CN107427944A - 放电加工集成控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种放电加工(EDM)系统和方法包括(a)由心轴支承的电极，(b)心轴支承件，(c)工件固定器，(d)间隙电压测量装置，以及(d)单个集成控制器。单个集成控制器响应于测得的间隙电压来控制所有心轴、心轴支承件和工件固定器，从而提供改善的速度、精度和零件质量。

Description

放电加工集成控制系统
发明背景
本发明涉及放电加工(EDM)系统和方法，且更具体而言涉及用于此系统和方法的控制系统。
也称为电火花加工、电火花腐蚀、烧制、刻模、线烧制或线腐蚀的放电加工(EDM)是一种制造工艺，由此使用放电来获得期望的形状。材料通过两个电极之间的一系列快速循环的电流放电来从工件除去。电极中的一个是工具，或简单地为电极，且电极中的另一个是工件。
EDM系统和方法以及用于此系统和方法的控制系统是本领域的技术人员公知的。图1中示出了现有技术的EDM系统的示例。现有技术的系统10包括电极12、心轴支承件14和工件固定器16。电极12沿线性轴线Z'移动。心轴支承件14使保持电极的心轴沿三条线性轴线X,Y和Z移动。工件固定器16围绕两条旋转轴线A和B移动。
系统10还包括EDM控制器18和机器轴线位置控制器20。工艺配方储存在存储器22中。电极12沿Z'轴的运动由EDM控制器18控制。心轴支承件14沿着X,Y,Z轴以及工件支承件16围绕A,B轴的运动由机器轴线控制器20控制。目标Z'位置基于可消耗的电极12与工件之间的测得的间隙电压确定。图2中示出了用于所述系统的程序流程图。
已经证实所述EDM系统对于加工直通孔是非常有效的。然而，在该途径应用于三维形状的钻取和/或铣削时存在问题。机器轴线控制器20通过旋转轴线A和B呈现工件，且通过使心轴支承件沿轴线X,Y和Z移动来控制工具位置。EDM控制器18基于间隙电压和计算的参数来将电极12定位在Z'轴上，且基于用于给定孔的单个配方来应用功率供应设置。
然而，所述EDM系统具有至少三个缺陷。第一，在开始烧制之后，不可在不停止编程的工具路径的情况下改变工艺配方。第二，在烧制对于Z'轴作为闭环过程运行时，烧制对于X,Y,Z,A和B轴作为开环过程运行。因此，沿着或围绕这些轴线的运动不受烧制期间发生的任何事影响。第三，仅EDM控制器18响应于间隙电压和其它烧制参数。所有这些缺陷都不利地影响尺寸精度、孔表面质量和循环时间。
发明概要
本发明通过提供包括单个集成控制系统的EDM系统解决了前述问题，其控制所有工件固定器、心轴支承件和心轴/电极。
EDM系统包括心轴(适于支承)、电极、心轴支承件(其可与心轴整体结合)、工件支承件、电压间隙测量装置，以及可操作地连接至其它元件的单个集成控制器。控制器包括用于储存工件程序的存储器。控制器根据工件程序且响应于间隙电压和其它参数(例如，开/关时间、电流、电压和电容)操作，以控制心轴和工件支承件的位置。
本EDM系统提供了一种集成的多轴运动控制器和能够产生定制形状的孔的EDM功率供应控制器。单个集成控制器控制运动系统和EDM系统，允许无缝连接和系统参数的调整。系统包括单条垂直轴线Z，而没有单独的轴线Z'。集成控制器提供对(1)包括轴线X,Y,Z,Y和B的运动控制系统，(2)由工件配方限定的零件程序路径，(3)沿路径的速度，和(4)烧制期间沿路径的正向/反向方向的协调控制。
单个集成控制器极大减轻限制现有控制系统的效率的固有障碍。电极路径和工件固定器位置利用沿响应于间隙电压和EDM功率供应配方设置控制的路径的速度和正向/反向方向的调制来控制。沿编程路径的速度和方向的该调制改善尺寸精度、表面质量和循环时间。
通过参照当前实施例的描述和附图，将更完整地理解和认识到本发明的这些和其它优点与特征。
附图的简要描述
图1为现有技术的放电加工(EDM)系统的示意图；
图2为示出现有技术的EDM系统的程序流的流程图；
图3为根据本发明的当前实施例的EDM系统的示意图；
图4为EDM系统的侧视图；
图5为示出EDM系统的单个集成控制器的操作连接的示意图；且见EDIT
图6为示出EDM系统的程序流的流程图。
当前实施方式的描述
根据本发明的当前实施例的放电加工(EDM)系统在图3-图5中示出且大体上表示为110。该系统包括电极112、心轴支承件114、工件支承件116、间隙电压测量装置124，以及单个集成控制器130。
电极112由心轴113支承，心轴113由心轴支承件114(见图4)支承，且可与心轴支承件114整体结合。心轴支承件114能够使心轴112沿轴线X,Y和Z相对于工件支承件116移动。工件位置可朝向和远离电极112沿轴线A和B移动。电极是可消耗的。心轴113和电极112可为本领域的技术人员已知的任何心轴和电极。
心轴支承件114支承心轴且因此电极112。心轴支承件114能够沿三条正交线性轴线X,Y和Z移动心轴113，且因此电极112。心轴支承件114可为本领域的技术人员已知的任何心轴支承件。
工件支承件116支承工件(未示出)以用于加工。工件支承件116能够围绕两条正交旋转轴线A和B移动。工件支承件116可为本领域的技术人员已知的任何工件支承件。
间隙电压测量装置124测量电极112与工件WP之间的电压。装置124可为本领域的技术人员已知的任何适合的电压测量装置。
单个集成控制系统130和其与其它配件的操作连接属于本发明的新颖性。如图5中所示，控制130通过放大器132可操作地连接至马达134，其控制心轴113、X轴、Y轴、Z轴、A轴、B轴和至电极112的功率中的每一者。控制130还可操作地连接至间隙电压测量装置124，以便控制系统130接收间隙电压作为输入。控制系统130包括接口计算机136和操作者屏幕138。
如图3-图5中所见，集成控制器130可操作地连接至心轴113、心轴支承件114、工件支承件116和间隙电压测量装置124。集成控制器130接收测得的间隙电压作为输入，且控制器将控制信号输出至心轴113、心轴支承件114和工件支承件116。集成控制器130控制心轴支承件114沿由X,Y和Z线性轴线限定的三维(3D)路径的运动。集成控制器130控制工件固定器116围绕A和B旋转轴线的运动。
图6示出了单个集成控制系统130的控制下的EDM系统110的操作。在执行程序流之前，工件WP被装载到工件支承件116上。操作者然后启动开始命令210，且初始步骤是使心轴113朝工件WP移动212，直到电极112接触214工件WP。当产生接触时，控制系统130启动216烧制模式，此后执行218零件程序。
控制系统不断监测220正确的间隙电压。如果间隙电压不正确，则控制系统130调整222零件程序路径的速度和/或方向。只要间隙电压保持正确，则控制系统130确定或监测224零件是否完成。如果零件未完成，则程序流回到框218。如果零件完成，则程序流终止226，且例如通过操作者屏幕138来提醒操作者。
测得的变量(主要是电极间隙电压)用于在EDM烧制功能期间控制和/或调制心轴支承件114和工件支承件116。此外，控制系统130甚至可使心轴支承件114和/或工件支承件116沿多轴路径的运动程序按需要反向以保持适合或期望的电压。
系统使用开放架构的多轴运动控制器来控制多个轴线(X,Y,Z,A和B)和心轴113。控制系统130还控制EDM功率供应。因此，所有功能由单个集成控制系统控制。
用于操作控制系统130的软件或其它程序控制可由本领域的普通技术人员鉴于本说明书和附图来制备。
间隙电压(即，电极与工件之间的电压)用于控制零件程序的馈送速率超驰方面。馈送速率超驰在烧制循环期间沿正向方向和反向方向两者工作。在已启动时，控制程序将在"正常"或限定的速度下执行。当间隙电压变化时，控制程序改变沿着或围绕一条或多条轴线的运动的速度和/或方向。馈送速率超驰保持期望的间隙电压，因此向EDM烧制过程提供精确的控制。由于所有功能由单个集成控制器130控制，故对间隙电压波动的响应被相对较快地识别到且相对准确地响应。
对于任何特定零件，零件程序包括编程的轴线和生成的移动路径。一旦启动烧制，监测间隙电压与目标或期望间隙电压的偏差。集成控制器130发出轴线命令来遵循零件程序路径，同时保持期望的间隙电压。当间隙电压从目标间隙电压变化时，集成控制器130可动态地调整或调制沿所有轴线的运动的速度和方向。当间隙电压处于请求的设置点时，程序控制器在编程的速度和方向下执行零件程序路径。如果间隙电压增大到高于目标值，集成控制器130执行速度增大但停留在程序路径上。如果间隙电压降到低于目标值，程序执行速度减小以将间隙电压保持在目标处。此外，如果为了保持间隙电压的需要，集成控制器130将使直接沿该编程路径的程序路径的方向反向。
EDM功率和其它功能的精确控制保持在集成控制器130的直接控制下。通过多配方文件，允许操作者选择参数，诸如开/关时间、电流、电容和电压。这些配方可在零件程序操作的任何选择的区段中触发。
配方在集成控制器130内设置，从而允许在处于烧制操作时直接的零件程序改变。工艺配方可通过控制器130改变，而不中断烧制循环。
如将认识到的那样，包括单个集成控制器130的EDM系统和方法提供改善的速度、精度和零件质量。
以上描述是本发明的当前实施例的描述。在不脱离如由所附权利要求限定的本发明的精神和较宽方面的情况下，可作出各种改型和变化，其根据包括等同物的原则的专利法原理来理解。
本公开内容针对示范性目的提出，且不应当理解为是本发明的所有实施例的详尽描述或将权利要求的范围限于连同这些实施例示出或描述的特定元件。例如，且没有限制性，所描述的发明的独立元件可由一个或多个提供大致相似的功能或另外提供适当的操作的备选元件替换。例如，这包括目前已知的备选元件，诸如本领域的技术人员目前可能已知的那些，以及可在未来开发出的备选元件，诸如本领域的技术人员在开发时可认作是备选方案的那些。
本发明不限于操作的细节或以上描述中阐述或附图中示出的构造和构件布置的细节。本发明可在各种其它实施例中实施，且以本文并未明确公开的备选方式实施或执行。另外，本文使用的短语和术语用于描述目的，且不应当认作是限制性的。"包含"和"包括"和其变体的使用意在涵盖此后列出的项目及其等同物以及额外的项目及其等同物。此外，列举可用于各种实施例的描述。除非另外明确指出，否则列举的使用不应当认作是将本发明限于任何特定顺序或数目的构件。列举的使用也不应当看作是将可与列举的步骤或构件组合或结合的任何额外步骤或构件排除于本发明的范围外。
公开的实施例包括共同描述且可能协作地提供一系列益处的多个特征。本发明不仅限于包括所有这些特征或提供所有指出的益处的那些实施例。
以单数对元件请求保护的任何提及(例如，使用冠词"一个"、"一种"、"该"或"所述")不应当看作是将元件限于单数。
诸如"垂直"、"水平"、"顶部"、"底部"、"上"、"下"、"内"、"向内"、"外"和"向外"的方向用语用于基于图示中所示的实施例的定向来帮助描述发明。方向用语的使用不应当理解为将本发明限于任何特定定向。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种放电加工(EDM)系统，包括：
集成控制，其包括适于储存限定电极相对于工件的多轴程序路径的工件程序的工件程序存储器；
适于支承所述工件的工件支承件，所述工件支承件可操作地连接至所述集成控制且由所述集成控制控制；
可移动地支承所述电极的心轴，所述心轴可操作地连接至所述集成控制且由所述集成控制控制；
支承所述心轴的心轴支承件，所述心轴支承件可操作地连接至所述集成控制且由所述集成控制控制；以及
适于测量所述电极与所述工件之间的间隙电压的间隙电压测量系统，
所述集成控制可操作地连接至所述间隙电压测量系统，所述集成控制动态地响应于测得的间隙电压，所述集成控制动态地控制沿所述多轴程序路径的速度和沿所述多轴程序路径的正向或反向方向两者，以通过动态地控制所述工件支承件、所述电极和所述心轴支承件的运动来动态地保持期望的间隙电压。
2.根据权利要求1所述的EDM系统，其特征在于，所述工件支承件可围绕A和B旋转轴线移动。
3.根据权利要求2所述的EDM系统，其特征在于，所述心轴支承件可沿Z'线性轴线移动。
4.根据权利要求3所述的EDM系统，其特征在于，所述电极可沿X,Y和Z线性轴线移动，所述Z和Z'线性轴线是大致平行的。
5.根据权利要求1所述的EDM系统，其特征在于，所述电极可沿Z'线性轴线移动。
6.根据权利要求5所述的EDM系统，其特征在于，所述心轴支承件可沿X,Y和Z线性轴线移动，所述Z和Z'线性轴线是大致平行的。
7.根据权利要求1所述的EDM系统，其特征在于，所述心轴支承件可沿X,Y和Z线性轴线移动。
8.一种放电加工(EDM)方法，包括：
提供EDM系统，所述EDM系统包括支承电极的心轴、支承所述心轴的心轴支承件、支承工件的工件支承件以及适于动态地测量所述电极与由所述工件支承件支承的所述工件之间的间隙电压的间隙电压测量系统；
将工件程序储存在存储器中，所述工件程序限定所述电极相对于所述工件的多轴程序路径；以及
响应于所述工件程序和所述间隙电压测量系统使用可操作地连接至所述心轴、所述心轴支承件和所述工件支承件的集成控制器动态地控制所述心轴、所述心轴支承件和所述工件支承件，所述动态控制步骤包括动态地控制沿所述多轴程序路径的速度和沿所述多轴程序路径的正向或反向方向两者来保持期望的间隙电压。
9.根据权利要求8所述的EDM方法，其特征在于，所述控制步骤包括控制所述工件支承件围绕A和B旋转轴线的运动。
10.根据权利要求9所述的EDM方法，其特征在于，所述控制步骤包括控制所述心轴支承件沿Z'线性轴线的运动。
11.根据权利要求10所述的EDM方法，其特征在于，所述控制步骤包括控制所述电极沿X,Y和Z线性轴线的运动，所述Z和Z'线性轴线是大致平行的。
12.根据权利要求8所述的EDM方法，其特征在于，所述控制步骤包括控制所述电极沿Z'线性轴线的运动。
13.根据权利要求12所述的EDM方法，其特征在于，所述控制步骤包括控制所述心轴支承件沿X,Y和Z线性轴线的运动，所述Z和Z'线性轴线是大致平行的。
14.根据权利要求8所述的EDM方法，其特征在于，所述控制步骤包括控制所述心轴支承件沿X,Y和Z线性轴线的运动。

Claims (16)

1.一种放电加工(EDM)系统，包括：
包括可沿Z'线性轴线移动的电极的心轴；
支承所述心轴且可沿X,Y和Z线性轴线移动的心轴支承件，所述Z和Z'方向是大致平行的；
适于支承工件且可围绕A和B旋转轴线移动的工件支承件；
用于测量所述电极与由所述工件支承件支承的所述工件之间的电压的电压间隙测量器件；以及
集成控制器，其可操作地连接至所述心轴、所述心轴支承件、所述工件支承件和所述电压间隙测量器件，所述集成控制器包括用于储存限定所述电极相对于所述工件的多轴程序路径的工件程序的程序存储器器件，所述集成控制器根据储存在所述程序存储器器件中的所述工件程序操作，所述集成控制器响应于所述电压间隙存储器器件来控制所有所述心轴、所述心轴支承件和所述工件支承件，以控制沿所述程序路径的速度和沿所述程序路径的正向/反向方向来保持期望的间隙电压。
2.一种放电加工(EDM)系统，包括：
集成控制，其包括适于储存限定电极相对于工件的多轴程序路径的工件程序的工件程序存储器；
适于支承所述工件的工件支承件，所述工件支承件可操作地连接至所述集成控制且由所述集成控制控制；
可移动地支承所述电极的心轴，所述心轴可操作地连接至所述集成控制且由所述集成控制控制；
支承所述心轴的心轴支承件，所述心轴支承件可操作地连接至所述集成控制且由所述集成控制控制；以及
适于测量所述电极与所述工件之间的间隙电压的间隙电压测量系统，所述集成控制可操作地连接至所述电压测量系统，所述集成控制响应于测得的间隙电压，所述集成控制控制沿所述程序路径的速度和沿所述多轴程序路径的正向/反向方向，以通过控制所述工件支承件、所述电极和所述心轴支承件的运动来保持期望的间隙电压。
3.根据权利要求2所述的EDM系统，其特征在于，所述工件支承件可围绕A和B旋转轴线移动。
4.根据权利要求3所述的EDM系统，其特征在于，所述心轴支承件可沿Z'线性轴线移动。
5.根据权利要求4所述的EDM系统，其特征在于，所述电极可沿X,Y和Z线性轴线移动，所述Z和Z'线性轴线是大致平行的。
6.根据权利要求2所述的EDM系统，其特征在于，所述电极可沿Z'线性轴线移动。
7.根据权利要求6所述的EDM系统，其特征在于，所述心轴支承件可沿X,Y和Z线性轴线移动，所述Z和Z'线性轴线是大致平行的。
8.根据权利要求2所述的EDM系统，其特征在于，所述心轴支承件可沿X,Y和Z线性轴线移动。
9.一种放电加工(EDM)方法，包括：
提供EDM系统，所述EDM系统包括支承电极的心轴、心轴支承件、工件支承件以及用于测量所述电极与由所述工件支承件支承的工件之间的间隙电压的间隙电压测量器件；
将工件程序储存在存储器中，所述工件程序限定所述电极相对于所述工件的多轴程序路径；以及
响应于所述工件程序和所述间隙电压测量器件使用可操作地连接至所述心轴、所述心轴支承件和所述工件支承件的集成控制器控制所述电极、所述心轴支承件和所述工件支承件，所述控制步骤包括控制沿所述程序路径的速度和沿所述程序路径的正向/反向方向来保持期望的间隙电压。
10.根据权利要求9所述的EDM方法，其特征在于，所述控制步骤包括控制所述工件支承件围绕A和B旋转轴线的运动。
11.根据权利要求10所述的EDM方法，其特征在于，所述控制步骤包括控制所述心轴支承件沿Z'线性轴线的运动。
12.根据权利要求11所述的EDM方法，其特征在于，所述控制步骤包括控制所述电极沿X,Y和Z线性轴线的运动，所述Z和Z'线性轴线是大致平行的。
13.根据权利要求9所述的EDM方法，其特征在于，所述控制步骤包括控制所述电极沿Z'线性轴线的运动。
14.根据权利要求13所述的EDM方法，其特征在于，所述控制步骤包括控制所述心轴支承件沿X,Y和Z线性轴线的运动，所述Z和Z'线性轴线是大致平行的。
15.根据权利要求9所述的EDM方法，其特征在于，所述控制步骤包括控制所述心轴支承件沿X,Y和Z线性轴线的运动。
16.一种放电加工(EDM)方法，包括：
提供集成控制器，所述集成控制器包括适于储存限定电极相对于工件的多轴程序路径的工件程序的存储器；
测量所述电极与由工件固定器支承的工件之间的间隙电压来输出测得的电压；
使用所述集成控制器控制所述工件固定器以用于围绕A和B旋转轴线的运动；
使用所述集成控制器控制心轴支承件以用于沿X,Y和Z线性轴线的运动；以及
使用所述集成控制器控制支承电极的心轴以用于沿Z'轴的运动，所述Z和Z'轴是大致平行的；以及
所述控制步骤响应于测得的间隙电压控制沿所述程序路径的速度和沿所述程序路径的正向/反向方向来保持期望的间隙电压。
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