专利名称:电火花腐蚀切割和电火花切割装置工作参数的适应控制方法
本发明是关于电火花切割装置，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。
这种方法和装备为已知的瑞士专利548256号。这已知方法和装备的工作参数可以是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。这种方法和装备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，因而这种方法和装备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。
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。
在这种技术的基础上，本发明是进一步发展上述方法和电火花腐蚀切割装置，同时保留了原有方法的优点以减少断线的危险。
从方法上看，问题的解决是在工作间隙处，从净化介质瞬时流态的函数，产生出控制信号，用以控制工作参数。
从装备上看，问题的解决是在电火花切割装置上，至少配备一个传感器，以确定工作间隙处净化介质的瞬时流态。
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To1……TOn。
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的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，在机床上有相应的传感器。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，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为第一种装置的纵向剖视图。
图2a～2d为电火花腐蚀切割的几种不同的工作情况。
图3为第二种装置的剖视图。
图4为第三种装置的剖视图。
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表示电火花切割机床切割平行平面的工件2的情景。为便于表示，电火花切割机床装置只有局部简图。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59447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的结构为喷咀形式。它和金属切割线一起，沿切割曲线1导进，为此它和导引元件为非刚性的连接。
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中突出的金属切割线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，用一净化喷咀进行净化。
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。压力表6指示上压力腔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。
如需控制和调节使压力梯度保持恒定数值，则将顺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，或由于滑环3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，即喷咀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2a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中的压力真空表6、8及测量管线7和7′，在本装置中都已取消，改为压力传感器17和22，及测量管线16和21。测量管线16和31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。
在现在的装置中，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，发生器30供给电流进给器12、14的能量则相应降低。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1(原文错误应为图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，这构成了一个闭环系统。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，即输送至发生器30的控制元件31和调节阀42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。
权利要求
1.适应控制工作参数的方法，在电火花腐蚀切割装置上当用电火花腐蚀切割工件时，在工作间隙处采用压力和/或抽吸净化介质的方法，在那里控制工作参数的控制信号是工作间隙处净化介质瞬时流态的函数。
2.按照权利要求
1的方法，方法中发生器操作的工作参数、工具电极、工具电极和工件之间的相对动动和/或工作间隙处净化介质的供应量均受到控制。
3.按照权利要求
2的方法。方法中受到控制的是发生器的能量，工具电极的送进，单位时间内供应给工作间隙的净化介质和/或工作间隙处净化介质的压力梯度。
4.按照权利要求
2和3的方法。当使用有脉冲发生器的电火花装置时，则对脉冲强度、脉冲延续时间和/或脉冲间隔时间受到控制。
5.按照上述至少一项的权利要求
的一种方法，是对使用的金属线或金属带电极，控制电极的电压。
6.按照前述至少一项的权利要求
的一种方法，方法中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。
7.按照前述至少一项的权利要求
的一种方法，方法中工作间隙处净化介质的瞬时流态取决于流过工作间隙处的瞬时流速。
8.电火花切割装置装有a)在工作间隙处用压力和/或抽吸的净化装置。b)控制工作参数的适应控制装置，至少有一个传感器和至少有一个控制元件，而且，c)至少有一个传感器是为确定对工作间隙处净化介质的瞬时流态而设计。
9.按照权利要求
8的装备，那里的控制元件，至少连接一个能调节发生器工作的第一种调节装置，至少连至一个能调节工具电极与工件之间相对运动的第二种调节装置，和/或至少连有一个能调节净化介质供应量的第三种调节装置。
10.按照权利要求
9的装备，第一种调节装置的设计，是调节发生器的电容器，第二种调节装置是调节工具的送进，第三种装置是调节单位时间内，供给到工作间隙处的净化介质，和(或)工作间隙处的压力梯度。
11.按照权利要求
9或10具有脉冲发生器的装备，该第一种调节装置的设计，是能调节脉冲强度，脉冲的延续和/或间隙时间。
12.按照权利要求
8～11至少其中一项，具有金属线或金属带工具电极的装备，该第二种调节装置的设计，是调节工具电极的电压。
13.按照权利要求
8～11至少其中一项的装备，至少有一个液体压力传感器，连接在第一个压力腔的进口处，该压力腔是净化工作间隙的进口或出口。
14.按照权利要求
13的装备，至少另有一第二传感器为液体压力传感器，连接在第二压力腔的进口处。第二压力腔与第一压力腔相同，但位于工作间隙的另一侧。
15.按照权利要求
14的装备，那里的两个液体压力传感器可用一差动压力传感器来完成。
专利摘要
电火花腐蚀切割和电火花切割装置的适应控制工作参数的方法，在切割设备工作间隙处的净化介质的瞬时流态被确定，电火花腐蚀切割过程中的工作参数受到调节和/或控制，作为确定介质流态的函数，为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。
文档编号B23H7/02GK85104688SQ85104688
公开日1986年12月24日 申请日期1985年6月19日
发明者西尔瓦诺·德雷斯蒂, 厄斯脱·比勒·萨里塔, 勒内·德里黑梯 申请人:洛迦诺电子工业股份有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan