CN105215492B - 并行放电多电极运丝机构与均衡放电控制方法 - Google Patents

Abstract

一种并行放电多电极运丝机构及其均衡放电控制方法，该运丝机构含有独特的轴向多段式储丝筒与多线集聚切割导轮组。其中轴向多段式储丝筒是实现多电极同步收放线的关键部件，它可把多根电极丝相互隔离地缠绕在同一个储丝筒上，从而实现多根电极丝的相互绝缘与高速同步往复走丝；其中的多线集聚切割导轮组含有多导轮错位排布式、多槽导轮式与混合式三种结构，可分别适应切片薄、一致性高、切割线多等多线切割需求。本发明不仅能够极大地提高电火花线切割加工效率，而且具有设备结构简单、线间距可调、使用寿命长、运行平稳可靠、加工质量好等优点。

Description

并行放电多电极运丝机构与均衡放电控制方法

技术领域

本发明涉及一种电火花加工技术，尤其是一种电火花线切割机床运丝技术，具体地说是一种并行放电多电极电火花线切割机床运丝机构与均衡放电控制方法。

背景技术

电火花线切割加工的基本工作原理是利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属，最终达到切割成型的目的。运丝机构是电火花线切割机床中最为重要的机械装置，它负责带动电极丝沿其轴向移动。运丝方式有高速走丝与低速走丝两种类型，其中高速走丝机构中的电极丝可循环反复使用，低速走丝中的电极丝只使用一次。

电火花线切割加工方法加工精度高，刀具与材料损耗小，又由于加工过程中不存在宏观切削力，因此电火花线切割加工方法非常适合于高硬度的金属材料与硬脆的半导体材料的加工。但是，通常电火花线切割的加工效率是比较低的，难以满足日益增长的工业加工需求。为提高加工效率，有人提出将传统电火花线切割机床中的单根电极丝经过反复缠绕形成多根平行切割线的方法。这种方法可在一定程度上提高放电加工效率，但由于各段切割线在电路上是短路连接，在某个加工瞬间实际上只有一个脉冲放电点，并没有真正实现多点同时放电，因此加工效率提升有限。在此情况下，本发明提出采用独立供电且相互绝缘的多根电极丝组成平行切割线网的方案，实现真正意义的并行放电，从而大幅度提高加工效率。由于传统电火花线切割机床的运丝机构只能安装一根电极丝，为了让多根电极丝同步地走丝、收线与放线，必须设计新的多电极运丝机构，同时需保证在运丝时多根电极丝保持绝缘，还需克服多根电极丝放电加工时在速度上的相互牵制与放电耦合干扰问题，这就有相当的技术难度。为此，本发明设计研制了新型的并行放电多电极电火花线切割机床运丝机构，并提出了实现多根电极丝均衡放电的控制方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有的电火花线切割机床不能实现多丝同时加工而造成效率低，加工成本高的问题，设计一种能同时实现多丝切割的装置，同时发明一种相应的均衡放电控制方法。

本发明的技术方案之一是：

一种并行放电多电极电火花线切割机床运丝机构，其特征在于它包括一个参与放电加工的每一根电极丝在物理上始终相互绝缘，并行放电，多根电极丝能同时切割的轴向多段式储丝筒，所述的储丝筒根据电极丝数量分成绝缘的多段的圆柱体，每根电极丝分别均匀地缠绕在对应的一段圆柱体上，当储丝筒旋转时，每根电极丝在储丝筒的带动下同步地收线与放线；储丝筒上的每一根电极丝分别安装一个独立的张紧机构，并通过所述的张紧机构直接或通过独立的移位与换向导轮组将电极丝引入多线集聚切割导轮组中，由多线集聚切割导轮组将电极丝按一定间距紧密集聚在一起，形成多根平行切割线，经过多线集聚切割导轮后的电极丝再直接或通过移位与换向导轮组返回到储丝筒上。

所述的储丝筒包括转轴，转轴上安装有多组由套筒、绝缘轮毂、绝缘密封圈、定位轮、轴键与紧固螺钉组成的绕丝筒，绕丝筒的数量与电极丝的数量相等；每个绝缘轮毂与定位轮相连，定位轮通过轴键与紧固螺钉固定在转轴上，套筒固定在相邻的两个绝缘轮毂上，绝缘密封圈安装在相邻的套筒之间以实现相邻绕丝筒之间的电气绝缘；多段套筒通过轮毂相互连接形成一个完整的圆柱形储丝筒；使用前需对该储丝筒进行整体磨削与平衡校准。

所述的张紧机构由导入轮、导出轮与张紧轮组成，导入轮、导出轮与张紧轮的轮轴都与储丝筒的转轴平行，它们的端面均处于与储丝筒的轴线相垂直的同一个平面上并与各自的轴承基座保持绝缘。

当电极丝的总数为偶数时，电极丝平分成两半，分别从左、右两路平行地布线，每根电极丝经过移位与换向导轮组后分别引到储丝筒或张紧机构的导入轮上；当电极丝的总数为奇数时，将中间的电极丝单独通过一个平行于储丝筒的导轮后直接引到储丝筒或张紧机构的导入轮上，依靠该导轮的轮槽定位作用保证其在运行过程中与其左右两侧的电极丝不发生接触，以便实现每一根电极丝在物理上始终相互绝缘与平稳走丝。

为保证电极丝在三维空间任意布线而不脱线可靠运行的移位与换向导轮组由三个按特定方位安装的导轮组成，其中第1个导轮与第2个导轮的轮轴相互垂直，且第2个导轮的轮槽圆周边缘与第1个导轮的轮槽圆周所确定的竖直平面A相切，第1个导轮的轮槽圆周外缘与第2个导轮的轮槽圆周所确定的水平面B相切；第3个导轮的轮槽圆周与第2个导轮的轮槽圆周处于同一个平面B内；通过调整第2个与第3个导轮的中心距来改变电极丝的横向移位距离；通过调整电极丝在经过第1个导轮或第3个导轮时的切入角度并保证电极丝始终处在平面A或平面B内来改变电极丝的连接方向。

所述的多线集聚切割导轮组包括多导轮错位排布式、多槽导轮式与混合式三种结构形式；所述的多导轮错位排布式的结构形式为：每根电极丝的切割定向导轮都由上、下两个导轮组成，导轮均为单槽导轮，绕线后，多根电极丝形成不重叠不交叉的平行框式包络结构，每个切割定向导轮的轮轴水平平行分布，处于不同的高度，各个导轮相互绝缘，各个导轮的轴向伸出长度通过螺纹推杆机构调节以保证用于切割的多根平行电极丝之间的距离能调节到所需的数值，并进而实现工件的超薄切割，且切割过程中电极丝的位置牢固稳定，不会从导轮轮槽中脱落；所述的多槽导轮式的结构形式为：只有上、下两个导轮，它们按轮轴水平平行放置且端面平齐，每个导轮均为多槽导轮，多槽导轮的表面进行了设有绝缘层，以保证相邻槽之间电气绝缘，导轮的槽数与电极丝的总数相等，导轮轮槽的间距由所需切片的厚度确定；所述的混合式多线集聚切割导轮组的形式为上述多导轮错位排布式与多槽导轮式的结合，对于部分电极丝，将原来单槽的上、下导轮换成多槽导轮，并在其后侧增加两个用于回绕的多槽导轮，通过反复环绕使原来的单根切割线变成多根平行的切割线，从而进一步增加电火花切割线的总数。

本发明的技术方案之二是：

一种并行放电多电极电火花线切割机床运丝机构的均衡放电控制方法，其特征在于：1）各个电极独立供电，即每一根电极丝配备一个高频直流脉冲电源，其正极与其它脉冲电源的正极短接在一起并连接到工件，其负极经过大功率晶体管连接到电极丝，各个晶体管的开关状态由其输入端的脉冲信号电平高低控制，各路控制脉冲信号相互独立；2）当检测到多根电极丝之间出现切割速度不协调或切缝不均匀时，通过以下两种方法之一实现各电极丝的均衡放电：一是在各路控制脉冲的频率与相位都相同的前提下，调整各路控制脉冲的宽度，令放电间隙小的电极丝所对应的控制脉冲的宽度增大，令放电间隙大的电极丝所对应的控制脉冲的宽度减小，当各根电极丝的放电间隙相同时，使各种控制脉冲信号恢复相同的脉冲宽度；二是以放电间隙小的电极丝所对应的控制脉冲信号为基准，周期性地削减其它种控制脉冲信号的脉冲数量，放电间隙越大的电极丝所对应的控制脉冲信号所削减的脉冲数量越多，当各根电极丝的放电间隙相同时，停止脉冲削减，使各种控制脉冲信号在单位时间内输出的脉冲数量相同。

本发明的有益效果是：

1）凭借本发明的运丝机构，可实现多根电极丝高速同步地往复走丝、收线与放线，改变传统的电火花线切割机床只能安装一根电极丝的局面，相对于采用一根电极丝缠绕多圈形成多条平行切割线的方案，可实现真正意义上的多点并行放电，从而能够大幅度地提高电火花线切割加工效率。

2）与收线、放线分开的运丝方案相比，本发明的运丝机构具有设备结构简单、同步动作可靠等优点。

3）所提出的一套用于电极丝布线、张紧的方法，从原理上保证了多根电极丝能够长期稳定运行而不会产生脱线现象，而且电极丝使用寿命长，运丝机构结构紧凑，布线所占有空间小。

4）提出的多导轮错位排布式多线集聚切割导轮组结构，只需使用普通的单槽导轮，可节省订制专用导轮的费用，且线间距可调，能够切割出超薄的切片。

5）提出的多槽导轮式多线集聚切割导轮组结构，可适应厚度一致性高的切片加工要求，加工精度高，稳定性好。

6）提出的混合式多线集聚切割导轮组结构，可在需要更多独立切割的电极丝而安装空间受限的情况下，有效地增加平行切割线的数量，以较高的性能价格比获得高质量高效率的加工能力。

7）提出的对多根电极丝进行独立供电、脉冲削减、脉宽调制等均衡放电控制的方法，可使得多根电极丝的切割速度相互协调，保证进给速度同步与切缝均匀。

附图说明

图1为图1 轴向分段式储丝筒结构图。

图2 为移位换向导轮组的布置方法原理。

图3 为多导轮错位排布式多线集聚切割导轮组结构。

图4为多槽导轮式多线集聚切割导轮组结构。

图5 为混合式多线集聚切割导轮组结构。

图6 为多电极并行放电的脉冲电源电路原理图。

图7 为调节脉冲宽度方式实现均衡放电的波形图。

图8为周期性削减脉冲数量方式实现均衡放电的波形图。

图9 为采用多导轮错位排布式切割导轮组的运丝机构实施例图。

图10为采用多槽导轮式切割导轮组的运丝机构实施例图。

图11为采用混合式切割导轮组的运丝机构实施例图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-11所示。

与传统电火花线切割机床只有一根电极丝不同，本发明采用多根电极丝，通过多线集聚切割导轮组将全部电极丝按一定间距紧密集聚在一起，构成一组平行切割线。电极丝之间在物理上相互绝缘，每根电极丝独立供电，由此达到多根电极丝并行放电、同时切割。储丝筒（又称运丝筒）是电火花线切割机床的重要部件。为了让多根电极丝同步地走丝、收线与放线，本发明设计了如图1所示的轴向分段式储丝筒。该储丝筒根据电极丝数量分成绝缘的多段等长的圆柱（如果有N根电极丝就分成N段圆柱，如图1所示），每根电极丝分别均匀地缠绕在其中一段圆柱上。这样，当储丝筒旋转时，每根电极丝在储丝筒的带动下可同步地收线与放线。

为了满足电极丝之间的电气绝缘要求，所发明的储丝筒的具体结构为：由转轴101、绝缘轮毂102、分段套筒103、绝缘密封圈104、定位轮105、轴键106、径向紧固螺钉107、轴向紧固螺钉108组成，如图1所示。绝缘轮毂102（包括102A、102B、102C、…，102N）通过定位轮105及其径向紧固螺钉107与轴向紧固螺钉108固定套装在转轴上。每两个轮毂间嵌装一段套筒（如图1中的102A与102B之间嵌装一段套筒103A），套筒之间不接触。多段套筒通过轮毂相互连接形成一个完整的圆柱形储丝筒。为保证储丝筒的回转精度与转动平稳性，在使用前需对储丝筒进行整体磨削与平衡校准；为避免灰尘与油污进入各段套筒之间的空隙破坏绝缘性能，在储丝筒的每两个套筒（如图1中的103A与103B）之间安装一个绝缘密封圈（如图1中的104A）。

为了使得每一根电极丝在物理上始终相互绝缘与平稳走丝，本发明提出一套电极丝张紧方法： 1）每一根电极丝分别安装一个独立的张紧机构；2）将张紧机构安装在储丝筒与后续导轮组之间，由此保证张紧机构具有足够的安装空间，从而避免各根电极丝发生短路接触；3）张紧机构由导入轮、导出轮与张紧轮组成，每个导轮的轮轴都与储丝筒的转轴平行，每个导轮的端面处于与储丝筒的轴线相垂直的同一个平面上；4）张紧机构的每一个导轮与它的轴承基座保持绝缘，避免电极丝经过导轮与运丝机构的基体与其它电极丝发生短路。

电极丝从储丝筒引出，经过大量的导轮移位或换向之后集聚到工件的切割口，再返回到储丝筒上。在这个电极丝布置规划过程中，每一根电极丝必须在物理上始终相互绝缘，并且运动平稳，不允许发生断丝或脱线现象。为此，本发明提出如下的多电极电火花线切割机床运丝机构的布线方法：当电极丝的总数为偶数时，将电极丝平分成数量相等的两半，分别从左、右两路平行地布线，每根电极丝经过移位与换向导轮组后分别引到储丝筒或张紧机构的导入轮上；当电极丝的总数为奇数时，将中间的电极丝单独通过一个平行于储丝筒的导轮后直接引到储丝筒或张紧机构的导入轮上，依靠该导轮的轮槽定位作用保证其在运行过程中与其左右两侧的电极丝不发生接触，余下的其它电极丝则按照上述当电极丝的总数为偶数时的方法进行布线。

由于处于切割位置的平行切割线的间距很小，而缠绕在储丝筒上的多根电极丝的距离很大，加上电极丝必须为安装张紧机构与进电块等零部件腾出空间，因此在多电极电火花线切割机床运丝机构中必须通过一系列的移位与换向导轮才能实现多根电极丝从小间距到大间距的切换以及三维空间任意方向布线。为了避免多根电极丝在移位与换向时发生短路接触或脱线现象，本发明提出如下的移位与换向导轮组布置方法：如图2所示，导轮组由三个按特定方位安装的导轮组成，其中第1个导轮与第2个导轮的轮轴相互垂直，且第2个导轮的轮槽圆周边缘与第1个导轮的轮槽圆周所确定的竖直平面A相切，第1个导轮的轮槽圆周外缘与第2个导轮的轮槽圆周所确定的水平面B相切；第2个与第3个导轮的轮槽圆周处于同一个平面B内。这样，就保证了电极丝在运动过程中不会受到偏离轮槽中心线方向的分力作用，始终紧贴导轮的轮槽，避免了脱线现象的发生。通过调整第2个与第3个导轮的中心距，即可改变电极丝的横向移位距离；通过调整电极丝在经过第1个导轮或第3个导轮时的切入角度并保证电极丝始终处在平面A或平面B内，即可任意改变电极丝的连接方向且不会发生脱线现象。

运丝机构最终需要将多根电极丝集聚到接近工件的切割口位置，并形成一组细密的平行切割线，从而将工件一次切割成多个薄片。为此，本发明设计了三种结构形式的多线集聚切割导轮组：一是多导轮错位排布式，二是多槽导轮式，三是第一种与第二种形式的结合，称为混合式。这三种结构形式分述如下：

多导轮错位排布式的具体结构形式如图3所示：每根电极丝的切割定向导轮都由上、下两个导轮组成（例如在图3中，电极丝w1的切割定向导轮由上导轮201与下导轮206组成，电极丝w2的切割定向导轮由上导轮202与下导轮205组成，电极丝w3的切割定向导轮由上导轮203与下导轮204组成），导轮均为单槽导轮。绕线后，多根电极丝形成不重叠不交叉的平行框式包络结构。每个切割定向导轮的轮轴水平平行分布，处于不同的高度。各个导轮相互绝缘。各个导轮的轴向伸出长度可通过螺纹推杆机构调节。这样，用于切割的多根平行电极丝之间的距离可以调节成非常微小的数值，从而实现工件的超薄切割，且切割过程中电极丝的位置牢固稳定，不会从导轮的轮槽中脱落。

多槽导轮式的具体结构形式如图4所示：只有上、下两个导轮（如图4中的导轮水平平行放置301与导轮302），它们按轮轴水平平行放置且端面平齐。每个导轮均为多槽导轮。为了避免多根电极丝之间发生短路，多槽导轮的表面进行了特殊的表面处理，如热喷涂陶瓷涂层等，使之形成绝缘层。导轮的槽数与电极丝的总数相等，有多少根电极丝并行切割，就在导轮开设多少个槽（如图4中有w1、w2、w3三根电极丝，因此导轮301与导轮302都开有三个槽）。由于导轮轮槽的间距决定了电极丝的间距，进而决定了线切割所得到的薄片的厚度，因此导轮轮槽的间距根据所需切片的厚度确定。

混合式多线集聚切割导轮组的形式为上述多导轮错位排布式与多槽导轮式的结合。具体结构形式如图5所示：对于部分电极丝，将原来单槽的上、下导轮换成多槽导轮，并在其后侧增加两个用于回绕的多槽导轮，通过反复环绕使原来的单根切割线变成多根平行的切割线，从而进一步增加电火花切割线的总数。例如，在图5中，共有三根电极丝w1、w2与w3，为了获得更多的并行切割线，针对其中的电极丝w1与w3进行切割线扩展,将原来的四个单槽导轮2、4、6、8都换成双槽导轮，并在其后侧再增加1、3、5、7四个双槽导轮，电极丝w1经过导轮1、2、4、3后再次回绕到导轮1，然后再经过导轮2、4后从导轮3引出去，这样电极丝w1织构出了两根切割线。同样，电极丝w3经过导轮5、6、7、8两圈缠绕后也得到了两根切割线。于是，并行切割线总数由原来的三根增加到五根。

为了克服多根电极丝放电加工时在速度上的相互牵制与放电耦合干扰问题，本发明提出了如下的多根电极丝均衡放电控制方法：

1）为每一根电极丝单独配备一个高频直流脉冲电源，其正极与其它脉冲电源的正极短接在一起并连接到工件，其负极经过大功率晶体管连接到电极丝，各个晶体管的开关状态由其输入端的脉冲信号电平高低控制，各路控制脉冲信号相互独立。如图6所示，3根电极丝分别由直流电源1、直流电源2与直流电源3供电，这3个电源的正极联接在一起，负极分别晶体管1、晶体管2与晶体管3后连接到电极丝1、2与3上。控制端1、控制2与控制3分别为控制脉冲信号的输入端，当输入脉冲呈现高电平时，相应的晶体管处于导通状态；当脉冲呈现低电平时，相应的晶体管处于截止状态。

2）当检测到多根电极丝之间出现切割速度不协调或切缝不均匀时，通过以下两种方法之一实现各电极丝的均衡放电：

一是在各路控制脉冲的频率与相位都相同的前提下，调整各路控制脉冲的宽度，令放电间隙小的电极丝所对应的控制脉冲的宽度增大，令放电间隙大的电极丝所对应的控制脉冲的宽度减小，当各根电极丝的放电间隙相同时，使各种控制脉冲信号恢复相同的脉冲宽度。如图7所示，3个脉冲电源发出的脉冲的频率是相同的，初相位也对齐，但脉冲宽度不同，其宽度根据放电间隙的大小进行实时调整。

二是以放电间隙小的电极丝所对应的控制脉冲信号为基准，周期性地削减其它种控制脉冲信号的脉冲数量，放电间隙越大的电极丝所对应的控制脉冲信号所削减的脉冲数量越多，当各根电极丝的放电间隙相同时，停止脉冲削减，使各种控制脉冲信号在单位时间内输出的脉冲数量相同。如图8所示，单位时间内3个脉冲电源发出的脉冲数量不同，由于电极丝3的放电间隙最小，因此其控制脉冲信号最密集。其它两根电极丝由于放电间隙较大，因此需以脉冲电源3的脉冲信号为基准适当减小其输出脉冲的数量，其中脉冲电源2是在脉冲电源3的脉冲信号基础上，每2个脉冲削减了1个脉冲；脉冲电源1是在脉冲电源3的脉冲信号基础上，每3个脉冲削减了2个脉冲。从图8可见，削减之后，凡是脉冲电源1与脉冲电源有脉冲出现的地方，其相位仍然是与脉冲电源3对齐的。且每经过6个周期后，三个脉冲电源的脉冲信号的相位都是对齐的。这样，可在调整各根电极丝的放电强度、协调它们的进给速度的同时，可将脉冲信号密集的电极丝在电火花放电时对其它电极丝的电火花放电所产生的电场、热场、力场的耦合影响降低到最小程度。

为了进一步说明本发明的技术方案，下面结合具有3根电极丝的电火花线切割机床运丝机构进行举例说明。

图9所示为采用多导轮错位排布式切割导轮组的运丝机构实施方案图。储丝筒沿轴向分为A、B、C三段，每段之间是相互绝缘的。三根电极丝分别缠绕在这个储丝筒的三段套筒上。每根电极丝的收线与放线位置位于其所在套筒的中间。当储丝筒旋转时，三段直径相同的套筒便一同旋转，从而带动三根电极丝一起同步地往复走丝、收线与放线。

图9右边工件上方与下方的导轮1-6即为错位排布式切割导轮组，这些导轮将3根电极丝集聚到接近工件的切割口位置，并形成3根细密的平行切割线，这样就可以将工件一次切割成3个薄片（由于工件安放在可以移动的XY工作台上，因此切割出来的薄片可能是平面薄片，也可能是直纹曲面薄片）。

根据本发明提供的技术方案，由于本例中电极丝总数为奇数，因此将处于中间位置的电极丝单独通过一个平行于储丝筒的导轮16后引到由导轮13、14、15组成的张紧机构的导入轮15上或通过一个平行于储丝筒的导轮29后直接引到储丝筒上，依靠导轮16与导轮29的轮槽定位作用保证电极丝在运行过程中与它左右两侧的电极丝不发生接触。剩下的两根电极丝则分成左、右两路分别平行地布线，每根电极丝经过移位与换向导轮组后分别引到储丝筒或张紧机构的导入轮上。

具体布线实施方案为：

对于A段储丝筒上缠绕的电极丝，其首先经过由导轮7、8、9组成的张紧机构，再经过由导轮10、11、12组成的移位与换向导轮组，最后到达切割导轮6，然后又按照相似的路线从导轮1开始经过导轮28、再经过由导轮25、26、27组成的移位与换向导轮组返回到A段储丝筒。

对于B段储丝筒上缠绕的电极丝，由于它处于储丝筒的中间，其收线与放线位置与切割导轮2、5是对齐的，因此它在经过由导轮13、14、15组成的张紧机构后，无需进行横向移动，直接再经过换向导轮16、17后即到达切割导轮5，然后又按照相似的路线从导轮2开始经过导轮30、再经过导轮29换向后返回到B段储丝筒。

对于C段储丝筒上缠绕的电极丝，其首先经过由导轮18、19、20组成的张紧机构，再经过由导轮21、22、23、24组成的移位与换向导轮组，最后到达切割导轮4，然后又按照相似的路线从导轮3开始经过换向导轮34、再经过由导轮31、32、33组成的移位与换向导轮组返回到C段储丝筒。

由图9可见，每一根电极丝分别安装了一个独立的张紧机构，这些张紧机构处在储丝筒与后续导轮组之间，由此保证了张紧机构具有足够的安装空间，有效避免了多根电极丝之间发生短路接触。

进一步分析本例中的电极丝布线情况可见，由于处于切割位置的平行切割线的间距很小，而缠绕在储丝筒上的3根电极丝的距离很大，因此从张紧机构（如导轮7、8、9）出来的电极丝必须通过移位与换向导轮组才能连接到切割导轮6上。为此，对于A段储丝筒上缠绕的电极丝，使用了由导轮10、11、12组成的移位与换向导轮组。该导轮组中的导轮10与导轮11的轮轴相互垂直，且导轮11的轮槽圆周边缘与导轮10的轮槽圆周所在的竖直平面相切，导轮10的轮槽圆周外缘与导轮11的轮槽圆周所在的平面相切；导轮11与导轮12的轮槽圆周处于同一个平面内。这样，就保证了电极丝在运动过程中不会受到偏离轮槽中心线方向的分力作用，始终紧贴导轮的轮槽，避免了脱线现象的发生。通过调整导轮11与导轮12的中心距，即可使电极丝由张紧机构的三个导轮7、8、9所在平面的位置横向移动到切割导轮6所在的平面位置。移位之后，从面向储丝筒方向看，导轮11与导轮12轮槽圆周的边缘的水平距离正好等于A段储丝筒的电极丝在储丝筒上的起绕点到储丝筒中点的距离。这就保证了该电极丝从离开储丝筒到进入导轮7或者从离开导轮12到进入导轮6的过程中，始终处于该导轮的轮槽圆周所在的平面内，因而不会发生脱线现象。

此外，A段储丝筒的电极丝所经过的导轮12-6-1-28连线、B段储丝筒的电极丝所经过的导轮17-5-2-30连线与C段储丝筒的电极丝所经过的导轮24-4-3-34连线形成了不重叠不交叉的平行框式包络结构。

由图9还可见，每个切割定向导轮1、2、3、4、5、6的轮轴水平平行分布，处于不同的高度，它们之间相互绝缘。各个导轮的轴向伸出长度可分别通过螺纹推杆机构34、35、36、37、38、39调节。这样，用于切割的多根平行电极丝之间的距离可以调节成非常微小的数值，从而实现工件的超薄切割，且切割过程中电极丝的位置牢固稳定，不会从导轮的轮槽中脱落。

图10所示为采用多槽导轮式的切割导轮组的运丝机构实施方案图。其轴向分段式储丝筒、电极丝的布线与张紧方案均与前述采用多导轮错位排布式切割导轮组的运丝机构实施方案相同。所不同的是，3根电极丝直接经过具有3个线槽的切割导轮。为了避免多根电极丝之间发生短路，该三槽导轮的表面进行了热喷涂陶瓷涂层处理，陶瓷涂层是绝缘体，因此缠绕在其上的3根电极丝不会发生短路。该导轮轮槽的间距根据所需切片的厚度确定为0.4-2mm。

图11所示为采用混合式切割导轮组的运丝机构实施方案图。其轴向分段式储丝筒、电极丝的布线与张紧方案均与前述采用多导轮错位排布式切割导轮组的运丝机构实施方案相同。所不同的是，对于A段与C段储丝筒的电极丝，将原来的单槽导轮1、3、4、6换成了双槽导轮，并在其后侧对应增加用于回绕的双槽导轮7、9、10、8，通过多环绕1圈使原来的单根切割线变成2根平行的切割线，从而使电火花并行切割线的总数由原来的3根增加到5根。

在对多根电极丝均衡放电控制方面，实施例中采用了前述的技术方法，首先为每一根电极丝单独配备一个脉冲电源，其正极与其它脉冲电源的正极短接在一起并连接到工件，其负极分别经过大功率晶体管连接到电极丝，各个晶体管的开关状态由其输入端的脉冲信号电平高低控制，各路控制脉冲信号相互独立。当检测到多根电极丝之间出现切割速度不协调或切缝不均匀时，通过前述的脉冲削减或脉宽调制技术调整各根电极丝的放电强度，最终达到弱化耦合、速度同步与切缝均匀的效果。

本发明的具体实施方式中凡未涉到的说明属于本领域的公知技术，可参考公知技术加以实施。

本发明所述技术与方法已经在自行研制的多电极电火花线切割机床上进行了反复的试验验证，取得了良好的试用效果。

以上具体实施方式及实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种并行放电多电极电火花线切割机床运丝机构，其特征在于它包括一个参与放电加工的每一根电极丝在物理上始终相互绝缘，并行放电，多根电极丝能同时切割的轴向多段式储丝筒，所述的储丝筒根据电极丝数量分成绝缘的多段的圆柱体，每根电极丝分别均匀地缠绕在对应的一段圆柱体上，当储丝筒旋转时，每根电极丝在储丝筒的带动下同步地收线与放线；储丝筒上的每一根电极丝分别安装一个独立的张紧机构，并通过所述的张紧机构直接或通过独立的移位与换向导轮组将电极丝引入多线集聚切割导轮组中，由多线集聚切割导轮组将电极丝按一定间距紧密集聚在一起，形成多根平行切割线，经过多线集聚切割导轮后的电极丝再直接或通过移位与换向导轮组返回到储丝筒上；所述的储丝筒包括转轴，转轴上安装有多组由套筒、绝缘轮毂、绝缘密封圈、定位轮、轴键与紧固螺钉组成的绕丝筒，绕丝筒的数量与电极丝的数量相等；每个绝缘轮毂与定位轮相连，定位轮通过轴键与紧固螺钉固定在转轴上，套筒固定在相邻的两个绝缘轮毂上，绝缘密封圈安装在相邻的套筒之间以实现相邻绕丝筒之间的电气绝缘；多段套筒通过轮毂相互连接形成一个完整的圆柱形储丝筒；使用前需对该储丝筒进行整体磨削与平衡校准。

2.根据权利要求1所述的并行放电多电极电火花线切割机床运丝机构，其特征在于所述的张紧机构由导入轮、导出轮与张紧轮组成，导入轮、导出轮与张紧轮的轮轴都与储丝筒的转轴平行，它们的端面均处于与储丝筒的轴线相垂直的同一个平面上并与各自的轴承基座保持绝缘。

3.根据权利要求1所述的并行放电多电极电火花线切割机床运丝机构，其特征在于：当电极丝的总数为偶数时，电极丝平分成两半，分别从左、右两路平行地布线，每根电极丝经过移位与换向导轮组后分别引到储丝筒或张紧机构的导入轮上；当电极丝的总数为奇数时，将中间的电极丝单独通过一个平行于储丝筒的导轮后直接引到储丝筒或张紧机构的导入轮上，依靠该导轮的轮槽定位作用保证其在运行过程中与其左右两侧的电极丝不发生接触，以便实现每一根电极丝在物理上始终相互绝缘与平稳走丝。

4.根据权利要求1所述的并行放电多电极电火花线切割机床运丝机构，其特征是为保证电极丝在三维空间任意布线而不脱线可靠运行的移位与换向导轮组由三个导轮组成，其中第1个导轮与第2个导轮的轮轴相互垂直，且第2个导轮的轮槽圆周边缘与第1个导轮的轮槽圆周所确定的竖直平面A相切，第1个导轮的轮槽圆周外缘与第2个导轮的轮槽圆周所确定的水平面B相切；第3个导轮的轮槽圆周与第2个导轮的轮槽圆周处于同一个平面B内；通过调整第2个与第3个导轮的中心距来改变电极丝的横向移位距离；通过调整电极丝在经过第1个导轮或第3个导轮时的切入角度并保证电极丝始终处在平面A或平面B内来改变电极丝的连接方向。

5.根据权利要求1所述的并行放电多电极电火花线切割机床运丝机构，其特征在于：所述的多线集聚切割导轮组包括多导轮错位排布式、多槽导轮式与混合式三种结构形式；所述的多导轮错位排布式的结构形式为：每根电极丝的切割定向导轮都由上、下两个导轮组成，导轮均为单槽导轮，绕线后，多根电极丝形成不重叠不交叉的平行框式包络结构，每个切割定向导轮的轮轴水平平行分布，处于不同的高度，各个导轮相互绝缘，各个导轮的轴向伸出长度通过螺纹推杆机构调节以保证用于切割的多根平行电极丝之间的距离能调节到所需的数值，并进而实现工件的超薄切割，且切割过程中电极丝的位置牢固稳定，不会从导轮轮槽中脱落；所述的多槽导轮式的结构形式为：只有上、下两个导轮，它们按轮轴水平平行放置且端面平齐，每个导轮均为多槽导轮，多槽导轮的表面设有绝缘层，以保证相邻槽之间电气绝缘，导轮的槽数与电极丝的总数相等，导轮轮槽的间距由所需切片的厚度确定；所述的混合式多线集聚切割导轮组的形式为上述多导轮错位排布式与多槽导轮式的结合，对于部分电极丝，将原来单槽的上、下导轮换成多槽导轮，并在其后侧增加两个用于回绕的多槽导轮，通过反复环绕使原来的单根切割线变成多根平行的切割线，从而进一步增加电火花切割线的总数。

6.一种权利要求1所述的并行放电多电极电火花线切割机床运丝机构的均衡放电控制方法，其特征在于：1）各个电极独立供电，即每一根电极丝配备一个高频直流脉冲电源，其正极与其它脉冲电源的正极短接在一起并连接到工件，其负极经过大功率晶体管连接到电极丝，各个晶体管的开关状态由其输入端的脉冲信号电平高低控制，各路控制脉冲信号相互独立；2）当检测到多根电极丝之间出现切割速度不协调或切缝不均匀时，通过以下两种方法之一实现各电极丝的均衡放电：一是在各路控制脉冲的频率与相位都相同的前提下，调整各路控制脉冲的宽度，令放电间隙小的电极丝所对应的控制脉冲的宽度增大，令放电间隙大的电极丝所对应的控制脉冲的宽度减小，当各根电极丝的放电间隙相同时，使各种控制脉冲信号恢复相同的脉冲宽度；二是以放电间隙小的电极丝所对应的控制脉冲信号为基准，周期性地削减其它控制脉冲信号的脉冲数量，放电间隙越大的电极丝所对应的控制脉冲信号所削减的脉冲数量越多，当各根电极丝的放电间隙相同时，停止脉冲削减，使各种控制脉冲信号在单位时间内输出的脉冲数量相同。