CN101530940B - 设计成用于切割在火花腐蚀加工机上使用过的线的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及设计成用于切割在火花腐蚀加工机上使用过的线的装置。具体而言，在用于火花腐蚀加工机的切割装置中，在通过加工区域之后，线电极被切碎为节，并作为废料处理进入回收容器。该装置包括连接到电压/电流源的电接触部。线受到介电流体的作用，此介电流体的流率足够高以产生紊流态并造成线的随机横向运动，这使线偶发地碰触到所述电接触部。

Description

设计成用于切割在火花腐蚀加工机上使用过的线的装置

技术领域

本发明涉及切割装置，具体涉及用于火花腐蚀加工机的切割装置。

背景技术

背景

使用线(wire)作为电极而用于切割导电部件的火花腐蚀加工机，现在被广泛地使用。通常所使用的线由铜、锌、钢等的合金形成，并具有0.1至0.3mm的直径。新线的供给存储在能够包含几千米的线的线架上。线从线架上解绕展开的速度可以从几cm/s到50cm/s。线被引导至加工区域(machining region)，在此加工区域经受工艺过程，该工艺过程使得线不再适合于进一步的使用：此线只能用于加工一次。在通过线进行火花腐蚀的几种加工机的情况中，同一线可重复使用几次用于加工；但是，本发明不涉及这些类型的加工机。在本发明的框架内，已通过加工区域的线成为了废料而必须被处理，以使得它能够被循环使用。一种已知的方法包含将它用任何给定的切割工具切碎为几厘米的段，用于限制它的堆积和能够将废料传输至具有有限容积的容器内。

解决的问题

很多装置已被用于切碎使用过的线。它们中的大多数包括移动的机械部件，此移动的机械部件包括受到磨损的刃口。这些常常是由特殊的和昂贵的材料制成的部件需要被定期更换。此外，切割装置产生重复的冲击，这可能使得线在加工区域振动。这需要开发和维护较为复杂的、昂贵的和易损坏的机械组件。本发明提供了一种更为经济的、更为简单的和更可靠的解决方案。

现有技术的描述

专利文件JP 61293727描述了用于切碎使用过的线的装置，其采用电流使线熔化。线在两个滑轮中间被牵引，这两个滑轮夹紧线。这两个滑轮中的一个由绝缘材料制成，另一个在其外围包括导电部分。电流在导电部分和布置于上游的固定的接触部之间的正则区间流动。后者不提供与线的可靠的接触。另一个缺点是机械装置较为复杂。它包括若干受到磨损的移动部件。进一步地，系统持续地使用熔断效应，这导致了整个装置发热。

在专利文件JP 4193422中，发现利用线圈产生的感应来熔化线的原理，在此线圈中，线不产生任何接触。由电源所提供的高频交流电流在线圈中间歇地流动。这一解决方案的缺点是，此高频源是较为昂贵的元件，因为它也要在非常小的直径的线中感应产生强涡流。

专利文件US 5,523,538提到在本发明的某些实施例中的元件。该元件是长管，并且被设计成用于将使用过的线运出加工区域；强的压缩空气流被注入到此管上游，以便推动线。在管的出口，线被切割装置回收并被其切割为小段。在这里，机构过于复杂，并且切割工具的缺点是其必须被定期更换。

专利文件EP 1634668描述了用于高端加工机的线切碎系统。其进行了特别的预防，以保证切割装置不在加工区域中与线的正常解绕展开相干扰。图7a和7b显示了一种变型，在其处理通道的出口，线被压缩空气流所偏转，被喷嘴25所传送，并且被推向刀片15，16。此示例显示了必须提供可选的低成本的用于入门水平的加工机的解决方案，这通过本发明而实现了。

发明内容

在一个优选实施例中，本发明使用了管，更一般地说是给定长度的窄通道，用于将使用过的线从加工区域移出。线在此通道中的前进由例如来自加工区域的强的压缩空气流、高压水流来保证，或一般地说，由所述管道中受推动的足够高速的介电流体来保证。本发明利用了所述通道内的流体流的性质。众所周知，在低的流率下，组成流体的各层彼此相对地滑动而不会在通道内混合。此流被称为层流。

当高于一定的流率时，流体的各层的前进出现了不稳定性。由摩擦引起的现象与流相干扰。形成流体的各组粒子不再以平行于通道壁的常规方式移动。横向运动以随机的方式发生。在流体中出现的混乱被归类于术语“紊流”。

根据雷诺方程，V＞3000·η/ρ·D，当V已知为大于此值时，紊流态发生，其中V为通道中流体的平均速度，η为流体的动态粘度，ρ为流体的密度，D为通道的直径。

在紊流中，线周围的流体来推动的线的前进也如流体本身一样随机地横向运动。线以不确定的方式前进并与通道的侧面相接触。它足够在所述通道内部或在所述通道的出口附近形成至少一个电接触部，用于使线偶尔会获得与所述接触部相同的电势。如果在通道内部或外部形成至少一个另外的接触部，并且在此两个接触部之间有源的连接，则在线中可以有电流的流动。

此电流的流可以简单地用于探测处理通道的特定区域中的线的存在。然而，上述的现象也可以有利地用于切碎线，因为线可能因两个原因而被切断：由电流加热线所产生的“熔断效应”，和/或在线与其中一个接触部之间能够引起的放电的腐蚀效应。

一个简单的实验说明，熔断效应优选地是使用小于20伏的电压源。当熔断效应占优时，线的段可达到过长的长度，这对废料在回收容器中的均匀分布不利。线的温度必须升高到使得它能够熔化。为了实现这一目的，两个电接触部必须很好地建立一段足够长的时间。流体的紊流不能保证建立熔化线所需要的良好接触。在这样的环境下，接触主要以瞬时的方式建立，这解释了在回收容器中线的过长段的存在。

通过提高电源的电压至50伏以上，可以引起腐蚀效应。瞬时的接触足够引起放电，并伴随有空气中的尖裂纹。根据线的移动速度和两接触部之间的距离，线被切碎为不同长度的段。所得到的段的长度不是恒定的，而是遵循一个随机分布律。这非但不是一个缺点，相反地，这一现象允许回收容器内废料的更均匀的分布。

但是，在持续的操作中，腐蚀效应伴随有带噪声的溅射，这将对工作在旁边的人造成不适和问题。因此，该装置应装入隔音的箱中。

此外，使用电压高于20伏的电源需要采取预防措施，以防止人员触电。如果一个或其它的接触部位于线的传输管道外，则此危险上升。由于这一原因，优选将所有的接触部安装在由绝缘材料制成的管道内。

在长持续时间的测试中，能观察到金属氧化物的沉积物出现在接触部周围和接触部上。因此，优选使用金属氧化物不会附着在其上的材料，从而可以用小刷子进行定期的清理。特别是，关于接触部材料，经验表明，使用硬石墨或铜-石墨优于使用金属，例如铜或黄铜。

以下将借助于示例性的实施例和附图来解释本发明。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的，用于将使用过的线从加工区域的出口移至废料回收容器的装置的示意图；

图2是根据本发明的第二实施例的，用于处理使用过的线而电切割位于管出口的线的装置的详图。

图3显示了图2中的装置的一种变型，其设计用于提高线和电流/电压源的两极的接触的概率。在这最后的图中，为了简洁，使用过的线和处理管的出口都没有示出。

具体实施方式

图1显示了本发明的第一实施例的示例。来自加工区域的使用过的线1被两个旋转的金属圆柱2所俘获，此两金属圆柱夹住此线并驱动其向下。在圆柱2的出口，线立即被加工成哨子形状的漏斗状的部件3所传送，其中，部件3在哨子形状处被引入至圆柱2之间。在漏斗3的底部，线通过收敛部4，并在其出口处受到方向向下的强的压缩空气流的作用。此压缩空气流由外部管5供应，管5由箭头示意性地示出。空气流通过环形管道6而被分布于线的周围，环形管道6出来之后形成一系列的喷射器7。喷射器7将压缩空气喷射入朝向底部展开的第二漏斗8的狭窄上部。在空气流的影响下，线向下方9前进，并进入由绝缘材料制成的软管10，软管10以无漏损的方式11连接到漏斗8上。图1中由标号3，4，6，7和8所示的部件仅形成了装置的一个示例性实施例，该装置允许高压流体注入管道，并设计成用于传输线。根据回收容器12的所需要的位置，软管10可以是任何给定的长度。管10的末端13设有金属接头(nipple)14，金属接头14以无漏损的方式15调整适配于该管10上，并包括出口16，在本示例中，此出口的内径等于管13的内径，以这样的方式来避免包括任何易于捕捉到线的不规则性。在另一个变型的实施例中，接头14可以设计带有更窄的内径和无不规则性的内部形状，目的是提高与线接触的概率。金属接头14电连接到电压源17的其中一极上，电压源17的另一极连接到由铜-石墨制成的电刷接触部18上，电刷接触部18摩擦接触其中一个圆柱2，该圆柱2设计成用于驱动该装置上游的线。电压源17能够传输足够高的电流以熔化线，或者传输足够高的电压以引起线和接头14之间的放电。它可以是简单的功率调节的交流电源，并与电网之间电隔离(galvanically isolated)。已到达处理管13出口的线19受到从出口16离开的流体的涡流和旋涡的作用。高压流体的流率必须保持在足够高的值，使得流体流通过接头14时能够获得紊流态。但是，如果在处理通道13内的流体的流率不够高，则可以在出口16的下游或周围设置辅助的流体喷射喷嘴，以便保证足够的搅动，如文献EP1634668的图7a的模型所示。流体的搅动造成线19的不稳定的横向运动，使线19与金属接头14的壁偶发地接触。之后，电流在驱动圆柱2和出口接头14之间的线段中流动，其可用于表明线没有卡在管13的内部。

如已经提到的那样，由于电流，线可能由于两个原因而断开。熔断效应可以使线在从两圆柱2之间的夹点上起始至出口接头14的传输过程中，在任何给定的位置被熔化。在接头14处所产生的火花的腐蚀效应也可足以切断线。这些现象是以随机的方式发生的，并且线被切碎为不同长度的段。线的股20堆积在回收容器12中。

本发明的第二实施例示意性地显示在图2中。前一个实施例包括的缺点希望能用本第二实施例来避免。金属驱动圆柱2既用于传输将能够切断线的电流，也用于传输加工电流。这有与后一基本功能相干扰的危险。因此，在第二实施例中，提供了从加工区域移去的另一电接触，用于载带电流以切断线。另外，根据本实施例，用于线的处理管10，13可以非常长。结果，看到线的过长段的概率上升，这种过长段更难于存储在回收容器12中。

图2显示了图1的详图，但是经过了改进。该改进位于管13的末端，其用于线的传输和处理，显示于图1中虚线21的下面。图2中，显示了同一出口接头14，其用于将线喷向回收容器。但是，在图2中，电流源17和驱动圆柱2之间的电连接被消除。该改进包括引入导电的套管22，其位于出口接头14的上游。此套管22可以是，例如，与出口接头14相似的金属管元件，使得其可以插入到两个绝缘管道之间并调整为可以与它们以无漏损的方式相连。更精确地说，所述中间套管22在上游连接到线传输管的末端13上，在下游连接到另一个绝缘管元件23上，绝缘管元件23本身连接到出口接头14上。在这种情况下，源17在一侧连接到中间套管22上，并在另一侧连接到出口接头14上。在前一个实施例中，线永久地连接到源17的极中的一个上，另一极偶发地连接到线上。在本实施例中，源17的两极中的各极一方面通过中间套管22偶发地连接到线上，另一方面通过出口接头14而偶发地连接到线上。

流体的不稳定的搅动造成了线19的横向运动，这造成线19与中间套管22或金属接头14的壁形成接触。当这两种接触同时发生时，包含在中间套管22和出口接头14之间的线的段上有电流流过。尽管没有持续地连接到源17上，但是，可以观察到，同时接触的概率是非常高的。

在此管道元件内部建立足够紊流的状态以实现所希望的效应是容易获得的。这可以典型地通过三种方式获得：i)通过在位置5处提高流体喷射的压力；ii)通过使传输管13的末端下游的管道收缩；iii)通过在传输管13的末端下游的流通道的几何形状中引入不规则。如所预期的，线被切碎成为变短了的段24，这是因为中间套管22和出口接头14之间的距离变短了。

由此所形成的线切割装置不包括移动部件。此装置是纯粹静止不动态的这一事实在简单性和鲁棒性方面提供了一定的优点。

为了进一步地提高同时接触的概率，当然，以上描述的标号22，23和14的三个部件的布置可以被重复。用这种方式，可以在传输管13的出口获得一连串的相互隔离的金属管，偶次的管连接到源17的一个极上，奇次的管连接到源17的另一极上。

图3显示了本发明的第三实施例。在前一实施例看到，为了提高同时接触的概率，线可被制成从装置的内部通过，此装置包括一连串的相互隔离的金属管以及一连串的引导通道元件(channellingelement)。所述金属管之间越近，则被切碎的线的段越短。

图3中的装置能够使同时接触的概率进一步地提高，以及能够使线的段的长度减小。图显示了两个导电电缆25，26以双螺旋的形式叠绕在虚构的圆柱(未示出)上。该两电缆25，26相互隔离，但是不与在所述虚构的圆柱内传输的线相隔离。该两电缆25，26应被视为固定在绝缘管(未示出)的内表面上，所述绝缘管用于传输高压流体和将被切碎的线。该两电缆25和26各连接电流/电压源17的一个极。双螺旋缠绕得越紧密，绕的匝数越多，则将被切碎的线和该源的一个极或另一极同时连接的概率就越大。

为了概括该第三实施例的原理，可以考虑引导通道元件，在此引导通道元件中，介电流体在紊流态下流动。此流体推动柔软的金属线在引导通道元件内通过。该引导通道元件在其内部部分包括相互电隔离的大量的电接触部对，这些电接触部对设置为可以简单地通过碰触(brush against)的方式传输它们的电压至线，而不妨碍线的前进。一个(或多个)电流/电压源连接到一对(或多对)接触部上，以便在线中形成电流。线能够同时地碰触两个接触部而形成接触部对。在所述管道中出现的以及连接到电流/电压源的两极的接触部对的数量上升，则电刷接触的概率上升。

从加工区域向回收容器传输使用过的线优选地通过管道或管状的引导通道元件按照以上描述进行。当然，问题的解决方案不是唯一的。可以知道，类似的装置采用两个驱动皮带，线运行在此驱动皮带之间。在这种情况下，可以轻易地设想根据本发明的一种装置，例如，其实施了放置在皮带下游的引导通道元件。

Claims (11)

1.用于火花腐蚀加工机的切割装置，其中，在通过加工区域之后，线电极被切碎成被作为废料处理的段，所述装置包括：

用于将使用过的线从所述加工区域向回收容器传输的机构，

至少一个连接到电压/电流源的其中一极上的电接触部，

其特征在于，所述线受到介电流体的作用，所述介电流体的流率足够高以产生紊流态，并且所述线由于流体的随机的横向运动而偶发地碰触所述接触部，并且获得所述接触部的电势。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电流/电压源的另一极连接到位于所述加工区域下游的接触部上。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电流/电压源的另一极连接到位于用于传输所述使用过的线的所述机构下游的接触部上。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述线在引导通道元件内被介电流体推动，所述介电流体以紊流态流动，并且电接触部设置于所述引导通道元件的出口处。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述线在引导通道元件内被以紊流态流动的介电流体推动，并且在所述引导通道元件内设置了电接触部。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括至少一对相互隔离的电接触部，所述电接触部各自连接到电压/电流源的相反极中的一个极上，所述接触部设置于引导通道元件内，在所述引导通道元件内，所述线被紊流态的介电流体所推动。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置包括一连串的引导通道元件，各所述引导通道元件各自包含一对相互隔离的电接触部，所述电接触部各自连接到电压/电流源的相反极中的一个极上。 

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置包括若干个电压/电流源。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置包括以双螺旋叠绕的两个导体形式的一对电接触部，所述两个导体各自连接到电流/电压源的一个极上。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的装置，其特征在于，所述电接触部由石墨或铜-石墨组成。

11.根据权利要求1-9中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置用于在所述线传输的特定区域中探测所述线的存在。 

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