專利名稱：用于對工件進行電腐蝕材料加工的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及根據獨立權利要求前序部分的用于工件的電腐蝕材料加工的方法和裝置，如從US4,771,157所公知的。
在電腐蝕材料加工時(在這里該術語涉及一種加工方法，該方法至少部分地通過放電作用從導電工件上去除材料)，一個工具電極通過工作間隙以一定距離放置在工件的對面。該工作間隙被工作液體沖洗，在工具電極與工件之間流過腐蝕加工電流，通常是電脈沖序列方式的電流。通過被液體沖洗的工作間隙，產生相繼的放電，以便從工件上去除材料。根據材料去除的進展，通過一個調節(jié)系統(tǒng)使被工具頭固定住的工具電極向前推進，使工作間隙基本保持恒定，不然它將會增大。
在電蝕過程中也可導致工具電極的加工面的腐蝕磨損，此外，在每次放電后會發(fā)生工作間隙中的條件的改變，這是由電介質特性的改變引起的，例如污染、溫度等，它們導致例如導電性能的改變。除這些電參數外，沖洗也影響電蝕過程。在鉆大的徑深比的孔時時常出現腐蝕過程的停頓，因為蝕下物不再能從間隙中清除。由此除常規(guī)的火花放電外還出現所謂的退化(Entartung)，它明顯地影響蝕損或磨損。尤其是空載脈沖(工作間隙過大)、故障放電(工作間隙過小)及短路脈沖(工作間隙為零)，都屬于這種退化。
為了保證良好的腐蝕過程，應在工作間隙中建立理想的放電條件，它們能盡可能排除短路、故障放電及空載脈沖的出現。對此的基本準則是通過適當的過程參數獲得干擾參量用以評價瞬時過程狀態(tài)。那么，可能包含不同目標功能的各種策略導致要對機器上調節(jié)參量進行相應跟蹤。
在由US4,771,157公知的方法中，通過短路檢測來監(jiān)測電蝕過程及通過調節(jié)系統(tǒng)根據輸入數據使工具電極在軸向上移動，以便使工作間隙保持恒定。
最近，使用模糊邏輯借助將調節(jié)機構列為公式可將不同參數組合成一個多參數調節(jié)系統(tǒng)。這使機器參數更好地適應相應的過程狀態(tài)，導致所需的工作結果。
但極其重要的是視過程狀態(tài)而定，調節(jié)系統(tǒng)快速及精確地將工具電極帶動到所需位置上。因此通常使用較快速并且特別是較昂貴的調節(jié)系統(tǒng)。為了減小調節(jié)系統(tǒng)的慣性，人們嘗試進一步減小調節(jié)系統(tǒng)運動部分的質量。為此有些裝置設有兩個調節(jié)系統(tǒng)一個調節(jié)系統(tǒng)粗調地將工具電極帶到工件附近，一個更精確及尤其更快速的調節(jié)系統(tǒng)然后確定工作間隙的精密調節(jié)。出現的另一問題是所謂的微火花腐蝕，其中，工具電極很薄，具有20μm與200μm之間的直徑。迄今還不能大批量地進行在0.1mm以下微孔及直徑與深度之間的徑深比為1∶10的情況下的微電蝕?，F在，在這種尺寸上的電極操作也有問題。
本發(fā)明的任務是對開頭所述類型的方法及裝置作進一步改善，由此可建立一個直接、快速及簡單的用于工作間隙調節(jié)的調節(jié)系統(tǒng)，其中工具電極本身為調節(jié)系統(tǒng)的一個有效組成部分。本發(fā)明的另一任務是達到簡單的電極操作，即安裝、定位及夾緊工具電極以便連續(xù)地處理工件來形成所希望的孔，使得可在批量生產中應用。在此，所述孔尤其是、但不僅僅是包括微孔，其中，電極直徑處在20μm與200μm之間。
根據本發(fā)明，上述任務通過獨立權利要求特征部分的特征來解決。
本發(fā)明的有利構型被描述在從屬權利要求中。與公知裝置相比較，本發(fā)明電腐蝕加工裝置的優(yōu)點是，工作電極的側向偏移引起自由端部的軸向移動，由此可達到對工件間隙快速和精確的精密調節(jié)。該有利實施形式基于這個物理原理被電流流過的導體在磁場中偏移。為此，使工具電極的一部分受到磁場的作用。該工具電極可具有連續(xù)的縱長的工具如金屬絲的形狀，該金屬絲被工具頭固定住。從工具頭中伸出來的金屬絲部分具有一定長度，該長度使得位于磁場中的金屬絲電極可彈性變形，因為在腐蝕過程中在金屬絲電極中流過腐蝕加工電流，由此形成垂直于電極軸線的偏移力。該偏移力可引起金屬絲電極的彈性偏移運動，該偏移運動在電極導向裝置中被轉換成自由端部的一個軸向運動。
在此情況下的一大優(yōu)點是剛好工具電極本身就是電磁轉換裝置的運動部分，由此極其簡化了該轉換裝置的實施并提高了定位精度，因為不再需要任何傳遞元件。并且還使得定位精度提高，因為運動部分的質量減至最小。另外的重大優(yōu)點是，工具電極的軸向運動直接與腐蝕加工電流強度相應，該腐蝕加工電流強度基本由工作間隙來確定，由此也可根據腐蝕加工電流對工作間隙進行直接的比例調節(jié)。
電極導向裝置具有一個橢圓的空腔，它允許金屬絲電極偏移或偏轉，但同時也限制該偏移或偏轉，還具有滑動通道，在該通道中，在橢圓空腔中出現的金屬絲電極側向偏移運動被轉換成自由端部的一個軸向運動。在電極導向裝置的側面上裝有一個磁鐵的各個磁極，它們在該空腔中產生一個均勻的磁場。在電極導向裝置與工件之間有一個間隙，該間隙的寬度尺寸只有這樣大使得加工液體可充分地沖洗加工間隙。以此方式，金屬絲電極的伸出的自由端部被很好地引導到工件上。
電極進給驅動機構的任務是這樣相應于去除量和磨損來跟蹤金屬絲電極，以致只有它被電流流過。工件間隙的優(yōu)化則通過金屬絲電極的偏移來很快速及精確地進行。因此，電極進給驅動機構僅被設計用于粗調和慢速的過程并且可相對簡單及成本合算地制成。借助該電極進給驅動機構可使金屬絲電極自動地穿入到導向裝置中，其中金屬絲電極作為儲備被儲存在工具頭中的一個卷筒上。
如果磁場中的金屬絲的長度和外部磁場的磁場強度保持恒定，則偏移力成比例地取決于腐蝕加工電流，該電流又取決于工作間隙，由此，不用附加費用即得到一個比例調節(jié)器。如果借助一個電磁鐵產生一個外部磁場，它的場強通過一個腐蝕處理過程被調節(jié)，則也可使用其它的調節(jié)系統(tǒng)。
金屬絲電極可以在加工過程期間轉動，以改善沖洗，尤其是在較深地鉆孔時，并且也為了滑動通道與金屬絲電極之間的摩擦補償。
以下借助附圖來詳細描述本發(fā)明。附圖為

圖1 用于說明在應用本發(fā)明情況下使用連續(xù)金屬絲電極的電腐蝕加工裝置的一個示意圖，其中部分為剖面圖、部分為電路框圖，及圖2 根據圖1的電極導向裝置的一個放大示意圖。
根據圖1，所示裝置使用了一個呈連續(xù)金屬絲形式的工具電極，它例如由厚度為0.02mm至0.2mm的銅制成。根據該圖，金屬絲電極1這樣延伸在一個用標號2表示的工具頭中的一個電極導向裝置15內，使得該電極具有一個從電極導向裝置15中伸出的自由端部1c，該端部在加工電極表面1d上終止，該加工電極表面隔開一個距離G位于工件3的對面，由此，按照附圖加工出一個孔。工具頭2被固定在一個主軸6上，該主軸在需要時也可用于使工具頭轉動。連續(xù)的金屬絲電極存儲在一個卷筒4上，該卷筒借助一個銷5可轉動地保持在工具頭2中。此外，一個套筒13位于工具頭2中，在其中裝有電極進給機構。該套筒13包含一個驅動滾子8和一個擠壓滾子7，金屬絲電極1被保持在這兩個滾子之間，還包含一個驅動電機9，用于通過一個未示出的變速器使驅動滾子8轉動，以便使從卷筒4導出的金屬絲電極1軸向移動。套筒13還包含一個孔14，金屬絲電極在進給運動時在該孔中被導向并且形狀對合地被保持住。在工具頭2與電極導向裝置15之間設有一個空隙F，以便使套筒13與電極導向裝置15之間能夠相對運動。
在電極導向裝置15的側面上裝有一個磁鐵17的極17a及17b，它們最好源自一個電磁鐵并且在電極導向裝置15的一個橢圓空腔15a中產生一個均勻磁場。電極導向裝置15最好由非磁性并導電的材料制成。在電極導向裝置15與工件3之間有一個間隙H，使得加工液體能充分地沖洗加工間隙G。
設有一個總體用標號42表示的輸入/輸出模塊，它作為用于一個主軸電機33、一個電極進給電機9和所述電磁鐵17的控制單元。金屬絲電極1也通過該輸入/輸出模塊42和一個觸頭11與一個直流電源44連接以及被接通和關斷，以便在金屬絲電極1的自由端部1c的加工表面1d與工件3之間通過被工作液體沖洗的工作間隙G產生一個放電序列。該工作液體可由一個或多個與一個液體源連接的噴嘴24輸入到工作間隙G中。工件3被固定地安裝在一個工件臺30上。一個過程計算機40與該輸入/輸出模塊42連接并且處理確定過程的調節(jié)參量。
現在借助圖2中的示意圖來說明其工作原理從套筒13中伸出的金屬絲電極1具有在橢圓空腔15a中的一個偏移部分1a、在滑動通道15b中的一個導向部分1b以及從電極導向裝置15中伸出的一個自由端部1c，該自由端部終止在加工表面1d上。中間的偏移部分1a具有一個長度1，它位于磁場B中并且被以腐蝕加工電流I供電。由此，在偏移部分1a上作用有一個與電極軸線垂直的力F并引起該偏移部分1a向箭頭F方向偏移。該偏移力F可由下式計算F＝B*I*1其中B＝磁通密度I＝腐蝕加工電流1＝位于磁場中的金屬絲電極的長度。
如果力F足夠大，例如由于工作間隙G太小并且由此腐蝕加工電流I增大，則偏移部分1a自軸線偏離一個量w。在滑動通道15b中，該垂直于電極軸線的運動通過一個變換比例轉換成在箭頭P方向上的一個軸向運動，由此使工作間隙G增大一個量z，使得金屬絲電極1在另一側上通過驅動滾子8和擠壓滾子7被固定在工具頭2中。一旦工作間隙G增大，則腐蝕加工電流I下降并且偏移力F也下降，由此，偏移部分1a由于金屬絲電極1的彈力又變直，并且工作間隙G又變小。該過程重復進行，直至這些力平衡。
權利要求
1.用于借助一個縱長工具電極對工件進行電腐蝕材料加工的方法，其中，通過工具頭中的電極進給機構這樣保持住工具電極使得它的構成加工電極表面的自由端部離開一個距離地位于工件的對面，并且，在它們之間限定一個被加工液體沖洗的工作間隙，以及在工具電極與工件之間作用一個腐蝕加工電流，以便從工件上去除電腐蝕的材料，其特征在于使工具電極在工具頭與自由端部之間穿入到一個工具電極導向裝置中，為了優(yōu)化工作間隙，使工具電極在該導向裝置中偏移并且轉換成該自由端部的一個軸向移動。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于工具電極在工具頭與自由端部之間受到一個磁場的作用，該磁場使得被腐蝕加工電流流過的工具電極偏移。
3.根據權利要求1或2的方法，其特征在于借助工具頭中的電極進給驅動機構對工作間隙進行粗調節(jié)，通過工具電極的偏移進行精密調節(jié)。
4.根據權利要求1的方法，其特征在于通過電極進給驅動機構將工具電極形狀對合地保持住并且穿入到工具電極導向裝置中。
5.用于根據權利要求1所述借助一個縱長的、可彈性變形的工具電極對工件進行電腐蝕材料加工的裝置，該裝置具有一個工具頭，用于保持住工具電極，由此，使工具電極的一個構成加工電極表面的自由端部離開一個距離處于工件的對面，并且，限定了一個被加工液體沖洗的工作間隙；還具有一個電流供給裝置，用于在工具電極與工件之間作用一個腐蝕加工電流，以便從工件上電腐蝕去除材料，其特征在于具有一個電磁轉換裝置，用于將腐蝕加工電流直接轉換成工具電極的自由端部的一個相應的軸向移動，以便在腐蝕過程中保持最佳的工作間隙。
6.根據權利要求5的裝置，其特征在于該電磁轉換裝置具有一個磁鐵和一個電極導向裝置，工具電極位于該磁鐵的磁極之間。
7.根據權利要求5或6的裝置，其特征在于電極導向裝置是一個管，它在工具頭與工件之間延伸，其中，在每一端上各具有一個空隙，該管在中間具有一個橢圓的空腔并且在朝向工件的一側上具有一個滑動通道。
8.根據權利要求5或6的裝置，其特征在于在電極導向裝置上，在橢圓空腔的區(qū)域中，裝有磁鐵的極。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于借助縱長的工具電極(1)對工件(3)進行電腐蝕材料加工的一種方法和一種裝置。工具電極(1)在一個電極導向裝置(15)中被導向，在該電極導向裝置中構成一個橢圓的空腔(15a)。位于該空腔(15a)中的金屬絲段(1a)受一個磁場的作用，由此可使金屬絲段(1a)側向偏移。該側向偏移被轉換成位于工件(3)區(qū)域中的金屬絲段(1b)的軸向移動，以便在工件(3)與金屬絲段(1e)的自由端部(1c)之間產生一個最佳的工作間隙。
文檔編號B23H7/30GK1585683SQ02822505
公開日2005年2月23日 申請日期2002年11月12日 優(yōu)先權日2001年11月13日
發(fā)明者鮑里斯·盧基奇 申請人:羅伯特·博施有限公司