CN104416244A - 放电加工机器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于放电加工机器的脉冲发生器模块(50)，其包括容纳PCB的发生器封闭体(51)，而所包括的PCB中的至少一个是发生器板(52)。本发明的特征在于以下事实：所包括的PCB(52)全部配置在一个平面中。

Description

放电加工机器

技术领域

本发明涉及放电加工机器以及根据技术方案1的通用部分的脉冲发生器模块，特别涉及脉冲发生器模块在这种放电加工机器中的配置。

背景技术

放电加工机器(或电火花加工机，EDM)本质上包括机器框架、介电调整单元、控制单元和脉冲发生器。根据当前的实践，脉冲发生器位于控制箱(cabinet)中，其通常具有控制单元和电动机控制板、电源等。所述控制箱通常位于机器框架后或机器框架的侧面。脉冲发生器板和其它板配置在被引导于导轨中的齿条中，且印刷电路板(PCB)并排地彼此平行。这样，发生器在组装和布线期间而且对维修人员来说是可轻松进入的，并且在必要时可更换板。发生器板与电源连接，并且与相同控制箱中的其它板通信。被特殊地屏蔽的发生器电缆用于将脉冲馈送至电极。

众所周知的是杂散电容和电感影响脉冲形状。具体地，具有高电流梯度的短高电流脉冲(如通常用于WEDM和微EDM的)被扁平化，即电流梯度和峰值电流被降低并且脉冲持续时间被延伸。为了避免这些负面影响，在考虑到这些的情况下构造整个电路系统和线缆。

HUFF的文献US 5,166,489公开了所谓的间隙盒(gap box)，其配置成靠近金属丝放电加工机器中的火花间隙。间隙盒容纳绝缘二极管，其代表向金属丝电极供给所需脉冲波形的电力供给电路系统的一部分。间隙盒壳体具有相对较小的尺寸，下部和上部间隙盒有时分别配置在上部和下部金属丝引导臂中。从间隙盒到电流馈送器的引线距离只有200mm的程度。间隙盒有时包括冷却回路，以驱散由间隙盒电路系统产生的热，以及避免机器框架和其它结构部件的热畸变。这些间隙盒的使用已导致由WEDM加工的表面质量的极大改进。

INOUE的JP 4-250920A公开了设置在工件安装基底下方的发生器模块，其被存储在不透水外壳中，并且直接经由这些发生器模块的外壳借助于加工液体受到水冷。向工件侧供给电流是从发生器模块向安装基底直接执行的，没有长电缆。INOUE提供非常高的集成，但不幸的是工件安装基底下方可获得的空间非常有限，实际上不存在足够的空间来容纳根据当前设计的发生器板。考虑到发生器外壳和电缆耦合必须是完美地不透水的但仍然是可进入的，显然该方案不适用于当前技术。

BANZAI的US 6,080,953公开了配置为邻近火花间隙的脉冲发生器模块，其中处理流体用于直接冷却发热元件。数个变型被示出，发生器的封闭体被浸渍于或暴露于加工液体，以便借助于冷却液体获得直接冷却效果。这样，单独冷却发生器模块变得不必要。然而，对于该途径而言，处理区域中的加工液体相同于发生器冷却液体，其在主切割期间是特别关键的。发生器模块的废热被馈送到工作槽中，使得更难以将工作流体的温度保持为稳定值(用于精确加工工件的先决条件)。通过调整BANZAI系统，有必要限制或者(或分别地)(原文respectively)补偿由工件和机器本体的热畸变造成的误差，所述工件和机器本体的热畸变是由发生器模块产生的附加废热引起的。

此外，BüHLER的EP 1 749 609公开了一种EDM，其包括多个可配置的模块，例如机器控制模块、驱动模块和发生器模块。这些模块联接至节点以形成数据网络，使得它们可从所述节点收发数据。这样，模块可定位在所需的任何地方。例如，所述发生器模块和工艺监测模块便利地配置在火花间隙附近。此外，该现有技术的应用需要使用特定节点并要求复杂的网络系统，其在技术上是复杂的。

本发明的范围是使发生器模块接近工作区域，但从热观点来说不负面地影响工作过程，并将放电加工机器中可获得的定界空间纳入考量。

发明内容

本发明的目的通过提供根据独立技术方案1的特征的脉冲发生器模块来实现。

由于放电加工机器中的发生器模块的特定创造性设计，包括发生器板的物理位置和取向、发生器封闭体的设计、作为电极的接触和布线，该目的得以实现。本发明在优选实施例中进一步公开了用于排出在所述板上散发的热以及使板和封闭体绝热的特殊措施。

根据本发明，发生器板不再安装在传统齿条中，彼此面对和间隔开以呈立方体形状的空间配置，而是创造性地配置在一个平面中，彼此相邻地封闭在保护性发生器封闭体中。优选地，创造性脉冲发生器模块包括实时操作的所有部件，即发生器板，包括一个或多个电力模块及其驱动器、确定放电脉冲通断时间的振荡器电路、放电检测电路、和鉴于工艺伺服调节用于获取工艺参数的工艺监测模块。整个脉冲发生器模块根据本发明进一步包括保护性发生器封闭体和冷却器件。创造性脉冲发生器模块的发生器封闭体现在形成椭圆形平坦组件，且板安装并对齐于所述封闭体中。

创造性脉冲发生器模块与放电加工机器的数控装置以及相关电源连接，这两者均优选安装在机床的远程配置的控制箱中。脉冲发生器模块借助于高速串行总线(基于以太网的现场总线系统，例如EtherCAT)与数控装置连接。借助于工艺监测模块获取的比如点火延迟、平均脉冲电压、平均脉冲电流等工艺参数被传输至数控装置，用于控制工艺以及控制轴。

电源也有利地保持在机床的远程配置的控制箱中，因为它们与加工间隙的距离不会负面地影响工艺性能。

创造性脉冲发生器模块安装成相邻于工作区域，处于工作槽上。这里，其发生器封闭体进而发生器板优选布置成平行于工作槽的后壁或平行于工作槽的侧壁。在本发明的一个具体实施例中，发生器封闭体的一侧可以由工作槽后壁形成。在WEDM(金属丝放电加工机器)的情况下，脉冲发生器封闭体可以通常安装在工作槽后壁的上侧，高于下部金属丝引导臂。它可以延伸经过工作槽的整个宽度，使得它可以在必要时甚至容纳两个或更多个电力模块。

替代地，在具有固定即静止工作台的EDM或WEDM的情况下，创造性组件可安装至机器框架的固定部分，相邻于工作槽。这里，到电极的距离进而从电极电缆到电流馈送器(进而到金属丝)以及到工件支承件(进而到工件)的长度是大致类似的。然而，如进一步说明的，为了实现本发明的全部益处，发生器封闭体优选由工作槽自身支承。

在创造性脉冲发生器模块中，发生器板的主要散热电力部件优选被紧固在热沉(heat sink)上。流体冷却回路优选安装在发生器封闭体的后壁上，压靠该热沉。这些元件优选配置成以便避免热沉与发生器封闭体之间的任何接触。这样，由主要散热部件生成的大部分热被轻松地输送到流体冷却回路中，并且发生器封闭体被有效地防止变成散热器，使得机器框架和机器槽保持不受热影响。印刷电路板(PCB)自身优选位于工作槽的后壁附近，有助于使发生器的散热部件与工作槽或者(或分别地)与加工流体和工件热隔离。

在一特别优选的实施例中，发生器极中的至少一个被引导穿过PCB板并穿过工作槽，以便缩短到电极的距离。有利地，发生器板端子之一--接地极--直接电耦合到工作槽，使得机器可在加工区域中没有任何专用接地电缆的情况下操作。附加改进可通过以下方式获得：通过进一步缩短从发生器接地极到工件的电流路径，例如通过提供多个附加的编织电缆或带型导体，比如CH697347中描述的那些。通过延长工件支承件并且通过使所述支承件直接与工作槽后壁电耦合，而实现相同效果。这些附加导体提供缩短的电流路径，其对于高频率具有特别的相关性。

在本发明的一个优选实施例中，发生器封闭体、工作槽、工件支承件和中间元件由导电材料制成。这样，所述一个发生器接地极被轻松地连接至工件；从发生器地极到工件极的单独布线变得不必要，或者可以由非常简单的形式实现。

第二发生器端子--“热”极--通过延长发生器板端子借助于绝缘通路被引导穿过工作槽后壁，使得端子存在于工作槽内。用于后壁中的电极电缆的绝缘通路优选定位成高于最大水位，以便避免由水渗透造成的任何可能问题。从所述热端子，第二发生器极联接至电流馈送器，其分别配置在上部和下部引导头中，借助的是多个相对较短的电极电缆。通过该构造，脉冲形状保持为几乎最佳，从而提供改善的加工结果。由于本创造性设计，加工区域中的布线变得更简单和更有效，导致经济节约。

由于创造性脉冲发生器模块是如此靠近火花间隙，所以不再需要专用同轴发生器电缆和间隙盒来保留脉冲形状。简单的编织电缆或等同物可用于连接脉冲发生器模块与极。除了由接近火花间隙而给予的技术改进外，本发明还实现加工结果的改进，此外还简化了所需部件，从而大幅降低制造成本。

此外，通过缩短脉冲发生器与工件之间的距离将显著地降低电磁辐射；由电极电缆的寄生电容造成的振荡由于本创造性设计而在很大程度上得到避免。

用于创造性脉冲发生器模块的发生器封闭体实现防止来自工作区域的灰尘和飞溅。封闭体优选包括已经提及的冷却流体回路，以排出散发的热。例如，冷却流体回路可以是管，其具有从介电单元馈送至发生器封闭体的介电流体，其中流体循环穿过一个或多个热沉元件，或沿着发生器封闭体前进，然后循环回到介电单元，例如到达热交换器。这样，在创造性脉冲发生器模块的发生器板中散发的大部分热在其起点处被捕获，并被有效地排出。更优选地，流体冷却由闭合回路中的强制内部空气循环支持，使得发生器封闭体内的温度被均等化。所述内部空气循环有助于保护发生器模块免受由冷凝造成的缺陷和损坏。发生器模块可以包括用以监测发生器封闭体中的环境的温度和/或湿度传感器，以及用以监测冷却流体回路的传感器。

发生器模块至少包括部分(如果不是完全)热绝缘。发生器封闭体和工作槽有利地彼此绝热。如以上提及的，创造性脉冲发生器模块安装成相邻于工作槽。PCB优选安装成使它们的PCB板定位成邻近且平行于工作槽后壁，而安装在包括热源的PCB上的部件保持被分配在另一侧，即远离工作槽后壁。这样，PCB板有助于使发生器的散热部件与工作槽热隔离，并以该方式与加工流体和工件热隔离。

可以通过在由PCB板形成的虚拟壁与工作槽后壁或发生器封闭体之间得到的至少一个空气层，来构成热绝缘。所述虚拟壁可以由多个偏转器以及密封或绝缘面板来完成，以便改善热绝缘。

借助于绝缘面板获得的附加热屏蔽可以被限制于主热源的区域和/或以下地方：机器框架或工作槽的敏感部分暴露于热辐射或者(或分别地)暴露于对流的地方。这样，工件、工作流体和机器框架被有效地保护免受发生器封闭体中散发的热。

附图说明

下面，将通过使用附图来更详细地说明本发明。这里再次明确地提醒：本发明并不局限于在这些图中示出的实施例。附图中：

图1是金属丝放电加工机器(WEDM)的前视图；

图2是工作槽上的局部侧视图；

图3是工作槽和加工区域上的视图；

图4是脉冲发生器模块的局部图示；

图5是脉冲发生器模块的细节。

具体实施方式

图1示出了金属丝放电加工机器(WEDM)10的主要元件，即机器框架11、工作槽15、介电调整单元12、电气控制箱13、具有一个或多个通信装置14通常包括人机界面(HMI)的控制单元、和这里不做详述的再一些部件和装置。

图2中示出的实施例是处于下降位置的自动工作槽15的局部侧视图。上部引导头未被示出，以为简单起见。所示实施例示出了根据本发明的发生器封闭体(generator enclosure)51，其安装在工作槽15后，借助于中间绝缘面板65与其热隔离。创造性脉冲发生器模块的发生器封闭体51安装在工作槽后壁的上侧，远高于下部金属丝引导臂20，并且延伸成部分地高于工作槽的上边缘。对于大多数应用，工作槽中的水位保持低于发生器封闭体51的下边缘。

此外，发生器封闭体51通过空气间隙67或通过另一绝缘面板或绝缘器件与机器框架11分离。创造性发生器模块50的发生器封闭体51优选构成完全封闭的椭圆形容器。电缆(未示出)被从远端控制箱13(未示出)引导至发生器模块50，并且借助于电缆封套进入发生器封闭体51中。冷却回路输入和输出以相同方式穿越。创造性发生器封闭体51进一步包括冷却连接入口和出口(未示出)。发生器封闭体51最优选还包括窗口(未示出)，通过所述窗口可见多个诊断LED。

图3示出了包括根据本发明设计的发生器模块及其发生器封闭体51的WEDM的自动工作槽15。工作槽处于其下降位置，提供进入工作区域中的视野。两个工件2A、2B被紧固在工件支承件18上。金属丝电极1被张紧在上部引导头21与下部金属丝引导头31之间。金属丝引导头分别安装至上部金属丝引导臂30和下部金属丝引导臂20的端部，其进而以公知方式直接地或间接地安装在机器框架11上。自动工作槽15包括后壁16，对下部金属丝引导臂20具有密封通路。

图3进一步示出了创造性发生器模块50的封闭体51，其安装在工作槽后壁16的上侧。发生器模块50包括左绝缘通路55L和右绝缘通路55R。每个绝缘通路包括4个端子，通过所述端子将“热极”带入工作槽中。两对电极电缆56L从左绝缘通路55L上的端子通向上部金属丝引导头31的左侧以及下部金属丝引导头21的左侧，或者(或分别地)通向上部和下部金属丝引导头21、31的电流馈送器57(未示出)。通向上部金属丝引导头31的一对电极电缆56L由支承弹簧58L支承，使得这些电极电缆被维持在安全位置。通向下部金属丝引导头21的第二对电极电缆56L包括附加“护套”，因为该电缆通常被浸没并易于通过加工颗粒而结壳(见图)。

发生器板上的地极(ground)电耦合至发生器封闭体51、工作槽后壁16、工作槽14、工件支承件18、机器框架11和工件2A、2B。所有这些部分代表接地电平(ground level)；它们由导电材料制成并且彼此电气地联接。它们共同地具有重要的质量。与之相反，“热极”(或活极)被做成具有尽可能小的质量。

此外，发生器封闭体51借助于多个电缆以非常简单的方式与工件支承件18电气地联接。

工作槽15中的全部电流源是对称的：发生器板、具有电流端子的绝缘通路和电极电缆对称地配置在加工区域中。因此，以上对工作区域的左侧的描述也适用于其右侧。

图4示出了新颖性发生器模块50的发生器封闭体51中的发生器板的创造性配置。板52创造性地配置在一个平面中，彼此在一行中相邻，基本上形成一条或多条线。发生器封闭体51以该方式形成椭圆形且扁平即平坦的组件。所述创造性组件相对较薄，使得它能轻松地安装在EDM工作槽的后壁16上，没有浪费空间。接地极可简单地且轻松地与工作槽从而与机器接地电平耦合。创造性脉冲发生器组件的发生器封闭体51进一步包括一个或多个绝缘通路55，其对应于封闭体内的发生器板，使得热极被直接带入工作槽中，并且可使用短电极电缆。

在本发明的一个优选实施例中，发生器封闭体51包括流体冷却回路61，其与发生器板52的一个或多个热沉元件49热耦合，如图5中更详细地示出的。最优选地，存在例如四个小通风器62，其提供内部空气循环。热沉元件49有助于以所需方式输送空气流；多个偏转器(未示出)被提供来使发生器封闭体51内的空气流最佳化。

本发明在接近间隙与技术努力之间采取折衷。当然，更理想的是将发生器装配在加工区域中，如INOUE的JP 4-250920A建议的，但是采用这种方案时，将存在应被考虑的多个缺点：

- 第一，发生器板的尺寸当前不容许这种集成；只有局部集成在当前可能是可行的；

- 第二，发生器外壳和电缆必须被设计为不透水的，但是仍然可允许维修工作，从技术观点来说这种设计将是非常昂贵且危险的，因此不经济；

- 第三，由发生器板生成的热被传输至加工液体、工件基座以及紧邻工件的EDM的其它部分，这将由于热膨胀而引起准确度问题，因此作为BANZAI的INOUE方案看起来是不利的，甚至是在生态观点下。

本发明主要旨在用于在WEDM中使用，然而它也可以应用于其它EDM工艺，其中短脉冲和脉冲传输的质量具有很大的相关性。

用于放电加工机器的创造性脉冲发生器模块被容纳在发生器封闭体中，其包括至少两个PCB，而所包括的PCB中的至少一个是发生器板。本发明的特征在于以下事实：所包括的至少两个PCB配置在一个平面中。

优选地，所述创造性脉冲发生器模块被绝热，以避免从所述脉冲发生器模块向所述放电加工机器散热。为此，至少所述发生器封闭体的表面的旨在配置在放电加工机器处的部分是绝缘的。绝缘功能可通过不同的方式实现(例如用热屏蔽、热屏障相应绝缘层由适当材料制成、热沉元件或热移除装置、冷却系统等)。

在一优选实施例中，配置在一个平面中的所包括的PCB是至少两个或更多个发生器板。所述发生器板的接地极可直接电耦合至所述工作槽。在一个变型中，所述发生器板的热极借助于绝缘通路被允许穿过所述工作槽。

在再一优选实施例中，所述发生器封闭体包括流体冷却回路，其与所述发生器板的一个或多个热沉元件热耦合，优选地所述脉冲发生器模块还配备有用于空气循环的一个或多个通风器。

创造性脉冲发生器模块优选被设计成使得：其发生器封闭体包括实时操作所述脉冲发生器模块所需的所有发生器部件。优选地，所述发生器封闭体还包括用于所述脉冲发生器的驱动电路。

发生器封闭体优选至少包括：发生器板、发生器驱动电路、振荡器电路、放电检测电路和工艺监测模块。最优选地，所述发生器封闭体具有扁平椭圆形的或者(或分别地)矩形的形状。所述发生器封闭体的深度低(优选低于120mm，例如为40～80mm，例如为60mm)。

本发明这里实际显然还涉及整个放电加工机器，优选为金属丝放电加工机器(WEDM)，其包括根据前面描述所述的创造性脉冲发生器模块。放电加工机器中的脉冲发生器模块的发生器封闭体安装成邻近并平行于工作槽，优选地所述发生器封闭体由所述工作槽自身支承。最优选地，所述脉冲发生器模块的发生器封闭体安装在所述放电加工机器的工作槽的后壁处。在另一实施例中，所述脉冲发生器模块的发生器封闭体安装至机器框架的固定部分。

在一替代实施例中，所描述的创造性发生器模块可以被分成两个或更多个模块或者(或分别地)壳体，且所述模块或者(或分别地)壳体围绕工作槽分布而不是仅在其后侧。例如，两个或更多个壳体可以仅安装在工作槽的一个侧面(例如出于人体工学原因在后壁)，或安装在工作槽的两个或更多个侧面(例如模块壳体在左、后和右工作槽壁)。

以上说明涉及本发明的优选执行模式，但是或多或少类似的实施例是可能的。本发明因此并不局限于本文描述的实施例。这些示例更旨在作为对本领域技术人员的激励以有利地实施创造性构思。

附图标记说明

1：金属丝电极

2：工件

10：WEDM

11：机器框架

12：介电调整单元

13：电气控制箱

14：通信装置

15：工作槽

16：工作槽的后壁

17：加工工作台

18：工件支承件

20：下部金属丝引导臂

21：下部金属丝引导头

30：上部金属丝引导臂

31：上部金属丝引导头

49：热沉元件

50：发生器模块(发生器组件)

51：发生器封闭体

52：发生器板

53：发生器板端子，接地

54：发生器板端子，热

55：绝缘通路

56：电极电缆(去往电流馈送器/金属丝)

57：电流馈送器

58：支承弹簧

59：电极电缆(去往支承件/Wp)

61：流体冷却回路

62：通风器

65：热绝缘面板(热绝缘屏障)

67：空气间隙

Claims (15)

1. 一种用于放电加工机器(10)的脉冲发生器模块(50)，被容纳在发生器封闭体(51)中，其包括至少两个印刷电路板，而所包括的印刷电路板中的至少一个是发生器板(52)，其特征在于以下事实：

所包括的至少两个印刷电路板(52)配置在一个平面中。

2. 根据权利要求1所述的放电加工机器的脉冲发生器模块(50)，其特征在于以下事实：

至少所述发生器封闭体(51)的表面的旨在配置在放电加工机器(10)处的部分被绝热，以避免从所述脉冲发生器模块(50)向所述放电加工机器(10)散热。

3. 根据权利要求1或2所述的放电加工机器的脉冲发生器模块(50)，其特征在于以下事实：配置在一个平面中的所包括的印刷电路板(52)中有至少两个或更多个发生器板(52)。

4. 根据前述权利要求中任一项所述的放电加工机器的脉冲发生器模块(50)，其特征在于以下事实：所述发生器板(52)的接地极直接电耦合至所述工作槽(15)。

5. 根据前述权利要求中任一项所述的放电加工机器的脉冲发生器模块(50)，其特征在于以下事实：所述发生器板(52)的热极借助于绝缘通路(55L、55R)被允许穿过所述工作槽(15)。

6. 根据前述权利要求中任一项所述的放电加工机器的脉冲发生器模块(50)，其特征在于以下事实：所述发生器封闭体(51)包括流体冷却回路(61)，其与所述发生器板(52)的一个或多个热沉元件(49)热耦合，优选地所述脉冲发生器模块(50)还配备有用于空气循环的一个或多个通风器(62)。

7. 根据前述权利要求中任一项所述的放电加工机器的脉冲发生器模块(50)，其特征在于以下事实：其发生器封闭体(51)包括实时操作所述脉冲发生器模块所需的所有发生器部件。

8. 根据前述权利要求中任一项所述的放电加工机器的脉冲发生器模块(50)，其特征在于以下事实：其发生器封闭体(51)包括用于所述脉冲发生器的驱动电路。

9. 根据权利要求7所述的放电加工机器的脉冲发生器模块(50)，其特征在于以下事实：其发生器封闭体(51)至少包括发生器板、发生器驱动电路、振荡器电路、放电检测电路和工艺监测模块。

10. 根据前述权利要求中任一项所述的放电加工机器的脉冲发生器模块(50)，其特征在于以下事实：其发生器封闭体(51)具有扁平的椭圆形形状。

11. 放电加工机器，优选为金属丝放电加工机器(10)，包括根据前述权利要求中任一项所述的脉冲发生器模块(50)。

12. 根据前述权利要求10所述的放电加工机器(10)，其特征在于以下事实：所述脉冲发生器模块(50)的发生器封闭体(51)安装成邻近并平行于所述工作槽(15)，优选地所述发生器封闭体(51)由所述工作槽(15)自身支承。

13. 根据前述权利要求所述的放电加工机器(10)，其特征在于以下事实：所述脉冲发生器模块(50)的发生器封闭体(51)安装在所述工作槽(15)的后壁(16)处。

14. 根据前述权利要求10或11所述的放电加工机器(10)，其特征在于以下事实：所述脉冲发生器模块(50)的发生器封闭体(51)安装至所述机器框架(11)的固定部分。

15. 根据前述权利要求10或11所述的放电加工机器(10)，其特征在于以下事实：所述脉冲发生器模块(50)的发生器封闭体(51)被细分为围绕所述工作槽(15)安装的两个或更多个分离的壳体。