CN1013353B - 电火花线切割装置的工作参数的适应控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种电火花或切割装置的工作参数的适应控制方法和装置，在切割设备工作间隙处测定净化介质的瞬时流态的数值作为确定介质流态的函数，用以调节和控制电火花腐蚀切割过程中的工作参数。此切割设备装有压力和/或抽吸净化工作间隙的装置和控制工作参数适应控制装置，这装置至少有一个用以确定工作间隙内的净化介质的瞬时流态的传感器和至少一个控制元件。

Description

本发明是关于电火花腐蚀切割装置，当用电火花腐蚀切割工件，在工作间隙处，采用压力或空吸进行净化时，工作参数的适应控制方法。

本发明也是关于电火花切割装置在工作间隙处，采用压力或空吸净化装置，其工作参数的适应控制至少有一个传感器和至少有一个控制元件。

瑞士专利548256公知的一种方法和装置的工作参数可控制和调节净化介质的流量和工作脉冲的间隔时间，控制和调节这些变量被认为是影响作业产量的有效参数值。这种方法和装置显然能有效地调节控制工作参数的变量。但还存在着剧烈的切割条件，这在通常技术发展的过程中是经常会出现的，因而这种方法和装置就不再适宜于在所有情况下，保证最佳的切割条件，并因之而发生断线的危险。

美国专利4415791公开了一种在用钻孔电极 在浸渍在清洗液槽中的工件上垂直方向上进行电火花腐蚀钻孔时改变清洗流体注入压力用的系统。由一个喷嘴从旁边加入的清洗流体的流入压力当钻孔在垂直方向上的进行时随电极的位置而逐步增加，测定流量和/或压力以此来确定电极端部通过工件时的力矩并达到只控制钻孔电极的垂直位移。

另一方面，该先有技术并没有公开利用对流量和/或压力的测定来控制电火花腐蚀切割工工艺的任何其它参数的作法或明确这种作法。

美国专利4367400公开了一种在用钻孔电极对浸渍在清洗液槽中的工件在垂直方向上进行电火花腐蚀钻孔时自动控制电火花腐蚀加工装置的系统。该系统包括加工间隙阻抗感测装置和清洗流体流量控制装置，脉冲发生器的工作和钻孔电极的垂直位移与所述阻抗有关。

另一方面，该先有技术也没有公开利用对流量和/或压力的测量来控制电火花腐蚀加工工艺的任何参数的作法，或明确这种作法。

当净化介质流经工作间隙处，亦即去离子水的量发生变化时，经常会发生断线。流经工作间隙的净化介质的变化不仅是由于净化介质的供应量产生波动，也可能是由于切割工作环境发生变化，尤其是几何条件的变化，其中包括净化截面积的变化。净化条件的恶化，可以是由于在切割过程中紧接的轮廓元件突然须要被切割，或是切割部位靠近起割的工艺孔，或工件表面有台肩，或从圆柱形切割转变为三维切割。若从工件外部开始切入工件时也会使净化条件恶化。

在现有技术的基础上，本发明是进一步发展上述方法和电火花腐蚀切割装置，其目的在于提供一种电火花线切割装置的工作参数的适应控制方法和装置，用以减少断线的危险。

本发明提供的一种电火花线切割装置的工作参数的适应控制方法，其中电火花线切割装置的电极与工件之间的加工间隙是通过加带正压和/或负压的清洗流体进行清洗，并测出清洗流体在加工间隙中的瞬时流动情况，其特征在于，控制工作参数取所述瞬时流动状态的测定值。

本发明提供的一种电火花线切割装置的工作参数适应控制所用装置，具有清洗装置和自适应控制装置，具有清洗装置和自适应控制装置，清洗装置用以通过加带正压和/或带负压的清洗流体给电火花腐蚀加工装置的电极与工件之间形成的加工间隙进行清洗，自适应控制装置则用以控制电火花线切割装置的至少一个工作参数，它包括至少一探测器，用以测定清洗流体在加工间隙中的瞬时流动状态，其特征在于，至少一个探测器的输出端连接到适宜控制清洗流体流动状态的至少一个工作参数的控制元件的输入端。

因此按照本发明，实际数值即实际流态状况被用控制工作参数检测，此后的工作参数就要适应使间隙处得以任意选用的介质流态。工作参数可以是预先调置好的参数，即事先设定参数T_o1……T_on。

上述解决办法的优点，在于可容许工作参数自动适配工作间隙处的流态和/或最佳流态，因而减少了断线的危险，保证切割工作的高度可靠性。

最好采用控制发生器工作参数的方法，或控制工具电极，控制工具电极与工件之间的相对运动，和/或控制给工作间隙的净化介质供应量。为此切割机床至少有一个控制元件与调节发生器工作的第一种调节装置相连接，和/（或）与调节工具电极与工件之间的相对运动和第二种调节装置连接，和（或）与调节净化介质的供应量的第三种调节装置相接。

作为发生器操作时的工作参数，发生器的能量最好由第一种调节装置调节。如果是脉冲发生器，第一种调节装置可以调节脉冲强度，脉冲延续或间隔时间，作为瞬时流态的函数。

作为调节发生器的工作状态来控制瞬时流态的代用或辅助方法，可采用第二种调节装置，用以控制工具电极的运动，作为工作间隙处瞬时流态的函数。

根据另一种装置，用金属线或金属带作切割工具的场合，可以用第二种调节装置，用改变工具电极机械张应力的办法，作为调节工作间隙处净化介质瞬时流态的函数。改变工具电极机械张应力的办法，可用以辅助或替代上述改变发生器工作状态或改变工具电极与工件之间相对运动的措施。

另有一种可选用的装置，用以替代或辅助上述控制工作参数的第三种调节装置，是以控制工作间隙处单位时间内，供应的净化介质量或净化介质的压力梯度变化，用来作为控制瞬时流态的函数。

根据选用的另一种装置，工作间隙处净化介质的瞬时流态，取决于该处的瞬时压力梯度或瞬时流 量的通过量。为此，在装置上有相应的传感器。为决定压力梯度，可将液体压力传感器设置在形成工作间隙进口或出口的第一压力腔的进口一边。如果工作间隙的另一侧为恒压区，例如大气压，或工作间隙相对于设置传感器的另一侧压力波动很小，而对工作间隙处流态的变动影响极小，那末设置一个压力传感器就足以恰当地确定压力梯度的变化。

无论如何最好采用两个液体压力传感器分别设置在压力腔的进口，一个压力腔位于工作间隙的进口，另一压力腔位于工作间隙的出口处。使用两个压力传感器可以精确地确定工作间隙处实际压力的变化，即将两个压力传感器连接至能感应压差的差动压力仪。

上述以净化介质流经工作间隙时的流速或流量来确定流态，是运用了伯努利定律的部分原理，即气体或液体流经管路系统时，其流速取决于该系统进口和出口处的压力之差。根据这一原理，首先可以得出这样的结论，流经工作间隙处的净化介质，当其流速减小时，工作间隙两端的压力差必然相应减小。因此通过测量压力差，就能对工作间隙中的净化条件作出结论。

附图简述

下面将按照附图，不限于一种装置的附图，对本发明进行详细叙述。图纸所示如下：

图1为第一实施例的纵向剖视图。

图2a～2d为电火花腐蚀切割的几种不同的工作情况。

图3为第二实施例的剖视图。

图4为第三实施例的剖视图。

图5表示工作间隙处净化时的压力差曲线。

选用装置的详细叙述

图1表示电火花腐蚀切割装置切割平行平面的工件2的情景。为便于表示，电火花腐蚀切割装置只有局部简图。用已有的切割线送进装置，导引金属切割线1从工件2中穿过，图1为自左向右进给，已切割的空隙为图中未画剖面线的部分，用11表示。工件2的未切割部分画有剖面线，工作间隙用字符S表示。切割电极1位于工件2内，用已有的导引元件9。切割电极1以几何图形表示其位置，并处于张应力状态。在现有装置中，电极1以垂直方向穿过工件2。导引元件可以使用瑞士专利594477的型式。

为净化切割工作间隙S，采用的净化系统具有靠在工件2的平面表面上的密封装置3，进液管41接在密封装置3上，压力泵4接在进液管41上。压力泵4提供净化介质，即去离子水，经进液管41进入上压力腔10，围绕压力腔10的一面是密封装置3，另一面是工件的局部平面表面。密封装置3上有滑环3a，直接紧靠在工件的表面上，以增进密封的效果。在滑环3a的前端，切有环形槽，槽中容纳的工作介质可以起滑动润滑剂的作用。制作滑环的材料，除具有耐磨损的性能外，还应有良好的在金属表面上滑动的特性。

在所述的装置中，密封系统3的结构为喷嘴或套口形式。它和金属切割线1一起，沿切割曲线导进，为此它和导引元件9为非刚性的连接。

压力腔可以如德国专利2833765所描述的，位于相互隔开而又相互叠装的两个工件之间的密封净化腔。也可在工作间隙S相对于上密封系统3的另一侧，设置一净化系统。即装有下密封部件3′，排液管51和真空吸泵5。下净化系统的构造原理和上净化系统相同，有下压力腔10′和下滑环3a′。下密封部件也和从工作间隙S中穿出的金属切割线1同步移动，因此和下部金属线的导引元件9非刚性连接。

压力泵4使净化介质在压力下送入切割工作间隙S，在另一侧污染的介质带着切除的金属颗粒和气泡，被真空吸泵5吸走。由上下净化装置组成的整个净化系统的设计和安装，需是这样，金属切割线1沿其同轴方向，用一净化喷嘴进行净化。

按照图1所示装置，上压力腔10经测量管7接有压力表6，下压力腔10′经测量管7′接有真空表8，超压压力表6改示上压力腔10的压力，真空表8指示下压力腔10′的压力，通过两个测量的压力值，可计算压力梯度，即上压力腔10和下压力腔10′之间的压力差。利用相应的差动电路可以自动计算压力差的数值。

如需控制或调节使压力梯度保持恒定数值，则将瞬时压力梯度即实际压力梯度值，与预置要求的数值，即所谓导向值，进行比较，比较结果输出控制信号，送至调节元件，以改变压力泵4或真空泵5的作用压力。

如前所述，可以从需求数值和实际数值之间求取的差数，输出信号控制发生器的工作状态和/或 金属线的张应力和/或改变金属线的进给和返回速度。

通常可以假定，按照图1所示装置，压力梯度变动的范围很小，因为在此情况下，工件具有平行平面的表面。微小的波动，可能是由于压力泵4供给净化介质时，在压力泵4或空吸泵5中产生的扰动，或由于在短时间内滑环3a或3a′与工件表面不适当地闭合过紧所致。

图2所示为切割时，几种净化不良的情况，尤其是密封部件3或3′的密封性，即喷嘴和工作表面之间的封闭接触不好。在图2及其后的各图中，凡是技术功能相同的元件，都引用与图1相同的代号。

图2a所示的切割情景，必须在上下密封装置3或3′与工件表面之间留出空隙，这是为了避免碰撞或装卡夹紧的原因。

图2b表示为上净化部件与工件上表面之间的密封性不好，这是因为工件2的上表面呈台阶形。如果工件2的下表面有偏移情况，也适用本图表示的情况。

图2c所示的不良密封性，是由于进行锥体切割。

图2d所示的切割情景，金属切割线必须围绕并靠近转角导引，以致产生较大的净化表面S₂，需要增大净化介质的流速。

图3与图1不同，可以看到在图3中有脉冲发生器30，电流输送线12和14，图中符号30以及此后各图的装置中，均表示脉冲发生器。图1中的超压压力表6、真空表8及测量管线7和7′，在本装置中都已取消，改为随机压力传感器17和22，及测量管线16和21。测量管线16和21可以用细金属管或耐压胶皮软管。压力传感器17，22，均配备有电液转换器，其输出信号经螺旋电缆18，23，连接到信号放大器19，24，螺旋形的电缆18和23，是用以桥接压力传感器17、22和放大器19、24之间的不同间隙。

信号放大器19、24的输出信号，经电线20、25，共同接至差压仪33。差压仪33的输出信号和信号放大器19、24输出的压力信号差等同。差压仪33的输出信号送至控制元件31，控制元件中的比较仪，开始对测得的压力差进行比较，即将实测的压差值与预先设置所需求的压差值进行比较。比较结果形成所谓误差信号，并在控制元件31中导引出控制信号，驱动接在其后的脉冲发生器的调节装置32，其设计可改变发生器的脉冲频率，即脉冲延续或间隔时间。控制元件31及与其相连的发生器调节装置32，要这样设计，如果工作间隙S处的瞬时压力梯度低于要求值时，可通过改变脉冲频率，降低发生器的能量，即单位时间内供给金属切割线1的电能将被减少。可降低脉冲电平代替脉冲频率的改变。

在图3的装置中，可以互换压力区与空吸区，即图3中的下压力腔10′可在压力下可以有净化介质供应，而用空吸从上压力腔10中，排出净化介质。

除此以外，可从工作间隙S的两边供给净化介质，即上下净化装置都在压力下供给净化介质。在此情况下，信号放大器19、24输出的信号，不送至接合的差压仪。每个放大器19、24在其后都各接有自己的控制元件（控制元件图中未表示）。在自身连接的情况下，控制元件对实测值与要求值进行比较，根据两值之差发出控制信号。如果两个压力传感器17或22，只有一个发出低于要求值的压力信号。为了保证使发生器能降低能量，两个控制元件（图中未表示）的输出信号，经过一共同的或门元件接至发生器的调节装置32。

基本上只需要一个压力腔10或10′，连接一个压力传感器17或22，就能较好地控制净化条件。净化介质可以在压力下送至压力腔10，或用空吸装置将介质从压力腔10中排除。这一方法的优点，可以降低检测装置的构造成本。不过这种方法只有在工作间隙S相当短或相当窄的情况下才适用。

在本实施例中，间隙中净化介质的流态，取决于测量净化压力或压力梯度，从检测结果发出控制信号来改变发生器的能量，但也可以用此测量结果发出的控制信号，来影响金属线的张应力，或金属线的送进速度，或压力泵或空吸泵的能量和/或净化介质的供应。上述几个工作参数，都可作为瞬时流态的函数，进行联合控制。

对净化介质的供应和发生器能量，进行共同控制的装置，示于图4。

图3及图4简图所表示的装置，两者的基本不同点在于：（所示装置）只检测上压力腔10的压 力，测试信号又被另外送至控制元件44，用以控制调节阀42的调节装置。调节阀42接在进液管41上，因而能改变进液管41的有效流通截面。调节阀42用伺服电机43进行调节，后者在这情况下是一调节设备。伺服元件43用控制元件44驱动。控制元件44对放大器19送来的实际压力值与要求压力值进行比较，经处理后取得误差信号，并发出控制伺服电机43的信号。本装置只测量压力值而不测量压力梯度，因此无需使用图3中所示的差压仪33。

只要单独使用压力传感器17的输出信号来控制调节阀42，就能基本上减少断线的危险。同时控制发生器的能量和进液管41的流通截面，其优点可以使发生器30和调节阀42，减轻其承担防止断线的职能。因此这两种方法，彼此互相帮助以获取共同寻求的目标。因此如果压力腔10的实际值低于要求值时，不仅调节阀43的流通截面增加，而且发生器30供给电流进给器12、14的能量也相应降低。调节阀42增大了流通截面，恢复了最佳的流态，从而改善了工作间隙S的电气和液体流动条件，减少了断线危险。发生器30减少了供给金属切割线的电能，降低了该处的负荷状态。

从调节的观点看，图4所示的装置，是为解决同样的问题由调节和控制系统综合组成。通过控制调节阀42，对压力腔10的压力直接起作用，其结果的影响，用压力传感器17检测，然后输出信号对调节阀42进行控制。从调节的意义上，这构成了一个闭环电路。压力传感器17，控制元件31，发生器的调节装置32、以及发生器30和电流进给器12组成的控制电路为开环电路，亦即所谓控制链。

作为上述方法的辅助或替代方法，压力传感器17和测量信号，亦可送至一控制元件（控制元件图中未表示），用以直接控制泵的能量，即改变供应的净化介质量。

图4所示的装置，也可按照图3的装置，在下压力腔10′增装一串联信号放大器和压力传感器。如果又组成压/吸的净化系统，那么放大器的输出信号又被送至差动仪（和图3相同），从差动仪再输送到相应的控制元件，即输送至接在发生器30上游的控制元件31和接在调节阀42上游的控制元件44。另一种变动装置的型式，图4中的空吸泵5可以换成压力泵。

按已知情况，发生器的调节装置32，控制发生器的工作，用改变脉冲宽度或脉冲形状的方法，调节发生器的能量。

图5所示为用XY座标记录仪记录的压力曲线，这是用图1的装置记录的曲线。

本发明不仅解决了长久以来讨论的减少断线危险的问题，也解决了长久以来所探讨的最佳净化条件，同时用简便而可能的技术方法改善了工作间隙的电气状态。

Claims (16)

1、一种电火花线切割装置的工作参数的适应控制方法，其中电火花线切割装置的电极与工件之间的加工间隙是通过加带正压和/或负压的清洗流体进行清洗，并测出清洗流体在加工间隙中的瞬时流动情况，其特征在于，控制工作参数取所述瞬时流动状态的测定值。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于，所测定的瞬时流动状态的值是清洗流体在加工间隙处主要的压力降。

3、根据权利要求1的方法，其特征在于，所测定的瞬时流动状态的值是清洗流体通过加工间隙处的输出量。

4、根据权利要求1的方法，其特征在于，至少一个受控制的工作参数是脉冲发生器的工作参数。

5、根据权利要求4的方法，其特征在于，受控制的工作参数是脉冲发生器给电极提供的单位时间的能量或脉冲强度或脉冲持续时间或脉冲间隔持续时间。

6、根据权利要求1的方法，其特征在于，至少一个受控制的工作参数是线状或带状电极的工作参数。

7、根据权利要求6的方法，其特征在于，受控制的工作参数是电极的机械张力或进给或其相对于工件的位移或电压。

8、一种电火花线切割装置的工作参数适应控制方法所用装置，具有清洗装置和自适应控制装置，清洗装置用以通过加带正压和/或带负压的清洗流体给电火花腐蚀加工装置的电极与工件之间形成的加工间隙进行清洗，自适应控制装置则用以控制电火花线切割装置的至少一个工作参数，它包括至少一探测器，用以测定清洗流体在加工间隙中的瞬时流动状态，其特征在于，至少一个探测器的输出端连接到适宜控制清洗流体流动状态的至少一个工作参数的控制元件的输入端。

9、根据权利要求8的工装置，其特征在于，至少一个探测器是压力探测器，用以探测清洗流体在加工间隙处的主要压力。

10、根据权利要求9的装置，其特征在于，探测器的输出端连接到连与工间隙相连通的压力室。

11、根据权利要求9的装置，其特征在于，配备有两个探测器，每个分别连接到其各侧的连通到加工间隙的各压力室中。

12、根据权利要求11的装置，其特征在于，两个探测器是压差探测器。

13、根据权利要求8的装置，其特征在于，至少一个控制元件的输出端被连接到邻近的一个调节器上，用以控制脉冲发生器的工作。

14、根据权利要求13的装置，其特征在于，控制元件的构造使其可用以控制脉冲发生器供到电极上的单位时间的能量或脉冲强度或脉冲持续时间或脉冲间隔持续时间。

15、根据权利要求8的装置，其特征在于，电极的结构呈线状或带状，且至少一个控制元件的输出端被连接到一调节器上，用以控制电极的工作，调节器的构造使其可以控制电极的机械张力或进给，或其相对于工件的位移或电压。

16、根据权利要求8的装置，其特征在于，控制元件的输出端被连接到至少一个第一调节器，用以通过设定脉冲发生器的电容来控制脉冲发生器的工作，且被连接到至少一个第二调节器，用以通过设定电极相对于工件的位移来控制电极的工作，并被连接到至少一个第三调节器，用以控制供到加工间隙的清洗流体的流量和/或加工间隙中的压力梯度。

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