CN1037946C - 线切割固定工件的电蚀机床 - Google Patents

Abstract

一种电火花切割机床，没有工作箱和工作台并且所加工的工件固定不动，装有两个各承载一个加工头的臂，加工头使线电极导向并在电极间喷射加工液，其中一个机台，它由垂直构件组成，构件联结在一起形成一个在一面打开的，像U形的空间；一个横梁，固定安装在该机台的一个或多个构件上并承载两十字滑座系统；若干立柱，直接安装在该机台上支撑工件的夹紧系统；和一个收集器，用于收集位于机台内的电介质加工液和用过的线电极，在夹紧系统之下，该空间是由该机台所围成并从下加工头延伸到该收集器。

Description

线切割固定工件的电蚀机床

本发明涉及一种工件固定的线切割电蚀机床。该机床中装有线电极导向装置的加工头可由加工区任一侧的两平行平面上的两个十字滑座系统操作，而工件被放置和夹紧在支柱上，支柱相对机床主机架固定。线电极通过加工区是不卷绕的，它使槽切入所要加工的工件之中并且根据予定的路线来编程，线电极也可以同时相对加工平面根据予定的角度倾斜。

现有的电火花线切割机床可以分为两种类型：C型或是龙门型(见“金属电蚀加工”  第29至31页The ElektroerosiveMetallbearbeitung.M.Feurer.Würzburg 1983.)。对两种类型来说，主机架由支撑一个收集电介质加工液的工作箱的机台所组成；支柱安装在该箱的底部，以支撑工件紧固装置。

在C型机床中，一个立柱刚性连接到底座上，而两臂(或托架)，每个臂在其端部支撑一伸出立柱的加工头。下臂固定在一适当高度上，使得下加工头能置于工件和工作箱底部之间，而上臂在工作箱之上伸出，垂直移动(Z向运动)使上加工头和工件之间的距离能够调整。加工头和工件之间的相对运动(X、Y方向运动)一般是通过安装在机台上位于工作箱(工件可动)之下的十字滑座系统产生的，如DE-3524377中所述的那样。这个系统也可以结合进立柱(下臂是可动的)。线电极的倾斜(即上加工头沿U和V轴的移动)是通过安装在上臂上的第二个十字滑座系统获得的，该十字滑座或是在支承加工头滑座端头沿Z轴运动，或是在某点连结到立柱上。

在龙门型的机床中，两立柱立在机台的任一侧并且刚性地联到一个横梁上，横梁上装有上臂。两者悬在加工区和工作箱之上。这臂一般能够不仅垂直移动(沿Z轴移动)，使上加工头和工件之间距离可调(和大多数C型机床一样)，而且也可以沿该横梁沿X轴移动。工件大多数可动，至少是沿Y轴可动。然而，加工固定工件的龙门式电火花切割机床是公知的(例如从FR2099848的图1和2可知)。

但是，在C型或是龙门式机床中(工件不动或可动)，U、V运动的剩余量取决X、Y十字滑座系统，或它们的范围受两个并排设置的十字滑座系统(X、Y)和(U、V)的限制(FR-2099848)，没有C型机床或龙门式机床可以加工大斜度。因为它们(U、V)十字滑座系统的范围受到限制。此处两个例外必须注意：日本特许公开61-117018，其公开了二个迭加和独立的十字滑座系统，但没有相应的机床精密结构；及在后面将要指出的专利申请DE-3841314。

龙门结构已知比C型结构具有更好的刚性，稳定性和较少的对振动的敏感性。但是有工件可接近性比C型机床差得多的缺点。这就是为什么龙门式机床一般装有可移动或可伸缩臂的工作箱或在机床上装有可吊箱，以便清理支承工件的工作台和其夹紧系统；或装有相对龙门立柱移动该工作台的装置(这个沿Y轴的相对运动也可通过移动龙门或移动支撑工作箱、工件和夹紧系统的滑座拖板获得)的原因。

在机台上具有不动工件和可吊工作箱的龙门式机床，已被德国专利申请DE-3841314所描述。其优点是龙门结构的刚性和可允许加工大斜面的二迭加和独立的十字滑座系统。但是，为了接受可吊箱，机台上所提供的空间使与公知机床相比增大了机床的占地面积，其缺点是不甚紧凑，因为它总是需要在机台之外备有一个或多个箱，特别用以装电介质液体和用过的线电极。

工件不动的龙门式机床的其他缺点，在上述提到的F R 2099848中已有描述，其中(U、V)  系统的使用取决于(X、Y)系统的C型结构机床的性能优于龙门式机床和一独立于(X、Y)系统的(U、V)系统。所有这些，导致本申请人寻求一种没有上述C型或龙门机床不便的结构。

本发明的目的是通过创造一种线切割机床来纠正这些缺点

——它的机械结构简单，刚性好，特别是使重型工件可进行精密加工；

——有两个完全独立的十字滑座系统设置在工件的任一侧，允许进行斜面切割加工而相关线电极的倾斜角不受任何限制；

——从加工区的所有侧面都可接近工件而加工区尽可能不受阻拦，结果，其优点是在全部机床行程上，与现有相似尺寸的机床相比可加工尺寸大得多的工件；

——比公知的线切割机床紧凑得多，在机台底座之上的加工区之下的全部区域可用于收集用过的线电极和用过的电介质液体；

——“整个独立的”十字滑座系统其意思是指系统间没有任何机械联系。

所以，根据本发明的工件不动的电蚀机床既不包括工作箱也不包括工作台，它装有各承载一加工头的两臂，加工头输导线电极并在电极间喷射加工液，该臂装在两个完全独立的设置在加工平面任一侧面的十字滑座系统上，其特征是：

一个由垂直构件组成的机台，构件联结在一起形成一面打开的像U型的一个空间；

一个紧固在这个机台的一个或多个构件上的并装有两个十字滑座系统的横梁；

直接安装在这个机台上并且支承工件夹紧系统的若干支柱；

一个安装在机台底部的收集器，在夹紧系统之下用以储存用过的电介质加工液和用过的线电极。

这个由机台围成的空间，从下加工头延伸至该收集器，而且是空的。

这是一种没有加工箱和常用工作台的机床。线电极在穿过加工槽和下加工头之后，直接终止在收集器之中并堆积在其底部。这就提供了一种大大简化的机床：它不再需要提供皮带系统或为向机床后面输送电极的压力液体系统。此外，这个容器也收集了电介质液体，特别是收集了为冷却电极和清除废削而由喷咀喷在两加工头所加工的槽之中的电介质液体，并且也可收集在加工件上切割下来的废料。它也可作为一个“污染箱”使用并且因此不再需要提供工作箱的排水系统。

机台的设计不再相应于一种所有侧面密封和顶置工作台的沉箱结构。它只要能够收集用过的电介质加工液和用过的线电极，它因此不笨重。它不再需要提供一个或多个用来装电介质液体和用过线电极的外设箱。在紧固立柱的表面和上加工头之间的全部区域可供工件占用。在三个侧面不存在横向障碍物，加工头的移动不再受工作箱壁的阻碍。上臂可沿Y轴移动，因此能够带着上加工头靠近横梁。工件的夹紧操作非常方便。对给定大小的机床来说，与具有相似大小的公知机床相比，这是一种能够加工高得多，宽得多，长得多(和重得多)工件的机床。

横梁安装在一个或多个机台的例如可动或不动的构件上，根据实施例，最好构成一对称布局。当横梁在下面支撑一个十字滑座系统时，在必要之处机台构件上设置凸肩。这种结构，组成一个或多个龙门，刚性十分好。机台支撑的既不是装满电介质液体的箱，也不是工作台。因此这种结构刚性更好，结构更简单。进一步说，工件不动，不用十字滑座系统的滑座拖板来支承放置其上的重型工件。其加工精度和再现性实际上与工件重量无关。此外，在大多数运行模式中，下臂从十字滑座系统的一个滑座拖板水平伸出，避免了长的凸出物。这确保了整体的刚性和良好的切割精度。

进一步说，龙门结构不仅刚性十分好，而且在不增加机床成本的情况下，具有较宽范围的Z向运动能力的优点。

去掉了工作箱是另一个优点。由于打开或漫不经心地拉出箱所产生的问题，以及防水不良等都避免了。也不再需要任何排放和充加箱内液体(在浸入加工时)的部件和软件。

除上所述之外，公知的还有装在工作箱中电介质的温度变化不是均匀地传给机架的，这使机架变形不可控制。相反，本发明的改变是机床底座浸入作为线电极和用过的电介质液体存储用的箱或收集器中，所有的温度变化都是均匀地传给主机架，由此传给机床所有装置。此外，由于没有工作台和箱体阻碍空气，使空气能通过加工区自由循环。这样加速了由于加工产生的热的消散，并且均衡了各装置的温度，同时排除了由于不同的热膨胀产生的加工头和工件相对位置的变化。由此增加了加工的精度和再现性。

使下加工头沿X₁和Y₁轴运动的十字滑座系统与使上加工头沿X₂和Y₂轴运动的十字滑座系统机械上不相连，线电极实际上可倾斜成任何角度。使上加工头沿垂直的Z轴运动所设计的滑座拖板一般安装在沿X₂和Y₂轴水平运动的十字滑座系统的上滑座拖板上。

作为第一个变型，十字滑座系统可安置成专利申请DOS-3841314中所述的那样，即在单个水平横梁的上下牢固安装在机台的二凸肩上。但本发明不局限于这种实际结构。另一变型，二个横梁中每一个都固定到机台的一个构件上，形成一个U型板凳。一个装在凸肩上并在其底面上装有下臂的十字滑座系统，同时另一个在上面上装有上臂的十字滑座系统。这种同样布局在仅有一个横梁时也能够获得，该横梁装有下臂的十字滑座系统，上臂所用十字滑座系统直接固定到机台构件上，在适当高度上对着下臂。上述的二横梁可以固定到二相邻的机台构件上，一个承担下臂的十字滑座系统，另一个承担上臂的十字滑座系统。变换一下，承载下臂的十字滑座系统的横梁也可以固定到机台的一个构件上，形成一个U形板凳，同时靠近的部件可以直接升起和承载上臂的十字滑台系统。

横梁和十字滑座运动系统的部件可以模块化并且用不同尺寸或材料的其它部件进行互换。机台可以是由单个或几个焊接形成刚性整体的部件组成。部件不一定相互垂直，可以形成或多或少打开的U形。它们可采用各种形式并使用不同的凸缘、凸肩、边等。十字滑座运动系统可以任何公知的设计，其提供耐久的长寿命和高精运动，例如，具有滚针型的导轨、如装有预张紧滚针保持器的W导轨；带有机械、液压或气动装置；带有滑动导轨和滑座拖板；带有如需要时可调的拖板和导轨。它们可以是在所有轴向上装有防撞系统，如可检测出任何大于10公斤的某些不正常力的防撞系统。每个滑座拖板或拖板的实际位置可以由装在移动滑座拖板的丝杠端头的角度编码器测定。在精密数字(光学)线性导轨的帮助下，该导轨能够将路程分切成精密测定的小段，最好使它与小段直接偶合在同一水平上。此外，校正位置的软件，如用精密激光测量X₁，Y₁，X₂和Y₂座标的位置，可以与机床的自动校正通用软件程序一起提供。

一个把用过的线电极切成碎段或折迭，或卷曲的装置，例如那些广泛用于实际中的装置可以固定在下臂或加工头上。

一些有实际优点的实施例如下：

加工区域可以由带动加工头运动的机械装置掩蔽起来，特别是利用隔墙，该墙仅让在端头承载着加工头的臂穿过。前者可以是联结的，如与立在机台后的其他墙连在一起，甚至形成部分双隔间，如在E213中所述的。

一个如E213中所述的带有可横向或垂直滑动部件的由高墙组成的隔间或部件，可以围绕机床结构竖立，若有必要，围绕电介质循环的部件，甚至包围含有脉冲发生器和数控装置的电气柜；一个隔离间可以制成用几个、或全部墙垂直放置以形成一个整体。

一个箱子用来作为线电极和用过的电介质液体的储存器，机台底座，电介质液体循环供给设备浸入其中，这个箱与所有其他机床构件一起，包括有脉冲发生器和数控装置的电气柜，可以安装在同一机架或平板架上。机床的各种构件在制造时，在装配的同时集合在一起，大大便利了该机床的安装。与此同时，对运输也十分方便。它的运转成本减少了，占地面积与类似机床相比极少。

以下，借助附图更详细地描述本机床。它仅只表示了一个操作方法作为一个简单开放端实例。任何对本机床作出的细节或形状的改变，都不损害本发明的精神。

图1是一个本发明机床主机架的前部的简化视图。

图2是一个本机床所有构成，包括设置在单个平板架上的开关柜和数控装置的图。

图3是表示图2中所示机床背后部分的视图。全部三个图中采用同样的标号指同一部件。

图1中所示本发明的机床主机架是由一个由三个垂直侧面1、2、3所组成的底座所组成。侧面1和3，每个都表示出一个凸肩4和5，横梁6置于其上。为了给由拖板7和8组成的十字运动系统以及下臂9提供合适的空间，侧面2比有凸肩的侧面1和3短。底座由Rhenocast(R)(一个商标，指的是乔治。菲科(George Fischer)公司的一种聚合混凝土)制成。稳定不变和防锈的，而且也是一种热和电的绝缘体的这种稳定材料最适于这种使用。因为底座与用过的电介质液体和来自下加工头18的带电的线电极相接触。它的密度仅为具有可比较的热膨胀系数12μm/degree/mn的钢的三分之一。然而，这个底座也能用其他任何公知材料：铸铁，黄铜钢，液体混凝土，陶瓷等来制造。凸肩4和5上的凹槽10和11罩住了运动的丝杠，丝杠可使滑座拖板运动并安装在横梁6的底面上(图1中看不到)。

横梁6是长方形的并且是空的。它通过公知种类的紧固件30、31、32和33固定(后者在图1中看不到)，这些紧固件与凸肩4和5上相应的凹槽相连。横梁在沿上表面和下表面有四条导轨，上表面有导轨12和13，下表面有导轨22和23。其中仅导轨12在图1中可以看得见。它们是予应力的，凸起V型截面的导轨，并安装在中间凸起部分24和25的任一侧。这些导轨使滑座拖板14沿X₂(或U)轴导向以及使滑座拖板7沿X₁(或X)轴导向。这些导轨和相同的十字运动系统的两滑座拖板之间的导轨都是予应力的，V型的，装有滚针保持器。两个滑座拖板7和14中每一个分别与滑座拖板8和15相配合，拖板8和15在垂直于轴X₁和X₂方向上运动。

滑座拖板8被承载下加工头18的下臂9延长了。波纹管37在为冷却加工区和除掉电蚀产生的废料而从加工头喷出的加工液中掩蔽了下臂9。

滑座拖板15被上臂(在图1中看不见)延长了并且承载一个垂直部件16。部件16包含一个公知种类的装置20，图1中仅看得见盖。前者使上加工头19沿Z轴设置的导轨滑动。这个垂直部件也支承着各种线电极供给机构。

横梁6和拖板7、8、14和15是由铸铁制成的。然而它也可为此目的用其他任何公知材料，如焊接钢，铸铁，陶瓷等制成。

两龙门立柱17和21借助于6个构件34被固定在侧面1和3位于凸肩4和5之下的上表面上。它们装有一个适于支承公知类型的夹紧系统元件的一个滑轨，此图所表示的是CT1000系统的槽形滑轨35和36。

一个透明的并可移动的防护墙49侧向围出了区域50，它设置在大槽45的底部和加工头18之间，此处用来堆积用过的线电极。

图2和图3中表示了分别由滑座拖板7和8，14和15组成的两个十字运动系统的操作。能够看到某些驱动滑座拖板7、8、14和15的构件。

上述提到的导轨12、13、22和23的每一个都与一个凸起的V型导轨(在图中看不见)以彼此相配的形式安装于沿滑座拖板7和14上的中间部分凸起的一个侧边，即分别是在滑座拖板14的下侧上的25和滑座拖板7上面的27(图中看不见)的任一侧。

同样，一个中间凸起的部分，支撑两凸起V型侧导轨能够理解是沿着滑座拖板14的上侧和沿滑座拖板7的下侧。这些导轨(图中看不见)与该向上方抬升的滑座拖板8和向下抬升的滑座拖板15上以凹进方式设置的侧面导轨的导轨连接中起作用。

滚针保持器分别置于凸起的导轨12、13、22、23和与它们相匹配的凹形导轨之间，以及分别置于滑座拖板8和7和滑座拖板15和14的导向的导轨之间。滑座拖板7、8、14、15中的每个沿这些导轨的运动由丝杠推动，丝杠通过皮带连到一个电机上，分别用于滑座拖板14和7的丝杠28和29和电机40和41(见图2)，以及分别用于滑座拖板15和8的丝杠38和39，以及电机42和43(见图3)。电机40和41隐蔽在横梁6之中。电机42和43是由机床的数控装置控制的。因此，滑座拖板7和14的横向移动，平行于前平面，在横梁6之上并且分别沿X₁和X₂轴；同时滑座拖板8和15沿垂直于前平面，分别在拖板7之下并且沿Y₁轴以及在滑座拖板14之上并沿Y₂轴移动。

因此，加工头18和19可以相对工件采取任何位置，彼此独立。线电极在有400毫米高的工件上倾斜超过30°是可能的。下加工头的横向运动仅仅受底座侧面1和3内面的限制。上加工头19仅仅受横梁长度的限制。加工头18和19沿Y₁和Y₂的运动仅仅受到它们厚度的限制，而上加工头19的运动受滑座拖板16厚度的限制。

在这个实例中，两个十字运动系统7、8和14、15是一样的。它们沿X和Y的行程分别为400mm和250mm。加工一个高达400mm，长850mm，宽500mm和重量超过500kg的工件是可能的。

如图2和图3所示，机床底座和电源及电介质液再循环的必需部件，如滤波电池44，通风装置48都装在大槽45之内。后者和包括脉冲发生器和数控装置的开关柜46固定在一个普通平板47上。

这个机床事实上十分紧凑(3.2m)，它占地面积1.8m×1.6m，高2.23m。

二个线性光学规50和51能从横梁6的背后看见，它们能够对行程上的每个滑台拖板精确定位。

对工件来说，能够精密地确定工件的有效切割路线。压力传感器(图中看不见)提供冲洗压力的信号。

最后，我们愿意指出，长60mm的工件能够以250mm²/mm速度利用层压的直径为0.3mm的线电极加工。

Claims (12)

1.一种电火花切割机床，所加工的工件固定不动，装有两个各承载一个加工头的臂，加工头使线电极导向并在电极间喷射加工液，所述两臂安装在位于加工面两侧边的两个完全独立的十字滑座系统上，其特征在于：

一个机台，它由垂直构件组成，构件联结在一起形成一个一面打开的，像U形的空间；

一个横梁，固定安装在该机台的一个或多个构件上并承载两十字滑座系统；

若干立柱，直接安装在该机台上支撑工件的夹紧系统；和

一个收集器，用于收集位于机台内的电介质加工液和用过的线电极，在夹紧系统之下，在机台构件底下，

该空间是由该机台所围成并从下加工头延伸到该收集器，并且是空的。

2.根据权利要求1所述的机床，其特征是所述两个十字滑座系统是迭加的并且安装在水平横梁的各一侧，横梁牢固安装在该机台构件上使其构成一龙门。

3.根据权利要求1所述的机床，其特征是承载下加工头的该臂由其十字滑座系统的该滑座或拖板中之一作水平的扩展，该滑座或拖板根据一予定路径使该加工头沿X₁和Y₁运动。

4.根据权利要求1所述的机床，其特征为为使该电极线按编程角度作变化而根据一个预定路线沿轴X₂和Y₂移动该上加工头所供备的十字滑座系统，与为沿轴X₁和Y₁移动该下加工头所供备的十字滑座系统是一样的。

5.根据权利要求1所述的机床，其特征为还包括一个设计成使上加工头沿Z轴运动的装置，该加工头安装在为使其沿X₂和Y₂轴作水平运动所设计的该十字滑座系统的上拖板上。

6.根据权利要求1所述的机床，其特征为使该上加工头作垂直运动的所述装置的运动，而在上加工头的由0到至少400毫米之间的这段距离上的控制是可编程的。

7.根据权利要求1所述的机床，其特征是其中每个十字滑座系统都是可从它被安装的横梁的一端自由地运动到另一端而无任何阻碍，诸如可能限制其运动的工作箱的边。

8.根据权利要求1所述的机床，其特征是该十字滑座系统为使线电极倾斜等于或大于30°，而足可使加工头间的相对位置作相应的调整。

9.根据权利要求1所述的机床，其特征是用于线电极和用过的电解质液体的收集器是一个机台的底座浸入其中的箱。

10.根据权利要求9所述的机床，其特征是这个箱是安装固定在平板架上，机床其他部件，包括装有脉冲发生器和数控装置的一个或多个电气柜也装在其上。

11.根据权利要求1所述的机床，其特征是还包括一个隔墙，其布局仅使端部装有加工头的臂穿过，因此把十字滑座系统和带动它们的机械装置隔开而形成一个加工区。

12.根据权利要求9和/或10所述的机床，其特征是还包括围进所述箱和机台，并且也可以是围进装有该机床所有其他部件的平板的一个隔间。

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