首页 / 专利库 / 电气元件和设备 / 电极 / 防止电极丝在电火花侵蚀加工期间的断裂的方法和设备

防止电极丝在电火花侵蚀加工期间的断裂的方法和设备

阅读:214发布:2024-02-29

专利汇可以提供防止电极丝在电火花侵蚀加工期间的断裂的方法和设备专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种使用 电极 丝(4)通过 放电加工 来加工零件的设备,它包括:-用于保持电极丝拉紧并驱动该电极丝在火花引发区(5)中在待加工零件附近纵向地平移的装置(20,30,60);-用于使介电液体的流流经电极丝和待加工零件之间的火花引发区的装置(50);-用于产生在电极丝和待加工零件之间在火花引发区中引发火花的电脉冲的电源(10);-根据加工参数控制该设备的控制装置(40);-用于评估电极丝和待加工零件之间的火花引发区中存在的气泡的量并用于向控制装置传送表征所述气泡的量的 信号 (73)的测量装置(70);-控制装置中的适配装置(41),它用于 修改 加工参数以使所述信号的值维持在信号值的合适范围内。,下面是防止电极丝在电火花侵蚀加工期间的断裂的方法和设备专利的具体信息内容。

1.一种使用电极丝(4)通过放电加工来加工零件(8)的方法,其中:
-拉紧所述电极丝(4)并驱动该电极丝在火花引发区(5)中在待加工的所述零件(8)附近纵向地平移(9),介电液体流移动穿过所述火花引发区,
-使用连接在待加工零件(8)和电极丝(4)之间的电源(10)产生电脉冲(UA-IE),所述电脉冲在所述电极丝(4)和所述待加工零件(8)之间在所述火花引发区(5)中引发火花,-评估在所述电极丝(4)和所述待加工零件(8)之间在所述火花引发区(5)中存在的气泡的量,
-根据所述气泡的评估量修改至少一个加工参数,以使所述气泡的评估量保持或返回合适的数值范围。
2.如权利要求1所述的加工方法,其特征在于,当所述气泡的评估量增加时,使火花电流(IE)的峰幅值(I0)减小,并且当所述气泡的评估量减少时,使火花电流(IE)的峰幅值(I0)增大。
3.如权利要求1和2中任一项所述的加工方法,其特征在于:
-将所述气泡的评估量与至少一个预设阈值量进行比较,
-当所述气泡的评估量达到或超过所述至少一个预设阈值量时,使所述火花电流的峰幅值(I0)减小持续预设的停留时间
4.如权利要求1所述的加工方法,其特征在于,当所述气泡的评估量增加时,使相继的电脉冲(UA-IE)之间的间歇时间(Tp)增大,并且当所述气泡的评估量减少时,使相继的电脉冲(UA-IE)之间的间歇时间(Tp)减小。
5.如权利要求1和4中任一项所述的加工方法,其特征在于:
-将所述气泡的评估量与至少一个预设阈值量进行比较,
-当所述气泡的评估量达到或超过所述至少一个预设阈值量时,使相继的电脉冲(UA-IE)之间的间歇时间(Tp)增大持续预设停留时间。
6.如权利要求1所述的加工方法,其特征在于,通过在火花电流(IE)的两个相继的脉冲之间的时间间隔(Te)期间测量所述电极丝(4)和所述待加工零件(8)之间的电阻抗,间接地评估在所述电极丝(4)和所述待加工零件(8)之间在火花引发区(5)中存在的气泡的量。
7.如权利要求6所述的加工方法,其特征在于,在火花电流(IE)的两个相继的脉冲之间的时间间隔(Te)期间测量所述电极丝(4)和所述待加工零件(8)之间的电阻抗的电容性元件的值。
8.如权利要求7所述的加工方法,其特征在于,从在起始电压脉冲(UA)的施加期间并在它引发火花之前测量的电极丝(4)和待加工零件(8)之间的电压(U)的上升速度来推导所述电极丝(4)和所述待加工零件(8)之间的电阻抗的电容性元件的值。
9.如权利要求1所述的加工方法,其特征在于,通过在两个相继的电脉冲(UA-IE)之间的间歇时间(Tp)期间在电极丝(4)和待加工零件(8)之间注入高频电流,并且通过测量该高频下的电路的阻抗以便从它推导所述电极丝(4)和所述待加工零件(8)之间的电阻抗的电容性元件的值,间接评估在所述电极丝(4)和所述待加工零件(8)之间在所述火花引发区(5)中存在的气泡的量。
10.一种使用电极丝通过放电加工来加工零件的设备,包括:
-用于保持所述电极丝(4)拉紧并驱动该电极丝在火花引发区(5)中在待加工的所述零件(8)附近纵向地平移(9)的装置(2,3,20,30,60),
-用于使介电液体流在电极丝(4)和待加工零件(8)之间流过所述火花引发区(5)的装置,
-电源(10),该电源电连接在所述待加工零件(8)和所述电极丝(4)之间并且能产生电脉冲(UA,IE),该电脉冲能在所述电极丝(4)和所述待加工零件(8)之间在所述火花引发区(5)中引发火花,
-控制装置(40),该控制装置控制所述电源(10)、用于使介电液体流流动的所述装置(50)、以及通过设置所述电脉冲(UA,IE)的特性、所述介电液体流的特性和其他加工参数来建立或改变加工参数的其他装置,
-测量装置(70),该测量装置用于评估在所述电极丝(4)和所述待加工零件(8)之间在所述火花引发区(5)中存在的气泡的量,并用于向所述控制装置(40)传送表征所述气泡的评估量的信号(73);
-在所述控制装置(40)中的适配装置(41),该适配装置用于根据表征在所述电极丝(4)和所述待加工零件(8)之间在所述火花引发区(5)中存在的所述气泡的评估量的所述信号(73)来修改所述加工参数中的至少一者,以使所述信号(73)的值维持或返回到信号值的合适范围。
11.如权利要求10所述的加工设备,其特征在于,所述适配装置(41)包括:
-比较器,该比较器用于将表征在所述电极丝(4)和所述待加工零件(8)之间在所述火花引发区(5)中存在的所述气泡的量的所述信号(73)与至少一个预设信号阈值进行比较,-记录的控制程序,该记录的控制程序用于控制所述电源(10),以便当表征在所述火花引发区(5)中存在的所述气泡的量的所述信号(73)达到或超过所述至少一个信号阈值时,使火花电流(IE)的峰幅值(I0)减小。
12.如权利要求10所述的加工设备,其特征在于,所述适配装置(41)包括:
-比较器,该比较器用于将表征在所述电极丝(4)和所述待加工零件(8)之间在所述火花引发区(5)中存在的所述气泡的量的所述信号(73)与至少一个预设信号阈值进行比较,-记录的控制程序,该记录的控制程序用于控制所述电源(10),以便当表征在所述火花引发区(5)中存在的所述气泡的量的所述信号(73)达到或超过所述至少一个信号阈值时,使相继的电脉冲之间的间歇时间(Tp)增大。
13.如权利要求10至12中任一项所述的加工设备,其特征在于,用于评估在所述电极丝(4)和所述待加工零件(8)之间在所述火花引发区(5)中存在的所述气泡的量的所述装置(70)包括用于测量由所述电极丝(4)和所述待加工零件(8)之间的所述火花引发区(5)形成的电路的阻抗的电容分量的装置。
14.如权利要求13所述的加工设备,其特征在于,用于测量电容阻抗分量的所述装置测量所述电极丝(4)和所述待加工零件(8)之间的初始电压(U)的上升速度。
15.如权利要求13所述的加工设备,其特征在于,用于测量电容阻抗分量的所述装置包括:
-高频发生器,该高频发生器能在所述电极丝(4)和所述待加工零件(8)之间注入高频电流,
-用于测量所述高频发生器将所述高频电流注入其中的电路的复阻抗的装置,-用于从所测量的复阻抗中提取由所述电极丝(4)和所述待加工零件(8)之间的所述火花引发区(5)形成的电路的电容阻抗分量的值的计算装置。

说明书全文

防止电极丝在电火花侵蚀加工期间的断裂的方法和设备

技术领域

[0001] 本发明涉及线切割EDM(放电加工,电火花加工)方法(工艺,过程),其中,在EDM机械中,通过在电极丝(电极线,焊丝)和材料之间的电介质(介电质)中使用火花侵蚀来使用电极丝切割导电材料。现有技术
[0002] 众所周知的EDM方法通过在待加工零件和导电的电极丝之间的火花引发区中产生火花来允许从由导电材料制成的零件上去除材料。由导向件保持的电极丝在该线材的长度方向上在零件附近处持续地走线,并且该电极丝通过线导向件的横向平移或零件的平移而在横向方向上朝向零件逐渐地移动。
[0003] 在EDM机械中,电极丝和待加工零件之间的火花引发区浸没在合适的介电流体中。电源通过远离火花引发区定位电触点连接在待加工零件和电极丝之间。电源经由适当电脉冲的传输允许产生火花,该火花逐渐侵蚀零件和电极丝。通过火花从电极丝和零件上分离的颗粒分散在介电流体中,并且它们被从介电流体中去除。电极丝的纵向走线使得有可能永久保持线材直径,该线材直径通常足以承受在火花引发区施加于其上的机械张而不会断裂。线材和零件的在横向方向上的相对运动允许对零件进行切割,或者在适当的情况下,允许对其表面进行处理。
[0004] 在EDM机械中,电子控制装置控制该机械的组成单元,以便建立或改变用户根据电极丝的性质、待加工零件的性质和尺寸以及加工后所寻求的特殊性选择的加工参数。加工参数通常包括电脉冲的频率、两个相继的电脉冲之间的间歇时间的持续时间、起始电压、火花电流的能量、火花电流的峰幅值、火花电流的持续时间、介电液体流的特性、电极丝的纵向走线的速度以及待加工零件相对于电极丝的相对运动的速度。
[0005] 为了获得精确的加工,特别地为了产生半径较小的切割部,必须使用小直径的线材,所述线材具有高的极限机械强度,从而允许其在火花引发区保持拉紧并且限制振动幅度。
[0006] 大多数现代EDM机械设计为使用通常直径为0.25mm、极限强度介于400到1000N/mm2之间的金属线材。
[0007] 由于EDM是一个相对缓慢的过程,因此同时需要使加工速度、特别地粗加工速度最大化。
[0008] 目前公认的是,该加工速度直接取决于电极丝和待加工零件之间的火花引发区中释放的火花引发能量,并因此取决于线材能够传导到火花引发区的电能。然而,火花引发区中的侵蚀放电和由流经导线的电流产生的焦加热倾向于加热线材,同时降低其极限机械强度。
[0009] 因而,用于EDM的线材的一个限制是,它在加热和机械张力的联合影响下会断裂。这要求用户限制其EDM机械的加工功率,而这同时限制了加工速度。
[0010] 因此,线切割EDM方法中经常出现的问题是电极丝过早断裂。由于这种影响显然不可能完全消除,所以在EDM机械中,已经提供了允许电极丝在其断裂后自动重新穿线的装置。然而,在电极丝断裂后,在重新穿入电极丝所需的时间内,加工过程必然会中断,这大大降低了对零件进行加工的总速度。
[0011] 已经寻求各种方法来试图降低EDM过程中电极丝过早断裂的频率。
[0012] 例如,电极丝的机械强度已经通过适当选择诸如之类的具有高机械强度的组成金属而增加。
[0013] 根据另一示例,已经提出使用包括金属芯材和连续的锌涂层的EDM线材,涂层的作用是借助于锌在其蒸发过程中消耗的热能而限制金属芯材的加热。已经尝试降低由加工火花和焦耳加热导致的不可避免的电极丝加热的影响,希望因此通过降低电极丝的机械强度来防止这种加热导致断裂。
[0014] 根据另一示例,文献CH 633 739 A5描述了一种EDM线材及其制造方法,该线材具有能由或铜锌合金制成的芯材,并且该芯材具有由不同的铜锌合金制成的涂层并覆盖有由化锌制成的薄膜。该文献提到由铜锌合金制成的涂层具有多孔结构,并且线材具有粗糙的表面,这增加了与用作介电加工液体的接触面积,从而这增加了线材的冷却并允许更高的电流通过。
[0015] 文献EP 0 930 131 B1也描述了一种EDM线材及其制造方法,该线材包括由第一含铜金属制成的芯材、形成在该芯材上的合金层、以及形成在该合金层上并由蒸发温度低于第一金属的第二金属制成的表面层。该文献教导,为了更好地冷却线材,在线材的表面上获得包含开放孔的多孔层是有利的,开放孔增加了线材和加工介电液体之间的接触面积,以便更好地冷却该线材。
[0016] 根据另一示例,使用高电导率的电极丝来降低由流经其的电流引起的线材的加热,希望由此通过降低电极丝的机械强度来防止这种不可避免的加热导致断裂。
[0017] 根据另一示例,对流经电极丝的平均电流进行限制,从而限制流经电极丝的电流对电极丝的不可避免的加热。
[0018] 根据另一示例,已经尝试通过促进容易导致触发电介质击穿的加工碎屑的去除来降低电极丝和待加工零件之间的火花引发区中不可避免地随机出现的快速火花触发或短路的频率,希望频率较低的短路将降低电极丝断裂的险。例如,在文献US 5,945,010中,提出对锌α相黄铜进行退火,以产生由γ相黄铜制成的外围层,然后拉伸由此获得的中间产品,以获得最终直径。这种拉伸产生断裂的γ相黄铜表面层。产生的EDM线材表面不规则,该文献指出这有助于去除加工碎屑。
[0019] 文献FR 2 527 960 A1教导了电极丝断裂的原因之一可能至少部分归因于当电极丝穿入加工液体中时由电极丝自身输送到火花引发区中的空气气泡的存在。所描述的解决方案则是通过在线材进入火花引发区之前机械地清洁线材来减少线材夹带的气泡量值。
[0020] 不幸的是,尽管经过多年已经发展了这许多尝试,但这些已知方法目前都未达到令人满意的结果,因为在EDM方法中仍然经常观察到电极丝的随机断裂。此外,流经电极丝的平均电流的限制或钢芯电极丝的使用导致EDM速度不可避免地降低,这在实践中大大降低了这些方法的优点。

发明内容

[0021] 因此,降低EDM方法中电极丝随机断裂的频率但—如果可能的话—不降低加工速度仍然是人们非常感兴趣的。
[0022] 因此,本发明解决的一个问题是在EDM过程中有效防止电极丝断裂,而不会导致整体加工速度的显著降低。
[0023] 本发明源于以下观察。
[0024] 发明人已经观察到,在EDM方法的过程中,气泡在介电液体内部中在火花引发区本身中形成。这些气泡可能在火花引发区上方聚集。大多数情况下,在常规的加工条件下,这些气泡从火花引发区中逐渐地去除,特别地通过向上逸出或在去除加工碎屑的介电液体流中逸出。
[0025] 在电极丝穿入介电液体—如文献FR 2 527 960 A1中拉紧—之前清洁电极丝不能防止在火花引发区本身中形成气泡,并且这很可能是该文献中提出的解决方案不能充分降低电极丝断裂风险的原因。
[0026] 基于这些观察,本发明背后的构思是电极丝的随机断裂基本上是由于当在某些加工条件下气泡极过量地形成并围绕电极丝的在火花引发区中的有用长度的至少一个区段团聚在电极丝的表面上时,在火花引发区中的气泡的形成:当电极丝的表面上的气泡在电极丝的一定长度上过量地团聚时,电极丝表面上的气泡容易引起线材的强烈局部加热及其断裂。
[0027] 一种解释似乎是团聚的气泡使电极丝与介电液体隔热,从而阻止它被局部冷却。另一种解释似乎是团聚的气泡促进了气泡所占据区域中火花的触发,从而增加了电极丝的局部加热。这两种效应可能结合在一起。
[0028] 因此,为了避免在EDM过程中电极丝断裂,而不会导致整体加工速度的显著降低,本发明提出一种用于使用电极丝通过放电加工来对零件进行加工的方法,其中:
[0029] -将电极丝拉紧(张紧)并驱动该电极丝在火花引发区中在所述待加工零件附近纵向地平移,介电液体流移动穿过该火花引发区,
[0030] -使用连接在待加工零件和电极丝之间的电源产生电脉冲,所述电脉冲在电极丝和待加工零件之间在火花引发区中引发火花,
[0031] -评估(估计)在电极丝和待加工零件之间在火花引发区中存在的气泡的量,[0032] -根据所述气泡的评估量修改至少一个加工参数,以使所述气泡的评估量维持或返回到合适的数值范围。
[0033] 上述解决方案的描述中提到的加工参数选自EDM机械的常规加工参数,例如在本说明书的开始部分关于现有技术所列的那些。
[0034] 已经观察到,将气泡量保持在公差阈值以下的事实使得在EDM过程中电极丝断裂的风险显著降低。
[0035] 根据第一实施例,被作用以降低电极丝断裂风险的加工参数是火花电流的峰幅值(峰值)。在这种情况下,当所述气泡的评估量增加时,使火花电流的峰幅值减小,并且在预设的停留时间之后或者优选地当所述气泡的评估量减少时,使火花电流的峰幅值增大。
[0036] 在该第一实施例中,当所述气泡的评估量增加到超过上阈值时,火花电流的峰幅值可以有利地减小,并且优选地,当所述气泡的评估量减少到低于下阈值时,火花电流的峰幅值可以再次增加。
[0037] 实际上,在这种第一实施例的更简单的变型中:
[0038] -将所述气泡的评估量与至少一个预设阈值量进行比较,
[0039] -当所述气泡的评估量达到或超过所述至少一个预设阈值量时,在预设停留时间(dwell time)内减小火花电流的峰幅值减小。
[0040] 根据第二实施例,被作用以降低电极丝断裂风险的加工参数是相继的电脉冲之间的间歇时间(暂停时间,pause time)。在这种情况下,当所述气泡的评估量增加时,使相继的电脉冲之间的间歇时间增大,并且在预设的停留时间之后,或者优选地当所述气泡的评估量减少时,使相继的电脉冲之间的间歇时间减小。
[0041] 在该第二实施例中,当气泡的评估量已经增加到超过上阈值时,相继的电脉冲之间的间歇时间可以有利地增大,并且优选地,当气泡的评估量减少到低于下阈值时,相继的电脉冲之间的间歇时间可以再次减少。
[0042] 实际上,在更简单的第二实施例中:
[0043] -将所述气泡的评估量与至少一个预设阈值量进行比较,
[0044] -当所述气泡的评估量达到或超过所述至少一个预设阈值量时,在预设停留时间使相继的电脉冲之间的间歇时间内增大。
[0045] 在任一实施例中,通过在火花电流的两个相继的脉冲之间的时间间隔期间测量电极丝和待加工零件之间的电阻抗,可以有利地间接评估电极丝和待加工零件之间的火花引发区中存在的气泡量值。
[0046] 实际上,在火花电流的两个相继的脉冲之间的时间间隔期间测量电极丝和待加工零件之间的电阻抗的电容性元件(电容性元素,电容成分,capacitive element)的值。因此,避免了侵蚀性火花的扰动,从而维持加工效率。
[0047] 根据第一种可能性,通过在起始电压脉冲的施加期间并且在起始电压脉冲引发火花之前测量电极丝和待加工零件之间的电压的上升速度,来推导出电极丝和待加工零件之间的电阻抗的电容性元件的值。
[0048] 根据第二种可能性,通过在两个相继的电脉冲之间的间歇时间期间在电极丝和待加工零件之间注入高频电流,并且通过测量电路在该高频下的阻抗以便由此推导出电极丝和待加工零件之间的电阻抗的电容性元件的值,来间接地评估电极丝和待加工零件之间的火花引发区中存在的气泡量。
[0049] 出于相同的目的,根据另一方面,本发明提出一种使用电极丝通过放电加工对零件进行加工的设备,它包括:
[0050] -用于保持电极丝拉紧并驱动该电极丝在火花引发区中在待加工零件附近纵向地平移的装置,
[0051] -用于使介电液体流流经电极丝和待加工零件之间的火花引发区的装置,[0052] -电源,该电源连接在待加工零件和电极丝之间并且能产生电脉冲,所述电脉冲能在电极丝和待加工零件之间的火花引发区中引发火花,
[0053] -控制装置,它控制所述电源、用于使介电液体流流动的装置、以及通过设定所述电脉冲的特性、介电液体流的特性和其他加工参数来建立或改变加工参数的其他装置,[0054] -测量装置,它用于评估电极丝和待加工零件之间的火花引发区中存在的气泡量,并且用于向控制装置传送表征所评估的气泡量的信号
[0055] -处于控制装置中的适配装置,它用于根据表征电极丝和待加工零件之间的火花引发区中存在的气泡的评估量的所述信号来修改至少一个加工参数,以使所述信号的值维持或返回到信号值的合适范围。
[0056] 根据第一实施例,所述适配装置可以包括:
[0057] -比较器,它用于将表征电极丝和待加工零件之间的火花引发区中存在的气泡量的所述信号与至少一个预设信号阈值进行比较;
[0058] -记录的控制程序,它用于控制电源,以便当表征火花引发区中存在的气泡量的所述信号达到或超过所述至少一个信号阈值时,减小火花电流的峰幅值。
[0059] 根据第二实施例,所述适配装置可以包括:
[0060] -比较器,它用于将表征电极丝和待加工零件之间的火花引发区中存在的气泡量的所述信号与至少一个预设信号阈值进行比较,
[0061] -记录的控制程序,它用于控制电源,以便当表征火花引发区中存在的气泡量的所述信号达到或超过所述至少一个信号阈值时,增大相继的电脉冲之间的间歇时间。
[0062] 用于评估电极丝和待加工零件之间的火花引发区中存在的气泡量的装置可以有利地包括用于测量由电极丝和待加工零件之间的火花引发区形成的电路的阻抗的电容分量的装置。
[0063] 根据第一种可能性,所述用于测量电容阻抗分量的装置测量电极丝和待加工零件之间的初始电压的上升速度。
[0064] 根据第二种可能性,所述用于测量电容阻抗分量的装置包括:
[0065] -高频发生器,它能在电极丝和待加工零件之间注入高频电流,
[0066] -用于测量所述高频发生器将所述高频电流注入其中的电路的复阻抗(complex impedance)的装置,
[0067] -用于从所测量的复阻抗中提取由电极丝和待加工零件之间的火花引发区形成的电路的电容阻抗分量的值的计算装置。附图说明
[0068] 本发明的其他目的、特征和优点将从下面对特定实施例的描述中变得显而易见,该描述是参照附图给出的,其中:
[0069] 图1是包含根据本发明的设备的线电极EDM机械的示意图;
[0070] 图2是示意性透视图,它以较大的比例示出了待在利用电极丝的加工期间加工的零件;
[0071] 图3是图2整体的示意性正面视图;
[0072] 图4是图2整体的示意性俯视图;
[0073] 图5是剖面图形式的示意性的正面视图,其示出了不存在气泡时的火花引发区;
[0074] 图6是剖面图形式的示意性的正面视图,其示出了存在气泡时的火花引发区;
[0075] 图7是示出了侵蚀性火花引发步骤期间的电极丝和待加工零件之间的电压的波形的示意图;以及
[0076] 图8是示出了在侵蚀性火花引发步骤期间流经电极丝、电介质和待加工零件的电流的波形的示意图。

具体实施方式

[0077] 首先考虑图1至图6,这些附图图示了根据本发明的方法和设备,其允许通过借助于电极丝4的电火花侵蚀进行加工,而同时降低电极丝4过早断裂的风险,而不会显著降低对待加工零件8进行电气放电加工的速度。
[0078] EDM机械—例如图1中所示的—主要包括含有介电质流例如去离子水的加工室1、诸如滑轮2和3以及线材引导件20和30的用于保持电极丝4并使其在室1内部的火花引发区5中保持拉紧的装置、零件保持器6以及用于使零件保持器6在火花引发区5中相对于电极丝4移动的装置7。由零件保持器6保持的待加工零件8放置在火花引发区5中。线材引导件20、30位于待加工零件8的两侧,并精确地引导电极丝4。为此,这些线材引导件定位成接近待加工零件8,并且它们的直径略大于电极丝4的直径,例如对于250μm的电极丝4而言具有254μm的直径。电极丝4面对待加工零件8在火花引发区5中如箭头9所示纵向地走线(行进,送线,run off)。电源10一方面在滑轮2和线材引导件20之间经由线路18和至少一个触点18a—该触点在电极丝4穿过室1的电介质期间接触电极丝4—电连接到电极丝4,另一方面经由线路19电连接到待加工零件8,该电源10在火花引发区5中产生适于在待加工零件8和电极丝4之间形成火花或电弧的电能。
[0079] 现在考虑图7和图8,这些图分别示出在EDM电脉冲期间的作为时间t的函数的电压U的波形和电流I的波形。电脉冲首先在时间t0和t2之间包括起始电压脉冲UA,然后在时间t2和t3之间包括火花电流脉冲IE。
[0080] 在图7中,电源10产生起始电压脉冲UA,该起始电压脉冲的上升前沿FM从初始时间t0延伸到建立结束时间t1。电极丝4与火花引发区5中的待加工零件8之间的最大起始电压U0的建立不是瞬时的,而是经由指数上升前沿FM而发生,因为这涉及到在由火花引发区5形成的电路的端子之间建立电压的问题,使得该端子基本上具有电容器的特性:在没有火花的情况下,火花引发区5中存在的介电液体使金属元件—即电极丝4和待加工零件8—绝缘,并且它们一起形成电容性元件。
[0081] 在时间t1之后并且直到时间t2,电源10维持电压U0,同时等候电介质击穿。
[0082] 在时间t2,电介质发生击穿,电极丝4和待加工零件8之间的电压U急剧下降并且保持较低,直到时间t3。
[0083] 在图8中,图示了由电源10供给的电流I的波形,电流I在时间t0和t1之间保持较低,在时间t1和t2之间保持几乎为零。在发生击穿的时间t2之后,电源10产生火花电流IE,该火花电流IE呈具有峰值或幅值I0的电流脉冲形式并且在时间t3结束。正是这个电流脉冲或火花电流IE向EDM火花馈电或使EDM火花持续。
[0084] 在时间t3之后,电源10等候间歇时间Tp,并且循环以新的电压脉冲重新开始。
[0085] 应当理解,火花电流IE的每次脉冲都会产生侵蚀性火花。图8示出了两个相继的火花之间—即火花电流脉冲IE的两个相继的脉冲之间—的时间间隔Te。
[0086] 电源10可以作用于加工功率、特别是通过调制火花电流IE的峰值或幅值I0、时间t2和t3之间的火花电流IE的脉冲持续时间以及两个相继的电脉冲UA-IE之间的间歇时间Tp。
[0087] 再次考虑图1。EDM机械包括用于根据合适的加工参数控制EDM机械的各个单元的控制装置40。用户可以特别地根据待加工零件8的性质和形状、电极丝4的组成以及待执行的加工类型(粗加工、精加工)来选择某些加工参数。
[0088] 因此,控制装置40特别地通过调整电源10在火花引发区5中产生的电能的数值、波形和其他参数来控制该电源10。
[0089] 控制装置40还控制EDM机械的其它单元,特别是用于使介电液体流流经火花引发区5的装置50、诸如电动达的用于驱动电极丝4沿纵向如箭头9所示平移并用于调整它在火花引发区5中的走线速度的驱动装置60、以及确保待加工零件8根据期望的加工步骤相对于电极丝4移动的移动装置7。
[0090] 在图示的实施例中,EDM机械还包括测量装置70,该测量装置的输入-输出线路71分别电连接到待加工零件8和电极丝4,它能评估在电极丝4和待加工零件8之间在火花引发区5中存在的气泡量。该测量装置70经由传输线路72向控制装置40传送表示所述评估的气泡量的信号73。
[0091] 根据第一实施例,测量装置70可以包括高频发生器70a和测量装置70b,该高频发生器70a能经由输入-输出线路71在电极丝4和待加工零件8之间注入高频电流,该测量装置70b用于测量在该高频下输入-输出线路71的端子之间的电路的复电阻抗的电容性元件,并且用于从中推导出表征所评估的气泡量的信号73。
[0092] 实际上,可以使用形成以下电容计的任何电路,该电容计能在短于两个相继的电脉冲之间的常规间歇时间Tp(约0.5ms)的测量时间内快速测量约5pF到100pF的电容量。在该间歇时间Tp期间,电源10的输出阻抗必须非常高、为开路型阻抗,以便不干扰电容测量。
[0093] 可替代地,根据第二实施例,测量装置70可以经由输入-输出线路71接收在初始电压脉冲UA期间在电极丝4和待加工零件8之间存在的电压的波形,并可以通过测量在电源10施加起始电压脉冲UA期间的电极丝4和待加工零件8之间的起始电压U的上升速度以便从所示波形中推导出电极丝4和待加工零件8之间存在的电阻抗的电容性元件的数值,由此从中推导出表征所评估的气泡量的信号73。
[0094] 在控制装置40中,适配装置41被编程为根据表示所述评估的气泡量的信号73来修改加工参数,以便维持所述信号73的值或使所述信号73的值返回到信号值的合适范围。
[0095] 信号值的合适范围的限值特别地取决于待加工零件8的性质和形状、电极丝4的组成以及待执行的加工类型。因此,这些限值必须由用户经由常规加工试验来确定,在所述常规加工试验期间,将观察到令人满意的加工速度和潜在电极-导线断裂的频率的显著降低。
[0096] 在实践中,可选择仅由上限值限定的信号值范围,适配装置41则被编程为在预设等候时间期间减少火花能量,从而允许充分去除气泡,并且允许之后在预设等候时间结束时使火花能量返回到其先前水平。
[0097] 然而,由上限值和下限值限定的信号值范围将使得EDM速度能被优化。
[0098] 控制装置40和适配装置41可以采用微处理器或与合适程序相关联的微控制器的形式。实际上,根据本发明的方法,EDM机械的常规控制单元本身可以被编程为用以执行上述功能,并用以相应地控制EDM机械的组成单元。
[0099] 从图2中可以看出,通过在横向方向上—如箭头11所示—移动待加工零件,电火花侵蚀逐渐导致电极丝4穿透到待加工零件8的导电的主体中,并产生槽12。在图示的示例中,切割部是直线状槽12,其占据待加工零件8的整个高度H。经由待加工零件8的非线性运动11,切割部可以是非线性的。
[0100] 待加工零件8的运动必须跟随电火花产生的侵蚀,而不能超过。速度太慢会降低加工速度。速度太快导致电极丝4和待加工零件8接触,并且由于这种短路导致机械停止运转。
[0101] 图3和图4更详细地示出了槽12中的火花引发区5。通过调整待加工零件8的移动速度,电极丝4的外表面和槽12的内表面之间的间距G保持基本恒定。因此,火花引发区5位于槽12的半柱形背部和由电极丝4的朝向槽12的半柱形背部的半部表面形成的半柱体之间。槽12的宽度L等于电极丝的直径D与两倍间距G之和。
[0102] 图5和图6示出了电极丝4和待加工零件8之间的火花引发区5的沿槽12的中间平面截取的剖面图。在图5中,火花引发区5示出为处于“正常”状态,其中没有气泡积聚在电极丝4周围。相反,在图6中,火花引发区5示出为处于“破裂风险”状态,其中气泡100已经积聚在电极丝4周围。应当理解,在气泡100所占据的长度区段中,电极丝4与填充火花引发区5其余部分的介电液体是隔热的。结果,所述电极丝的长度区段的温度迅速升高,并导致电极丝4在所述气泡100所占据的长度区段中断裂的风险增加。
[0103] 本发明通过检测火花引发区5中异常高的气泡量的存在并通过相应地且瞬时地调整加工参数直至该气泡量返回到可接受的水平来防止出现这种具有较大体积并积聚在电极丝4上的气泡100。因此,电极丝4的断裂风险显著地降低。
[0104] 模拟表明,在电极丝4的直径D为250μm、待加工零件的高度H为0.1m并且常规间距G为40μm的情况下,当介电液体是去离子水时,火花引发区5中存在的电阻抗的电容性元件的值约为800pF,因为液态水的电容率(electrical permittivity)为约81。
[0105] 相比之下,相同的模拟显示,假设气泡100占据所有火花引发区5,则火花引发区5中存在的电阻抗的电容性元件的值将为约10pF,因为气泡气体的电容率为约1。
[0106] 应当理解,仅占据一部分火花引发区5的气泡的存在会导致电容性元件具有中间值,当使用的介电液体是去离子水时,该中间值将处于800pF和10pF之间。
[0107] 因此,可以看出,通过测量火花引发区5中存在的电容式电阻抗元件的值,可以评估火花引发区5中存在的气泡量。当该值降低时,这表示存在的气泡增加,并且因此诸如图6所示的气泡100的绝缘气泡存在的风险增加。
[0108] 应当注意,当使用这种方法来评估气泡量时,使用去离子水比油基电介质更有利,因为油基电介质将具有接近2.2的电容率,即更接近形成气泡的气体的电容率,这降低了通过测量电容进行的检测的灵敏度。
[0109] 优选地,必须在不干扰EDM方法的情况下测量电极丝4和待加工零件8之间存在的复电阻抗的电容性元件。实际上,在通过测量装置注入高频的第一实施例中,必须在间歇时间Tp期间执行测量步骤。在测量起始电压的上升速度的第二实施例中,将在时间t0和t1之间的时间间隔内—即在起始电压脉冲的上升前沿FM期间—在不改变该脉冲的值和波形的情况下执行测量步骤。
[0110] 本发明不限于已经明确描述的实施例,而是包括由所附权利要求的范围所涵盖的各种变型及其概括。
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈