专利名称：采用单一速度指令的多工位放电加工的制作方法
技术领域：
本发明的背景本发明一般地涉及放电加工，特别是涉及如航空发动机部件的放电加工工件，其上有几个细部需要加工。
放电加工(EDM)是一种公知的方法，可用来在导电工件上制出细部如具有各种形状和结构的孔、槽和缺口。普通的EDM设备采用具有所需形状而能向工件推进的电极，将适当的电力供应到其上，从而在工件和电极之间造成一个电位差而形成可控的火花，该火花将工件材料熔化并气化而形成所需的细部。电极的切割图形通常由计算机数值控制，而由伺服电机控制电极和工件的相对位置。在加工时电极和工件浸没在介电流体内，以提供绝缘防止过早的火花放电、冷却被加工的区域，并冲走去除的材料。
放电加工的一个缺点是它是一个较慢的方法，特别是对广泛使用放电加工的航空发动机工业当需要在工件上制出几个有差别的细部时更是如此。为了增加这种制件的生产，通常使用一台EDM设备一次加工数个部件，这时在设备上设有多个工位，每一工位有一处于单独介电液槽内的工件夹具，所有工位通常连接到一个共同的电源上。加工顺次进行，一次一个部件，即火花将在第一工位、第二工位等等上依次产生一直到每一工位都有火花供应为止；这个顺序被重复进行一直到每一工件的加工工序都被完成为止。采用这种设备虽能提高产量，但在单独的工件上加工多种细部仍是较慢的方法。
为了进一步使生产加速，曾经提出所使用的EDM设备可在每一工位上采用多个电极，这种EDM设备能在一个工件上同时完成多个加工工序，但每一个电极要有各自的电源和计算机数值控制(CNC)，数量众多的电源和CNC会增加制造系统的复杂性和费用，并在加工车间内要许多占地面积。使用电力转移开关在某一时间有选择地将电力发送到某一工位虽可减少电源和CNC的数目，但这种设计只能用轮换的方式操作。
因此需要有这样的EDM设备，它能同时进行多个加工工序而所用装备数比目前使用的少。
本发明的综述本发明可满足了上述需要。本发明提供的放电加工设备包括多个加工头，至少一个EDM控制系统和多个可编程序的伺服驱动机构。每一可编程序伺服驱动机构都被连接到EDM控制系统上和相应的一个加工头上。可编程序伺服驱动机构接受来自EDM控制系统的速度指令，并将控制信号输送到多个加工头中相应的一个上来控制电极的定位。
本发明及其超越现有技术的优点在阅读下面结合附图所作的详细说明和所附的权利要求后当可有清楚的了解。
附图的说明
图1和图2分别为本发明的EDM设备的第一和第二实施例的略图。
本发明的详细说明在两个附图中，相同的标号指相同的元件。图1示出的放电加工(EDM)设备10包括多个单独的设置在液槽14内的工位12和13，该液槽被切开以便显示在其内的工位12、13，虽然为了说明起见，在图1中只示出两个工位，但应注意到在本发明的EMD设备10中实际上任何数目的工位都可被采用。每一个工位12、13都可独立操作以便加工分开的工件。如同本领域所熟知，液槽14充有合适的介电流体如介电油，工件被浸没在流体内。介电流体能绝缘防止过早发生火花放电、冷却被加工的区域，并冲掉加工除去的碎屑。有一浮动开关16设在液槽14内用来检测介电流体何时到达足够的深度，浮动开关16被这样定位使介电流体的液面有足够高正好能淹没安装在工位12、13内的工件。有一普通的过滤系统(未示出)被连接到液槽14上用来过滤介电流体，筛去的杂质最好小到一个微米。
每一工位12、13都包括一个支承在液槽14内的工件夹具18以夹持工件20。图1中示出的范例工件为在航空发动机内使用的壳体，普通的航空发动机采用多个这样的壳体排列或环状环绕发动机涡轮的转子，从而形成炽热燃气流过涡轮时的外部边界。壳体通常被制成铸件，然后在其上加工出各种细部。例如图1的壳体20在其一侧加工出一条抗转动的缺口，在其两端则各加工出一条密封槽。应该注意到壳体只是一个适宜使用EDM设备10的工件的说明例，本发明并不限于这样的工件，实际上能够应用到任何一种要加工出多个细部的工件。另外应该认识到，虽然图中所示每一工位的工件都相同，但这些工位并非必需加工相同的工件。
第一工位12包括第一、第二和第三加工头22、24和26，其中每一加工头在相应的工件20上加工不同的细部。在本例中，第一加工头22装在工件20之上用来加工抗转动槽。第二加工头24装在工件20一端的邻近用来加工第一密封槽，而第三加工头26装在工件20另一端的邻近用来加工第二密封槽。第二工位13包括第四、第五和第六加工头28、30和32，其中每一加工头在相应的工件20上加工不同的细部。第四加工头28装在工件20之上用来加工抗转动槽，第五和第六加工头30和32分别装在工件20两端的邻近，分别用来加工第一和第二密封槽。这样每个工位12、13都能同时加工单个工件上的所有细部。虽然所示两个工位各具有三个加工头，但应注意到这只是为了便于说明，具有不同数目加工头的工位也可被采用。
第二加工头24包括一个设在第一工位12工件夹具18第一端邻近的线性伺服电机34，应该注意到虽然为了便于说明本发明，图1示出的是线性伺服电机，但旋转伺服电机也可替代使用，只是线性伺服电机由于其较好的速度、较快的频率响应和定位精度一般比较适合。伺服电机34包括一根由框架38装在工件20上方的线性电机定子杆36，有一线性电机滑动件40可滑动地装在定子杆36上。有一支撑42被连结到滑动件40的下侧，还有一个滑块44通过柔性连接件46被连接到支撑42上。滑块44可滑动地被一固定块48和一根或多根支承杆50支承在液槽14基底之上。有一电极夹持件52装在滑块44上并支承着电极54。
当伺服电机34通以电流时便可使滑动件40沿着直线相对于定子杆36而移动，从而使滑块44沿着支承杆50滑动，这样便可使电极54移动与工件20的第一端进行加工接合成脱离接合。在工件为曲线形如壳体20时，支承杆50被布置得与液槽14的基底成一角度以便适应工件的曲率。滑动件40沿水平方向移动，而滑块44则在斜面上移动，这两移动路线的分歧由柔性连接件46来适应，柔性连接件46还可在伺服电机34的伺服电力和EDM的电源之间提供电绝缘。第三加工头26基本上与第二加工头24相同，只是它被设在工件20另一端的邻近。第二和第三加工头共用同一根定子杆。
第一加工头22有一线性伺服电机56装在一根立柱58上，该立柱58被连结到框架38上靠近第一工位12的工件夹具18的一个位置上。伺服电机56具有一个线性电机定子，它被固定地连结在立柱58上，和一个线性电机滑动件62可滑动地装在定子60上。有一支撑64被连结到滑动件62的一侧，还有一个滑块66通过柔性连接件68被连接到支撑64上，滑块66可滑动地被框架38和一个或多个支承杆70支承在工件夹具18的上方。有一电极夹持件72装在滑块66上并将电极74支承在工件20之上。当线性伺服电机通以电流时便可使滑动件沿着直线相对于定子60而移动。这时伺服电机56被垂直地布置在立柱58上，因此滑动件62将在垂直方向上移动，从而使电极74移动与工件20进行加工接合或脱离接合。
第二工位13的第四、第五和第六加工头基本上分别与第一工位的第一、第二和第三加工头22、24和26相似，因此不再重复说明。但应注意，如图1所示，第五和第六加工头30、32的滑动件与第二和第三加工头24、26的滑动件共用定子杆36，这样定子杆36就跨越工位12、13。或者也可为每一个工位提供一根分开的定子杆。
EDM设备10还包括两个标准的EDM控制系统76和78。如同本领域公知，每一EDM控制系统76、78包括一个电源或火花发生器和一个控制器如计算机数值控制(CNC)。第一EDM控制系统76的电源通过电缆80将电力供给第一工位12的第一、第二和第三加工头22、24和26，而第二EDM控制系统78的电源通过电缆82将电力供给第二工位13的第四、第五和第六加工头28、30、和32。
第一EDM控制系统76的控制器被连接到第一组的三个可编程序伺服驱动机构84上，而第二EDM控制系统78的控制器被连接到第二组的三个可编程序伺服驱动机构86上。三个第一可编程序伺服驱动机构84中的每一个被分别连接到第一、第二和第三加工头22、24、和26中的相应的一个上以便单独控制电极在各该加工头内的定位。与此相似，三个第二可编程序伺服驱动机构86中的每一个被分别连接到第四、第五和第六加工头中的相应的一个上以便单独控制电极在各该加工头内的定位。
可编程序伺服驱动机构84、86也被称为时髦的伺服驱动机构，它们可被编程而具有独立的(与EDM控制系统76、78分开的)距离控制。每一伺服驱动机构84、86可被这样编程使具有不同的“开始”点和“停止”点，这样来独立控制相应的加工头所作切割的深度。合适的可编程的伺服驱动机构在商业上可从工业装置公司得到供售。
可编程序伺服驱动机构84、86由来自各该EDM控制系统76、78的单一速率指令驱动，即第一EDM控制系统76产生的单一速度指令被输送给每一个第一伺服驱动机构84，而第二EDM控制系统78产生的单一速度旨令被输送给每一个第二伺服驱动机构86，伺服驱动机构84、86根据它们的编程和输入的速度信号将控制信号发送给相应加工头的伺服电机来限定电极的位移。当到达“停止”点时，伺服驱动机构84、86还可使相应加工头的电极退回到其零位置，这是根据来自定位在每一伺服电机附近的直线测量标尺(未示出)的输入而作出的。直线测量标尺是传统的装置能精确地测量伺服电机滑动件的位置和速度并将测量结果反馈给伺服驱动机构84、86。可编程序伺服驱动机构84、86控制切割的深度，而EDM控制系统76、78控制EDM方法中的所有火花蚀刻参数和辅助功能。
操作时，EDM设备10可按交替的、同时的或连续的模式操作。在交替的模式中，第一工位12与第二工位13交替使用，当一个工位操作时，另一工位便不操作而可装入工件。在同时的模式中，两个工位同时操作，当两个工位都完成一个加工操作时便可将新的工件装到每一个工位内，然后一起开动两个工位。在连续的模式中，每一工位在完成一个加工操作时都立即装入新的工件，重新开始操作，不管其他工位的状态如何。
现在看图2，其中示出第二个放电加工(EDM)设备110，EDM设备110与图1中的第一实施例相似，包括设在液槽114内的多个单独的工位112和113，其中每一个工位112、113都可独立操作来加工分开的工件。如前所述，EDM设备110并不限于两个工位。液槽114充有合适的介电流体如介电油，使工件能够浸没在流体中。有一浮动开关116设在液槽114内用来检测介电流体何时到达足够的深度，浮动开关116被这样定位使介电流体的液面有足够高正好能淹没安装在工位112、113内的工件。有一传统的过滤系统(未示出)被连接到液槽114上用来过滤介电流体，筛去的杂质最好小到一个微米。
每一工位112、113都包括一个支承在液槽114内的工件夹具118以夹持工件120。如前所述，并且只是用来作为说明的例子，在图2中示出的范例工件为用于航空发动机的壳体。
第一工位112包括第一、第二和第三加工头122、124和126，其中每一加工头在相应的工件120上加工不同的细部。在本例中，第一加工头122装在工件120之上用来加工抗转动槽，第二加工头124装在工件120一端的邻近用来加工第一密封槽，而第三加工头126装在工件120另一端的邻近用来加工第二密封槽。第二工位113包括第四、第五和第六加工头128、130和132，其中每一加工头在相应的工件120上加工不同的细部。第四加工头128装在工件120之上用来加工抗转动槽，第五和第六加工头130和132分别装在工件120两端的邻近，分别用来加工第一和第二密封槽。这样每个工位112、113都能同时加工单个工件上的所有细部。
EDM设备110与第一实施例不同之处在于加工头的设计。具体地说，第二加工头124包括一个设在第一工位112工件夹具118第一端邻近的线性伺服电机134，该伺服电机134有一个由固定块148装在工件夹具118邻近的线性电机定子136，有一线性电机滑动件140可滑动地装在定子136上，有一电极夹持件152装在滑动件140上并支承着电极154。当将线性伺服电机136通以电流时，便可使滑动件140沿着直线相对于定子136而移动，从而可使电极154与工件120进行加工接合或脱离接合。第三加工头126与第二加工头124基本相同，只是设在工件120另一端的邻近。
第一加工头122具有一个装在立柱(未示出)上而位在第一工位112的工件夹具118之上的线性伺服电机156。该伺服电机156具有一个固定地连结在立柱上的线性电机定子160，和一个可滑动地装在定子160上的线性电机滑动件162，还有一个电极夹持件172装在滑动件162上并支承着在工件120之上的电极174。当将线性伺服电机通以电流时，便可使滑动件162沿着直线相对于定子160而移动，从而使电极174与工件120进行加工接合或脱离接合。
第二工位113的第四、第五和第六加工头128、130和132基本上分别与第一工位112的第一、第二和第三加工头相似。因此，对第四、第五和第六加工头128、130和132可不必再重复说明。
EDM设备110还包括两个标准的控制系统176和178。如同第一实施例那样，每一EDM控制系统176、178都各包括一个电源或火花发生器和一个控制器如计算机数值控制(CNC)。第一EDM控制系统176的电源通过电缆180将电力供应到第一工位112的第一、第二和第三加工头122、124和126。第三EDM控制系统178的电源则通过电缆182将电力供应到第二工位的第四、第五和第六加工头128、130和132。
第一EDM控制系统176的控制器连接于第一组3个可编程序伺服驱动机构184，而第二组EDM控制系统178的控制器连接于第二组3个可编程序伺服驱动机构186。3个第一可编程伺服驱动机构184中的每一个连接于第一、第二和第三加工头122、124和126中的相应一个，以独立控制第一、第二和第三加工头122、124和126中的电极定位。同样，3个第二可编程序伺服驱动机构186中的每一个连接于第四、第五和第六加工头128、130和132中的相应一个，以独立控制第四、第五和第六加工头128、130和132中的电极定位。
可编程序伺服驱动机构184、186的操作基本上与第一实施例相同，即每一个伺服驱动机构184、186可被编程而具有独自的(与EDM控制系统76、78分开的)距离控制因此能独自控制相应的加工头所切割的深度。可编程序伺服驱动机构184、186由来自各该EDM控制系统176、178的单一速度指令驱动，即第一EDM控制系统176发生的单一速度指令被输送到每一个第一伺服驱动机构184上，而第二EDM控制系统178发生的单一速度指令被输送到每一个第二伺服驱动机构186上。伺服驱动机构184、186根据它们的编程和输入的速度指令将信号发送到相应加工头的伺服电机上以限定电极的位移。伺服驱动机构184、186在到达“停止”点时还可使相应加工头的电极退回到其零位置。
以上说明的EDM设备可较有效地加工工件，特别是具有多个细部的航空发动机零件。虽然说明了本发明的特定实施例，但显然对于本行业的行家来说，完全可以对此作出各种修改而不离开所附权利要求书中所限定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种放电加工设备(10)，包括多个加工头(22-32)；一个EDM控制系统(76、78)；和多个可编程序伺服驱动机构(84、86)，其中每一个所说可编程序伺服驱动机构(84，86)都被连接到所说EDM控制系统(76、78)和所说多个加工头(22-32)中相应的一个上。
2.权利要求1的放电加工设备(10)，其特征在于每一个所说加工头(22-32)包括一个电极(54、74)，并且每一个所说可编程序伺服驱动机构(84、86)将信号发送给其相应的加工头(22-32)以控制电极的定位。
3.权利要求1的放电加工设备(10)，其特征在于每一个所说可编程序伺服驱动机构(84、86)可独立编程。
4.权利要求1的放电加工设备(10)，其特征在于所说EDM控制系统(76、78)产生的单一速度指令被输送到每一个所说可编程序伺服驱动机构(84、86)上。
5.权利要求1的放电加工设备(10)，其特征在于还包括第二组多个加工头(22-32)；第二个EDM控制系统(76、78)；和第二组多个可编程序伺服驱动机构(84、86)，其中所说第二组可编程伺服驱动机构(84、86)中的每一个被连接到所说第二个EDM控制系统(76、78)和所说第二组多个加工头(22-32)中相应的一个上。
6.权利要求1的放电加工设备(10)，其特征在于每一个加工头(22-32)包括一台线性伺服电机(34、56)，其上设有一个定子(36、60)、一个可滑动地装在所说定子(36、60)上的滑动件(40、62)和一个连结在所说滑动件(40、62)上的电极夹持件(52、72)。
7.一种放电加工设备(10)包括多个加工头(22-32)；一个EDM控制系统(76、78)；和多个可编程序伺服驱动机构(84、86)，其中每一个所说可编程序伺服驱动机构(84、86)被连接来接受来自所说EDM控制系统(76、78)的速度指令，并将一控制信号输送给所说多个加工头(22-32)中相应一个。
8.权利要求7的放电加工设备(10)，其特征在于每一个所说加工头(22-32)包括一个电极(54、74)，并且每一个所说控制信号支配电极(54、74)的位移。
9.权利要求7的放电加工设备(10)，其特征在于每一个所说可编程序伺服驱动机构(84、86)可独立编程。
10.权利要求7的放电加工设备(10)，其特征在于所说EDM控制系统(76、78)生产的单一速度指令被输送给每一个所说可编程伺服驱动机构(84、86)。
11.权利要求7的放电加工设备(10)，其特征在于还包括第二组多个加工头(22-32)；第二个EDM控制系统(76、78)；和第二组多个可编程序伺服驱动机构(84、86)，其中每一个所说可编程序伺服驱动机构(84、86)被连接来接受来自所说第二EDM控制系统(76、78)的速度指令，并将一控制信号输送给所说第二组多个加工头(22-32)中相应一个。
12.权利要求7的放电加工设备(10)，其特征在于每一个加工头包括一台线性伺服电机(34、56)，其上设有一个定子(36、60)、一个可滑动地装在所说定子(36、60)上的滑动件(40、62)和一个连结在所说滑动件(40、62)上的电极夹持件(52、72)。
13.一种放电加工设备(10)，包括多个工位(12、13)，每一工位(12、13)包括一个工件夹具(18)和多个环绕所说工件夹具(18)布置的加工头(22-32)；多个EDM控制系统(76、78)，每一EDM控制系统包括一个电源和一个控制器，每一所说电源被连接到所说工位(12、13)中的相应一个上；和多个可编程序伺服驱动机构(84、86)，其中所说每一可编程序伺服驱动机构连接到所说多个控制器的一个上，和所说多个加工头(22-32)中相应的一个上。
14.权利要求13的放电加工设备(10)，其特征在于每一所说加工头(22-32)包括一个电极(54、74)，并且每一所说可编程序伺服驱动机构(84、86)将一信号发送给其相应的加工头(22-32)以控制电极的定位。
15.权利要求13的放电加工设备(10)，其特征在于每一个所说可编程序伺服驱动机构(84、86)可独立编程。
16.权利要求13的放电加工设备(10)，其特征在于每一个所说EDM控制系统(76、78)产生的单一速度指令被输送给连接在其上的每一个可编程序伺服驱动机构(84、86)。
17.权利要求13的放电加工设备(10)，其特征在于每一加工头(22-32)包括一台线性伺服电机(23、56)，其上设有一个定子(36、60)，一个可滑动地装在所说定子(36、60)上的滑动件(40、62)和一个连结到所说滑动件(40、62)上的电极夹持件(52、72)。
18.权利要求13的放电加工设备(10)，其特征在于还包括一个介电液槽(14)，其中所说多个工位中的每一工位被设在所说液槽(14)内。
全文摘要
一种放电加工(EDM)设备(10)包括多个加工头(22－32)、至少一个EDM控制系统(76、78)和多个可编程序伺服驱动机构(84、86)，其中每一个所说驱动机构被连接到EDM控制系统(76、78)和多个加工头(22－32)中相应的一个上。可编程序伺服驱动机构(84、86)从EDM控制系统(76、78)接受速度指令并将一控制信号输送给多个加工头(22－32)中相应的一个以控制电极的定位。
文档编号B23H7/26GK1491766SQ0315881
公开日2004年4月28日 申请日期2003年9月12日 优先权日2002年9月12日
发明者R·O·克伦兹, R O 克伦兹 申请人:通用电气公司