CN1147986A - 以线电极电火花腐蚀的精加工方法及其电火花加工机 - Google Patents

Abstract

一种借助线电极(1)电火花腐蚀精加工工件(2)的方法和一个电火花腐蚀加工机，可实现一个有效地消除加工过程中的短路干扰，其特征在于：a)连续地监视至少一个用于识别短路状态的隙缝参数；b)在识别一个短路情况下，该导线电极(1)的进给运动保持在短路点(K)处；c)在短路延续情况下，该导线电极(1)作相对于再切削轨迹(6)成横向的并从工件(2)离开到一措施点(M)的运动；d)在措施点(M)处，一次或多次地实施一个或多个的短路释放的措施；和e)在确定一个短路释放情况下，该线电极(1)又回行到短路点(K)并继续正常的加工。

Description

以线电极电火花腐蚀的精加工 方法及其电火花加工机

本发明涉及一个用于电火花精加工的方法和一个电火花加工机，亦即借助一个线状电极精加工一个工件，其中连续地监视至少一个隙缝参数用于识别一个短路状态。

已经公知的是，在全切削以后，对工件的形状精度和表面质量，总是通过变弱的脉冲进行一次或多次的再切削以求大大得到改善。一般方式，该工件轮廓用相应适当的进给(偏置)进行多次地再‘走刀’，因此，在一个规定的脉冲能量界限下，至少用不变的进给速度‘走刀’。为此，在由于短路导致加工过程被干扰情况下，产生的问题是，由于一个“不切削”而在工件上形成隆起形状的脊峰。这种脊峰，根据短路延续可能是不可见的(小于约0.4μm)，但是也可以达到多个μm的情况，这样则是很麻烦的。

已经试验，在短路情况下，使导线电极往回运动以便消除短路、然后再向前腐蚀加工。

另外公知的是，将一个短路通过用提高能量的脉冲进行焦耳式加热以便熔化或消除它(参见US-PS 3671705 RAZNITYN)。

从埋入腐蚀式加工中已经公知，电极在短路时不能回拉到已运行的进给轨迹上，而是偏移到一个予先计算的偏量轨迹上(参见DE 3817302C，阿吉和US-PS 4733 040 AGIE)。

这种方法的一个变型方案是对这种线状电极加工作了改进建议(JP-OS4-289026-FANUC和EP-0 578018-A1-AGIE)。同时，还应用了横向-伺服运动。

最后，该EP 0558757 A1研究了短路释放的问题。(FANUC)。

这些公知的解决方案从多方面看都是不能满意的。

今天对于再切削或精加工所应用的高频率精整脉冲具有的特性是，可在一个大范围内，亦即对一个多个μm(Mikometer)的隙缝宽度起到腐蚀作用。这个通常被理解为脉冲给定的隙缝宽度。但是实际上不如此。而是，线状电极通过电气作用力是如此相对于工件运动的，即，放电条件在一个宽的范围内保持不变的。

由于这些效应，在一个通过返回运动所实现的短路影响消除后和由此连接的进给运动，返回行程的区域正常情况下也被腐蚀加工。这样就产生明显的形状为深沟的缺陷。另外，这种短路消除还不太完全有效并导致伺服-不稳定性。

按照上述US-PS3671705的内容，为了熔化或消除短路影响而施加能量足够的脉冲(短路中断脉冲)虽然是完全有效的。但是，如果这一措施应用在精加工以消除短路时，则会在已经腐蚀加工过的表面上产生不可免的干扰坑窝，其直径为50μm和更大。一个对短路造成残余的熔化作用，也只有电流脉冲明显大于20A时才能实现。因此，这种方法对于精加工来说是不可用的，至少不可应用在前面所述的方式中。

这个深入腐蚀的偏置方法和在线电蚀加工时应用的横向-伺服运动，也只是部分地解决了短路问题。在大多数情况下，亦即实施精加工切削，而不是先前那样去除副产品。因此，存在着太少的空间用于有效地分隔短路作用，同时，不会产生一个与副产物相关的新的短路问题。还有，存在的轮廓缺陷也可能进一步限制了一个横向-伺服运动，特别是在尖锐的角部，例如，在驶入行程后的夹角中也就是说，这些行程中的夹角从起始孔引向切削轮廓。当短路不能被排除时则伺服系统则持续地被锁定。

与所期望的正好相反，短路在精加工时是很顽固的。例如人们已经确定，该铁磁性材料具有成分如铁、镍或钻，它们会优先在切削隙缝中沉积。这样，必然导致，在工件中的切削干扰了存在的磁场，并向外偏行，因此，可磁性化的漂游颗粒吸入切削隙缝中。这种公知的方法不能解决这些问题。

本发明目的在于，在电火花腐蚀精加工情况下消除短路问题。

这一任务通过权利要求1和21的技术方案加以解决。

按照权利要求1，解决上述任务的一个方法是，借助线状的电极对工件实行电火花腐蚀的再切削(精加工)，其中，

a，连续地监视至少一个识别短路状态的隙缝参数；

b，在识别一个短路情况下，该电极的进给运动被停止在短路点上；

c，在短路持续情况下，该电极从工件作相对再切削轨迹为横向地离开运动并直至一个措施点；

d，在措施点上一次或多次地实施一个或多个用于短路释放的措施；和

e，在确定一个短路释放情况下，该电极又返回到短路点和继续正常的加工。

按照权利要求21解决上述任务的是一个电火花腐蚀加工机，它借助一个线状的电极对一工件实行电火花腐蚀再切削(精加工)并具有：

a，用于连续地监视至少一个识别短路状态的装置；和

b，一个与监视装置相连的控制装置，它如此设置，即

b，1)在监视装置获知一个表明短路的输出信号情况下，该电极的进给运动保持在短路点上；

b，2)在短路持续情况下，该电极作相对再切削轨迹为横向地从工件离开运动并至一个措施点；

b，3)在措施点上，一次或多次地实施一个或多个用于短路释放的措施；和

b，4)在获知一个表明短路释放的情况下，该电极又返回到短路点和继续正常的加工。

本发明具有以下特殊的优点：该腐蚀过程可允许有干扰影响下正常工作。因此，提高了加工过程的稳定性。另外，工件表面尽管短路-干涉也不会受到损坏。还能实现在短路时自动的干涉作用以及一个自动地最佳化的干涉措施。总之该精加工的质量得到明显地改善，同时没有增加投资成本或者没有使设备的操作变得困难。

本发明另外的变型结构方案给出在从属权利要求中。

下面借助附图和其中的实施例更详细地阐述本发明。在附图中：

图1是在本发明方法时的一个短路状态，

图2是在稳定的进给速度下由于“未切削(Micht-abtrags)”而产生的公知误差；

图3是在伺服-回行运动时由于“双重切削”而产生的公知误差；知

图4是一个公知的具有在切削隙缝中磁性固定的颗粒的状态，其中横向-伺服运动不能解除短路；

为了更好地理解本发明，首先说明在图2至4中描述的现有技术。

图2表明一个大比例放大的和夸张的通过腐蚀区的横截面图。此处，对于一个第一再切削，该导线电极1以不变的进给速度V在一个为了进给而偏移全切削轨道5的再切削轨道6上运动。该副产件3在全切削以后不被取走，这是常事。该工件2的表面通过再切削、加上通常精细的调节，所以精制化和达到一个较高的形状精度。在切削隙缝4中置有一种冲洗介质，通常为去电离的水，而且还有小的颗粒，它们是由工件2的材料切屑和导线电极1引起的。另外，还有气泡形式的或者空气泡的冲洗介质之分解产物，而它们是由冲洗流带入的。

现在假定，发生一个短路，因此，从短路开始8至自然的端部9就不存在腐蚀作用了。依此，产生一个其形状为在整个工件高度上突出的脊峰的“未切削部7”。显然这种缺陷是不希望的，因为，它们几乎不可能用继续的再切削而加工成光滑，这里由于短暂的加工时间造成的。这些脊峰在加工的表面越是精细时就越是显眼。一个临界的短路延续，亦即由此起，产生的脊峰光用肉眼可以看出的话，在本实施例中计为约400mS。

一个好的伺服系统通常在上述的时间间隔400mS内是可以反应的。因此，人们为解决上面所述的问题而应用了图3的原则。此处导线电极1以一个导行的伺服速度S在再切削轨道6上运行。为此，一个隙缝参数例如该平均的工作电压被测量并与一个额定值相比较。该比较结果输入一个专门的速度调节器中，该调节器本身予先确定轴驱动装置的伺服速度S。在一个短路测定的情况下，该速度调节器就给出一个伺服回行速度S。因此，该导线电极1在短路开始8和短路末端9之间作回行运动。在重新进给时会导致双重切削10，并且形状为沟槽，其又分布在整个工件高度上。这种缺陷基本上与图1方法中产生的相同。而与发生器脉冲的适当配合或者与在这一区域中的进给速度适当配合都不能达到目标，因为这时已失去加工稳定性。

在图4中描述的切削隙缝4的比例情况令人想起一个滴石洞(Tropfsteinhohle)和通常可能出现在去磁不好的钢工件情况下。磁场一般是通过磁性的电压装置在一个事先进行的研容过程中置入工件中并且可以本身用好的去磁装置仅仅作表面消磁。这样的结果，磁性化的颗粒11不仅累积在副产件3上而且积累在工件2上。同时这些颗粒11在场线方向上定位而且可以跨接切削隙缝4。对于再切削一般应用的只有约0.5bar的冲洗压力，由于太弱而不能将磁性颗粒11从工作区中去除。

显然，公知的具有横向-伺服运动的方法在这种情况中是无效的。在短路开始8时，在短路点K处的导线电极1可以通过横向-伺服距离Q运动最多至运动范围点F。同时该短路不是有规律地消除，从而免不了要导致连续加工的一个中断。

图1表明在本发明方法时的状况。在短路开始8情况下，该导线电极1首先保持在短路点K中，不考虑它是否以不变的进给速度V或者是否以伺服速度S向前运动。然后，该导线电极1从工件2离开运动到一个措施点，该点最好位于全切削轨迹5上。在措施点M中，人们可以采取多个确实的措施，以便在不损坏工件2的同时免除短路。例如试验表明，短路-中断脉冲为400A的幅度和3μs延续时不会在再切削的表面上留下最小的痕迹，而是它(脉冲)在措施点M中被释放了。另外，人们确定，这些脉冲通常只是上升到一个幅度为约100A和随后过度到一个空行脉冲，因而这是一个用于这种短路中断原则之有效性的证明。

一旦一个短路中断被确认了，(理所当然在此方法的每个阶段)，就可以立即回行到短路点K以便在此继续进行正常的加工。

已知的是，在再切削加工时，不损坏工件2情况下消除短路是极端困难的。也就是，短路大多是偶然发生和没有任何予兆。公知采用的调节系统由于缺少足够的输入参量因而消除它是完全过高的要求。

试验表明，存在多种导致这种短路的诱因，并且每个诱因有其特殊的现象。因此，由于磁性颗粒11的沉积，短路仅仅发生在加工铁磁性材料时，如工具钢，基本的镍合金和带钴结合的硬金属。典型的短路延续位于100ms和数秒之间。一个最有效的短路释放是随着冲刷脉冲，短路-中断脉冲和到线电极1的精整点R的精整运动而发生的。有缺陷的导线质量如脱层，压裂或弯曲，表现出一个如此的短路延续，它典型地直线与工件高度成正比例和与导线运行速度成反比，而且例如在工件高度为50mm和进给速度为100mm/s情况下可计为0.5秒。一个(短路)释放是尽快通过短路点K到措施点M的运动实现的。

还公知了导线精整装置和导线矫位装置，它们至少可以缓解上述的导线(加工)缺陷。在这些装置中，为了精整而应用了主要的拉石(Ziehsteine)，弧刷和/或毡料(Filze)，而对于矫位应用了炽灼-拉伸装置和/或牵-拉装置(Zieh-Streckeinrichtung)。一个通一断-开关也就是这个装置的激活和去活，最好用于检测干扰诱因。这样人们具有了实现相反措施的方案或者给操作者提出相应的建议，或者大致通知其：“坏的导线质量-更换线圈！”。

导线材料-沉积在导线运行路程的摩擦区域上，且在电流接触处或导线运行处，就可能与导线形成焊接和此后带入加工区域中。这个现象与有缺陷的导线质量作用类似。但是，由此引起的短路可明显短地结束并可以通过一个暂时强烈地提高导线运行速度而持续地得以解决。空气泡和气体泡导致了变坏的导线冷却，这样产生的短路仅仅延续约1ms至100ms。这种形式的短路可以尽快通过中断加工脉冲而消除，因为存在着用于冷却导线电极的足够时间。

所有前面所述的短路情况几乎不与轨迹几何形状相关。但是也存在着与清楚的几何形状相关的短路诱因。因此例如发生在先前切削的特别是有锐角的轮廓缺陷处。还有，由于材料应力的释放导致的工件移位大多要影响在轨迹轮廓的拐角处和之后(的短路发生)。这些短路情况人们仅可以依此减少，即人们实施与进给速度V相适配，或者与用于伺服速度S的调节器设定相适配，或者甚至与再切削轨迹6的偏移值相适配。

另外存在的短路情况可追溯到纯粹的维护缺陷。其中，大致是闭合的电流接触或者是用于导线电极1的有缺陷的输送带或者是用于冲刷介质的有污染的过滤装置以及有缺陷的线切割-装置。而且这些短路具有特点的现象结构，如延续形式，循环式出现，或者无次序的释放方式。这些情况就系统本身而言是不能消除的。仅仅存在的可能方案是，中断加工和让操作者去实施维修工作。

前面的实施例可以表明在火花腐蚀精加工中短路的复杂关系和诱因。因此，不能要求一个操作者立即得出必要的反措施或者甚至持续地观察整个程序。然而这一点正是本发明方法和装置的任务。为此在试验过程中获得的经验和/或专门的知识以标准-措施组的形式加以考虑或编为系统程序。另外，还可能的是，借助自身获得的经验加以研究和依此做出智能化和柔性的反应措施。

为此必需的是，将措施的演变和特别是其结果加以贮存，例如一个措施的结果限额，亦即大致下面的信息：一个措施的最后试验中有多少是有效的。

还有，按照有利方式应贮存下面的商数：短路数相对于进给走过的行程距离或者短路频率相对于轨迹弯曲度；或者贮存短路频率本身；此外，考虑统计规律，例如短路延续的3级：0-10ms，11-100ms和大于100ms。

由此在每个加工中自动地建立一个数据库，它允许，借助予定的原则与控制措施，亦即短路-干涉相适应。

在第一步骤中，人们可以原则上仅仅实施按照标准模型用于短路释放的予兆干予措施。例如，从措施点M至保持点H和返回的运动适合于消除由几何形状引起的短路。一个从措施点M到精整点R和返回的运动，特别是在与冲刷介质脉冲相组合的方案中，对于由于切削隙缝4中的沉积作用导致的短路可获得很好的结果。依此在短路点K之前的区域被清除干净。在一个确定的时间延续期间加工脉冲的极性变化能在不好的导线质量下实现很迅速的短路释放。为此，该导线电极-表面之可能的隆起(凸起)最好被去掉。

用增大的数据库，就能够优选更有效的措施并加以组合。在一个基本的时间以后，就能根据结果限额和不同商数的模型决定一个或者甚至多个原因。

这样又能实现，找到消除诱因的措施，以便降低短路的可能性。因为在程序有干扰情况下不涉及静止的过程，所以这些措施在一个确定的时间间隔以后就又撤消。一个干扰的持续(存在)则又重新表现在数据库中并又启动一个新的循环。因为用于相应的程序干扰的数据库已经建立起来了，所以在重复情况下，干扰作用在明显较短的反应时间内就可实现。当然重要的是，仅仅允许这样的措施，即它们不能损坏工件2的形状精度，也不能损坏工件2的表面质量。

这种智能化的调节可以很好地用模糊逻辑(Fuzzylogik)实现。而不同的商数以及可能的其与时间的斜率可分别输入一个由专家定义的从属函数中以及随后的一个调节库中。然后，在一个输出转换以后，人们就可获得一个期望的适当干涉-措施。这种模糊逻辑的巨大优点是，人们可以逐字逐句地说给系统，亦即可以用所谓的语言式变量通知其应该如何运动。这一点与纯粹的数字指令或逻辑式解析指令不同，而是一个明显的简化，如果此处存在的具体情况越是复杂，则这种简易化作用就越突出。

在应用这个系统时存在着两个基本的可能方案。该系统已由制造者通过监视的学习被训练到所有可能的应用情况上，然后，由此获得的知识贮存在一个储存器中和而后为应用者复制，亦即装备成长时间记忆形式；或者人们使系统仅具有运行原则和使它对于任何应用情况可以再学习，以便采取措施。这两个具有非监视的学习和短时记忆的变型方案在本描述的情况下具有巨大优点并且可以应用于将来的，和今天还未公知的应用场合。

为了解模糊逻辑，可参见书本“模糊逻辑式技术工艺学”希·阿尔特罗克著，1993年奥尔登堡出版，ISBN 3-486-22673-8。随后的“软件工具”已在德国，阿亨由公司INFORM GmbH的工作手册中标明为：“模糊技术3.0神经式模糊模型”“模糊技术3.0联机编辑”。这些工具书最适合于实现此处描述的调节算法的。

Claims (27)

1，借助线状的电极(1)电火花腐蚀再切削(精加工)一个工件(2)的方法，其中，

a)至少一个隙缝参数持续地被检测以便识别一个短路状态，其特征在于：

b)在识别一个短路情况下，该电极(1)的进给运动被保持在短路点(K)上；

c)在该短路延续情况下，该电极(1)作相对再切削轨迹(6)为横向地从工件(2)离开运动到一个措施点(M)处；

d)在措施点(M)上一次或多次地实施用于短路释放的一个或多个措施；和

e)在确定一个短路释放情况下，该电极(1)又返回到短路点(K)并继续进行正常的加工。

2，按权利要求1所述的方法，其特征在于：在措施点(M)上，启动一个提高压力和/或流量的冲洗介质脉冲，在以后称为用于短路释放的第一措施。

3，按权利要求1所述的方法，其特征在于：在措施点(M)上启动一个提高幅度的电流脉冲用于使短路造成的残存熔化，在以后称之为用于短路释放的第二措施。

4，按权利要求1所述的方法，其特征在于：在措施点(M)上，该线电极(1)从该措施点(M)与再切削轨迹(6)平行地回行到保持点(H)，然后由此处又向前朝措施点(M)运动，在以后称之为用于短路释放的第三措施。

5，按权利要求1所述的方法，其特征在于：在措施点(M)上，导线(1)的张力和/或运行速度在一个予定的时间间隔内被提高，在以后称之为用于短路释放的第四措施。

6，按权利要求1所述的方法，其特征在于：在措施点(M)上，该加工脉冲在一个予定的时间间隔内被停止，在以后称之为用于短路释放的五个措施。

7，按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于：

在提供点(M)上，该加工脉冲的极性在一个予定的时间间隔内被变换，在以后称之为用于短路释放的第六措施。

8，按权利要求1所述的方法，其特征在于：在措施点(M)上，该导线电极(1)从该措施点(M)与再加工轨迹(6)平行地向前至精整点(R)运动并由此处又往回运动到措施点(M)，在以后称之为用于短路释放的第七措施。

9，按权利要求1，4或8所述的方法，其特征在于：

作为在短路点(K)和措施点(M)之间，在措施点(M)和保持点(H)和/或措施点(M)和精整点(R)之间的行程距离，选择一个可改变的特别可程度化的参量。

10，按权利要求1，4，8或9所述的方法，其特征在于：

该措施点(M)，保持点(H)和/或精整点(R)被置于全切削轨迹(5)上。

11，按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于：

用于短路释放的第一至第七措施被单独地予先选定或者在确定的组合方式中予先选定和/或作为确定的顺序予先选定或者部分顺序予先选定。

12，按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于：

a，以一个确定的组合方式和/或顺序启动用于短路释放的第一至第七措施；

b，借助短路延续和/或有效释放时数目检测和贮存有效率(Erfolgsquoten)；

c，根据上述有效率安排顺序和/或组合方式；和

d，在以后的短路情况下，按照这个新的安排实施用于短路释放的措施。

13，按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于：

根据对用于短路释放的不同措施之有效限额的分配，检测出短路之最可能的诱因并基于这个检测的结果采取消除诱因的措施。

14，按权利要求13所述的方法，其特征在于：为了消除诱因，进给速度(V)被改变，在以后称之为用于消除诱因的第一措施。

15，按权利要求13所述的方法，其特征在于：为了消除诱因，用于伺服速度(S)的调节器指令被改变，在以后称之为消除诱因的第二措施。

16，按权利要求13所述的方法，其特征在于：为了消除诱因，再切削轨迹(6)的偏移值被改变，在以后称之为消除诱因的第三措施。

17，按权利要求13所述的方法，其特征在于：为了消除诱因，该导线张力和/或导线运行速度被改变，在以后称之为消除诱因的第四措施。

18，按权利要求13所述的方法，其特征在于：为了消除诱因，冲洗介质压力和/或冲洗介质流量被改变，在以后称之为消除诱因的第五措施。

19，按权利要求13所述的方法，其特征在于：为了消除诱因，一个导线清洁装置和/或一个导线修整装置被启动，在以后称之为消除诱因的第六措施。

20，按权利要求13所述的方法，其特征在于：为了消除诱因，该腐蚀加工被中断和该电火花腐蚀加工机根据检测的原因被维修，在以后称之为消除诱因的第七措施。

21，用一线状电极(1)电火花腐蚀再加工(精加工)一个工件(2)的电火花腐蚀机，特别是用于实施权利要求1的方法，具有：

a，为识别短路状态而连续监视至少一个隙缝参数的装置；其特征在于：

b，一个与监视装置相连的控制装置，它如此设置：

b.1)在从监视装置获得一个表明短路的输出信号情况下，该电极(1)的进给运动停止在短路点(K)上；

b.2)在持续短路情况下，该电极(1)与再切削轨迹(6)成横向地从工件(2)离开而运动到一个措施点(M)；

b.3)在措施点(M)上，一次或多次地实施一个或多次短路释放措施；和

b.4)，在获知一个表明短路释放的信号以后，该电极(1)又回行到短路点(K)和继续正常的加工。

22，按权利要求20所述的电火花腐蚀机，特别是用于实施权利要求2-12之一的方法，其特征在于：

该控制装置用一个如此形式的第一算法程序化：

a，在短路时，按照一个确定的组合方式和/或顺序对权利要求2至8中所称的短路释放的措施进行启动；

b，由此实现的有效率借助短路延续和/或有效的短路释放加以检测；

c，该顺序和/或组合方式根据检测的有效率进行安排；和

d，在以后的短路情况下按照这个新的安排，启动用于短路释放的措施。

23，按权利要求21或22所述的电火花腐蚀加工机，特别是用于实施权利要求13至20之一方法，其特征在于：

该控制装置用一个第二算法程度化并用于模型识别，该算法程序，根据用于短路释放之不同措施的有效限额分配，检测短路的最可能的诱因，并根据检测结果表明短路的存在和其可能的诱因。

24，按权利要求23所述的电火花腐蚀加工机，其特征在于：

该第二算法程度如此设置，即，它表明用于消除短路诱因的建议。

25，按权利要求23或24所述的电火花腐蚀加工机，其特征在于：

该控制装置用一第三算法程序化，它借助第二算法的结果检测短路频率，并在位于第一界限值上方的短路频率情况下，该控制装置启动一个或多个消除诱因的措施和在一个予定的时间延续以后和/或在短路频率低于一个第二界限值以后，前面的措施就又撤消。

26，按权利要求25所述的电火花腐蚀加工机，特别是实施权利要求16之方法，其特征在于：该控制装置在发生一个短路情况下，控制一个横向-伺服系统适应于相对再切削轨迹(6)的偏移值。

27，按权利要求22至26之一所述的电火花腐蚀加工机，其特征在于：

该第一，第二和/或第三算法程度是对应于模糊逻辑设置的。

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