dǎo)入輪、導(dǎo)出輪與張緊輪組成，導(dǎo)入輪、導(dǎo)出輪與張緊輪的輪軸都與儲絲筒的轉(zhuǎn)軸平行，它們的端面均處于與儲絲筒的軸線相垂直的同一個平面上并與各自的軸承基座保持絕緣。
[0008]當(dāng)電極絲的總數(shù)為偶數(shù)時，電極絲平分成兩半，分別從左、右兩路平行地布線，每根電極絲經(jīng)過移位與換向?qū)л喗M后分別引到儲絲筒或張緊機構(gòu)的導(dǎo)入輪上；當(dāng)電極絲的總數(shù)為奇數(shù)時，將中間的電極絲單獨通過一個平行于儲絲筒的導(dǎo)輪后直接引到儲絲筒或張緊機構(gòu)的導(dǎo)入輪上，依靠該導(dǎo)輪的輪槽定位作用保證其在運行過程中與其左右兩側(cè)的電極絲不發(fā)生接觸，以便實現(xiàn)每一根電極絲在物理上始終相互絕緣與平穩(wěn)走絲。
[0009]為保證電極絲在三維空間任意布線而不脫線可靠運行的移位與換向?qū)л喗M由三個按特定方位安裝的導(dǎo)輪組成，其中第I個導(dǎo)輪與第2個導(dǎo)輪的輪軸相互垂直，且第2個導(dǎo)輪的輪槽圓周邊緣與第I個導(dǎo)輪的輪槽圓周所確定的豎直平面A相切，第I個導(dǎo)輪的輪槽圓周外緣與第2個導(dǎo)輪的輪槽圓周所確定的水平面B相切；第3個導(dǎo)輪的輪槽圓周與第2個導(dǎo)輪的輪槽圓周處于同一個平面B內(nèi)；通過調(diào)整第2個與第3個導(dǎo)輪的中心距來改變電極絲的橫向移位距離；通過調(diào)整電極絲在經(jīng)過第I個導(dǎo)輪或第3個導(dǎo)輪時的切入角度并保證電極絲始終處在平面A或平面B內(nèi)來改變電極絲的連接方向。
[0010]所述的多線集聚切割導(dǎo)輪組包括多導(dǎo)輪錯位排布式、多槽導(dǎo)輪式與混合式三種結(jié)構(gòu)形式；所述的多導(dǎo)輪錯位排布式的結(jié)構(gòu)形式為:每根電極絲的切割定向?qū)л喍加缮稀⑾聝蓚€導(dǎo)輪組成，導(dǎo)輪均為單槽導(dǎo)輪，繞線后，多根電極絲形成不重疊不交叉的平行框式包絡(luò)結(jié)構(gòu)，每個切割定向?qū)л喌妮嗇S水平平行分布，處于不同的高度，各個導(dǎo)輪相互絕緣，各個導(dǎo)輪的軸向伸出長度通過螺紋推桿機構(gòu)調(diào)節(jié)以保證用于切割的多根平行電極絲之間的距離能調(diào)節(jié)到所需的數(shù)值，并進(jìn)而實現(xiàn)工件的超薄切割，且切割過程中電極絲的位置牢固穩(wěn)定，不會從導(dǎo)輪輪槽中脫落；所述的多槽導(dǎo)輪式的結(jié)構(gòu)形式為:只有上、下兩個導(dǎo)輪，它們按輪軸水平平行放置且端面平齊，每個導(dǎo)輪均為多槽導(dǎo)輪，多槽導(dǎo)輪的表面進(jìn)行了設(shè)有絕緣層，以保證相鄰槽之間電氣絕緣，導(dǎo)輪的槽數(shù)與電極絲的總數(shù)相等，導(dǎo)輪輪槽的間距由所需切片的厚度確定；所述的混合式多線集聚切割導(dǎo)輪組的形式為上述多導(dǎo)輪錯位排布式與多槽導(dǎo)輪式的結(jié)合，對于部分電極絲，將原來單槽的上、下導(dǎo)輪換成多槽導(dǎo)輪，并在其后側(cè)增加兩個用于回繞的多槽導(dǎo)輪，通過反復(fù)環(huán)繞使原來的單根切割線變成多根平行的切割線，從而進(jìn)一步增加電火花切割線的總數(shù)。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案之二是:
一種并行放電多電極電火花線切割機床運絲機構(gòu)的均衡放電控制方法，其特征在于:O各個電極獨立供電，即每一根電極絲配備一個高頻直流脈沖電源，其正極與其它脈沖電源的正極短接在一起并連接到工件，其負(fù)極經(jīng)過大功率晶體管連接到電極絲，各個晶體管的開關(guān)狀態(tài)由其輸入端的脈沖信號電平高低控制，各路控制脈沖信號相互獨立；2)當(dāng)檢測到多根電極絲之間出現(xiàn)切割速度不協(xié)調(diào)或切縫不均勻時，通過以下兩種方法之一實現(xiàn)各電極絲的均衡放電:一是在各路控制脈沖的頻率與相位都相同的前提下，調(diào)整各路控制脈沖的寬度，令放電間隙小的電極絲所對應(yīng)的控制脈沖的寬度增大，令放電間隙大的電極絲所對應(yīng)的控制脈沖的寬度減小，當(dāng)各根電極絲的放電間隙相同時，使各種控制脈沖信號恢復(fù)相同的脈沖寬度；二是以放電間隙小的電極絲所對應(yīng)的控制脈沖信號為基準(zhǔn)，周期性地削減其它種控制脈沖信號的脈沖數(shù)量，放電間隙越大的電極絲所對應(yīng)的控制脈沖信號所削減的脈沖數(shù)量越多，當(dāng)各根電極絲的放電間隙相同時，停止脈沖削減，使各種控制脈沖信號在單位時間內(nèi)輸出的脈沖數(shù)量相同。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
I)憑借本發(fā)明的運絲機構(gòu)，可實現(xiàn)多根電極絲高速同步地往復(fù)走絲、收線與放線，改變傳統(tǒng)的電火花線切割機床只能安裝一根電極絲的局面，相對于采用一根電極絲纏繞多圈形成多條平行切割線的方案，可實現(xiàn)真正意義上的多點并行放電，從而能夠大幅度地提高電火花線切割加工效率。
[0013]2)與收線、放線分開的運絲方案相比，本發(fā)明的運絲機構(gòu)具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、同步動作可靠等優(yōu)點。
[0014]3)所提出的一套用于電極絲布線、張緊的方法，從原理上保證了多根電極絲能夠長期穩(wěn)定運行而不會產(chǎn)生脫線現(xiàn)象，而且電極絲使用壽命長，運絲機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，布線所占有空間小。
[0015]4)提出的多導(dǎo)輪錯位排布式多線集聚切割導(dǎo)輪組結(jié)構(gòu)，只需使用普通的單槽導(dǎo)輪，可節(jié)省訂制專用導(dǎo)輪的費用，且線間距可調(diào)，能夠切割出