CN1010926B - 在电腐蚀机床中控制搪孔电极回抽运动的方法 - Google Patents

Abstract

在电蚀搪孔过程中，发生短路时，为了消除搪孔电极与工件之间的短路，先把搪孔电极沿着原先移过的轨迹回移预定的轨迹长度δ，即从发生短路的第一位置P_K移向第二位置，即中间点P_R，并确定是否仍有短路。如果仍有短路，使搪孔电极向上倾斜地沿着第二轨迹R移动，后者相对于工作平面有第一夹角α，其移动分量R₁在短路点P_K或中间点P_R处相对于法向平面有第二夹角β。在蚀除过程中各参数(δ，α、β，|R|)可以预先自由选择和变动。

Description

本发明涉及一种在电腐蚀机床即火花电蚀机床中发生电极和工件之间的短路时用于控制搪孔或扩孔电极的回抽的方法。

通常，在电蚀过程中，在电极和工件之间必须留有工作间隙，也就是说必须避免短路。如果发生短路，必须使电极相对于工件移动，恢复间隙，以消除短路。

在本申请人的AGIEMATⅢ型的电蚀机床中，在确定其发生短路之后，机床产生一种回抽运动，一开始使电极向着被蚀除开孔的中心移动，也就是在工作平面，即XY平面中移动，然后从该中心垂直于开孔即按Z方向进行回抽。接着，使电极再插入开孔中继续蚀除。这种操作过程很费时，并且有很多缺点，某些情况下，短路的消除不够快，其它情况下消除短路的措施过分大，即在某些情况下回抽部分的长度要比需要消除短路的量更长些。最后，这种型式的回抽运动不能用于更为复杂的开孔形状，因为在某些情况下，在回抽时电极与工件的被蚀除开孔壁之间可能发生碰撞。

德国专利DE-3208383公开了一种在电腐蚀机床中控制搪孔电极回抽运动的方法，其中形成有垂直搪孔方向，在搪孔电极与工件之间发生短路的情况下，搪孔电极沿着予定的直线回抽轨迹回抽。但是这种回抽是沿着工件上被加工面的垂直方向进行的，也就是说是按予定不变的方式回抽搪孔电极，因此不必要地加大了回抽运动的轨迹。

因此，本发明所要解决的问题是改进前述类型的方法，即，本发明的目的是提供一种电腐蚀机床中控制搪孔电极回抽运动的方法，该方法 可避免不需要的过长回抽运动，并可尽快消除电极和工件间的短路，回抽运动的轨迹形状要尽可能灵活地适合于被蚀除孔的几何形状。

这个问题是靠本发明所具有的特征来解决的。本发明的其它有利的发展可以从本发明的下文所述各个特征中推断中来。

根据本发明，一种在电腐蚀机床中控制搪孔电极回抽运动的方法，其中形成有垂直搪孔方向，在搪孔电极与工件之间发生短路的情况下，搪孔电极沿着予定的直线回抽轨迹回抽，其特征在于，发生短路时，搪孔电极首先从短路点（P_K）沿着原先移过的轨迹（P_K-P_R）向着中间点（P_R）回移一个予定轨迹长度（δ），在那里进行检查，以确定是否还存在着短路，如果在那里仍然存在着短路，则使搪孔电极沿着一个予定的回抽轨迹（R）移离中间点（P_R）。

上述第二轨迹是直线的，从而也被称为回抽向量。通常，回抽向量是这样来定向的，即使电极尽可能迅速地从短路点移开。该电极以向上倾斜的方式移动，移动的程度受到工件上被蚀除开孔几何形状的限制。

为了使回抽轨迹能灵活而且最佳地适应于被蚀除开孔的几何形状，回抽向量可以连续地被确定，也可以在发生短路时被确定。回抽向量可以用各种方法表示，首先，它可以用机床主轴（X，Y，Z）的表达式，即用按机床定向的坐标系来表示。在电蚀搪孔过程中，当其运动轨迹变得更加复杂时，机床操作者很难确定回抽向量的方位，并且在蚀除过程中几乎不能改变回抽向量。因此，在表示回抽向量时优先选择使用者定向的坐标系，其各个参数可以更容易进行控制。因此，回抽向量最好按照下文所述的方式来表示。

在中间点（回抽点）确定了切向平面，因此该平面包含了在中间点上的所有切线。此外，在中间点还确定了一个法向平面，法向平面与切向平面以及工作平面垂直。而且工作平面在中间点包含有切线，该切线同时也是蚀除轨迹的切线。因此这三个平面（工作平面，切向平面及法 向平面）彼此互相垂直，并且构成了一个与机床主轴无关的坐标系（当然，在某些情况下工作平面可能与机床的XY平面重合）。如果蚀除轨与一个主轴重合（机床的X轴或Y轴），在此特定的情况下，切向平面和法向平面就包含了机床的主轴。

这样，回抽向量所在的回抽平面倾斜于上述的三个平面。该回抽平面最好与切向平面垂直，因此，它相对于法向平面倾斜一个角（β）。该角（β）对操作者来说是非常清晰的，因为它给出了回抽向量相对主蚀除方向的倾斜角。此外，该回抽向量相对于切向平面倾斜一个角（90-α），它对于操作者也是很明显的，因为该角表示了回抽向量相对于被蚀除孔槽壁的倾斜程度。

各个角可以予先自由选择，在蚀除过程中也可以变动。角β的选择应使第二轨迹倾斜的方向与主蚀除方向相反。这种情况同样适用于回抽向量的长度，使第二轨迹的长度可以调节，使后者可以完全灵活地适应各种特殊需要。

根据本发明的方法带来了下列的优点。完整“回抽轨迹”的所有参数都可以予先自由选择。在多数情况下，沿着第一轨迹的运动就足以避免短路，不致发生长时间的工作间断。电极沿着第二轨迹的运动迅速消除了可能的短路，因为电极非常迅速地从短路表面移开。予先自由选定回抽运动的各个参数，就可以避免电极与工件之间在回抽运动中可能产生的各种碰撞。

回抽轨迹的各个参数作为工件上被蚀除的孔槽或开孔轮廓的函数，在蚀除过程中也可以变动，回抽轨迹的各个参数对于第一轨迹和第二轨迹来说是变化的。因此，电极与工件之间的碰撞总是可以避免的。

下文将参照附图并针对非限定性的实施方案来详细描述本发明。附图的内容如下：

图1    在根据本发明的方法中，搪孔电极回抽轨迹的透视图。

图2    工作平面（XY平面）的俯视图，图示了根据本发明的方法中回抽轨迹的分量。

图3    搪孔电极在蚀除工件时的示意侧剖视图。

图4    在搪孔蚀除圆柱形开孔时，搪孔电极和工件的俯视剖面图，图中显示了回抽轨迹。

图5    搪孔电极和工件的侧剖视图，图中显示了在被蚀除开孔的深度有限的情况下的回抽轨迹。

图6    在蚀除球形槽时，回抽轨迹的透视图。

图7    回抽向量和回抽平面的示意透视图。

图8    从不同角度观察的与图7相似的图象。

为了方便叙述的目的，在各附图中都画有笛卡儿参考坐标系（X，Y，Z），以表示出该机床的主轴位置。

在图3，4和5中，搪孔电极1被表示成一个圆柱体，它在工件3上已经蚀除出一个锥形孔2。在蚀除过程中，搪孔电极1一般都绕其纵轴旋转。在图1，2，4，和5中的开孔基本上是圆柱形的，而在图3中的开孔则是锥形的。假定锥形孔2的底面4是平面，该平面被称为加工面AE，在附图中它和XY平面重合。搪孔电极1和工件3之间的相对移动是籍助于已知的可移动装置来完成的，例如工件是用所谓的XY滑座来移动，而电极则靠UV滑座来移动。在普通的蚀除过程中，相对移动是按已知方式，沿着予编程序所规定的路径来完成的。

参照图1和2，假定搪孔电极1按照箭头6的方向沿着环形轨迹5移动，并在位置P_K处（在下文中称之“短路点”）产生短路，而这是由已知的测定/监控装置来确定的。

根据本发明的一个特征，在那以后，电极沿着蚀除过程中最后通过的轨迹，按照箭头7的方向回移一个距离δ（第一轨迹），到达位置 P_R处（下文称之为“中间点”或“回抽点”）。该距离δ的长度是予编程的。然后检查中间点P_R以确定是否已消除短路。如果确实是这种情况，则按照箭头6的方向再一次沿着轨迹5电蚀进给。

但是，如果在中间点P_R处仍然短路，则把搪孔电极1沿着一个第二予定轨迹（下文称之为“回抽向量”），该回抽向量R的走向是直线向上倾斜的。这样，回抽向量R相对于工作平面或XY平面有一个第一夹角α，它是介于回抽向量R与中间点P_R和中心点M的连线之间的角。在开孔具有圆形横截面的情况下，连线PM是中间点的法向向量。中心点M位于XY平面上，在被蚀除的开孔2的圆形平面视图的情况下是该圆圆心。如果被蚀除的开孔2偏离圆形形状，为了确定两个角α和β，在短路点P_K或者最好在中间点P_R处做出法向平面。如果第一迹长度δ非常短，总之是这两个点非常接近，所以在短路点上的法向面被取作参考量，不会产生明显的误差。但是，如果轨迹长度δ较长，则在中间点P_R上的法向面将被取作参考向量。这在图4中有较为详细的描绘。

因此，回抽运动的“参数”包括有沿第一轨迹的轨迹长度δ，角α和角β，以及第二轨迹R的长度，即“回抽向量”R的绝对值｜R｜。

所有这些参数都可以予先自由选择。在蚀除过程中，由于蚀除开孔形状的需要，这些参数也可以改变，以避免回抽时搪孔电极1与工件3发生接触。这些参数也可以这样来选择，即使得电极在回抽点P_R上垂直于工件表面而移动。这样，例如在极限状况下，参数β可以变为零。同时还要牢记，在安排第二轨迹的回抽轨迹时，不要使电极太靠近工件的其它表面点，以免发生碰撞或短路。

在附图中所示的“回抽轨迹”是放大了的，以便于叙述，实际上可以小得多。

图1至3表示了稍微理想化的图象。在图4和5中给出了更实际的图象。在用一个电极进行蚀除搪孔时，电极的直径决不可以忽略。这样， 电极的部分直径切入工件“肉”内。因此，在图4的俯视图中，工作间隙围绕电极的外周扩展一定的范围。因此，称之为短路表面比起称之为短路点来说更正确些。如果假想的短路点位于电极中心，在该短路点P的法向表面，甚至在被蚀除的开孔是圆形轮廓的情况下，也不指向中心M，而是指向另一个方向，该方向的一个分量与蚀除时的主送进运动的方向（箭头6）相反，这就弄清楚了角β的功用。取决于相对于法向表面的角β是在短路点P_K还是在中间点P_R（如图4中所示），该角的大小当然要改变。角β（除去极端特殊的情况）总是一个锐角，其符号是这样安排的，即使得回抽向量R在XY平面上的向量分量R₁总是与送进方向（箭头6）反向。这可以从术语“回抽向量”来推断出。

图5提供了角α原因。电极1的底端实质上是用来把材料从要蚀除的开孔底面4上除去。自然地，在这里电极也必须切入工件3的“肉”里，因此形成了一个台阶，这在图5中被表示得非常大。不可能确定实际短路点是发生在电极1端面与底面4之间还是发生在电极1的外侧周面与台阶（开孔2）之间。在第一种情况下，最理想的是把电极在Z向上垂直向上回抽，而在第二种情况下，则必须把电极逆着X轴的方向水平地从台阶移开。因此，电极以角α的斜度被向上移出开孔，使电极同时地从底面4和台阶2移开。在图5所示的实施方案中，角α近似为45°。根据电极形状，被蚀除开孔的形状以及经验数据，α角当然也可假定为其它的数值。有可能用统计学的方法来确定出角α取何数值可以最迅速地消除短路。同样的方法当然也适用于角β。因此，要设法使回抽向量R的长度尽可能地短，从而使电极移开和随后移回时所损失的时间也尽可能地短，电极的移开和移回都使蚀除过程中断。

图6至8表示了更普遍的情况，在这里工作平面AE与机床的主轴（XY平面）并不重合。图6示意表示球面槽的蚀除情况，蚀除轨迹EB支持着工作平面AE，相对于XY平面是倾斜的。为了确定回抽点 P_R上的回抽向量R，在回抽点上作出一条切线T，切线T同时也是蚀除轨迹EB在该P_R点上的切线。在回抽点上另外作出一条切线N，它与切线T成直角。这样，切线T和N_T在回抽点P_R上复盖有切向平面TE，这在图1和图8中表示出来。

现在有一个明确限定的平面，它与切向平面TE垂直，它包含有切线T并与切线N_T垂直。该平面是工作平面AE。第三个平面与切向平面以及工作平面AE垂直，因此包含有切线N_T并被称为法向平面NE。这三个平面AE、TE和NE形成了独立于机床主轴的一个由使用者定向的坐标系。现在使用者就可以用特别清楚的方法，通过回抽向量R的长度以及角α和β将其确定出来。

根据图7和图8可以推断出，回抽向量相对于切向平面TE倾斜的角度为90-α。该角度表示了在回抽点P_R上回抽向量与被蚀除开孔壁的倾斜程度。回抽向量R也相对于法向平面NE倾斜了角度β，该角β表示了回抽向量相对于主蚀除方向HE的倾斜程度。β角的选择应该使回抽移动的分量与主蚀除方向HE的方向相反。

在这些定义的基础上，就有可能确定一个回抽平面RE（见图8），它相对于法向平面NE倾斜角β。因此，回抽向量位于该回抽平面RE内，相对于切向平面TE的夹角是90-α。（后面提到的90-α角是根据图1至5中的实施方案来安排的，因此，在图1，3和5中该角是从工作平面来测量的。）为了更清楚的描述，在图7中还示出了平面NE′它与法向平面平行，它更清楚地表示了角α、90-α和β。

在权利要求书，说明书和附图中的全部技术内容，不管是单独的还是任意的组合，对本发明来说都是必不可少的。

Claims (6)

1、一种在电腐蚀机床中控制搪孔电极回抽运动的方法，其中形成有垂直搪孔方向，在搪孔电极与工件之间发生短路的情况下，搪孔电极沿着予定的直线回抽轨迹回抽，其特征在于，发生短路时，搪孔电极首先从短路点(P_K)沿着原先移过的轨迹(P_K-P_R)向着中间点(P_R)回移一个预定轨迹长度(δ)，在那里进行检查，以确定是否还存在着短路，如果在那里仍然存在着短路，则使搪孔电极沿着一个予定的回抽轨迹(R)移离中间点(P_R)。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于搪孔电极在相对于搪孔电极在相对于搪孔方向向上倾斜的方向、沿着回抽轨迹（R）移离中间点（P_R），并且从被蚀除的工件孔中移出，其方式使该回抽轨迹（R）位于回抽平面（RE）内，该回抽平面是

a）与切向平面（TE）垂直，该切向平面在中间点（P）与蚀除孔表面相切，

b）相对于法向平面（NE）倾斜一个角度（β），该法向平面与切向平面（TE）垂直并且与蚀除轨迹（EB）在中间点的切线（T）垂直，角（β）的选择应使回抽轨迹（R）的倾斜方向与主蚀除方向（HE）相反，回抽轨迹（R）相对切向平面（TE）倾斜一个第二角（90°-α），该第二角大于0°，但小于90°。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于在蚀除过程中，予定回移轨迹（δ）和回抽轨迹（R）的坐标（X、Y、Z）是被连续确定的。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于予定回移轨迹（δ）和回抽轨迹（R）的坐标（X、Y、Z）只有在发生短路以后才被确定。

5、根据权利要求2所述的方法，其特征在于在蚀除过程中，回抽平面（RE）的位置从而两个角（α和β）被连续地确定。

6、根据权利要求2所述的方法，其特征在于回抽平面（RE）的位置和两个角（α和β）只在发生短路以后才被确定。

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