CN108098090B - 一种恒张力运丝装置及测力方法 - Google Patents

Abstract

一种恒张力运丝装置及测力方法，包括储丝筒、电极丝、上排丝轮、下排丝轮、紧丝机构、上导轮及下导轮；其特征在于：还包括上测力轮、上测力传感器、下测力轮、下测力传感器以及张力控制电路；紧丝机构包括连接板、连接板驱动装置、上紧丝轮、上减振器、下紧丝轮以及下减振器；在电极丝的运丝路径上，上测力轮位于上紧丝轮与上导轮之间，下测力轮位于下紧丝轮与下导轮之间；在连接板移动过程中，电极丝与上测力轮接触的包角以及电极丝与下测力轮接触的包角保持不变；放电加工区上端的电极丝张力通过上测力轮传递至上测力传感器；放电加工区下端的电极丝张力通过下测力轮传递至下测力传感器，两部分张力相加，作为控制电极丝恒张力闭环控制的依据。

Description

一种恒张力运丝装置及测力方法

技术领域

本发明涉及一种往复运丝型数控电火花线切割机，具体涉及一种由三个两类不同功能机构以串联形式，组成一种具有电极丝恒张力控制和稳定运丝两项特性的运丝装置。

背景技术

电火花线切割机是用细金属丝为线电极与工件之间发生电火花脉冲放电，利用脉冲放电所产生的电蚀效应，来进行切割加工的一种特种加工机床。恒定的线电极张力和稳定的运丝，是此类机床获得较高加工效率和较优加工质量的二项必要条件。国外仅生产单向低速运丝型电火花线切割机，它采用线电极单方向运丝并且一次性使用，走丝速度低于0.2m/sec，较容易地同时满足此二项运丝的必要条件。使用成本较低的国产往复高速运丝型电火花线切割机床，使用耐高温的电极丝为线电极，在一次切割加工时，电极丝以8-15m/sec高速运丝；为了实现用一根有限长度的电极丝完成对一个工件的长时间切割加工，需要频繁地往复改变其运丝方向。在往复和高速运丝的特殊环境下，该机床要同时满足上述二项必要条件，并且能够长期稳定可靠工作，存在着许多技术上的困难。目前已有多种电极丝张力控制装置，但是真正能批量生产投放市场，目前主要有弹簧式张力控制机构和电极丝张力闭环控制机构二种。

公告号为CN203254023U弹簧式电极丝张力可调运丝机构是一种典型的使用弹簧变形产生的弹力控制电极丝张力的运丝机构。在这些装置中，在上、下丝臂或立柱上各固定安装一套弹簧张力可调装置，利用装置中弹簧弹性变形产生的弹力，分别施加在环状电极丝的上、下两个部位上，来控制往复运丝时电极丝张力。实际切割加工中，在张力的拉伸下反复参加电火花局部温度高达一万度左右脉冲放电的电极丝会自行伸长。电极丝张力越大，则电极丝的伸长速度越快。对于从储丝筒缠绕众多电极丝中引出的一个环状电极丝来讲，电极丝的伸长则造成张力的降低。而完成一个模具的切割加工，往往需要短则整天，长则几周的连续切割加工。这样的机构随着弹簧变形其弹性力下降造成电极丝张力的同步下降，从而需要操作工人经常地去调整弹簧变形长度来控制电极丝张力不至于下降过大。在切割加工中每次调整弹簧的弹性变形都会造成电极丝张力从小到大的一次突变，从而在工件表面产生一条阶梯状的不平痕迹。这种利用弹簧弹性变形来调节电极丝张力的机构，只能减少环状电极丝张力下降的速度，不能真正解决在整个加工过程中电极丝张力恒定的技术难题。

申请人于2009年申报并获授权的一项实用新型专利《闭环张力动态控制的电火花线切割运丝机构》（申请号2009202348875），已经批量生产和投放市场多年。与前者对电极丝张力控制原理不同，它把电极丝本身作为一个弹性体，利用胡克定律弹性变形的原理，通过改变其弹性变形长度来直接控制其张力。在施加额定张力情况下，该机构连续切割48小时左右，环状电极丝伸长达到1000mm（第二换向臂移动250mm）时，才需要人工干预将第二换向臂平台移还至起始点。由于伺服闭环控制机构在工作中能将力传感器测到的代表电极丝张力大小的电压，始终调节到与机床数控计算机预置电压值相同，实现了对电极丝张力的闭环控制。这样将第二换向臂平台移动到初始位置的调整，这种调节前后电极丝张力相同，因而不会在切割工件表面留下痕迹。该装置具有长时间无人操作自动控制电极丝张力的优点。但是经大量用户使用后发现该机构存在以下三个缺点：

1. 存在电极丝张力测量误差：实际电极丝张力大于测力传感器计量标定值，并且实际张力值随着往复运丝方向的改变而有一定变化。进一步分析发现：在往复双向运动时，处于收丝状态电极丝段的动态张力大于处于放丝状态电极丝段的动态张力，由于环状电极丝的上、下两部分不断交替变化着收丝和放丝两种状态，因此在第一换向臂41两端安装的上第一换向轮36、下第一换向轮37之间，始终存在一个随运丝方向改变而交替改变方向的电极丝张力差，经过力学分析它与第一换向臂的1/2长度相乘会形成一个力矩；在此结构中，由上导轨111、下导轨112上随之产生的反扭矩自动平衡该力矩；因此上、下两部分电极丝张力没有全部施加到测力传感器31上，从而造成测量误差。该机构力传感器测到的电极丝张力，实际上始终接近上、下两部分电极丝中那个处于放丝状态较小电极丝动态张力的四倍，从而不能真正实现电极丝张力精确控制。

2. 存在着有时会发生机床共振的技术难题：作为运丝动力的储丝筒1不可避免存在制造和装配允差，在其高速旋转时，如“储丝筒径向跳动和全跳动”等精度允差造成了电极丝上叠加疏密状的纵波振动。这种纵波振动的频率与储丝筒转速即运丝速度成正比；纵波振动的强度总体上主要与电极丝张力的大小有关；处于收丝状态电极丝上的纵波振动强于处于放丝状态电极丝上的纵波振动。电极丝的纵波振动造成测力传感器输出电压信号上叠加了振动电压波形，当电极丝张力与计算机设定值时相同时，即处于恒张力状态时，电子控制电路输出电压信号不是零电平，而是纵波振动的交流信号。在储丝筒调到某一转速的条件下，这种纵波振动频率接近机床的固有频率时，就会引起整个机床的共振。

3. 存在电极丝使用寿命短的缺陷：经过大量用户长期使用后的统计发现：对比张力不受控的普通机床，装有该机构的机床上电极丝使用寿命比较短。普通机床在切割加工中，其电极丝张力是不受控制的。据分析：由于在张力的拉伸作用下经反复电火花脉冲放电电极丝的长度会伸长，造成加工前一次性预紧新电极丝的张力很快下降；随着张力的下降，环状电极丝伸长会减小，这种伸长的减小，又会减缓张力的下降……直至最后两者获得一种动态的平衡，即机床处在很小电极丝张力的状态下长时间地切割加工。由于有张力闭环控制机构的机床上电极丝始终施加了大小适度且恒定的张力，所以后者的电极丝张力远远大于前者的平均张力。这种疏密状纵波振动造成电极丝一直处于高频率的弹性伸缩状态，从而形成了一种低于电极丝材料屈服极限的交变应力。反复参加电火花脉冲放电电极丝表面逐渐布满微小的电蚀坑穴，纵波振动长久施加在这种表面有越来越严重缺陷的电极丝上，这种施加了较大张力的电极丝就会发生疲劳破坏，即发生了早期断丝现象。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有往复运丝型电火花线切割机床运丝装置存在的不足，提供由三个两类不同功能机构以串联形式组成一种具有电极丝恒张力控制和稳定运丝两项特性的运丝装置。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种恒张力运丝装置，包括储丝筒、电极丝、上排丝轮、下排丝轮、紧丝机构、位于加工区两端的上导轮及下导轮；在电极丝的运丝路径上，所述上排丝轮位于储丝筒与紧丝机构之间，下排丝轮也位于储丝筒与紧丝机构之间；其创新在于：

所述恒张力运丝装置还包括上测力轮、上测力传感器、下测力轮、下测力传感器以及张力控制电路；

所述上测力传感器和下测力传感器均为单轴向测力传感器，且均具有第一连接面和第二连接面，上测力轮转动支撑于上测力传感器的第一连接面，上测力传感器的第二连接面相对于机床的立柱上部位置固定，下测力轮转动支撑于下测力传感器的第一连接面，下测力传感器的第二连接面相对于机床的立柱下部位置固定；

所述紧丝机构包括连接板、连接板驱动装置、上紧丝轮、上减振器、下紧丝轮以及下减振器；所述上减振器和下减振器均具有第一连接端和第二连接端，第一连接端与第二连接端仅有一个沿减振轴向运动的自由度，上紧丝轮转动支撑于上减振器的第一连接端，上减振器的第二连接端固定在连接板的上部，下紧丝轮转动支撑于下减振器的第一连接端，下减振器的第二连接端固定在连接板的下部；所述连接板定位于一个直线滑动导轨中，所述连接板驱动装置为一伺服直线驱动机构，该伺服直线驱动机构由张力控制电路控制，伺服直线驱动机构的驱动端作用于连接板，并使连接板沿所述直线滑动导轨来回移动，连接板的移动方向定义为张力大小调节方向，张力大小调节方向与上减振器及下减振器的减振轴向同向；

当上、下测力传感器测得代表各自部位钼丝张力之和的电量小于机床数控计算预置电量值时，连接板向伸长钼丝长度的方向移动，直至两者电量相等为止，反之，连接板向减小钼丝长度的方向移动，直至两者电量相等为止；

在电极丝的运丝路径上，所述上测力轮位于上紧丝轮与上导轮之间，下测力轮位于下紧丝轮与下导轮之间；

所述上排丝轮的转轴与下排丝轮的转轴平行设置，上紧丝轮的转轴与下紧丝轮的转轴平行设置，上测力轮的转轴与下测力轮的转轴平行设置；所述上紧丝轮的转轴轴线与下紧丝轮的转轴轴线所在的平面定义为基准平面，上排丝轮的转轴轴线与下排丝轮的转轴轴线所在的平面定义为第一平面，第一平面平行于所述基准平面，上测力轮的转轴轴线与下测力轮的转轴轴线所在的平面定义为第二平面，第二平面平行于所述基准平面；

所述电极丝在上测力轮上的切点与电极丝在上紧丝轮上的切点之间的电极丝平行于张力大小调节方向，电极丝在下测力轮上的切点与电极丝在下紧丝轮上的切点之间的电极丝也平行于张力大小调节方向，在连接板移动过程中，电极丝与上测力轮接触的包角保持不变，以及电极丝与下测力轮接触的包角保持不变。

上述方案中，所述连接板驱动装置包括伺服电机、丝杆螺母付，直线滑动导轨。

上述方案中，所述上排丝轮与下排丝轮的直径和厚度的尺寸相同，上测力轮和下测力轮的直径和厚度的尺寸相同，上紧丝轮与下紧丝轮直径和厚度的尺寸相同，从而使电极丝上、下两部分上的各对应轮的数量和转动惯量对称和相同；

所述上紧丝轮转轴和下紧丝轮转轴之间的间距大于或等于电极丝伸长调节量的1/4、上减振器的垂直高度、下紧丝轮直径、下排丝轮直径和下排丝轮和下测力轮两者之中直径较大者的直径，四者之和；所述上排丝轮转轴和下排丝轮转轴之间的间距大于或等于上紧丝轮转轴和下紧丝轮转轴之间的间距；所述上测力轮转轴和下测力轮转轴之间的间距大于或等于上紧丝轮转轴和下紧丝轮转轴之间的间距；所述下测力轮转轴与下排丝轮转轴距机床床身的高度相等，两者之间的间距大于或等于下紧丝轮直径、下排丝轮半径和下测力轮半径的三者之和；所述上测力轮转轴与上排丝轮转轴在水平方向投影的间距与下测力轮转轴与下排丝轮转轴的间距相同；所述下紧丝轮向上移动的最大高度满足以下要求：下紧丝轮转轴的垂直高度不高于下排丝轮转轴的垂直高度减去下紧丝轮半径及下排丝轮与下测力轮两者中直径较大者的半径之和。

上述方案中，所述张力控制电路包括上测力传感器、上前置放大器、上微分电路、上反相器、上功率放大器、上主动式减振器线性运动电机（如：音圈电机）、下测力传感器、下前置放大器、下微分电路、下反相器、下功率放大器、下主动式减振器线性运动电机、加法器、减法器、机床数控计算机、D/A转换电路、伺服方向鉴别与速度控制电路、电机驱动器；其中：

所述上测力传感器的信号输出端与上前置放大器的信号输入端电连接，上前置放大器的信号输出端分出两路，其中，一路与上微分电路、上反相器、上功率放大器、上主动式减振器线性运动电机串联，另一路与加法器的一个信号输入端电连接；

所述下测力传感器的信号输出端与下前置放大器的信号输入端电连接，下前置放大器的信号输出端分出两路，其中，一路与下微分电路、下反相器、下功率放大器、下主动式减振器线性运动电机串联，另一路与加法器的另一个信号输入端电连接；

所述加法器的信号输出端与减法器的被减数信号输入端电连接；

所述机床数控计算机的信号输出端与D/A转换电路的信号输入端电连接，D/A转换电路的信号输出端与减法器的另减数信号输入端电连接；

所述减法器的信号输出端与伺服方向鉴别与速度控制电路的信号输入端电连接；

所述伺服方向鉴别与速度控制电路输出的方向环信号与速度环信号分别输入至电机驱动器的信号输入端。

上述方案中，所述电机驱动器和伺服电机为外购配套件，能够成套购买获得，上主动式减振器线性运动电机及下主动式减振器线性运动电机也能够购买得到或者自制。

上述方案中，所述电极丝从储丝筒开始，依次绕过上排丝轮、上紧丝轮、上测力轮、上导轮上方、下导轮下方、下测力轮、下紧丝轮、下排丝轮、最后再返回储丝筒。

上述方案中，所述运丝路径上还串入上、下减振器，其创新在于：在往复运丝时，通过上、下减振器分别可以抵消或吸收叠加在上、下两部分电极丝上的不同强度和不同相位的纵波振动，以提高运丝质量和降低对电极丝张力测量误差。上减振器/下减振器采用主动式减振器或被动式减振器，、常用的主动式减振器由音圈电机等组成，常用的被动式减振器为弹簧减振器或阻尼弹簧减振器。

上述方案中，所述立柱上设置有上线架臂和下线架臂，上线架臂和下线架臂在竖直方向上间隔且平行布置，所述上导轮转动支撑在上线架臂前部位置上，下导轮转动支撑在下线架臂前部位置上；所述上测力传感器设于立柱与上线架臂连接处附近；从上导轮至上测力轮之间的电极丝在一个平行床身平面内。

上述方案中，所述上线架臂在竖直方向上相对于立柱移动设置，且上线架臂与立柱之间设有定位结构，所述上导轮转动支撑在上线架臂的前部位置上；所述上测力传感器的第二连接面固定在与立柱滑动结合面的上线架臂上；上线架臂定位锁紧后，从上导轮至上测力轮之间的电极丝在一个平行床身平面内，并且电极丝在上测力轮上的切点与电极丝在上紧丝轮上的切点之间的电极丝平行于张力大小调节方向，以使在连接板移动过程中，电极丝与上测力轮接触的包角保持不变的要求。

上述方案中，所述上线架臂与立柱组成一C型线架，在其前部设有根据不同工件高度作上下升降的Z轴，Z轴下方固定设置一U-V拖板，上导轮转动支撑在U-V拖板上。

上述方案中，所述上测力轮及上测力传感器固定在一升降导轨组件滑块上；升降导轨组件固定在C型线架的垂直部分右内侧面之上，升降导轨组件与Z轴同步升降；所述上测力传感器的第二连接面固定在一升降导轨组件的滑块上，升降导轨组件固定在C型线架的垂直部分右内侧面之上，升降导轨组件与Z轴同步升降，以满足从上导轮至上测力轮之间的电极丝在一个平行床身平面内，并且电极丝在上测力轮上的切点与电极丝在上紧丝轮上的切点之间的电极丝平行于张力大小调节方向，以使在连接板移动过程中，电极丝与上测力轮接触的包角保持不变的要求。

为达到上述目的，本发明还提供了一种基于权利要求1的恒张力运丝装置的测力方法，其创新在于：在紧邻放电加工区两端的位置上分别设置一测力传感器，即上测力传感器和下测力传感器；放电加工区上端的电极丝张力通过上测力轮传递至上测力传感器，从而测出对应的电极丝张力和纵波振动；放电加工区下端的电极丝张力通过下测力轮传递至下测力传感器，从而测出对应的电极丝张力和纵波振动；

为了消除储丝筒制造允差所引起的电极丝的纵波振动对电极丝张力测量精度的影响，采用两个减振器，即上减振器和下减振器；上减振器设于连接板的上部，位于上排丝轮与上测力轮之间，并通过上紧丝轮来吸收电极丝上部的纵波振动；下减振器设于连接板的下部，位于下排丝轮与下测力轮之间，并通过下紧丝轮来吸收电极丝下部的纵波振动；

在测力方式上，将上测力传感器所测到的放电加工区上部电极丝张力所对应的电量，与下测力传感器所测到的放电加工区下部电极丝张力所对应的电量，通过加法器电子电路进行相加，其输出用以衡量电极丝的动态张力，以此作为控制电极丝恒张力的依据。

上述方案中，采用了上、下两个测力传感器方案，在往复运丝时还可以分别测出上、下两部钼丝上受到实时不同强度和不同相位的纵波振动，从而为在上、下两部分运丝回路各安装主动式减振器创造了条件。

上述方案中，采用由不同功能机构组成的串联装置，包括在紧邻放电加工区的位置上，分别安置上测力传感器、下测力传感器，它们分别测量放电加工区前、后两部分电极丝的张力，两个测力传感器测得代表电极丝张力大小的电压用张力控制电路完成相加取平均处理，间接得到放电加工区电极丝的实时张力；上测力传感器、下测力传感器、张力控制电路、紧丝机构、上紧丝轮、下紧丝轮等构成一个低频响应的电极丝恒张力闭环控制机构，该电极丝恒张力闭环控制机构把放电加工区电极丝的实时张力闭环控制，动态恒定在机床数控计算机所设定的张力值附近；上紧丝轮与下紧丝轮分别安装在上减振器、下减振器上，它们分别固定在连接板的上部和下部，组成以电极丝张力闭环控制运动部件为平台的两个高频响应运丝稳定机构，它们分别独立抵消或衰减上、下两部分电极丝上不同强度和不同相位的纵波振动，即以闭环控制电极丝张力的运动件为基础平台，在恒定控制电极丝张力的同时稳定电极丝的运动；在电极丝往复运动时，无论电极丝朝向哪一个方向运丝，一套电极丝恒张力闭环控制机构与两个运丝稳定机构都为工作次序不变的串联关系，组成一种针对往复运丝特点而设计的具有电极丝恒张力控制和稳定运丝两项特性的运丝装置。

上述方案中，放电加工区电极丝的张力间接测量：从储丝筒表面预先缠绕的众多电极丝圈中拽引出半圈的电极丝，被放电加工区分隔成上部和下部。在最邻近放电加工区的上、下两部位电极丝上，分别安装一套由测力轮和测力传感器组成的电极丝张力测量部件。上测力轮、下测力轮分别固定连接上测力传感器、下测力传感器的第一连接面；上测力传感器的第二连接面固定在立柱上部、或上线架、或升降导轨组件上，下测力传感器的第二连接面固定在立柱的下部；电极丝在上测力轮、下测力轮上接触包角的角平分线分别与上测力传感器、下测力传感器的测力轴线相重合，并且在连接板在上、下运动控制电极丝张力过程中，上测力轮、下测力轮与电极丝的接触包角保持不变，从而保持电极丝张力的测试精度。往复运丝时，虽然放电加工区上、下两部分电极丝交替改变着收、放丝两种不同受力状态，处于收丝状态电极丝动态张力大于处于放丝状态电极丝动态张力，但是经由电子电路将两个测力传感器（即上测力传感器与下测力传感器），测得代表上、下两部分电极丝张力大小的电压作相加之和；根据数学中的“加法交换定律”（A+B=B+A,即“小”+“大”=“大”+“小”）其和是不会受到往复运丝的影响，可以不失真地间接测量放电加工区电极丝的实时张力。此方案解决了申请人在2009年获授权实用新型中的第一项缺点。

上述方案中，实时闭环控制电极丝张力过程：张力控制电路检测到上测力传感器、下测力传感器输出电压之和与机床数控计算机预设的代表电极丝张力值的电压不相同时，会控制连接板驱动装置朝向减少两者差值的方向移动，移动速度的快慢正比于两者差值的大小；该连接板驱动装置由伺服电机、丝杆、丝杆螺母、直线滑动导轨付或单轴工业机械手组成时，经丝杆、丝杆螺母驱动直线滑动导轨付或单轴工业机械手的滑块、连接板一起移动，使得固定在连接板上的上减振器、上紧丝轮、下减振器和下紧丝轮也作相应的移动，从而改变环状电极丝周长的总长度；根据胡克定律，电极丝作为弹性体在发生长度的弹性变形时，其“弹性体的弹力F（即电极丝的张力）和弹性体的伸长量x（环状电极丝周长的变形量）成正比”的原理来调整电极丝的张力，直至连接板驱动装置调整到上测力传感器、下测力传感器检测到代表电极丝张力的电压之和与机床数控计算机所预设代表电极丝张力值的电压相等为止（两者相减差为零），连接板驱动装置才停止移动，从而实现了电极丝张力的低频响应闭环动态控制。在整个工件切割的全过程中，在不发生断丝为前提的条件下，该机构始终动态把电极丝张力恒定在机床数控计算机预设的电极丝张力值附近，保留了申请人在2009年获授权实用新型的优点。

上述方案中，在恒张力运丝装置的上、下运丝回路中，还对称地增加了两个减振器，上述方案中，在储丝筒与上测力传感器、下测力传感器之间的运丝途径上，分别对称地串入上减振器和下减振器。这两个减振器可以稳定恒张力运丝装置的运丝，同时抵消或衰减电极丝存在纵波振动对张力的测量干扰。

采用主动式减振器，在静态时和恒张力状态下，上述连接板在移动调整电极丝张力的同时，上、下主动式减振器内的弹性部件随之发生预变形；当钼丝在作往复运动时，上、下两部分钼丝交替着“收丝”和“放丝”两种不同的工作状态，上测力传感器、下测力传感器分别测得叠加在上、下部分电极丝上实时纵波振动的动态高频电信号，经过张力控制电路的上、下两路微分电路、反相器和功率放大器，分别驱动上减振器、下减振器内的线性运动电机，使上减振器、下减振器主动作出与各自所受到纵波振动同频率、同振幅、但相位相反的振动，此动态反相振动以传感器内弹性部件预变形为基础，分别主动抵消存在于上、下两部分电极丝上的高频纵波振动。

采用被动式减振器：在静态时和恒张力状态下，上述连接板在移动调整电极丝张力的同时，每一个减振器内的弹性部件随之发生预变形；在受到电极丝疏密状纵波振动的作用下，上减振器、下减振器中弹簧和阻尼部件分别以该预变形为中心，根据各自所受到纵波振动的大小发生相应高频响应的被动变形，各自独立地衰减存在于各自部位上不同强度和不同相位的纵波振动，从而达到稳定运丝的目的。

上述方案中，上紧丝轮、下紧丝轮同时受到电极丝张力闭环控制机构和上减振器、下减振器的两重控制，前者的控制将放电加工区电极丝张力动态恒定在机床数控计算机所预设的电极丝张力值附近；后者分别主动抵消或被动衰减上、下部分电极丝段上存在的不同强度和不同相位高频率纵波振动；由于在运丝结构上，两个减振器对称安装在上测力传感器、下测力传感器和电极丝纵波振动发生源-储丝筒之间，所以无论往向那个方向运丝，都可以相同地抵消或衰减电极丝纵波振动对张力的测量干扰。这样的装置克服了申请人在2009年获授权实用新型的第二、三项缺点。

本发明机构的优点：

1. 在本发明装置中，放电加工区始终处于往复双向运丝的对称中心。在这样的装置中，不管电极丝向那一个方向运动，放电加工区那段电极丝所要“拖动”轮子的数量和转动惯量都相同；除了为了调整电极丝张力有较长工作行程，上、下排丝轮的间距大于储丝筒直径，从而造成上、下排丝轮与电极丝接触包角略有不同之外，在放电加工区前、后其余各轮子与电极丝的接触包角都是对称和相同的；两类不同功能的三个控制机构也对称于放电加工区安置；这样电极丝在往复运动时，这种近似全对称的运丝装置中恒张力执行机构对放电加工区电极丝张力的调整量为最少，这样电极丝恒张力调整时对的张力波动影响也减至最低。

2. 在本发明装置中，在电极丝恒张力闭环控制运丝回路中，上、下对称地在纵波振动的发生源-储丝筒与测力传感器之间各串入一个减振器，它们以闭环控制电极丝张力的运动件为基础平台，分别各自独立地抵消或衰减环状电极丝的上、下两部分电极丝上不同强度和不同相位的高频疏密状纵波振动，从而组成一种具有电极丝恒张力控制和稳定运丝两项特性的运丝机构。在电极丝作往复运动时，这个由二类不同功能三个控制机构对电极丝张力的控制和对电极丝上纵波振动抵消或衰减的作用，相对于放电加工区均不随运丝方向的改变而改变，保持相同的串联关系。

3. 在本发明装置中，减振器尤其是主动式减振器具有比气缸、液压缸、甚至交流伺服电机驱动丝杆螺母机构有更高的频率响应速度；本装置在储丝筒与测力传感器之间安装了减振器，它可提高测力传感器的动态测量精度；同时衰减环状电极丝上、下两部分不同强度和不同相位的纵波振动，降低了电极丝发生早期疲劳破坏的概率；阻止由储丝筒产生的纵波振动向放电加工区传递，稳定了放电加工区电极丝的运动精度。将二个高频响减振器与对钼丝张力低频响的闭环控制系统，这两类不同功能控制机构以串联方法连接在同一个装置中，克服了这两类控制机构各自的局限性，同时把两者的优点在同一个装置中结合起来。

附图说明

图1为本发明实施例1“由两类不同功能的三个控制机构组成的串联运丝装置”的结构示意图；

图2为本发明实施例2“上线架臂高度可调机床结构上由两类不同功能的三个控制机构组成的串联运丝装置”的结构示意图；

图3为本发明实施例3“C型线架机床结构上由两类两类不同功能的的三个控制机构组成的串联运丝装置”的结构示意图；

图4为本装置中测力轮与测力传感器安装关系示意图；

图5为本装置中电极丝张力相加取平均处理和闭环调整电极丝张力的张力控制电路的原理框图。

以上附图中:1、储丝筒；2、上减振器； 3、上紧丝轮；4、单轴工业机械手；5、上排丝轮；6、丝杆；7、伺服电机；8、上测力轮；9、上测力传感器；10、连接板；11、电极丝；12、上线架臂；13、上导轮；14、放电加工区；15、下导轮；16、下线架臂；17、床身；18、下测力传感器；19、下测力轮；20、下紧丝轮；21、下减振器；22、下排丝轮；23、立柱；24、升降导轨组件；25、C型线架；26、U-V拖板；27、Z轴。

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：

如附图1所示，储丝筒1固定在床身17上，立柱23垂直固定在床身17的平面上，上线架臂12和下线架臂16分别水平固定安装在立柱23的上部和下部，五者的位置关系如图1所示。上导轮13转动支撑在上线架臂12的前部位置上，下导轮15转动支撑在下线架臂16的前部位置上。用于储丝筒1整齐排缠电极丝11功能的上排丝轮5和下排丝轮22都转动支撑在立柱23上，分别位于单轴工业机械手4的左边，即离储丝筒1较近的一边。单轴工业机械手4垂直安装在立柱23内部，上面盖以密封盖和唇状密封条（二者图中未画出），以防止高速运动的电极丝11飞溅起雾状工作液对其的污染；伺服电机7固定在单轴工业机械手4的一个端部，单轴工业机械手4内的丝杆6与伺服电机7的主轴固定连接，丝杆6的丝杆螺母固定在单轴工业机械手4的滑块内部，连接板10下方截面为工字形（与唇形密封条相配合）的端面固定在滑块的顶部，丝杆6与连接板10内的丝杆螺母传动连接，组成连接板10、滑块和丝杆螺母组件。上紧丝轮3与座固定在上减振器2的第一连接端上，上紧丝轮3转动支撑在对应的座上（外购件，成套购回），下紧丝轮20与座固定在下减振器21的第一连接端上，下紧丝轮20转动支撑在对应的座上（外购件，成套购回），上减振器2和下减振器21的第二连接端分别固定在连接板10顶部的上部和下部。上测力轮8与座固定在上测力传感器9的第一连接面上，上测力轮8转动支撑在对应的座上（外购件，成套购回），下测力轮19与座固定在下测力传感器18的第一连接面上，下测力轮19转动支撑在对应的座上（外购件，成套购回），上测力传感器9和下测力传感器18的第二连接面直接上、下固定在立柱23右内侧的一个与水平成45度（详见图4的相关说明）小斜面之上。

根据“放电加工区14位于运丝回路对称中心”的要求，上、下对应的排丝轮、测力轮和紧丝轮，六轮的大小和相关组件的安装位置关系如下：上排丝轮5、下排丝轮22、上测力轮8和下测力轮19四轮直径和厚度的尺寸都相同，上紧丝轮3与下紧丝轮20直径和厚度的尺寸相同，从而使环状电极丝11上、下两部分上的各对应轮的数量和转动惯量对称和相同；上紧丝轮3和下紧丝轮20两轮轴都平行于床身17平面，它们与上减振器2的运动轴线、下减振器21的运动轴线、单轴工业机械手4的滑块移动轴心线、五者都在同一个基准面内，该基准面同时垂直于前、后二个运丝平面和床身17平面。上紧丝轮3和下紧丝轮20两轮轴间距不小于单轴工业机械手4调节电极丝张力所需的最大行程（1/4设计电极丝伸长的长度）、上减振器2垂直高度、排丝轮直径和紧丝轮直径四者之和；上排丝轮5和下排丝轮22两轮轴都平行于床身17平面，都在一个平行于基准面左边的第一平面内，两轮轴的垂直间距不小于上紧丝轮3和下紧丝轮20两轮轴的垂直间距；上测力轮8和下测力轮19两轮轴也平行于床身17平面，都在一个平行于基准面右边的第二平面内，两轮轴的垂直间距不小于上紧丝轮3和下紧丝轮20两轮轴的垂直间距；下测力轮19与下排丝轮22两轮轴距床身17的高度相等，两者的间距不小于紧丝轮直径、排丝轮半径和测力轮半径的三者之和（下测力传感器18工作时其变形量极小忽略不计）；上测力轮8轮轴与上排丝轮5轮轴在水平方向投影间距与下测力轮19与下排丝轮22的间距相同（上测力传感器9工作时其变形量极小同样忽略不计）；下紧丝轮20向上移动的最大高度，其轮轴不高于下排丝轮22轮轴的垂直高度减去两轮半径之和的位置上；上述种种条件的限制使得本装置有足够长的电极丝11伸长调整距离，来满足长时间机床无人操作进行连读切割加工的需要，同时还将电极丝11与这些轮子接触包角以放电加工区14为中心上、下基本对称相同。从下测力轮19至下导轮15之间的电极丝平行床身17平面，电极丝11在下线架臂16内部运动；从上导轮13至上测力轮8之间的电极丝11在另一个平行床身17平面内；电极丝11在上测力轮8上的切点与电极丝11在上紧丝轮3上的切点之间的电极丝11平行于张力大小调节方向；电极丝11在下测力轮19上的切点与电极丝11在下紧丝轮20上的切点之间的电极丝11也平行于张力大小调节方向；以上的各零件的大小和它的的相对位置关系，以使在连接板10、滑块和丝杆螺母组件10在调整电极丝11张力整个移动范围内，电极丝11在上测力轮8和下测力轮19上有不变的测力包角。上排丝轮5、上紧丝轮3、上测力轮8三轮V形槽底径园与上减振器2的减振运动轴线和上测力传感器9的测力轴线都在第一个运丝平面内，该运丝平面垂直于床身17平面；下排丝轮22、下紧丝轮20、下测力轮19三轮V形槽底径园与下减振器21的减振运动轴线和下测力传感器18的测力轴线都在第二个运丝平面内，该运丝平面并行于第一运丝平面；这两个运丝平面的间距应满足在储丝筒1表面上高速度缠绕电极丝时不发生叠丝现象。

在电极丝11作顺时针方向运丝时，从储丝筒1上预缠绕电极丝圈中引出半圈电极丝11，先后经过上排丝轮5、上紧丝轮、上测力轮和上导轮13进入放电加工区14，上测力传感器9经上测力轮8与座测量处于放丝状态的放电加工区14上部电极丝11张力；电极丝11从放电加工区14出来，先后经过下导轮15、下测力轮19、下紧丝轮20和下排丝轮22，再返回储丝筒1上的相应电极丝11绕组，下测力传感器18经下测力轮19与座测量处于收丝状态的放电加工区14下部电极丝11张力。反之，当电极丝11换为逆时针方向运丝时，从储丝筒1下方引出的电极丝，先后经过下排丝轮22、下紧丝轮20、下测力轮19和下导轮15进入放电加工区14，下测力传感器18经下测力轮19与座测量处于放丝状态的放电加工区14下部电极丝11张力；电极丝11从放电加工区14出来，先后经过上导轮13、上测力轮8、上紧丝轮3和上排丝轮5，再返回储丝筒1上的相应电极丝11绕组，上测力传感器9经上测力轮8与座测量处于收丝状态的放电加工区14上部电极丝11张力。

当张力控制电路发现上测力传感器9与下测力传感器18输出电压之和，与机床数控计算机预设代表电极丝11张力值的电压不相同时，控制伺服电机7向减少两者电压差值的方向旋转，旋转速度正比于两者差值的大小，经丝杆6、驱动丝杆螺母、滑块、连接板10及、上减振器2、上紧丝轮3与座、下减振器21、下紧丝轮20与座一起移动，从而使弹性环状电极丝11的周长发生变化；根据胡克定律，电极丝11作为弹性体在发生弹性变形时，其“弹性体的弹力F（环状电极丝11的张力）和弹性体的伸长量x（环状电极丝11周长的伸长量）成正比”的原理来调整电极丝11的张力，直至伺服电机7调整到上测力传感器9、下测力传感器18输出的电压之和与机床数控计算机所预设代表电极丝11张力值的电压相等为止，从而实现了环状电极丝11张力的低频响闭环动态控制。与此同时，随着连接板10、滑块和丝杆螺母组件的移动，上减振器2和下减振器21内的弹性部件分别受到上、下两部分电极丝11的作用力而发生预变形，使在恒张力的状态下两者预变形产生的弹性合力分别等于二倍于电极丝11张力（本实施例中，电极丝11在上、下紧丝轮上的包角都为180度）；主要由储丝筒1高速旋转造成电极丝11发生高频纵波振动，环状电极丝11上半部分的高频纵波振动经上紧丝轮3与座，由上减振器2加以抵消和衰减；环状电极丝11下半部分的高频纵波振动经下紧丝轮20与座，由下减振器21加以抵消和衰减。从而组成一种针对往复运丝特点而设计的具有电极丝11恒张力控制和稳定运丝两项特性的运丝装置。

实施例2：

本实施例与实施例1不同之处在于：本实施例中，为了满足切割加工不同厚度工件的要求，上线架臂12根据工件高度的不同，可以沿立柱23作垂直上、下移动，然后将上线架臂12锁紧固定在立柱23上。所述上导轮13转动支撑在上线架臂12的前部位置上；所述上测力传感器9的第二连接面固定在与立柱23滑动结合面的上线架臂12的右内侧面，与水平面成45度角突出的小斜面之上；上线架臂12定位锁紧后，上测力轮8的轮轴平行于床身17平面，并且仍与下测力轮19轮轴同在一个平行于基准面右边的第二平面内；从上导轮13至上测力轮8之间的电极丝11在一个平行床身17平面内，并且电极丝11在上测力轮8上的切点与电极丝11在上紧丝轮3上的切点之间的电极丝11平行于张力大小调节方向，以使在连接板10移动过程中，电极丝11与上测力轮8接触的包角保持不变的要求。上线架臂12可下移的最低位置，应使上测力轮8继续满足实施例1所述的“上测力轮8和下测力轮19两轮轴的间距不小于上紧丝轮3和下紧丝轮20两轮轴的垂直间距”的要求，使连接板10、调整电极丝伸长的范围保持不变；上测力轮8和上排丝轮5的两轮轴在水平面上的投影间距，同样与下测力轮19与下排丝轮22两轮轴的间距相同；上排丝轮5、上紧丝轮3、上测力轮8三轮V形槽底径园与上减振器2的减振运动轴线和上测力传感器9的测力轴线仍旧都在第一个运丝平面内，该运丝平面垂直于床身17平面。这样使实施例2可以与实施例1同样组成一个放电加工区位于运丝回路对称中心的电极丝恒张力控制和稳定运丝的串联装置，从而组成一种针对往复运丝特点而设计的具有电极丝恒张力控制和稳定运丝两项特性的运丝装置。

实施例3：

本实施例与实施例1不同之处在于：传统的C型线架25是把上线架臂12与立柱23做成一体，在C型线架25前部有一根可以根据不同工件高度作上、下升降的Z轴27，Z轴27下方固定一个切割小锥度工件使用的U-V拖板26，上导轮13固定在U-V拖板26的下拖板上。在本实施例中，上测力传感器9的第二连接面固定固定在升降导轨组件24滑块上的一块与水平面成45度角的小斜面之上；升降导轨组件24固定在C型线架的垂直部分右内侧面之上，升降导轨组件24与Z轴27同步升降，以满足从上导轮13至上测力轮8之间的电极丝也在另一个平行床身17平面内，并且电极丝11在上测力轮8上的切点与电极丝11在上紧丝轮3上的切点之间的电极丝11平行于张力大小调节方向，以使在连接板10移动过程中，电极丝11与上测力轮8接触的包角保持不变的要求；升降导轨组件24可以下降的最低高度，应满足实施例1所述的“上测力轮8和下测力轮19两轮轴的间距不小于上紧丝轮3和下紧丝轮20两轮轴的垂直间距”的要求。其余均与实施例1和实施例2完全相同，从而组成一种针对往复运丝特点而设计的具有电极丝恒张力控制和稳定运丝两项特性的运丝装置。

图4为本装置中测力轮与测力传感器安装关系示意图：图中环状电极丝11绕过上测力轮8，它与上测力轮8的接触包角为α上，BIS上为接触包角α上的角平分线，T上为放电加工区上部电极丝张力，S上为上测力传感器9的测力轴线，上测力轮与座8固定在上测力传感器9的第一连接面上。为了使上测力传感器9的测力轴线S上与接触包角α上的角平分线BIS上重合，在上述三个实施例中相关组件的几何关系可以计算出：上测力传感器9的第二连接面须要固定在立柱23（或上线架臂12、或升降导轨组件24）上一个与床身17平面成（α上/2）度的小斜面之上，因为α上=90度，则此小斜面与床身17平面的夹角为45度。这样两个T上张力的合力F上与BIS上和S上在同一个直线上，经上测力轮8正压施加在上测力传感器9上，F上＝2 x COS（90-α上/2）X T上。

与上述相同，环状电极丝11绕过下测力轮19，它与下测力轮19的接触包角为α下，BIS下为接触包角α下的角平分线，T下为放电加工区下部电极丝张力，S下为下测力传感器18的测力轴线；在上述三个实施例中相关组件的几何关系同样可以计算出：下测力传感器18的第二连接面固定在立柱23右内侧与床身17平面成（α下/2）度的小斜面之上，因为α下=90度，则此小斜面与床身17平面的夹角也为45度。两个T下张力的合力F下，F下＝2 xCOS（90-α下/2）X T下。

因为α上=α下=α，上述二个等式可以分别改写为：F上＝2 xCOS（90-α/2）X T上；F下＝2 xCOS（90-α/2）X T下。

图5为本装置中电极丝张力加处理和闭环调整电极丝张力的张力控制电路原理框图。

所述张力控制电路包括上测力传感器9、上前置放大器、上微分电路、上反相器、上功率放大器、上主动式减振器线性运动电机、下测力传感器19、下前置放大器、下微分电路、下反相器、下功率放大器、下主动式减振器线性运动电机、加法器、减法器、机床数控计算机、D/A转换电路、伺服方向鉴别与速度控制电路、电机驱动器；其中：

所述上测力传感器的信号输出端与上前置放大器的信号输入端电连接，上前置放大器的信号输出端分出两路，其中，一路与上微分电路、上反相器、上功率放大器、上主动式减振器线性运动电机串联；另一路与加法器的一个信号输入端电连接；

所述下测力传感器的信号输出端与下前置放大器的信号输入端电连接，下前置放大器的信号输出端分出两路，其中，一路与下微分电路、下反相器、下功率放大器、下主动式减振器线性运动电机串联；另一路与加法器的另一个信号输入端电连接；

所述加法器的信号输出端与减法器的一个被减数信号输入端电连接；

所述机床数控计算机的信号输出端与D/A转换电路的信号输入端电连接，D/A转换电路的信号输出端与减法器的另一个减数信号输入端电连接；

所述减法器的信号输出端与伺服方向鉴别与速度控制电路的信号输入端电连接；

所述伺服方向鉴别与速度控制电路输出的方向环信号与速度环信号分别输入至电机驱动器的信号输入端。

在本装置中是用测力传感器将电极丝11张力（牛顿）换成电压（伏特），用电压值（伏特）的大小来代表电极丝11张力（牛顿）的大小。由于测力传感器灵敏度等参数的离散度较大，首先要对每套测力传感器和前置放大器间力与电压间的转换，进行符合国家计量量值传递要求的标定校正：1kg标准计量砝码的重量产生大约9.8牛顿的重力P，施加在侍标定的测力传感器上，调节其配套的前置放大器电路中的DW电位器来改变前置放大器的放大倍数，使施加在待标定测力传感器上的力P（9.8牛顿）配套前置放大器都输出统一的单位电压值U（伏特）。

放电加工区上部电极丝11张力T上的合力F上（牛顿）经上测力轮8与座施加到上测力传感器9上，上测力传感器9将F上转换为微小的电压信号，该微小电压信号经其配套的上前置放大器放大后输出为电压A（伏特），输入“（A+B）加法器”单元；放电加工区下部电极丝张力T下的合力F下（牛顿）经下测力轮19与座施加到下测力传感器18上，下测力传感器18将F下转换为微小的电压信号，该微小电压信号经其配套的下前置放大器放大后输出为电压B（伏特），也输入“（A+B）加法器”单元。从“（A+B）加法器”单元输出的电压A+B（伏特），其大小代表着放电加工区上、下两部分电极丝张力的合力F上与F下之和F（牛顿），F＝F上+F下。根据上述图4所述：F上＝2 xCOS（90-α/2）X T上，F下＝2 xCOS（90-α/2）X T下，则F＝2 x COS（90-α/2）X （T上+ T下）┉┉方程式1。从“（A+B）加法器” 单元输出的电压A+B（伏特），输入“［（A+B）-C］减法器”单元的被减数输入端。

机床数控计算机输出二进制数码经D/A转换为预置的模拟量电压值C（伏特）的设定：第一步根据经计量标定的力P与电压U转换的关系，可以计算出本装置需要预置的各挡电极丝恒张力ST（牛顿）所对应的各挡电压值为V（伏特）；第二步按公式C＝4 X COS（90-α/2）x V（伏特）关系式来设定机床数控计算机输出的二进制数经过D/A转换后的模拟电压C（伏特）。模拟电压C代表着在放电加工区上、下电极丝11张力之和为计算机预置的电极丝张力 F', 则 F'＝4 X COS（90-α/2）x ST┉┉方程式2。预置的电压C输入 “［（A+B）-C］减法器”单元的减数输入端。

从“（A+B）-C减法器”单元将二者的差值 “（A+B）-C”，输入“伺服方向鉴别与速度控制电路”单元。该单元输出有二路信号：1.方向环的信号（正电平信号、零电平信号）。如果（A+B）-C小于0，方向环输出零电平信号，则说明上、下两部分电极丝11张力之和小于机床数控计算设定的张力值，连接板10需要向紧丝方向移动；如果（A+B）-C大于0，方向环输出正电平信号，则说明上、下两部分电极丝11张力之和大于机床数控计算设定的张力值，连接板10需要向松丝方向移动；当（A+B）-C等于0，则说明上、下两部分电极丝11张力之和等于机床数控计算设定的张力值，方向环输出处于临界翻转状态，但是速度环无脉冲信号输出，连接板10不移动。2.速度环的脉冲信号，它决定着连接板10的移动速度，其移动速度正比于（A+B）-C的绝对值。当上、下测力传感器测得代表张力之和的电压（A+B）等于计算机输出的二进数码经D/A转换后的电压C，即（A+B）-C = 0，则连接板10移动速度为零，即不作移动。此时（A+B）＝C，即放电加工区两端电极丝11的实时张力之和F的大小等于计算机预置的电极丝11张力F'。根据上述的F＝2 x COS（90-α/2）X （T上+ T下）方程式1，和F'＝4 X COS（90-α/2）x ST方程式2；

∵F= F'，即2 x COS（90-α/2）X （T上+ T下） ＝4 X COS（90-α/2）x ST，

∴ ST＝(T上+ T下)/2。

上述公式的物理意义为：在伺服电机把上、下两部分电极丝11张力的平均值动态地稳定在机床数控计算机设定的电极丝11恒张力ST值上；本装置可以不受电极丝11作往复双向运动的影响，可以不失真地间接得到放电加工区电极丝11实时张力。

图5中两处虚线连接的电路是安装主动式减振器所增加的电路。如采用被动减振器这两部虚线所连接电子电路不安装，或者上、下功率放大器输出空置。

在上述的张力控制电路原理框图中，（A+B）和［（A+B）-C］的运算是使用运算放大器模似电路进行加、减运算的。也可以改为二进制的加、减运算。两者处理的原理相同。即在上、下前置放大器之后，先分别进行A/D转换后，将前置放大器输出的模拟量转换为二进制的数字量，输入FPGA电路等可编程电路、单片机或者上位计算机；同时从机床数控计算机（上体机的）输出代表预置代表放电加工区电极丝张力之和的二进制数，也输入这些电路。在这些可编程处理器中，二进制数码处理方法同上述的模似电路方案。最后由这些电路或计算机输出方向环电平信号和速度环的脉冲信号，输入外购的伺服电机驱动器和伺服电机。

上述的三个实施例，都是电极丝11与上、下测力轮接触包角相等的实施例。如果两个接触包角不相等，只要在机床使用中电极丝11与两个测力轮的接触包角是保持不变为前提条件，通过对上、下测力传感器进行计量量值传递标定和参考本发明所公开的相关计算之后，仍可以采用本发明的方案，实现一种具有电极丝恒张力控制和稳定运丝两项特性的运丝装置。

实施例4：

一种基于上述恒张力运丝装置的测力方法，在紧邻放电加工区14两端的位置上分别设置一测力传感器，即上测力传感器9和下测力传感器18；放电加工区14上端的电极丝11张力通过上测力轮8传递至上测力传感器9，从而测出对应的电极丝11张力；放电加工区14下端的电极丝11张力通过下测力轮19传递至下测力传感器18，从而测出对应的电极丝11张力。

为了消除储丝筒1制造允差所引起的电极丝11的纵波振动对电极丝11张力测量精度的影响，采用两个减振器，即上减振器2和下减振器21；上减振器2设于连接板10的上部，位于上排丝轮5与上测力轮之间，并通过上紧丝轮3来吸收电极丝11上部的纵波振动；下减振器21设于连接板10的下部，位于下排丝轮22与下测力轮19之间，并通过下紧丝轮20来吸收电极丝11下部的纵波振动。

在测力方式上，将上测力传感器9所测到的放电加工区14上部电极丝11张力所对应的电量，与下测力传感器19所测到的放电加工区14下部电极丝11张力所对应的电量，通过加法器电子电路进行相加，其输出用以衡量电极丝11的动态张力，以此作为电极丝11恒张力闭环控制的依据。

Claims (9)

1.一种恒张力运丝装置，包括储丝筒（1）、电极丝（11）、上排丝轮（5）、下排丝轮（22）、紧丝机构、位于加工区（14）两端的上导轮（13）以及下导轮（15）；在电极丝（11）的运丝路径上，所述上排丝轮（15）位于储丝筒（1）与紧丝机构之间，下排丝轮也位于储丝筒与紧丝机构之间，其特征在于：

所述恒张力运丝装置还包括上测力轮（8）、上测力传感器（9）、下测力轮（19）、下测力传感器（18）以及张力控制电路；

所述上测力传感器（9）和下测力传感器（18）均为单轴向测力传感器，且均具有第一连接面和第二连接面，上测力轮（8）转动支撑于上测力传感器（9）的第一连接面，上测力传感器（9）的第二连接面相对于机床的立柱（23）上部位置固定；下测力轮（19）转动支撑于下测力传感器（18）的第一连接面，下测力传感器（18）的第二连接面相对于机床的立柱（23）下部位置固定；

所述紧丝机构包括连接板（10）、连接板驱动装置、上紧丝轮（3）、上减振器（2）、下紧丝轮（20）以及下减振器（21）；所述上减振器（2）和下减振器（21）均具有第一连接端和第二连接端，第一连接端与第二连接端仅有一个沿减振轴向运动的自由度，上紧丝轮（3）转动支撑于上减振器（2）的第一连接端，上减振器（2）的第二连接端固定在连接板（10）的上部；下紧丝轮（20）转动支撑于下减振器（21）的第一连接端，下减振器（21）的第二连接端固定在连接板（10）的下部；所述连接板（10）定位于一个直线滑动导轨中，所述连接板（10）驱动装置为一伺服直线驱动机构，该伺服直线驱动机构由张力控制电路控制，伺服直线驱动机构的驱动端作用于连接板（10），并使连接板（10）沿所述直线滑动导轨来回移动，连接板（10）的移动方向定义为张力大小调节方向，张力大小调节方向与上减振器（2）及下减振器（21）的减振轴向同向；

所述的上减振器（2）与下减振器（21）采取主动式减振器，该主动式减振器由音圈电机组成，在静态时和恒张力状态下，所述连接板（10）在移动调整电极丝张力的同时，上、下主动式减振器内的弹性部件随之发生预变形；当电极丝在作往复运动过程中，上、下两部分电极丝交替着收丝和放丝，上测力传感器（9）和下测力传感器（18）分别测得叠加在上、下部分电极丝（11）上实时纵波振动的动态高频电信号，经过张力控制电路，使上减振器（2）、下减振器（21）主动作出与各自所受的纵波同频率、同振幅，但相位相反的振动，分别主动抵消存在于上、下两部分电极丝（11）上的高频纵波振动；

在电极丝的运丝路径上，所述上测力轮（8）位于上紧丝轮（3）与上导轮（13）之间，下测力轮（19）位于下紧丝轮（20）与下导轮（15）之间；

所述上排丝轮（5）的转轴与下排丝轮（22）的转轴平行设置，上紧丝轮（3）的转轴与下紧丝轮（20）的转轴平行设置，上测力轮（8）的转轴与下测力轮（19）的转轴平行设置；所述上紧丝轮（3）的转轴轴线与下紧丝轮（20）的转轴轴线所在的平面定义为基准平面，上排丝轮（5）的转轴轴线与下排丝轮（22）的转轴轴线所在的平面定义为第一平面，第一平面平行于所述基准平面，上测力轮（8）的转轴轴线与下测力轮（19）的转轴轴线所在的平面定义为第二平面，第二平面平行于所述基准平面；

所述电极丝（11）在上测力轮（8）上的切点与电极丝（11）在上紧丝轮（3）上的切点之间的电极丝（11）平行于张力大小调节方向，电极丝（11）在下测力轮（19）上的切点与电极丝（11）在下紧丝轮（20）上的切点之间的电极丝（11）也平行于张力大小调节方向，在连接板（10）移动过程中，电极丝（11）与上测力轮（8）接触的包角保持不变，以及电极丝（11）与下测力轮（19）接触的包角保持不变。

2.根据权利要求1所述的恒张力运丝装置，其特征在于：所述上排丝轮（5）与下排丝轮（22）的直径和厚度的尺寸相同，上测力轮（8）和下测力轮（19）的直径和厚度的尺寸相同，上紧丝轮（3）与下紧丝轮（20）直径和厚度的尺寸相同，从而使电极丝（11）上、下两部分上的各对应轮的数量和转动惯量对称和相同；

所述上紧丝轮（3）转轴和下紧丝轮（20）转轴之间的间距大于或等于电极丝（11）伸长调节量的1/4、上减振器（2）的垂直高度、上紧丝轮（3）直径、下排丝轮（22）与下测力轮（19）两者中直径较大者的直径四者之和；所述上排丝轮（5）转轴和下排丝轮（22）转轴之间的间距大于或等于上紧丝轮（3）转轴和下紧丝轮（20）转轴之间的间距；所述上测力轮（8）转轴和下测力轮（19）转轴之间的间距大于或等于上紧丝轮（3）转轴和下紧丝轮（20）转轴之间的间距；所述下测力轮（19）转轴与下排丝轮（22）转轴距机床床身（17）的高度相等，两者之间的间距大于或等于下紧丝轮（20）直径、下排丝轮（22）半径和下测力轮（19）半径的三者之和；所述上测力轮（8）转轴与上排丝轮（5）转轴在水平方向投影的间距与下测力轮（19）转轴与下排丝轮（22）转轴的间距相同；所述下紧丝轮（20）向上移动的最大高度满足以下要求：下紧丝轮（20）转轴的垂直高度不高于下排丝轮（22）转轴的垂直高度减去下紧丝轮（20）半径及下排丝轮（22）与下测力轮（19）两者中直径较大者的半径之和。

3.根据权利要求1所述的恒张力运丝装置，其特征在于：所述张力控制电路包括上测力传感器（9）、上前置放大器、上微分电路、上反相器、上功率放大器、上主动式减振器线性运动电机、下测力传感器（19）、下前置放大器、下微分电路、下反相器、下功率放大器、下主动式减振器线性运动电机、加法器、减法器、机床数控计算机、D/A转换电路、伺服方向鉴别与速度控制电路、电机驱动器；其中：

所述上测力传感器（9）的信号输出端与上前置放大器的信号输入端电连接，上前置放大器的信号输出端分出两路，其中，一路与上微分电路、上反相器、上功率放大器、上主动式减振器线性运动电机串联；另一路与加法器的一个信号输入端电连接；

所述下测力传感器（19）的信号输出端与下前置放大器的信号输入端电连接，下前置放大器的信号输出端分出两路，其中，一路与下微分电路、下反相器、下功率放大器、下主动式减振器线性运动电机串联；另一路与加法器的另一个信号输入端电连接；

所述加法器的信号输出端与减法器的被减数信号输入端电连接；

所述机床数控计算机的信号输出端与D/A转换电路的信号输入端电连接，D/A转换电路的信号输出端与减法器的减数信号输入端电连接；

所述减法器的信号输出端与伺服方向鉴别与速度控制电路的信号输入端电连接；

所述伺服方向鉴别与速度控制电路输出的方向环信号与速度环信号分别输入至电机驱动器的信号输入端。

4.根据权利要求1所述的恒张力运丝装置，其特征在于：所述电极丝（11）从储丝筒（1）开始，依次绕过上排丝轮（5）、上紧丝轮（3）、上测力轮（8）、上导轮（13）上方、下导轮（15）下方、下测力轮（19）、下紧丝轮（20）、下排丝轮（22）、最后再返回储丝筒（1）。

5.根据权利要求1所述的恒张力运丝装置，其特征在于：所述立柱（23）上设置有上线架臂（12）和下线架臂（16），上线架臂（12）和下线架臂（16）在竖直方向上间隔且平行布置，所述上导轮（13）转动支撑在上线架臂（12）的前部位置上，下导轮（15）转动支撑在下线架臂（16）的前部位置上；所述上测力传感器（9）设于立柱（23）与上线架臂（12）连接处附近；从上导轮（13）至上测力轮（8）之间的电极丝（11）在一个平行床身（17）平面内。

6.根据权利要求5所述的恒张力运丝装置，其特征在于：所述上线架臂（12）在竖直方向上相对于立柱（23）移动设置，且上线架臂（12）与立柱之间设有定位结构，所述上导轮（13）转动支撑在上线架臂（12）的前部位置上；所述上测力传感器（9）的第二连接面固定在与立柱（23）滑动结合面的上线架臂（12）上；上线架臂（12）定位锁紧后，从上导轮（13）至上测力轮（8）之间的电极丝（11）在一个平行床身（17）平面内，并且电极丝（11）在上测力轮（8）上的切点与电极丝（11）在上紧丝轮（3）上的切点之间的电极丝（11）平行于张力大小调节方向，以使在连接板（10）移动过程中，电极丝（11）与上测力轮（8）接触的包角保持不变的要求。

7.根据权利要求5所述的恒张力运丝装置，其特征在于：所述上线架臂（12）与立柱（23）组成一C型线架（25），在其前部设有根据不同工件高度作上下升降的Z轴（27），Z轴（27）下方固定设置一U-V拖板（26），上导轮（13）转动支撑在U-V拖板（26）上。

8.根据权利要求7所述的恒张力运丝装置，其特征在于：所述上测力传感器（9）的第二连接面固定在一升降导轨组件（24）的滑块上，升降导轨组件（24）固定在C型线架（25）的垂直部分右内侧面之上，升降导轨组件（24）的滑块与Z轴（27）同步升降，以满足从上导轮（13）至上测力轮（8）之间的电极丝在一个平行床身（17）平面内，并且电极丝（11）在上测力轮（8）上的切点与电极丝（11）在上紧丝轮（3）上的切点之间的电极丝（11）平行于张力大小调节方向，以使在连接板（10）移动过程中，电极丝（11）与上测力轮（8）接触的包角保持不变的要求。

9.一种基于权利要求1-8中任意一项的恒张力运丝装置的测力方法，其特征在于：在紧邻放电加工区（14）两端的位置上分别设置一测力传感器，即上测力传感器（9）和下测力传感器（18）；放电加工区（14）上端的电极丝（11）张力通过上测力轮（8）传递至上测力传感器（9），从而测出对应的电极丝（11）张力；放电加工区（14）下端的电极丝（11）张力通过下测力轮（19）传递至下测力传感器（18），从而测出对应的电极丝（11）张力；

为了消除储丝筒（1）因制造允差所引起的电极丝（11）的纵波振动，采用两个减振器，即上减振器（2）和下减振器（21）；上减振器（2）设于连接板（10）的上部，位于上排丝轮（5）与上测力轮之间，并通过上紧丝轮（3）来主动抵消电极丝（11）上部的纵波振动；下减振器（21）设于连接板（10）的下部，位于下排丝轮（22）与下测力轮（19）之间，并通过下紧丝轮（20）来主动抵消电极丝（11）下部的纵波振动；

所述的上减振器（2）与下减振器（21）采取主动式减振器，该主动式减振器由音圈电机组成，在静态时和恒张力状态下，所述连接板（10）在移动调整电极丝（11）张力的同时，上、下主动式减振器内的弹性部件随之发生预变形；当电极丝在作往复运动过程中，上、下两部分电极丝交替着收丝和放丝，上测力传感器（9）和下测力传感器（18）分别测得叠加在上、下部分电极丝（11）上实时纵波振动的动态高频电信号，经过张力控制电路，使上减振器（2）、下减振器（21）主动作出与各自所受的纵波同频率、同振幅，但相位相反的振动，分别主动抵消存在于上、下两部分电极丝（11）上的高频纵波振动；

在测力方式上，将上测力传感器（9）所测到的放电加工区（14）上部电极丝（11）张力所对应的电量，与下测力传感器（19）所测到的放电加工区（14）下部电极丝（11）张力所对应的电量，通过加法器电子电路进行相加，其输出用以衡量电极丝（11）的动态张力，以此作为电极丝（11）恒张力闭环控制的依据。