專利名稱：電腐蝕加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放電加工裝置，它包括形成加工間隙各電極的工具電極和工件電極；至少一個電壓/電流源，它由電路連接到工件電極和工件電極，并配置成產(chǎn)生電脈沖和在工具電極和工件電極之間產(chǎn)生放電激發(fā)。
具體地說，所用的工具電極可以是張緊在兩個導(dǎo)軌之間的導(dǎo)線。此后主要關(guān)心的是利用導(dǎo)線電極的放電加工進(jìn)行超精細(xì)的表面拋光，使得可以獲得最精細(xì)的表面狀態(tài)。
為了通過利用導(dǎo)線的放電加工切割工件，通常要做幾道；首先，一道粗切割為導(dǎo)線打開通道，所獲得的表面狀態(tài)非常粗糙；另外，所獲得的工件尺寸有意放寬，以便可以進(jìn)行隨后的幾道加工，用于精細(xì)拋光和超精細(xì)拋光，以便接近最后的尺寸，并產(chǎn)生更光滑的表面狀態(tài)。
大部分放電加工機(jī)床都包括兩個電壓/電流發(fā)生器；一個用來促進(jìn)放電的激發(fā)；另一個具有較高功率，為大部分腐蝕放電提供能量。在超精細(xì)拋光方式下，希望減小放電加工所獲得的表面粗糙度，從而減少腐蝕放電的能量。因此，一般只用”放電激發(fā)”發(fā)生器，而把高功率發(fā)生器連接到加工區(qū)域的繼電器保持?jǐn)嚅_。
這里，遇到的問題與把所述發(fā)生器連接到工件和導(dǎo)線電極的電流線路有關(guān)。這些線路一般是同軸電纜，其基本特性具有低電感，允許粗切割發(fā)生器產(chǎn)生數(shù)量級達(dá)1000安培/毫秒的邊沿非常陡峭的脈沖。但是，在表面拋光方式(regime)過程中，線路的這種低電感不再提供明顯的優(yōu)點。更糟糕的是，同軸電纜包括高的分布電容，它構(gòu)成一些與表面拋光方式不相容的能量儲存器。
本專業(yè)技術(shù)人員已知，放電激發(fā)發(fā)生器把一個高得足以激發(fā)放電的電壓加到加工間隙上，但不能提供高電流，而只要放電已經(jīng)激發(fā)，粗切割發(fā)生器便起大電流源的作用。放電激發(fā)發(fā)生器，例如，在一個不確定的時間施加80至240V電壓，直至出現(xiàn)經(jīng)常所述的雪崩現(xiàn)象為止。在超精細(xì)拋光方式下，放電的總能量不僅取決于放電激發(fā)發(fā)生器所提供的電流脈沖(盡管低)，而且首先取決于與連接到間隙的兩端的分布電容(激發(fā)電壓加到該電容的兩端)所包含的能量總和，，在電弧沖擊的一瞬間所述電容將其能量卸空到離子化的通道中。
超精細(xì)表面拋光加工的主要問題在于使雜散電容局部化(這可以使它們的能量在電弧沖擊時釋放在所述間隙的兩端)，然后阻斷或減弱這種能量。專利申請EP 1 193 016 A2圖解說明某些典型的情景。特別是，在所述文件的

圖1中，對于每一個所示的雜散電容，可以發(fā)現(xiàn)一個穿過所述間隙的電流回路，可以在所考慮的電容的能量沖擊時通過該電流回路把所述考慮的電容的能量轉(zhuǎn)換為腐蝕放電。通過斷開設(shè)置在粗切割發(fā)生器和間隙之間的開關(guān)，阻斷多個雜散電容對加工過程的影響。粗切割發(fā)生器連同其同軸電纜被斷開。只有作為放電激發(fā)發(fā)生器的第二表面拋光發(fā)生器連接到間隙，以便把附于所有線路上的分布的雜散電容減到最小。通過在要加工的工件及其夾具之間插入絕緣板，形成一個電容器，其電容量減弱導(dǎo)線電極以及所述導(dǎo)線的整個導(dǎo)出和移動系統(tǒng)相對于地雜散電容的作用。只有導(dǎo)線和工件之間的電容，包括間隙本身的電容既不能減弱，也不能阻斷。諸如EP 1 193 016 A2中描述的，無論附在表面拋光發(fā)生器和間隙之間的線路上的分布雜散電容還是附在表面拋光發(fā)生器的電容在這個問題上的表現(xiàn)都不明顯，在這里假定可以忽略不計。
不幸的是，最后發(fā)現(xiàn)這些電容不能被認(rèn)為是無關(guān)緊要的。本發(fā)明旨在克服這些缺點，并創(chuàng)造一種加工裝置，它使得可以實現(xiàn)一種能量非常低的高質(zhì)量和高可靠的精細(xì)或超精細(xì)表面拋光過程。根據(jù)本發(fā)明的這個方面，所述加工裝置的特征是，它包括至少一個設(shè)置在一個或兩個加工頭內(nèi)部的電容元件，最好緊靠所述電路和工具電極之間的觸點，或在其中，串聯(lián)在電源和加工間隙的一個電極之間，并且其特征在于，它防止來自電源的電脈沖的DC分量加到到加工間隙兩端，并使來自電源的可變電流分量可以流動，使得它減小所述電路相對于加工間隙的總電容。
由于這些特征，可能非常有效地但簡單地減小腐蝕放電的能量。這樣，便獲得質(zhì)量非常高的精細(xì)和超精細(xì)表面拋光過程。另外，所述裝置的生產(chǎn)成本不高，而其結(jié)構(gòu)不是非常復(fù)雜。
所述加工裝置最好包括第一電容元件，它串聯(lián)在第一電源的第一電極和工具電極之間；和第二電容元件，它串聯(lián)在第一電源的第二電極和工件電極之間。
因此，放電能量的減小特別明顯。
按照推薦的實施例，所述電容元件設(shè)置成盡可能靠近加工間隙的一個電極，最好設(shè)置在位于所述電路和工具電極之間的觸點附近或在其內(nèi)。
這些特征允許甚至進(jìn)一步減小腐蝕放電的能量，以便實現(xiàn)優(yōu)異的超精細(xì)表面拋光過程。
工具電極最好是導(dǎo)線，而電容元件由導(dǎo)線的引導(dǎo)件形成，所述導(dǎo)線的引導(dǎo)件與所述導(dǎo)線接觸的一部分由絕緣材料制成，而所述導(dǎo)線的引導(dǎo)件的另一部分由導(dǎo)電材料制成。
因而，可以獲得特別有效并靠近電極導(dǎo)線的電容元件，保證腐蝕放電具有非常低的能量電平。
第一電源最好包括短路裝置，用于產(chǎn)生具有陡峭的電壓前沿斜率的電脈沖。
可以這樣配置所述第一電源，以便產(chǎn)生頻率在0.1至10MHz范圍內(nèi)的電脈沖，電壓振幅在60至300V范圍內(nèi)，正或負(fù)電壓前沿斜率在0.2至5V/ns的范圍內(nèi)。
這些特征保證腐蝕放電的有效激發(fā)，盡管存在至少一個串聯(lián)在所述電路內(nèi)的電容元件。
按照推薦的實施例，能量減小裝置包括以電流方式連接到加工間隙兩電極的自感元件。
由于這些特征，在間隙兩端測量的平均電壓可以維持為零。因而，可以避免對所述過程有害的電解現(xiàn)象。
最好這樣選擇所述自感元件的電感值，使得所述電路諧振頻率低于第一電源的電脈沖頻率。
按照特別有利的實施例，能量減小裝置包括與加工間隙兩電極之間的自感元件串聯(lián)的可調(diào)DC電壓源。
所述電壓源允許把在所述間隙兩端測量的平均電壓調(diào)整到給定值。因而使鋸開的工件的受控的電解沉淀和著色處理成為可能。
另外，可以進(jìn)一步改善超精細(xì)拋光過程的質(zhì)量。
從由從屬權(quán)項表達(dá)的特征和此后參照附圖對本發(fā)明的更詳細(xì)的描述中，將明白其他優(yōu)點。這些附圖簡要地并以舉例方式表示實施例及其變型。
圖1示出第一實施例的電路圖。
圖2a至2f圖解說明圖1的電路隨著所述電路圖的電容逐漸合并而逐漸簡化。
圖2g至2h是圖1中電路圖變型的部分電路圖。
圖3a和3b是作為放電激發(fā)發(fā)生器的第一發(fā)生器輸出端的電流和電壓的示意圖。
圖4a、4b和4c示出加工間隙G處的瞬時電壓、電流和平均電壓的曲線圖。
圖5示出第二推薦的實施例的電路圖。
圖6圖解說明所述第二實施例的變型的部分電路圖。
圖7a和7b圖解說明第二實施例的加工間隙兩端的瞬時電壓和平均電壓的曲線圖。
圖8a、8b和8c示出第二實施例的加工間隙兩端的瞬時電壓、電流和平均電壓的曲線圖。
圖1中圖解說明的加工裝置的第一實施例包括結(jié)合在第一加工發(fā)生器G1中的第一電壓/電流源U1，所述第一發(fā)生器G1由電路E通過第一線路10連接到工具電極F并通過第二線路11連接到工件電極P。
結(jié)合在第二加工發(fā)生器G2的第二電源通過第三線路12連接到工具電極F并通過線路13連接到工件電極P。
第一發(fā)生器G1設(shè)計成引起工具電極F和工件電極P之間放電的激發(fā)，并提供比第二發(fā)生器G2低的功率，G2遞送大部分腐蝕放電的功率并維持所述腐蝕放電。
當(dāng)需要進(jìn)行精細(xì)或超精細(xì)表面拋光過程時，設(shè)置在線路12和13上的兩個開關(guān)SW1和SW2使第二發(fā)生器G2能夠與工具電極F及工件電極P斷開。
這里，工具電極是一根導(dǎo)線F，從饋線卷軸(未示出)被導(dǎo)出并被回收到回收裝置(未示出，但本身是已知的)中。在加工區(qū)域15內(nèi)，在導(dǎo)線電極和工件電極之間存在加工間隔或間隙G，在間隙G兩端激發(fā)腐蝕放電。由于第一和第二觸點W1和W2，導(dǎo)線F與線路10和11的電流接觸。
元件L1和L2代表兩根線路10和11的自感應(yīng).
工件電極P通過絕緣元件J，例如，用塑料制成的支持板固定在夾具T上。導(dǎo)線F和夾具T可以彼此相對移動，以便按照給定的幾何配置通過放電加工切割出工件P。
按照本發(fā)明，加工裝置包括能量減少裝置RE，后者設(shè)計成減小用于精細(xì)加工的腐蝕放電的能量。
裝置RE包括連接在第一發(fā)生器G1和加工間隙G之間的至少一個電容元件C1，它具有這樣的特征，使得它阻止來自第一發(fā)生器G1的電脈沖的DC分量加到加工間隙G上并允許來自第一發(fā)生器G1的交變電流分量橫跨加工間隙流動。于是，電路E對于間隙G的總電容量大大減小。
在所述第一實施例中，所述電容元件由設(shè)置在第一線路10內(nèi)的電容C1形成，其數(shù)值可高達(dá)0.1μF，但一般在0.1nF至1nF的范圍內(nèi)。當(dāng)要求增大腐蝕放電的能量時，開關(guān)SW3使得可以將電容C1短路。
可以在第二線路12中設(shè)置采取數(shù)值低的第二電容C5的形式的另一個電容元件，以便更進(jìn)一步減小腐蝕放電的能量。第二電容C5可以用開關(guān)SW4短路。其數(shù)值最好在0.1nF至1nF的范圍內(nèi)。
這樣，加工裝置呈現(xiàn)以下雜散電容-與第二粗切割發(fā)生器G2相聯(lián)系的和與線路12和13相聯(lián)系的雜散電容，總的用CG2表示，當(dāng)兩個開關(guān)SW1和SW2斷開時，這些電容CG2與間隙G斷開；-C2，它是第一線路10相對于地Te的雜散電容；-C3，它是線路10和11之間的雜散電容；-C4，它是第二線路11相對于地Te的雜散電容；-C6，它是第一發(fā)生器G1的內(nèi)部雜散電容；-C7，它是第一電源U1的第一電極P1相對于地Te的雜散電容；-C8，它是第一電源U1的第二電極P2相對于地Te的雜散電容；-CW1，它是第一觸點W1附近區(qū)域相對于地的雜散電容；-CW2，它是第二觸點W2附近區(qū)域相對于地的雜散電容；-Cj，它是工件電極P和夾具T之間的電容；-Cf，它是導(dǎo)線和地之間的雜散電容；以及-Cg，它是工具電極F和工件電極P之間間隙G的電容。
在圖1中，串聯(lián)在發(fā)生器G1兩條線路之一中的低數(shù)值電容器C1是減弱雜散電容C3和C6對加工過程的影響的簡單裝置。在C3中積累的電荷通過下列路徑C3、C1、L1、W1和W2、E、P、L2、SW4、C3參與加工過程。等效電容為C1*C3/(C1+C3)＜C1。同樣的推理可以應(yīng)用于雜散電容C6。
雜散電容CW1+CW2+Cf+C2+C7的電荷可能加在一起并參與腐蝕放電，但被電容Cj減弱。這里必須指出，Cj和絕緣板J形成一個最簡單的裝置，使得特別是可以限制Cf的影響，Cf是附在導(dǎo)線和整個導(dǎo)出和回收系統(tǒng)上的雜散電容。在其中把用舊的導(dǎo)線直接存儲在加工斗內(nèi)的某些機(jī)器的情況下，Cf可以達(dá)到高值。
若開關(guān)SW4導(dǎo)通，則雜散電容C8+C4+Cj把它們的電荷加在一起，可以經(jīng)由等效于CW1+CW2+Cf+C2+C7的電容找到相對于地的通路，而加在間隙兩端。串聯(lián)在發(fā)生器G1的另一條線路11中的低值電容C5，設(shè)計成減弱這后一個放電能量，此后將更詳細(xì)地描述。圖1表示電容C5被開關(guān)CW4短路，因而在所述示例中不起作用。
分布在加工間隙中的電容Cg的作用不能通過在放電電路中設(shè)置任何類型的電容來減弱，因為它們的電荷被可能的最短路徑跨于所述間隙兩端。能夠影響這些分布電容數(shù)值的唯一已知手段是使用不同的介電液，例如，用油代替水，或者改變氣隙或加工間隙的幾何形狀。
圖2a、2b、2c、2d、3e和2f將說明相對于加工間隙G圖1中的每一個電容如何與其他電容組合在一起。
圖2a是圖1的第一次簡化，其中只呈現(xiàn)加工間隙和能夠參與加工過程的各組電容以及它們相對于地的連接。
圖2b把與地的連接引導(dǎo)到單一點Te上，并使得可以看到通過電容Cj、C1和C5起作用的相應(yīng)的電極，它們用來減弱所有分布的雜散電容的能量。
圖2c圖解說明變量的簡單改變。
A＝C1B＝CW1+CW2+CfC＝C2+C7D＝C3+C6E＝C4+C8
F＝CjG＝C5圖2d圖解說明利用下列等式從電容的三角形配置向所述組電容ABC和所述組電容EFG的星形電容配置的過渡H＝(A*B+A*C+B*C)/CI＝(A*B+A*C+B*C)/BJ＝(A*B+A*C+B*C)/AK＝(E*F+E*G+F*G)/GL＝(E*F+E*G+F*G)/FM＝(E*F+E*G+F*G)/E按照圖2e，似乎是1/N＝(1/H)+(1/M)1/O＝(1/I)+(1/D)+(1/L)1/P＝(1/J)+(1/K)而且，按照圖2f，全部加工裝置的總等效電容Ceq可以用以下方程式計算Ceq＝Cg+(N+O+P)/(O*N+P*N)電容C1和C5完成由電容Cj產(chǎn)生的減弱作用。為了估計C1、C5和Cj各自的作用，下面將考慮必須考慮的不同雜散電容的一般數(shù)值。線路10和11的約為500nH的自感應(yīng)L1和L2在所述估算過程中不予以考慮，所述估算過程采用以下數(shù)值C1或C50.5nFCj0.1至10nF，取決于要加工的工件尺寸C2+C75nFC4+C85nFC3+C6100nFCW1+CW2+Cf從1至5nFCg0.5nF
所述計算是針對Cj＝10nF和CW1+CW2+Cf＝5nF的數(shù)值進(jìn)行的。
按照上表第7行，與第8行相比，可以看出，在工件P和它的夾具T之間只引入絕緣板J并不能提供明顯的改進(jìn)，與第4行比較，這里只用電容C1的令人驚訝的作用變得明顯；加到加工間隙上的等效電容現(xiàn)在除以18，見第4和8行。
第6行表明，只用電容C5效果比只用C1(第4行)差；這里，等效電容除以7。
雜散電容C3+C6的值越高，電容C1的作用越有決定性，正如下面從其他8個變型可以看出的，使用C3+C6＝20nF，而不是上表的100nF的電路。
但是，第4a和7a行的比較證實，只用電容C1比只用電容Cj的效果更大，特別是在由于要加工的工件的尺寸而難以減小電容Cj的值的某些情況下。比較計算當(dāng)然可以通過應(yīng)用上面詳細(xì)說明的方法根據(jù)需要擴(kuò)展。
在存在非常高的導(dǎo)線電極Cf的雜散電容(例如，大于20nF)的情況下，引入與電容C1相關(guān)的電容Cj，而不是只用C1再次是有利的為清楚起見，在圖1中電容C1和C5，連同相關(guān)的開關(guān)CW3、CW4已經(jīng)表示在圖1中心，而且是在把第一發(fā)生器連接到加工間隙G的兩條線路的每一條上。在上面的演示之后，將會清楚地表明，若這兩個電容C1和C5可以盡可能靠近加工區(qū)域15安裝，則效果會更大。換句話說，電容C1盡可能靠近加工觸點W1、W2，而電容C5盡可能靠近要加工的工件P。
例如，電容C1可以安裝在上加工頭(圖2g)內(nèi)CW1和W1之間，處于退回位置的下加工頭內(nèi)的加工觸點W2退回不再與導(dǎo)線接觸。這樣，保存在雜散電容CW1和CW2的能量也將因而被減弱。
若將上述原理用到其極限，通過用由絕緣材料制成的圓柱形套圈(它將起串聯(lián)在從第一發(fā)生器G1引導(dǎo)到間隙G的線路中的電容的作用)代替觸點W1，即可獲得電容C1的最大效果。電極導(dǎo)線F將被引入圓柱形套圈內(nèi)。圖2h表示電極導(dǎo)線F在絕緣陶瓷圓柱體WG內(nèi)，所述圓柱體上面裝有錐體，目的是便于導(dǎo)線進(jìn)入。所述圓柱體的外面覆蓋導(dǎo)電表面，例如，由銅制成，電流連接到發(fā)生器G1的電極之一。處于退回的位置的下加工觸點W2不與導(dǎo)線接觸。在這后一個實施例中，電容采取圓柱體的形式，處于電極導(dǎo)線F的周圍。
電子部件制造商經(jīng)常使用25℃和1MHz頻率下抗電強(qiáng)度為20kV/mm的工業(yè)陶瓷。這些陶瓷的介電常數(shù)εr一般可達(dá)20至100。對于特殊用途，可以找到大于100的εr值并高達(dá)12,000，例如，采用基于鈦酸鍶、鋇等的陶瓷，具有50至300V/mm范圍內(nèi)的抗電強(qiáng)度。
對于直徑為0.250mm的電極導(dǎo)線，例如可以設(shè)計內(nèi)徑等于0.260mm，介電常數(shù)為εr＝100的陶瓷絕緣圓柱體導(dǎo)管。陶瓷的厚度等于0.1mm，這樣一個長約50mm的圓柱形導(dǎo)管給出0.5nF的電容量，并能承受2kV的過壓。
在這種類型的電容元件中，后者設(shè)置成盡可能靠近加工間隙G的電極之一，最好靠近處于電路E和工具電極之間的觸點W1或W2或在其中。這個電容元件可以由導(dǎo)線導(dǎo)管WG形成，所述導(dǎo)線導(dǎo)管WG的與導(dǎo)線G接觸的一部分由絕緣材料制成，而連接電路的另一部分由導(dǎo)電材料制成。
總而言之，以與來自發(fā)生器G1的線路10、11串聯(lián)并且盡可能靠近加工間隙G的方式引入了電容C1和(或)C5，因此，與EP 1 193 016A2所描述的在工件和它的夾具之間只引入絕緣板而且斷開來自粗切割發(fā)生器G2的電流饋線的解決方案相比，使超精細(xì)表面拋光方式下的放電能量得以減少。
但是，在這種情況下，必須考慮串聯(lián)在電路中的低值電容C1或C5導(dǎo)致放電激發(fā)發(fā)生器G1提供的電壓的DC分量在間隙內(nèi)消失這一事實。結(jié)果是，這時激發(fā)放電的可能性明顯降低，這導(dǎo)致精細(xì)表面拋光方式下加工效率降低。
為了糾正這種特異性，本發(fā)明建議改變放電激發(fā)發(fā)生器G1的操作。傳統(tǒng)上，激發(fā)發(fā)生器施加一個足夠高的電壓一段相對較長的時間，直至放電的激發(fā)發(fā)生為止。但是，經(jīng)驗表明，在放電加工中，激發(fā)也可以通過非?？焖俚卦龃蠹庸らg隙端子兩端的電場而引起。在目前加工的情況下，正的或負(fù)的幾V/ns的電壓增大，換句話說，約0.1至5V/ns，加到間隙兩端會造成觸發(fā)腐蝕放電的高幾率，假定放電激發(fā)現(xiàn)象具有隨機(jī)的性質(zhì)。
為了按照本發(fā)明利用電壓快速上升所觸發(fā)的所述放電激發(fā)現(xiàn)象，發(fā)生器G1需要最好通過選擇0.1至10MHz范圍內(nèi)的重復(fù)頻率產(chǎn)生陡變的(aggressive)電壓/電流脈沖。例如，在圖3a和3b圖解說明的例子中取1MHz的值。
圖3a是發(fā)生器G1的輸出端電流i1隨時間(ns)而變的示意圖。圖3b是發(fā)生器G1輸出端上加到用符號C2、C3、C4(圖1)標(biāo)示的在下文中稱作線路電容的線路分布雜散電容上的電壓V的示意圖，。
在這里圖解說明的示例中，發(fā)生器G1能夠提供振幅從60至300V的，例如200V的信號。
正如從圖3a和3b可以看出的，在信號開始時，線路電容兩端的電壓為0。所述信號以4A的電流階躍開始，所述電流開始給這些線路充電。只要發(fā)生器G1輸出端的電壓低于200V，電流便維持在4A。當(dāng)輸出電壓變得高于200V時，電流停止，然后重新建立，使之維持200V的電壓。從開始算起經(jīng)過第一預(yù)定時間之后，此后400nS，線路電容通過一個歐姆電阻，在本示例中為20歐姆使線路電容短路，使10A的負(fù)電流峰值出現(xiàn)，它突然使線路電容放電。短路裝置在圖1中未示出，在一個實施例中描述，由利用4個來自制造商”InternationalRectifier”的MOSFET晶體管IREP 22N 50A的橋路形成。
于是，所述線路電容迅速放電，并在持續(xù)1000nS的第二預(yù)定周期之后，在下一個信號開始時再次提供+4A電流。
這里描述的電壓/電流特性只是以示例方式給出的。當(dāng)然應(yīng)該明白，可以設(shè)計其他裝置，在加工間隙的兩端允許產(chǎn)生電壓的迅速上升。
從圖4a、4b、4c可以看出，所述激勵方式在間隙G中產(chǎn)生短的未經(jīng)校準(zhǔn)的約100nS的放電，這是由發(fā)生器G1提供的電壓/電流信號的快速躍變引起的。圖4a表示所述間隙兩端的瞬時電壓Ug(伏)隨著時間(nS)的變化。圖4B是間隙G兩端的電流i2。放電激發(fā)點與大于約1A和低于-1A的電流i2的峰值一致。
由于已經(jīng)把電容C1設(shè)置成與放電電路串聯(lián)，因此，提供給間隙G的電流i2的平均值(圖4b)為零。因而，若能夠把間隙簡化為簡單的歐姆阻抗，則其兩端的平均電壓亦為零。但實際情況并非如此，正如在相應(yīng)的以伏標(biāo)定的圖4c看到的是，已經(jīng)利用10μS的RC濾波器進(jìn)行了測量。在圖4c中，可以看出，由于放電激發(fā)過程的不規(guī)則，平均電壓Um波動，例如在所述特定的情況下從+2V到-6V。
因為放電激發(fā)是隨機(jī)過程，正如可以看到的，平均電壓可以在約+或-8伏范圍內(nèi)變化，例如，這里在小于10個周期的時間內(nèi)。這里可以清楚看出另一個與發(fā)生器G1的放電電路中串聯(lián)的電容的存在相關(guān)的特異性。這意味著，像在利用導(dǎo)線的放電加工系統(tǒng)目前經(jīng)常做法的那樣，把0的平均電壓加在所述間隙兩端已經(jīng)是不再可能了。
平均電壓的波動可能產(chǎn)生本專業(yè)技術(shù)人員眾所周知的電解現(xiàn)象。當(dāng)不能把所述間隙兩端的平均電壓維持在接近于零的狀態(tài)時，要加工的工件中某些金屬或合金晶粒的完整性可能變化。在某些類型的碳化鎢的情況下尤為如此，所述碳化鎢在電解電流的作用下可能破碎。
本發(fā)明參見圖5圖解說明的實施例，建議一種消除上述缺點的裝置。所述解決方案是連接自感元件Lm，例如，以高值電感線圈的形式，與所述間隙兩端的可調(diào)DC電壓源Sm串聯(lián)。
圖5的實施例在其他特征上與圖1的相同。同樣的部件和元件用相同的標(biāo)號標(biāo)示。
新的元件是與所述間隙兩端連接的可調(diào)DC電壓源Sm串聯(lián)的電感線圈Lm，亦即連接到加工觸點W1、W2和工件P，連同開關(guān)SW5，后者使所述電感線圈Lm和電壓源Sm能與間隙分開，使得間隙兩端的平均電壓Um自由波動。
夾具T接地，而工件P由于絕緣板J而處于浮動電位，所述絕緣板在工件和夾具之間產(chǎn)生電容Cj。這個細(xì)節(jié)對本發(fā)明并不重要。為了在間隙兩端施加恒定的平均電壓Um，無論工件P是否接地，換句話說，絕緣板J存在與否，與電壓源Sm串聯(lián)的電感線圈Lm必須以電流的方式一方面連接到工件P而在另一方面連接到工具電極或加工觸點W1、W2。同樣的說明也適用于圖2h圖解說明的裝置，其中電容C1以由絕緣材料制成的導(dǎo)管的形式設(shè)置在導(dǎo)線周圍。若電感線圈Lm與電壓源Sm串聯(lián)在電壓源的配置中，則觸點W2(在圖2h中顯示為退回的位置)會再次需要與電極導(dǎo)線F接觸，但所述觸點W2此時并不連接到線路10，而是通過元件Lm、Sm和SW5連接到工件P，如圖6所示。
自感元件Lm的值必須足夠大，使得所述電路的諧振頻率Fo＝1/2π*(Lm*Ceq)1/2低于自放電激發(fā)發(fā)生器G1的電脈沖的激勵頻率，一般低100倍。
這樣選擇自感元件Lm的值，使得發(fā)生器G1的激勵頻率和所述電路的頻率之間的比率處于10至500的范圍內(nèi)，最好在50和150之間。
例如，正如上面選擇的，激勵頻率為1MHz，而Ceq＝5nF，用電感5μH會獲得所述諧振頻率。因此建議，在這種情況下，采用最小值500μH和高達(dá)10mH的自感量。
電感線圈Lm相對較高的值意味著，間隙兩端的平均電壓不能變化得太快。若電感線圈Lm包括比所述間隙(例如，Lm＝5mH而Ceq＝5nF)的歐姆阻抗低的歐姆阻抗，則可調(diào)DC電壓源Sm在從所述線圈Lm連接在間隙G兩端的時刻起延遲約30μS之后把它的電壓加到間隙兩端。隨后，若加工狀態(tài)突然改變，例如，放電激發(fā)頻率或所述間隙的電阻發(fā)生變化，則在從可調(diào)DC電壓源Sm恢復(fù)電壓Um(伏)的數(shù)值之前，平均電壓經(jīng)歷短時間的波動過程，換句話說小于30μS的時間。
圖7a和7b表示Sm調(diào)整到-4V時的瞬時電壓Ug和平均電壓Um。盡管有零星的放電激發(fā)事件出現(xiàn)，在加工間隙兩端仍維持接近-4V的平均電壓。
指出以下一點是重要的，跨接在間隙兩端的電壓線圈Lm并不改變使腐蝕放電得以激發(fā)的快速電壓躍變。采用所述裝置，通過在間隙G兩端施加幾伏的正的或負(fù)的平均電壓，可以預(yù)想取決于電極材料的表面處理。因而工件P的表面通過電解被金屬薄膜覆蓋并通過著色過程被處理。
上述解決方案特別簡單?？梢栽O(shè)想，例如，用數(shù)量級為10kΩ的高值電阻代替所述電感線圈。在所述間隙的電阻為0.5至2kΩ的情況下，建立一個分壓器，傳遞間隙兩端電壓的一部分。這種裝置的缺點是，必須在其內(nèi)安裝調(diào)整控制回路換句話說，連續(xù)監(jiān)視間隙兩端的電壓，并隨加工過程隨機(jī)波動而變地控制所述電壓源Sm的輸出電壓。反之，電感線圈Lm不需要任何調(diào)整回路。
為了把調(diào)整平均電壓Um裝置斷開，斷開開關(guān)SW5。這允許所述系統(tǒng)回到兩端的平均電壓仍能自由波動的操作狀態(tài)。
最后，不控制間隙兩端的平均電壓，便無法預(yù)測在哪一種極性下產(chǎn)生放電正的或負(fù)的。確實，若促進(jìn)正極性下放電的激發(fā)，或者，最低限度，若能減少在負(fù)極性方式下沖擊的放電能量，則在恒定的功率下，仍舊可能改善表面狀態(tài)。
與自感元件Lm相關(guān)的可調(diào)電壓源Sm，取決于用途，特別是當(dāng)電解不認(rèn)為是問題時，放電的激發(fā)(不論是正方式還是負(fù)方式)的幾率大大增加，正如從圖8a、8b和8c中看到的。在這個特定的示例中，通過把源Sm調(diào)整至DC電壓Um為+20伏(圖8c)，已經(jīng)選擇對間隙G進(jìn)行正極化。在流過所述間隙的電流i2(圖8b)的示意圖上，可以看到電流峰值超過+1A的正放電的優(yōu)勢，這相當(dāng)于在圖8a中可見的放電激發(fā)。
當(dāng)斷開DC電壓源Sm時，或者當(dāng)所述電壓源被調(diào)整為零時，間隙P兩端的平均電壓Um等于零。
按照圖5和6圖解說明的簡化的變型實施例，現(xiàn)在可以不用DC電壓源Sm。間隙G兩端的平均電壓Um現(xiàn)在仍將是常數(shù)，并由于電感線圈Lm的存在而為零，但是所述電壓不再能夠由于有電壓源Sm而可能做到那樣被調(diào)整以便獲得表面處理操作、著色處理或改善表面狀態(tài)。
當(dāng)然，應(yīng)該明白，上面描述的實施例無論如何都沒有限制的意義，而且在權(quán)項1定義的范圍內(nèi)可以作任何所需的改變。具體地說，減少能量的裝置RE可以只包括電容元件C1，設(shè)置在從第一發(fā)生器G1的第一電極引導(dǎo)到形成加工間隙G的第一電極的工具電極F的電連接上。
能量減少裝置RE作為另一方案可以只包括設(shè)置在從第一發(fā)生器G1的第二電極引導(dǎo)到形成加工間隙G的第二電極的工件電極P的電連接上的電容元件C5。
能量減少裝置RE也可以在線路10和11上配備兩個電容元件C1和C5。
這些電容元件C1和C5可以是任何類型電容；結(jié)合在觸點W1和/或W2中的電容電極；形成電容元件的導(dǎo)線導(dǎo)管，例如，采取金屬導(dǎo)體覆蓋絕緣材料(例如陶瓷)的形式；或者特殊形狀的導(dǎo)線導(dǎo)軌，過濾器漏斗形的，如圖6所示。
能量減少裝置RE任選地可以由自感元件結(jié)束，諸如電感線圈Lm，后者以電流的形式連接到間隙的兩電極，亦即工具電極和工件電極，以免間隙兩端平均電壓Um的波動和漂移。
另外，可調(diào)DC電壓源Sm任選地與間隙的兩個電極之間的電感線圈Lm串聯(lián)。
第一電壓/電流源U1可以是任何類型，但將需要允許電流上升的斜率dI/dt具有高值，這最好在0.1至5V/nS的范圍內(nèi)。
設(shè)置在工件電極P及其夾具之間的絕緣元件，諸如絕緣板J，在某些應(yīng)用中可以不用。
工具電極F可以由不同類型的工具導(dǎo)線形成，例如，空心或?qū)嵭陌簟⑿D(zhuǎn)的或固定的、或者金屬擠壓靠模(hobbing master)。
用于激發(fā)和用于維持腐蝕放電的兩個電壓/電流源U1和U2可以結(jié)合為單一的允許進(jìn)行兩種不同操作方式的電壓和/或電流發(fā)生器。
權(quán)利要求
1.一種放電加工裝置，它包括形成加工間隙(G)各電極的工具電極(F)和工件電極(P)；至少一個電壓/電流源(U1)，所述至少一個電壓/電流源(U1)由電路(E)連接到所述工具電極(F)和工件電極(P)并配置成產(chǎn)生電脈沖以及在所述工具電極(F)和工件電極(P)之間建立放電激發(fā)，其特征在于所述放電加工裝置包括至少一個電容元件(C1)，所述至少一個電容元件(C1)設(shè)置在一個或兩個加工頭內(nèi)，最好靠近位于所述電路(E)和所述工具電極(F)之間的觸點(W1、W2)或在其中，串聯(lián)在所述電源(U1)和所述加工間隙(G)的所述電極之一之間，所述至少一個電容元件(C1)具有這樣的特性，使得它阻止來自所述電源(U1)的電脈沖的DC分量加到所述加工間隙(G)兩端，而允許可變電流分量流動并且使得它減小所述電路(E)對于所述加工間隙(G)的總電容量(Ceq)。
2.如權(quán)利要求1所述的加工裝置，其特征在于它包括第二電容元件(C5)，所述第二電容元件(C5)串聯(lián)在所述第一電源(U1)的第二電極之間并設(shè)置成靠近所述工件電極(P)。
3.如權(quán)利要求1和2中任一個所述的加工裝置，其特征在于所述工件電極(P)通過絕緣體(J)安裝在夾具(T)上。
4.如權(quán)利要求1和2中任一個所述的加工裝置，其特征在于它包括至少一個開關(guān)(SW3，SW4)，所述至少一個開關(guān)(SW3，SW4)安裝在所述一個或多個電容元件(C1，C5)的兩端并用來短路所述開關(guān)所安裝于其兩端的所述電容元件或使其變成被激勵的。
5.如權(quán)利要求1所述的加工裝置，其特征在于所述工具電極是導(dǎo)線(F)，并且所述電容元件(C1)由導(dǎo)線引導(dǎo)件(WG)形成，所述導(dǎo)線引導(dǎo)件(WG)與所述導(dǎo)線(F)接觸的一部分由絕緣材料制成，而所述導(dǎo)線引導(dǎo)件(WG)的另一部分由導(dǎo)電材料制成。
6.如上述權(quán)利要求中的一個所述的加工裝置，其特征在于所述電源(U1)包括短路裝置，用于產(chǎn)生具有陡峭的電壓前沿斜率的電脈沖。
7.如上述權(quán)利要求中的一個所述的加工裝置，其特征在于所述電源(U1)配置成產(chǎn)生頻率在0.1至10MHz范圍內(nèi)的電脈沖，電壓振幅在60至300V范圍內(nèi)，正或負(fù)電壓前沿斜率在0.2至5V/ns的范圍內(nèi)。
8.如上述權(quán)利要求中的一個所述的加工裝置，其特征在于自感元件(Lm)，它以電流方式連接到所述加工間隙(G)的所述兩電極。
9.如權(quán)利要求8所述的加工裝置，其特征在于這樣選擇所述自感元件(Lm)的電感值，使得所述電路諧振頻率(Fo)低于所述第一電源(U1)的電脈沖的頻率。
10.如權(quán)利要求9所述的加工裝置，其特征在于這樣選擇所述電感(Lm)的值，使得所述電脈沖的所述頻率對所述諧振頻率(Fo)的比值在10至500的范圍內(nèi)，最好在50至150的范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求10所述的加工裝置，其特征在于與所述加工間隙(G)的所述兩電極之間的所述自感元件(Lm)串聯(lián)的可調(diào)DC電壓源(Sm)。
12.如權(quán)利要求10和11中的任一個所述的加工裝置，其特征在于與所述加工間隙(G)的所述兩電極之間的所述自感元件(Lm)串聯(lián)的開關(guān)(SW5)。
全文摘要
電腐蝕加工裝置包括用于放電激發(fā)的第一電壓/電流源(U1)，它連接到形成加工間隙(G)各電極的工具電極(F)和工件電極(P)；和可以通過兩個開關(guān)(SW1，SW2)斷開的第二電壓/電流源(U1)。電容元件(C1，C5)與把第一電源連接到加工間隙(G)各電極的線路(10、11)串聯(lián)。另外，這些電極可以通過與可調(diào)DC源(Sm)串聯(lián)的自感線圈(Lm)連接。由于這些特征，腐蝕放電的能量可以明顯減小，以便獲得高質(zhì)量的超精細(xì)表面拋光過程，而同時精確地控制加工間隙兩端的平均電壓。
文檔編號B23H1/02GK1791488SQ200480014010
公開日2006年6月21日 申請日期2004年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月22日
發(fā)明者F·雅克斯, S·多爾特, M·托諾利尼, G·德穆勒, E·比勒 申請人:查米萊斯技術(shù)有限公司