专利名称：操作机床的方法、机床系统及其部件的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及机床领域，并且更确切地说，本发明涉及操作机床的方法，机床系统，如放电加工(EDM)系统和其它类似的机床，以及其组件，如例如发生器模块和驱动器单元。
背景技术：
放电机和其它类型的机床的将来的概念需要在更好和更快地满足当前要求的方面，以及在简化任意相关功能的实施方面更加灵活。机床系统的生产、测试和维护需要在国际程度上兼容。为了该目的，必要的是降低的材料和生产成本，并且需要尽可能多的系统部件适合于在例如线切割以及刻模EDM机系统中使用，而不论要求的差别。另外，需要相同的模块适合于在高端和低成本产品中使用。除此以外，标准化的诊断例程对于简化日益复杂的功能的验证是理想的。
对于例如EDM机的更高的生产率和灵活性的不断增长的要求也促使对脉冲发生器的功率要求更高，同时，在另一方面，脉冲发生中的损耗需要被最小化。与增强的环境兼容性一致，当不运转时，EDM机或其它机床的损耗也需要进一步降低。
图2示出了现有技术的刻模EDM机的大体的配置。实际上，线切割EDM机仅仅在细节上与刻模EDM机相区别，但是大多数制造者使用完全不同的概念来实施和操作这两种类型的EDM机。这特别适用于所涉及的脉冲发生器，在该脉冲发生器中需要非常短但是高的放电脉冲用于线切割，而对于刻模使用了对应的较低振幅的较长放电脉冲。迄今仍没有对于一致的总体构思的满意解决方案。
图2的EDM机系统的配置通常包括以下子系统或部分主功率输入1，电子设备柜2，线缆系统3和机器4，即就此而言的刻模机，其执行工件加工。电源柜2容纳了AC电压模块(AC)，DC电压模块(DC)，数值控制(CNC)，一个或多个驱动模块(DRIVE)，发生器模块(GEN)以及通用的机器控制模块(CONTROL)。因为电源柜2的全部内容相当大并且重，并且全部的功率损失是一位数kW的数量级，所以电源柜2通常位于距机器4某个距离处。此外，线缆布线3通常为2m至5m长。第一线缆将驱动模块(DRIVE)连接至机器4的轴驱动电机并且提供电机电流、用于可提供的任何制动的电流，以及位置变换器的各种敏感数字信号。这些线缆是一个重要的成本因素并且如果不谨慎设计和安装则可以容易地导致昂贵的停工时间。
第二线缆将发生器模块(GEN)连接至待加工的工件以及机器4的电极工具(electrode tool)。该第二线缆有这样的缺点，即由于脉冲电流的高有效值，特别在线切割中，功率损耗可能高达100W/m。除了这种不期望的能量浪费之外，这还可导致机器结构由于热而变形并且这样导致工件的不精确。目前，对这个问题的唯一解决方案是复杂的水冷装置。
所使用的线缆的另一个缺点也涉及高刚性，所述线缆典型地需要并联包含八个同轴线缆，每个大约5mm2的铜横截面。因为这些线缆连接到机器的移动结构部分，所以它们的刚性导致这些结构部分在微米范围内的弯曲并且这样当然导致在工件加工中的对应误差。更进一步，这些线缆的长度决定了它们的能力。在每个线缆中存储的能量也在工作间隙释放，这样工件的可实现的粗糙度受到限制。
第三线缆用于将通用机器控制模块(CONTROL)连接至在机器4上的大量功能单元，如电阀、泵、辅助驱动、终端开关、温度传感器、安全保护装置等等。该第三线缆同样地导致相当大的成本，因为需要很多不同的导体，而且因为每种机器变型最终需要专门的线缆。当机器4和电源柜2被分别载运给客户时，可体现另一种缺点，即在安装时需要的线缆系统3的许多连接构成附加的故障风险。
在“Proceedings ofthe 13thISEM”，卷1，Bilbao 2001，第3至19页，MASUZAWA中，通过脉冲电容器的脉冲发生所必要的所有过程和方程式都关于它们在微EDM中的应用而解释。这些评述普遍地适用并且因此也适用于本发明。
US 4,710,603(OBARA)公开了一种用于基于脉冲电容器放电原理而工作的EDM机的发生器，其基本电路在本申请的图3中示出。电容器C1从DC电压源E通过开关元件Q1和电感L3充电。另一个开关元件Q2将脉冲电容器C1通过另一个电感L2放电至火花隙PW中。该电路在线性工作中既不需要充电电阻器，也不需要开关元件。
US 4,766,281(BHLER)公开了一种具有被动充电电压调节器的EDM机发生器，如在本申请的图4中所示。该充电电压调节器包括反驰式转换器变压器(flyback converter transformer)和两个二极管。这种发生器的效率是高的，因为如从US 4,710,603所知的发生器在开关元件Q1上发生的换向损耗被消除。
然而，这两种发生器都仍有缺点。首先，由于单极充电，脉冲频率被限制为大约70kHz的中等值。进一步增加频率将使充电电流增加到损害效率的值。其次，发生器仍然太大以至不能允许它们位于例如电极的直接的附近。为了对此更详细的解释，参照图5，其中为这些发生器绘出了在火花隙处的作为时间t的函数的电容器电压Uc和脉冲电流Igap的曲线。显然，对于正弦脉冲电流Igap，负的充电电压U_chrg余弦地翻转至正的残余充电电压U_end。该残余充电电压U_end精确地对应于未在火花隙中转换并且反射回到脉冲电容器的能量。忽略线路损耗，如从上述“Proceedings ofthe 13thISEM”，卷1，Bilbao 2001，第3至19页所知，残余充电电压为U_end＝-U_chrg+2*U_gap其中U_gap对应于在形成于加工电极和工件之间的火花隙的电压。因此残余电压U_end既不是脉冲电流的函数，也不是脉冲电容器的电容的函数，亦不是放电电路的电感的函数。在放电之后，充电电压调节器立即开始再次将脉冲电容器再充电至期望的负充电电压U_chrg。在该设置中，在然后以相反极性、再次以电能形式存储至脉冲电容器中之前，残余电压U_end的全部电能都在电感内(例如在图3中的线圈L3内或在图4中的反驰式转换器变压器内)首先被转换为磁能。
EP 698 440 B1(KANEKO)公开了一种EDM功率供给系统，其中脉冲变压器13(在KANEKO的图1中)与开关接触14A至14D一同被容纳在火花隙1、3附近的单独的盒12中。在该设置中，脉冲变压器13可以通过开关接触14A至14D切换为有源或无源的。该设备被提供给线切割机以便于通过脉冲变压器13产生双极脉冲，并且因而降低在“第二切割”中的线振动。然而，该已公开的发生器仍然太大并且有高的损耗，这就是仍然需要具有已讨论过的缺点的功率线缆11、17用于从发生器模块传送脉冲至机器的原因。
US 6,080,953(BANZAI)提出了一种模块化的发生器，它直接围绕线切割机的线电极而设置，并且通过加工流体(水)冷却，目的是降低工作空间中的电感。另外，对具有被证实的成功纪录的线切割发生器的配置进行改型，而对于刻模，该建议不适用于任何情况。另一个缺点是在一位数kW范围内的附加功率损耗，其通过在机器的工作容器中的冲洗介质(flushingmedium)而耗散，导致在工作空间中总体上的不期望的温度升高，并且因而导致关于热稳定性的问题，其结果可能导致在加工精确性的损失。如也提出的那样直接将发生器模块浸入加工液体中是不利的，因为它加速了弄脏，因而降低冷却能力。同样提出用来改善热耗散的将发生器模块封装在金属粉末和树脂的混合物中也导致问题。虽然金属粉末可以被处理以产生电绝缘，但是该金属粉末将形成对发生器所有部件的寄生电容，导致进入盒中以及其它部件中的高频耗散电流。因而，这种发生器被多个干扰所牵制。除了非常难将这些模块分离为其单独的部件以便于与环境协调的处置之外，有关封装发生器模块还有一个问题，即不可能修理。
上述的现有技术的建议因而不适于解决放电加工系统和其它类似机床的有效构思的问题。
本发明的目的在于通过提供对于操作机床的方法的有效总体构思、以及对于机床系统和其制造，特别是对于放电加工系统的总体构思来解决该问题。
发明内容
本发明的第一方面是关于操作用于加工工件的机床、例如放电机的方法，其中对工件加工的控制、监视和执行的至少之一由多个可配置的模块进行，所述模块设置在该机器上，并且所述模块被这样地通过数据网络链接至节点或节点站，以便于发送数据给所述节点和/或用于从所述节点接收数据。
根据本发明的第二方面，为了对所述模块的控制和监视的至少之一，该节点适于管理至或来自所述至少一个模块的数据传输。
本发明的另一方面涉及基于上述的操作放电机的方法的、借助放电脉冲电容器产生用于放电加工的加工脉冲的方法。
本发明的又一方面是关于机床系统、例如放电加工系统，该系统包括用于加工工件的机器，其中对工件加工的控制、监视和执行的至少之一由多个可配置的模块进行，所述模块设置在该机器上，并且所述模块如此通过数据网络连接至节点或节点站，以便于发送数据给所述节点和从所述节点接收数据的至少之一。
本发明的又一方面是关于放电加工系统的发生器模块，用于借助放电脉冲电容器产生脉冲，所述发生器模块包括至所述节点的数据链路，其也提供馈电电压；可编程控制器；双极电流源；至少一个充电和放电电路，用于至少一个脉冲电容器，包括传感器；以及一个或多个变极器(inverter)电路，其包括一个或多个隔离变压器。
本发明的又一方面是关于用于机床的驱动器单元，进一步包括与电机形成组件的驱动模块。
在从属权利要求、以下的描述和附图中阐明了另外的方面。其它特征在所公开的方法和产品中是固有的，或将从以下对实施例和其附图的详细描述中对本领域技术人员变得明显。
现在将通过举例并参照附图来描述本发明的实施例，在附图中图1是根据本发明一个实施例的刻模EDM机的示意性视图。
图2是现有技术的刻模EDM机的示意性视图。
图3是根据脉冲电容器放电原理的、公知发生器的示意性电路图。
图4是根据脉冲电容器放电原理的、另外的公知发生器的示意性电路图。
图5是示意性的时序图，示出了根据公知的脉冲电容器充电和放电原理的电容器电压和脉冲电流的曲线。
图6是时序图，示出了根据本发明一个实施例的脉冲电容器充电和放电原理的充电电压和放电电流的曲线。
图7是根据本发明一个实施例的双极电流源的示意性电路图。
图8是根据本发明一个实施例的、用于脉冲电容器的充电和放电电路的示意性电路图。
图9是根据本发明一个实施例的、包括隔离变压器的变极器电路的示意性电路图。
图10是根据本发明一个实施例的、发生器模块的示意性电路图，该模块包括多个充电和放电电路以及多个变极器电路。
图11示出适合于能量恢复的根据本发明的、双极电流源的一个实施例的示意性电路图。
图12示出了适合于能量恢复的根据本发明的、用于脉冲电容器的充电和放电电路的一个实施例的示意性电路图。
图13示出了适合于能量恢复的根据本发明的、双极电流源的另一实施例的示意性电路图。
图14示出了适合于能量恢复的根据本发明的、用于脉冲电容器的充电和放电电路的一个实施例的示意性电路图。
图15示出了根据本发明的、用于四个DC伺服电机的发生器模块的应用的实施例的示意性视图。
图16示出了根据本发明的、用于三相电机和电磁制动的发生器模块的应用的实施例的示意性视图。
图17示出了根据本发明的节点的实施例的示意性视图，其包括独立的细插值器(fine interpolator)。
图18示出了根据本发明的节点的另一实施例的示意性视图，其包括外部数值控制。
具体实施例方式
在继续进一步详细描述图1和6-18之前，将讨论优选实施例的一些项目。
一些实施例涉及用于放电加工的方法和模块，其中例如发生器、测量系统、轴驱动、介电单元控制、主电源输入控制、数值控制等等的不同功能在相应的模块中被组织，这些模块链接至集中的节点或节点站。与现有技术的系统相比较，在这些实施例的一些中，本发明改进了操作方法和放电加工系统的概念，使得用于构成系统的模块可以被最小化至这种程度，使得其现在可以被置于机器本身中最适合于满足相应功能的地方。为了该目的，这些模块通过避免浪费能量而展示出优化的效率。例如，线缆损耗和布线成本被最小化。一般来说，根据本发明的实施例的模块概念的生产、操作和以后的处置都更好地遵循当前的生态学和经济学标准。
根据用于放电机的发生器模块的一个实施例，脉冲发生被使得在性能的大范围内可缩放，并且结构是可配置的，这样变型和改变对任何应用都是可能的，而没有过度的复杂化。该实施例实现了对于脉冲发生方法和脉冲发生器以及其操作限定有效的总体构思，在满足提及要求的同时避免了如上述的现有技术的已公开实现的缺点。
根据借助放电脉冲电容器产生用于放电加工的加工脉冲的方法的一个实施例，使用了新颖的双极充电原理，其中仅仅为下一个脉冲来补充在脉冲电容器中由脉冲消耗的能量，而不是如已公开的那样翻转在脉冲电容器上的电压的极性。优选的是，为了该目的，使用了双极电流源，并且提供开关元件以将正确的极性连接至脉冲电容器。脉冲的所期望的极性随后由变极器电路实现，该变极器电路还包括用于DC去耦的隔离变压器。该电路的高度灵活性现在允许不同于用于放电加工的脉冲发生的应用，如例如用于具有DC或AC电机的高动态轴驱动。另一个实施例涉及高频电机的应用，用于驱动铣床和车床的主轴；或例如用于冲洗火花隙所需的高压泵的应用；以及EDM机中的滤波器组件的应用。
根据另一个实施例，在中央节点和模块之间的标准化的接口和/或通信协议的概念可降低线缆系统的复杂性同时提高灵活性和诊断例程性能。优选的是，现在通过标准化的接口将有限的功率供给提供给至少一个模块是可能的，这样例如即使出现故障仍能保持通信。用于为高性能模块供电的标准化接口进一步降低了成本和损耗。
根据另一个实施例，本发明教导了互连相似或类似的模块，它们现在仅仅需要为特定的任务而配置，并且由于它们的小型化，现在可以直接置于需要的地方。另一个实施例涉及低成本半导体开关元件的智能应用，其同时随之降低或甚至消除所有类型的损耗。
根据另一个实施例，提出了一种操作用于加工工件的放电机的方法，其中机器的主要功能被模块化并且这些模块置于在机器中满足其功能的地方，并且这些模块通过数据链路互连至中央节点站，这些模块通过节点站得到控制和监视。
一般而言，一些实施例与适合于在机床中的电机功率供给一样地适合于所有放电加工任务。例如，根据一实施例的发生器模块例如可以通过传送至可配置模块的软件配置指令而从刻模EDM发生器变换为线切割EDM发生器或电机驱动。在另一个实施例中，脉冲极性的选择电子地完成，并且因而在脉冲期间可以交替，或者脉冲与脉冲不同，从而为使用者打开了新颖的科技视界。由于低功率损耗和提高的工作频率，现在模块可以被小型化，以便于最佳地置于机器中。现在，脉冲性能不再受线缆系统损害，同时现在在高电压的DC传送中的功率损耗小得多。
根据又一实施例，模块化概念允许将现代自动化生产方法应用于模块的大规模生产，导致成本的相当大的降低。例如，生产的表面安装技术(SMT)方法基于以非接线表面安装器件(SMD)对印刷电路的自动化组装。因而在该实施例中，应用的主要领域是优选地以高效率生成所有类型的、明确限定并且可再现的功率脉冲。
现在详细描述图1和6-18的上述实施例。
现在参照图1，其中示出了模块化的刻模加工系统的突出组件。为了更好的观察，该装置也可以划分为不同的子系统，这些子系统又划分为不同模块主功率输入1，电子设备部分2，机器4、即就此而言的刻模机，节点或节点站5，数据链路部分6和功率供给7。首先与如所描述的图2的公知装置相同，在开始处提供了主功率输入1，随后是电子设备部分，其包括功率供给模块(AC)，DC模块(DC)和数值控制模块(CNC)。然而在本实施例中，电子设备部分或柜2包括较少的元件，并且可以被容纳在例如操作控制台中。另外的元件如驱动模块(DRIVE)，发生器模块(GEN)和通用机器控制模块(CONTROL)直接设置在机器4上或机器4中的满足其功能所需要的地方。
在系统的数据链路部分6中提供了标准化的数字数据链路(LINK)，所有这些链路都从中央节点5起始，以形成星型网络。根据一个实施例，这些数据链路实现了一种局域网(LAN)或数据网络，通过该网络，系统的各种模块互通(intercommunicate)，并且通过该网络，使得它们能够互相通信和/或与节点5通信。在该实施例中，节点5适于使信息或资源可用于系统的各种模块，如例如可配置的发生器模块。在标准化的数据链路(LINK)上的数据传输和交换例如通过公知的网络协议完成。网络协议管理数据传输、寻址、路由、故障检验等等。一种合适的协议例如是，如在IEEE标准802.3上标准化的以太网协议。以太网是用于局域网(LAN)的、基于帧的互连技术，它确定了要使用的线缆的类型，用于比特传输层的信令以及用于数据传送的包格式和协议。关于此的更多细节将稍后在图17和18的实施例的描述中阐述。
除了提及的星型拓扑之外，其它网络拓扑也同样可能，如，例如总线或环型网络。此外，在一些实施例中，本地网络可以与静态或动态通道分配一同使用。优选的是这样的系统，其中通道可以任意地分配和从节点5确定。
在另一个实施例中，用于通过数据网络传送的数据被打包并且随后通过各对应于途中的协议的数据链路(LINK)发送至节点5，并且必要时从那里被进一步地发送至系统的所希望的接收模块。在一个示例的实施例中，节点5必要时存储该信息并且保证它到达接收者。在根据该实施例的网络的许多优点中，在刻模机系统的不同模块之间的快速数据交互、以及特别是可能使关于模块的数据和信息对于在中央的节点5处的操作者可用，是重要的。至和来自不同模块的所有信息和命令可能在节点5中也可用于诊断例程；在该实施例中，节点充当一网络实体。节点站5可为了好的接入而设置位置，但是优选的是在机器4上。此外，节点5和连接至其上的数据网络允许由机器操作者在该中央站利用对所有模块的干预和修改入口来干预和修改。
EDM系统的各种模块的功率供给优选地通过随后也用于功率供给的数字网络链路(LINK)而直接达到大约50W的最大功率。对于更高的功率额定值，提供了标准化的DC线缆7，类星型地从电子设备部分2中的DC模块延伸至具有更高功率要求的模块。具有仅1.5mm2的线横截面的DC线缆以及例如+/-280V的DC电压能够传输高达5.6kW，其中只有2.3W/m转换为热。比较起来，当前的线切割发生器典型地需要平均2.2kW的火花功率用于例如在钢中500mm2/min的切割，其中足有37W/m在线缆系统3上作为热耗散，如在现有技术中使用的那样(见图2)，其中线缆系统3包括八个并联的同轴线缆，其每个的线横截面都是5mm2。在这些情况下，DC线缆7仅仅将可忽略的0.37W/m变换为热，换句话说，小100倍。针对5.6kW的平均火花瓦特数外推当前值将得到在钢中1250mm2/min的材料去除率，并且94W/m的功率损耗将包含在公知的线缆系统3中，如在图2中所示。这种考虑明显示出了对于将来发展的限制，即当前发生器显然不适合于前进到这样的范围中。
在另一个实施例(未被示出)中，主功率输入1、AC模块(AC)和功率供给或DC模块(DC)位于机器上。作为这种有利的布置的结果，刻模机的电子设备部分2以及因而操作控制台现在仅仅包括数值控制(CNC)，并且因而可以通过唯一的标准化的数字链路(LINK)来连接。在又一个示例的实施例中，数值控制(CNC)在其中被供应必要的电能，这样使得现有的标准化的DC线缆(DC)可以设计得更短，并且现在仅仅位于机器4的内部。
根据刻模EDM系统的这些实施例的模块化配置显著地使得当前的这种系统的安装变得容易，现在仅仅需要将主功率输入1连接至功率供给并且必要时将数字链路(LINK)插入到操作控制台中。
在又一个优选的实施例中，本发明利用了双极充电原理，其中在脉冲电容器中消耗的能量现在只是为随后的脉冲而补充，而不必如公知的那样翻转脉冲电容器上的电压的极性。
现在参照图6，与在图5中示出的公知发生器的波形相比较，其中示出了如在下面描述的一个实施例的发生器的电容器电压Uc和脉冲电流Igap随时间的波形。对于相当的充电电流，图6的充电时间t_chrg比在图5中示出的短几倍，并且残余充电电压U_end仅仅通过正确极性的短电流脉冲补充至所需的充电电压U_chrg。残余充电电压U_end不经历经过磁能的变换，这就是以接近100％效率而保存的原因，使得放电脉冲的最大频率能够显著提高。
现在参照图7，其中示出了本发明的一个实施例的双极电流源形式的充电调节器。输入V_dc+、V_dc-和中性点0V经由标准化的DC电压线缆7从DC电压模块被供给例如+/-280V的DC电压(见图1)。在对称加载的情况下，中性点0V大致对应于的地电位，这对于系统的高电磁兼容性(EMC)是有利的。
在最简单的情况下，DC电压从通用的400VAC主电源、经由三相整流器电桥和滤波电容器、直接得自DC模块(DC)，并且就此而言无需线路隔离(line isolation)。
作为替换，可以提供一种包括电子开关元件和二极管的三相有源变极器电桥。这种替换允许实现大量附加的功能，如闭环DC控制，用于补偿AC主电源波动，将DC电压增加到峰值AC主电源以上，软启动功能，功率因数校正(PFC)，非对称DC负载上的中性点0V稳定，以及DC至400VAC主电源能量返回。所有这些电路对于本领域技术人员都是公知的并且无需进一步的说明。
电容器8和9为双极电流源10至17供应电流脉冲，它们被提供用于维持DC电压线缆7(DC)没有脉动的电流。正的电流源用于产生正的充电电流I+。开关元件10和16同时接通，导致线性增加的电流，从输入V_dc+开始经由电感14回到0V端子。在某个时间后，并且不在输出I+被切换到脉冲电容器22以便于充电(图8)之前，开关元件16以及必要时开关元件10被关断。在这个时间点上，充电电流I+流入脉冲电容器22中，以补充其充电电压。一传感器(在图8中的SENS)将充电电压与设置的值比较，并且一旦充电电压达到设置值时，发送数据信号给控制器(在图10中的FPGA)。开关元件16随后接通，导致在脉冲电容器中的充电电流I+的突然崩溃。如果开关元件10在这个时间点仍然接通，则它被同样地关断，并且剩余的残余电流I+随后经由二极管12、电感14和开关元件16循环。为了供应随后的相同极性的充电脉冲电流，开关元件10在合适的时间点再次接通并重复上面描述的过程。
因为电感14充当电流源，所以在脉冲电容器22上的充电电压可显著地高于在输出V_dc+上的电压。然而，这可对该开关元件16有毁灭性的后果，如果由于在充电电流输出I+连接至脉冲电容器22之前的故障，其也就是要被开路带电。这就是为什么与开关元件16和17并联地提供瞬态保护二极管(未被示出)，或者再生二极管(recuperation diode)45和46可以附加地分别插入端子I+和V_dc+以及I-和V_dc-之间，以将充电电压限制为输入电压V_dc+和V_dc-。如果必要，输入电压V_dc+和I-和V_dc-可以被增加。为了生成高振幅和低持续时间的放电脉冲，最好以尽可能高的充电电压结合脉冲电容器22的最小电容来工作。
包含开关元件11和17、二极管13和电感15的镜像翻转配置用于产生负充电电流I-，并且以与上面描述的正电流源类似的方式工作。
如在图7中示出的双极电流源可以高度不同地操作。当试图达到最小损耗同时将工作频率最大化时，可能部分地根据所涉及的特定应用而需要不同的方法。
这样，为了良好的效率，在长时间段内禁止在电感14、15和二极管12、13中的不必要的高电流的循环是重要的。防止这一点的一种替选方案是有用的，其中通过在对脉冲电容器22充电完成时关断开关元件10和16或11和17来使用附加的再生二极管45、46。存储在电感14或15中的磁残余能量随后经由二极管12和45或13和46取回到电容器8和9中。当在两个充电脉冲之间存在最小的间歇时，这种工作模式是有利的，另外更有利的是直接将该残余能量用于下一个充电脉冲。
另一个替选实施例为了时序控制而在电容器充电开始时实现了开关元件16、17的关断。选择也就是已经在放电脉冲期间的这个时间点，理想的是当脉冲电容器22的跨越(crossover)正好为0V电压时，实现了绝对无损的换向。
作为一种正面的副作用，充电时间也通过该设置缩短。实际上，由于该方法，在极端情况下，脉冲电容器22可能在其放电的结尾已经又达到了充电电压的设置值，这样使得直接可用于随后的放电。
为了将工作频率最大化，电感14、15的值被最小化，并且这些电感14、15的充电动作直接在脉冲电容器22的放电开始时启动。为了更高的充电电压，进一步有利的是，在电容器充电期间也让开关元件10、11接通，由于来自电容器8、9的附加能量，充电动作进一步缩短。
如在图8中示出的实施例的用于脉冲电容器22的充电和放电电路经由对应的输入I+、I-连接至如在图7中所示的双极电流源。第二端子连接至0V输入，该0V输入又连接至双极电流源的中性点0V。开关元件18、19与二极管20、21一同负责在充电期间施加所需的极性。在脉冲电容器22，传感器(SENS)持续地感测充电条件并且从中得出各种数据信号。开关元件24和26与二极管23和25用于以正确的极性将脉冲电容器22放电至输出T_pr。
如在图9中示出的变极器电路的隔离变压器27的初级输入T_pr连接至如在图8中示出的充电和放电电路的对应输出T_pr。该隔离变压器27的第二初级输入0V连接至如在图7中示出的对应的中性点0V。隔离变压器27包括两个串联的次级绕组，使得始终有正和负的脉冲极性可用。这些次级绕组的中性点连接至输出WS，该输出又连接至工件。
将发生器电路关于中性点0V严格对称地配置，对于电磁兼容性是有利的。因为工件通常处于地电位，所以没有、或者仅仅不明显的电容位移电流经由该电路流至AC主电源连接1。优点是降低了成本、损耗和用于大磁抑制元件的占地面积。
隔离变压器27的这些次级绕组的另外两个端子经由开关元件29、30、34和36以及它们的所分配的二极管28、31、33和35以及经由电感32连接至输出EL。输出EL又连接至电极。在该设置中，开关元件30和36被接通，用于正的放电脉冲，同时开关元件34和29对应地用于负的放电脉冲。这使得脉冲电容器22的充电电压的任何暂时极性都能够转换为进入火花隙的放电脉冲的任意极性。
然而，当例如对于刻模机，从发生器模块只需要正的放电脉冲时，变极器电路也可以通过去除开关元件29、34和它们的二极管31、35而得到简化。这也适用于线切割机，当只需要负脉冲时，开关元件30、36和它们的二极管28、33可以从中去除。
在该实施例中，隔离变压器27同样提供了多个尺度设定自由度。有利的是，其中一个保证了足够浪涌电压承受能力，以便于隔离AC主电源，使得与标准要求一致。此外，其中一个将在初级侧和次级侧之间的耦合理想化，并且保持主电感足够高，使得不出现过度高的磁化电流。两种措施都有利地防止了脉冲电流的损耗。
为了最佳的耦合，1∶1的绕组比率是理想的，虽然偏离该要求可能对于以更小的电流并且相应地更高的电压操作例如如在图8中示出的充电和放电电路的总效率是有利的，这可能是相当正确的，因为具有高浪涌电压承受能力的对应部件是可用的，并且，如进一步解释的那样，无需应对换向损耗。降低电流减少了所有开关元件和二极管的正向损耗，这样提高了总效率。
根据一个实施例，对隔离变压器27的所提及的要求以具有平面芯和平面绕组的平面变压器得到满足。这种具有对标准隔离性能特别考虑的变压器例如在US 5,010,314中公开，并且由Boca Raton South Florida USA的公司PAYTON PLANAR MAGNETICS Ltd.生产。因为所传输的脉冲的电压/时间区域很小，所以这些变压器这样小和轻，使得它们可以毫无问题地集成到发生器模块的印刷电路中。这种技术也有助于电感14、15和32的优势。
根据实施例，电感32可以被选得更小，或甚至被完全去除，只要至电极的残余导体和隔离变压器的杂散电感已经包括足够的电感。在对电极提供脉冲中，当多个发生器通道重叠时，该电感对于通道分离是必要的。
在图7、8和9的实施例中，MOSFET和IGBT被列举为开关元件10至36。这不是强制的选择并且可以由本领域的技术人员根据特定的要求而改变。
对于如在图9中示出的变极器的开关元件和二极管的设置，同样有替选方案。这样，例如，处于相反方向的开关元件29与开关元件30可以串联连接，而二极管28和31以对应的相反方向与其并联。这里也是应由本领域技术人员来应用对每种情况下的要求总体最有利的变形方案。
开关元件18至36仅仅遭受正向损耗，即它们各以零电流来激励，因为每个正弦半波都以零电流开始，并且因而电压和电流的乘积(换句话说，在换向过程中的功率损耗)也是零。对于关断，情况甚至更有利，因为对于这个时间点，电流和电压都为零，因为电压由对应的串联二极管阻塞。
控制所有开关元件所需要的脉冲由控制器(在图10中的FGPA)经由DC去耦的驱动器电路(未示出)提供。
如从图6中显然可知的那样，只需要对单脉冲电容器充电的双极电流源由于短的充电时间t_chrg而负担低(underaxed)。
现在参照图10，其中示出了一个实施例，用于在多通道配置中的发生器模块(GEN)。该发生器模块包括仅一个双极电流源(BCS，如在图7中所示)，其具有输入V_dc+、0V和V_dc-，以及控制器(FPGA)，其通过数字链路(LINK)连接至节点5(见图1)。控制器(FPGA)优选地是现场可编程门阵列，即数字可配置的逻辑电路，它也可以配置在系统的数据网络6(见图1)上并且被提供不同的设置，甚至有可能在系统工作期间加载新的配置。这是为什么这些电路实现了最大的功能上的灵活性，并且由于并行数据处理，比甚至最快的可用的微处理器还快得多。然而，若需要顺序的数据处理，将其实施在FPGA中也没有问题，即不会不利地影响并行处理的速度。
用于脉冲电容器22的如在图8中所示的多个充电和放电电路(CAP1至CAP4)经由导体I+和I-连接至双极电流源(BCS)。每个充电和放电电路(CAP1至CAP4)连接至如在图9中所示的变极器电路(INV1至INV4)。变极器电路(INV1至INV4)具有至工件(WS)的分离的输出，以及分离的输出EL1至EL4，可连接至四个单个的电极或共同连接至仅一个电极。
现在参照图10，其中示出了控制器(FPGA)如何展示出至发生器模块的各种电路部分的所有开关元件和传感器的虚线链路，这些电路部分诸如为用于驱动开关元件的驱动器电路，但是它们也监视开关元件并且建立至传感器(SENS，如在图8中所示)的连接。由于控制器(FPGA)的中央功能，对整个发生器模块的理想的协调和监视是可能的，而没有时间延迟的损失。所有条件、故障和感测值在其出现时、循环地或应要求地经由数据链路(LINK)用信号发送给节点5。
根据一个实施例，这种发生器模块现在可以利用如在开始提及的未接线的SMD部件以及一种SMT制造方法自动制造。
因为这些模块适于安装在机器中的任何地方，所以它们必须不发热至其周围。因为普通的空气冷却对于该目的是不够的，根据一个实施例，优选地使用流体冷却系统来带走废热。
根据另一个实施例，EDM系统的模块也可以通过金属化的塑料的致密的外壳，或更好地，满足这些要求的金属的致密外壳，而受到保护以免受在机器中的苛刻的环境影响，诸如污物、飞溅的水以及电磁干扰。
现在参照图11，其中示出了如在图7中示出的双极电流源的一个替选的实施例，它适合于能量恢复。当在放电之后，脉冲电容器22展示出高于用于充电电压的设置点值(setpoint value)所需的电压时，能量恢复是有利的。一种流行的、但不宜的替选方案是将这些多余的能量转换为热。其典型实例是当放电加工脉冲最后通过反脉冲(counter pulse)而抑制时，或者当电机与其被移动的质量需要被制动时。在该第一实例中，电容器8、9或甚至仅仅电感14、15已足够用于缓冲所述能量。
在第二实例中，能量总量可能会显著更高，对此的一般解决方案是所谓的制动电阻器。在涉及小型化的模块的情况下，在制动电阻器中转换为热的能量是非常不理想的，并且在某些工作条件下也可严重地降低总效率(例如，频繁、快速地制动机床高频主轴，或放电加工伺服轴的频繁、快速冲洗运动)。这就是为什么该实施例提供恢复到400V三相主电源的能量恢复。
如从前面提及的“Proceedings of the 13thISEM”，卷1，Bilbao 2001，第3至19页，MASUZAWA中所知的用于再生情形的方程式现在被如下修正U_end=-U_chrg-2*U_gap*(2*tRT-1)]]>其中tR(再生时间)表示这样的持续时间，在此期间翻转的部分脉冲(inverted part-pulse)与火花电压U_gap或电机电压表现相反。
T定义了被翻转的部分脉冲的持续时间。当tR＝0时，我们又获得公知的MASUZAWA方程式。当总计tR＝0.5T时，没有能量被释放至火花隙U_end＝-U_chrg并且当tR＝T时，来自火花隙的最大能量被反射回脉冲电容器22中U_end＝-U_chrg-2*U_gap在这三个极值点，所展开的方程式是精确的。对于tR的其它中间值，它们的有效性仍可以通过通用的微分方程证明。但是为了设定电路的尺度，这三个极值已经完全足够。
现在参照图11，其中示出了二极管45和46如何提供，同时二极管12和13分别被MOSFET开关元件37和38替代。例如，为了将脉冲电容器22的正充电电压降低到设定点值，如在图12中所示的开关元件37和18b接通，直到达到设定点值。随后，两个开关元件都关断，电流随后从0V导体经由MOSFET 16的寄生二极管、电感14和MOSFET 10的寄生二极管流入V_dc+端子内。
根据一个实施例，也在这个阶段期间，对于较小的电压V_dc+，人们可以(在安全间歇之后)接通开关元件10和16(同步整流)，导致较小的正向损耗，从而在某种程度上提高了效率。这个接通对于超过例如200V的较高电压V_dc+是不值得的，即在效率的小于1％的提高，因为该增益可能被驱动器电路的附加损耗而抵消。
通过首先电容器8被充电至较高电压，电压V_dc+通过再生电流而增加。该电压然后可经由线缆系统7(图1)映像在另外的模块的所有电容器8上，而且也映像在DC模块(DC，图1)中的大电解电容上，这样能量增益对于所有连接的模块都是可用的。这例如导致在具有快速冲洗运动的刻模EDM中有利的补偿效应，最终使得驱动模块的制动能量在冲洗周期的结尾直接可用于发生器模块，以便于重新开始放电加工。
制动能量的增加可将电压V_dc+驱动得高得危险。这就是为什么该能量需要在负载电阻器(制动电阻器)中转换为热，或者更好地，经由如参照图7提及的三相变极器电桥反馈至400V主功率供给中。
在该实施例中，因而显然能量可以在三个阶段中恢复首先在模块内经由电容器8、9，第二经由DC模块(DC)的电解电容器，或第三全部返回至主功率供给中。在各情形中，能量流动相应地仅仅在一个模块内、在各种模块之间或甚至在各种主电源消耗装置之间。
现在参照图12，其中示出了对于充电和放电电路所建议的允许能量恢复的修改实施例。现在，替代二极管20、21，提供了四个二极管20a、20b、21a、21b，同样情况也应用于开关元件18和19，它们被开关元件18a、18b、19a、19b替代。这是必要的，这样脉冲电容22可以在两个电流方向I+、I-上充电和放电。显然，虽然如在图11和12中示出的电路是复杂的，但是如在图7和8中示出的基本电路的有利的特点仍被保留，实际上甚至得到改进，因为在电感14、15中的能量存储的效率例如通过开关元件37、38而不是二极管12、13而得到显著提高。
现在参照图13和14，其中示出了用于简化的解决方案的另一个实施例。在这种情形中，在图13中的双极电流源只工作成一个双极输出I+&I-，并且因而在图14中另外需要仅两个开关元件18a、18b以及仅两个二极管20a、20b，以便在两个电流方向上对脉冲电容器22充电和放电。在简化情形中，另外的中间步骤是可能的，例如，人们可以保留开关元件16和17，然后与二极管45、46并联地或替代二极管45、46地使用。最有利的配置可以由本领域技术人员选择。
这个实施例的优点是，通过去除六个开关元件37、38、16、17、19a、19b，两个二极管21a、21b以及一个电感15，降低了成本和尺寸。开关元件10、11现在需要在两倍的电压范围V_dc+至V_dc-内工作，以及电感14在正常工作中(没有能量恢复)也是AC加载，是可以接受的缺点。二者都导致关于成本、尺寸或效率方面的缺点，但是根据特定的应用，它们由于所提及的优点而得到更多弥补。对于最大工作频率，该变形方案是不太适合的，因为现在电感14可以被预先充电，除非如提及的那样保留了开关元件16、17。
在图7至9以及图11至14中，MOSFET和IGBT被列举为开关元件10至38。这不是强制的选择并且可以由本领域技术人员根据特定的要求改变。
对于如在图9中示出的变极器的开关元件和二极管的设置，同样地有替选方案。这样，例如，处于相反方向的开关元件29与开关元件30可以串联连接，而二极管28和31以对应的相反方向与其并联。这里也是应由本领域技术人员来应用对于在每种情形下的要求总体最有利的变形方案。
现在参照图15，其中示出了如在图10中示出的发生器模块的一个替选实施例，作为用于机床的四个DC伺服电机39、40、41、42的功率模块。因为任意极性的任何脉冲形状(并且因而也包括DC)都可以在输出X+、Y+、Z+、C+产生，并且信息经由传感器(SENS)而被使得很快地可用，所以该发生器模块也适合于高动态的驱动。电机也可以经由如在图9中示出的变极器电路而短路，以任何极性，通过开关元件29、34或30、36，而没有对于充电和放电电路的反射(repercussion)。根据所涉及的电机的类型，可能有必要与电机绕组并联地插入滤波电容器(未示出)。
所提供的任何位置传感器的信号都可以直接提供给控制器(FPGA)。可被证明有利的是，仅仅为一个电机设计该模块以形成与其的组件，以从而消除复杂的线缆系统，作为另外的一个优点，对模块的流体冷却也可以直接用于冷却电机。对于较小的总计小于大约50W的驱动，功率供给可以被使得直接经由数字链路，以消除DC端子(V_dc+，V_dc-)。
现在参照图16，其中示出了如在图10中示出的发生器模块的另一个实施例，作为用于AC电机43和电磁制动44的功率模块，其中三个通道U、V、W和N形成了任选频率和电压的三相系统。AC电机43可以是感应或同步电机。在该设置中，电机电流的波形可能是正弦的或梯形的，其是对应于较高频率的正弦半波而合成的。
如在上面列举的实施例的应用，从利用无刷同步电机的轴驱动，经过用于加工等的高频主轴，一直扩展到利用普通主电源频率感应电机的泵驱动。优选的应用被理解为处于高动态范围和高速度范围，这样例如能够使得例如高速运转泵也更小和更轻地构建。
现在参照图17，其中示出了如在图1中示出的用于EDM系统中的节点5的一个实施例，其例如适于与外部数值控制(CNC)通信。在这个实施例中，节点5也形成了网络监视和管理实体，用于连接刻模EDM系统的各种模块，这些模块以局域网(LAN)的形式链接。这样，在这个示例的实施例中，节点5可能根据需要来组合通常的集线器、智能集线器、开关或路由器的功能以及网络管理实体的功能，即取决于应用和模块。然而在其它的实施例中，节点5可仅仅充当EDM系统的数据网络的集线器、智能集线器、开关或路由器。
在所示的实施例中，刻模系统的网络被类星型地配置。此外，模块的至少之一的所有通信、控制、诊断和安全功能都集中于中央节点5。节点5在多个端口之一从系统模块之一接收例如包含控制或诊断信息的数据包，该数据包随后在必要时在节点5中得到处理，并且随后经过另一端口发送给需要该信息的模块。为了与系统的其它模块通信，如在图17中所示，节点5展示出多个端口，各对应于所使用的通信标准。在图17中，这些端口被指派为“Ethernet”和“LINK”。在该实施例中，LINK端口形成至系统的所连接的模块的接口。根据该实施例，专用以太网端口被提供用于例如根据以太网网络的IEEE 802.3标准与电子设备部分2中的数值控制(CNC)通信。然而，要注意的是，该链路的通信带宽也适合于控制整个系统，特别是也适合于EDM系统的主轴驱动。
根据另一个实施例，在节点5处以MICROCHIP TECHNOLOGY INC.的ENC28J60型的集成电路形式提供通信单元，其满足了IEEE 802.3标准，并且能够以10Mb/s的数据速率通信。该集成电路具有这样的优点，即容易与微处理器或可数字配置的逻辑电路组合。
节点5的LINK端口被提供用于至系统的各种模块的双向标准化数据链路(LINK)，优选地提供足够数目的所述端口，以便允许将来的扩展或选项。这些数据链路的标准基于例如IEEE 802.3af(以太网供电)而标准化，这样经由这些链路，受限的功率(小于大约50W)也可以被传输，如果需要时，用于为所连接的模块的功率供给供电。该功率对于例如控制器(FPGA)、用于开关元件的驱动器电路以及传感器和其它较小负载的供电是足够的，优点是当空闲时，可以在整个系统上运行诊断例程。这样，即使一些通道出故障，其余通信通道保持完好。
根据一个实施例，LINK端口例如通过设置在节点5中的DC/48VDC功率供给来供电。在节点5中提供了即插即用类型的检测电路，以自动检测模块的存在，并且随后如定义的那样上电，以及处理任何问题，如电压降低或短路。
在又一个实施例中，EDM系统的每个模块都适于关于其状态和功能而可配置，并且包括可编程控制器(FPGA)。
模块状态的配置或修改如下完成该模块的控制器(FPGA)优选地包括固定的、例如固定存储的范围和可变的范围，用于承载模块和其功能的配置。基于固定存储指令，该模块能够建立与节点5的第一双向通信链接。在模块上电之后，它可以被可变地配置，其中该模块首先通过数据网络6发送标识消息给节点5。该标识消息可包含所有信息，如配置的特性、所需的功能、操作数据、版本和制造数据，以便于选择正确的配置来发送给该模块。作为一种替选方案，模块当然也可以在全范围上以固定的配置被编程，然而，代价是它们的灵活性。
在又一个实施例中，节点5的每个LINK端口都适于是可配置和可开关的。优选的是，在所连接的模块已经识别之后，可配置端口的特定功能被分配给LINK端口的特定的一个。这种与即插即用类似工作的方法具有这样的优点，即有故障的链路在节点处由操作者排除在外。由于这种方法，任何有缺陷的端口都可以通过简单地重插一个空闲的端口而避开，以便允许机器的继续工作，直到其下一个维修日程。
在图17中，节点5的DC/48VDC功率供给在主端经由端子V_dc+、0V、V_dc-连接至DC模块(在图1中的DC)。为了节点5的例如3.3VDC、2.5VDC和1.8VDC的内部功率供给，提供了电压调节器(48VDC/LVDC)。在该实施例中，可编程逻辑电路(COM)协调数值控制(CNC)和EDM系统的所有其它模块之间的数据传输和通信。逻辑电路(COM)通过虚线表示的总线连接至节点5的所有部件。逻辑电路(COM)适于关于模块之间的通信快速做出决定，并且其通常组织和协调节点5的控制次序。
放电机和机床通常需要专门的安全装置用于保护操作者、机器和环境免受损害。这是为什么在另一个实施例中，在节点5中提供了安全管理器(SAFETY)，关于安全的信号聚集其中并且也可用于诊断例程和早期报警。该中央安全管理器与其它操作功能独立，并且根据硬件和软件规则以及通信路径的当前标准而设计。
在图17中，为了过程控制而提供了微处理器(μP)，以处理虽然复杂但是在时间上较不紧急的任务，如例如用于平均和滤波器的算法，数学和逻辑函数计算或典型的顺序事件的时序控制。
根据另一个实施例，操作EDM机的方法被这样配置，使得处理和通信数据至少之一以层次级来进行，例如关于不同的速度要求。例如，数据处理层次根据速度的降低而错列，这样数据处理和数据通信仅仅在诸模块中、经由编程逻辑电路(COM)从模块至模块、经由编程逻辑电路(COM)和微处理器(μP)从模块至模块、或者在数值控制(CNC)之间经由节点5至所有模块而进行。
这种体系结构的优点在于其最佳地选择用于数据处理的位置和方式，目的在于消除通信中的延迟，以加速决策或也简单地降低成本。
现在参照图18，其中示出了节点5的另一个实施例，其因而实施上述的原理。不象如在图17中示出的节点5，提供了附加的独立插值器(IPO)，用于路径计算。例如，对于任何数目的轴，线切割EDM机的路径控制细分为两个加工单元时间不关键但是计算密集的粗插值器，以及没有时间延迟的细插值器，其配备有数据存储器和控制器。这种技术在时间和空间两者上将路径计算的纯粹几何任务与运动实施分离。这种解决方案在U.S.专利4,903,213(BHLER等人)详细描述，其内容通过引用结合于此，并且被认为是本公开的一部分。对于时间关键并且复杂的路径控制，它被使用得更加频繁，因为它首先很快，并且其次极其低价。
根据一个实施例，通常用作粗插值器的是位于机器上或远离机器的普通个人计算机(PC)，并且它将被压缩的路径数据和命令经由大量不同的媒介如因特网、局域网或还有存储器卡中的任何一个传送至细插值器(IPO)的存储器中。因而，这使得国际上活跃的公司有可能在其旗舰地设计部件，并且将调整好的加工数据发送给分布在各大洲的机器。
如在US专利4,903,213中描述的细插值器在正常情况下包括数字可配置逻辑电路，其与已经为发生器模块中的控制器(图10中的FPGA)所提供的类型相同或相似。
在另一个实施例中，优选地使用了逻辑电路，它们为了进一步增加插值速度而已经包括了存储器块。
根据本发明的用于机床的实施例不再需要操作控制台，替代它使用了简单的手动操作装置，其仅装备有对于机器的设置、操作和简单问题解决绝对必需的元件。这样的手动操作装置当然比传统的操作控制台便宜得多。手动操作装置可以如一个模块那样链接至节点5的端口，它从那里被供电。这对于包括多个这种机器的生产单元是特别有利的，所有这些机器都可以通过单个简单的个人计算机或经由本地网络来编程和监视。
要理解的是，本发明在其应用中并不局限于在上述实施例中提出的或在附图中阐明的构造的细节和部件的设置。本发明能够包括其它的实施例或可以为具有相同功能的类似机床而实施。也要理解的是，在此使用的措词和术语是为了描述的目的，而并不能被认为是限制。
在该说明书中提及的所有出版物和现有的系统通过引用结合于此。
虽然根据本发明的教导而构建的某些设备和产品已经在此得到描述，但是本专利的覆盖范围并不局限于此。相反，本专利覆盖在字面意思上或者在等价原则下，清楚地落在随附的权利要求范围内的本发明教导的所有
权利要求
1.一种操作用于加工工件的机床、例如放电机(4)的方法，其中对工件加工的控制、监视和执行的至少之一由多个可配置的模块(DRIVE；GEN；CONTROL)进行，所述模块(DRIVE；GEN；CONTROL)设置在所述机器(4)上，并且所述模块(DRIVE；GEN；CONTROL)通过数据网络(6)链接至节点(5)，以便于发送数据给所述节点(5)和从所述节点(5)接收数据的至少之一。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述节点(5)适于管理至或来自所述模块(DRIVE；GEN；CONTROL)的数据传输，以便于对所述模块(DRIVE；GEN；CONTROL)的控制和监视的至少之一。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述模块(DRIVE；GEN；CONTROL)包括发生器模块、驱动模块和机器控制模块的至少之一。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中所述模块(DRIVE；GEN；CONTROL)包括发生器模块、驱动模块、机器控制模块、DC模块(DC)和功率供给模块(AC)。
5.如前述权利要求任何一项所述的方法，其中所述模块(DRIVE；GEN；CONTROL)的至少之一经由所述数据网络从所述节点(5)被供给馈电电压，用于功率供给。
6.如权利要求5所述的方法，其中为了适当运行而需要小于50W的功率供给的所述模块(DRIVE；GEN；CONTROL)专门经由所述数据网络从所述节点(5)供电。
7.如权利要求5所述的方法，其中为了适当运行而需要50W或以上功率供给的所述模块(DRIVE；GEN；CONTROL)从所述DC模块经由线缆由合适的高DC电压附加地供电。
8.如权利要求7所述的方法，其中在至少一个模块中实现的过度能量被存储在连接至所述高DC电压的一个或多个电容器中，并且所述存储能量在该模块本身中得到利用。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述存储能量在另一个所述模块中得到利用。
10.如权利要求8所述的方法，当引用权利要求4时，其中所述存储能量从所述DC模块经由所述功率供给模块返回到功率供给系统中，并且可以由所述系统的其它消耗装置利用。
11.如权利要求1-10任何一项所述的方法，其中所述模块(DRIVE；GEN；CONTROL)的至少之一包括可配置控制器，其经由所述节点(5)和数据网络接收配置数据，借助于该配置数据，所述模块可以设置为实施预定功能。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述可配置控制器固定地限定了用于配置所述模块的区域，该区域提供了至少与所述模块(5)的通信以及至所述模块(5)的标识消息。
13.如权利要求12所述的方法，其中一旦经由所述数据网络供给的馈电电压和从中得到的供给电压处于限定的容差内时，将所述标识消息发送给所述节点(5)。
14.如权利要求12或13所述的方法，其中在接收到所述标识消息之后，进行对从中得到的所述配置数据的选择，并且经由所述节点(5)和所述数据网络在可变的范围中配置对应模块的控制器。
15.如权利要求12-14任何一项所述的方法，其中所述模块(DRIVE；GEN；CONTROL)类型相同或相似，并且经由所述标识消息来传送它们的特性、操作数据和制造数据的至少之一。
16.如权利要求11-15任何一项所述的方法，其中在被配置于所述可变范围内之后，所述模块的至少之一满足刻模放电加工机的发生器的功能。
17.如权利要求11-15任何一项所述的方法，其中在被配置于所述可变范围内之后，所述模块的至少之一满足线切割放电加工机的发生器的功能。
18.如权利要求11-17任何一项所述的方法，其中在被配置于所述可变范围内之后，所述模块的至少之一满足用于机床的电机和类似负载的驱动模块的功能。
19.如权利要求12-18任何一项所述的方法，其中在所述机床的工作期间，所述模块的至少之一响应于对加工过程的给定要求而在所述配置的可变区域中得到重新配置。
20.如前述权利要求任何一项所述的方法，其中所述节点(5)经由至少一个标准化接口(ETHERNET)连接至数值控制，所述数值控制经由所述接口执行对所述机器(4)的协调、控制和监视的至少之一。
21.如前述权利要求任何一项所述的方法，其中在所述模块(DRIVE；GEN；CONTROL)的至少之一中实施了具有最高优先级速度要求的开环和闭环控制功能的至少之一。
22.如前述权利要求任何一项所述的方法，其中通过一个或多个模块(DRIVE；GEN；CONTROL)以及设置在所述节点(5)中的可编程逻辑电路实施具有第二优先级速度要求的开环和闭环控制功能的至少之一。
23.如前述权利要求任何一项所述的方法，其中通过一个或多个模块(DRIVE；GEN；CONTROL)以及设置在所述节点(5)中的可编程逻辑电路和设置在所述节点(5)中的微处理器实施具有第三优先级速度要求的开环和闭环控制功能的至少之一。
24.如权利要求1-23任何一项所述的方法，其中在所述节点(5)中提供了独立细插值器，其包括存储器和控制器，所述独立细插值器经由标准化接口从粗插值器接收调整好的几何数据和控制命令的至少之一，将其存储在所述存储器中，并且响应于所述存储的几何数据或控制命令而没有延迟地执行对所述机器(4)的协调、控制和监视的至少之一。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述机器(4)的设立、操作或问题解决利用连接至所述节点(5)并且由所述节点(5)供电的手动操作装置完成。
26.一种借助于放电脉冲电容器来产生用于放电加工的加工脉冲的方法，包括根据前述权利要求之一的方法步骤。
27.一种机床系统，例如放电加工系统，包括机器(4)，用于加工工件，其中对工件加工的控制、监视和执行的至少之一通过多个可配置的模块(DRIVE；GEN；CONTROL)执行，所述模块(DRIVE；GEN；CONTROL)设置在所述机器(4)上，并且所述模块(DRIVE；GEN；CONTROL)由此通过数据网络(6)链接至节点(5)，以便于发送数据给所述节点(5)和从所述节点(5)接收数据的至少之一。
28.如权利要求27所述的机床系统，其中所述数据网络是相对于所述节点(5)的星型网络。
29.如权利要求27或28所述的机床系统，其中所述节点(5)包括多个可配置的端口(LINK)。
30.如权利要求27-29任何一项所述的机床系统，其中所述节点(5)包括一源，用于经由所述数据网络(6)对所述模块(DRIVE；GEN；CONTROL)至少之一供电。
31.如权利要求27-30任何一项所述的机床系统，其中所述节点(5)提供用于局域网的多个标准化端口(LINK，Ethernet)。
32.如权利要求27-31任何一项所述的机床系统，其中所述模块(DRIVE；GEN；CONTROL)包括发生器模块、驱动模块和机器控制模块。
33.如权利要求27-31任何一项所述的机床系统，其中所述模块(DRIVE；GEN；CONTROL)包括发生器模块、驱动模块、机器控制模块、DC模块(DC)和功率供给模块(AC)。
34.如权利要求33所述的机床系统，其中驱动模块(DRIVE)的至少之一设置在轴电机的附近。
35.如权利要求33或34所述的机床系统，其中在放电加工系统中，所述发生器模块和用于监视火花隙的模块的至少之一设置在形成于加工电极和工件之间的工作间隙的附近。
36.如权利要求27-35任何一项所述的机床系统，其中所述节点(5)包括多个标准化的可配置端口。
37.如权利要求36所述的机床系统，其中所述可配置端口的至少之一可响应于关联模块的标识消息而配置。
38.如权利要求27-37任何一项所述的机床系统，其中在至少一个模块中实现的过度能量被存储在一个或多个连接至所述高DC电压的电容器中，并且所述存储能量在该模块本身中得到利用。
39.如权利要求27-38任何一项所述的机床系统，其中所述模块(DRIVE；GEN；CONTROL)的至少之一包括可配置控制器，经由所述节点(5)和数据网络来接收配置数据，借助于该配置数据，所述模块可以设置为实施预定功能。
40.如权利要求39所述的机床系统，其中所述可配置控制器固定地限定了用于配置所述模块的区域，该区域提供了至少与所述模块(5)的所述通信以及至所述模块(5)的标识消息。
41.如权利要求27-40任何一项所述的机床系统，其中所述节点(5)经由至少一个标准化接口连接至数值控制，所述数值控制经由所述接口执行对所述机器(4)的协调、控制和监视的至少之一。
42.如权利要求27-41任何一项所述的机床系统，在所述节点(5)中提供了独立细插值器，其包括存储器和控制器，所述独立细插值器经由标准化接口从粗插值器接收调整好的几何数据和控制命令的至少之一，将其存储在所述存储器中，并且响应于所述存储的几何数据或控制命令而没有延迟地执行对所述机器(4)的协调、控制和监视的至少之一。
43.一种用于根据权利要求27-42之一的放电加工系统的发生器模块，用于借助放电脉冲电容器产生脉冲，所述发生器模块包括至所述节点(5)的数据链路，其也提供馈电电压输入；可编程控制器；双极电流源；至少一个充电和放电电路，用于至少一个脉冲电容器，包括传感器；以及一个或多个变极器电路，其包括一个或多个隔离变压器。
44.如权利要求43所述的发生器模块，其中附加提供了DC电压输入，用于供给增加的功率，以及用于与其它模块(DRIVE；CONTROL)交换过度能量。
45.如权利要求43或44所述的发生器模块，其中所述双极电流源和所述充电和放电电路为双向能量流动而设计，用于将在模块中实现的过度能量返回给所述DC电压输入。
46.如权利要求43-45任何一项所述的发生器模块，其中所述可编程控制器被这样设计，使得其包括一硬接线的配置区域，经由该区域保证了与所述节点(5)的通信以及至所述节点(5)的标识消息。
47.如权利要求43-46任何一项所述的发生器模块，其中所述可编程控制器被这样设计，使得其包括一可变的配置区域，经由该区域限定和/或协调所述模块的经编程的功能。
48.如权利要求46或47所述的发生器模块，其中所述可编程控制器被这样设计，使得在所述节点(5)的配置之后，其经由所述数据链路接收控制命令、设置数据、设置点值和时序信号的至少之一，以便在机床的工作期间控制所述发生器模块。
49.如权利要求46-48任何一项所述的发生器模块，其中所述可编程控制器被这样设计，使得在所述节点(5)的配置之后，其经由所述数据链路和所述节点(5)发送测量值、运行数据、时序信号、警报和问题解决信息的至少之一，以便在工作期间警告，和/或通知和/或协调和/或控制其它模块(DRIVE；GEN；CONTROL)和/或所述数值控制。
50.如权利要求43-49任何一项所述的发生器模块，其中所述模块元件由表面安装器件(SMD)部件组成，所述表面安装器件部件通过使用自动化表面安装技术(SMT)生产方法安装在印刷电路上。
51.如权利要求43-50任何一项所述的发生器模块，其中所述模块配备有流体冷却。
52.如权利要求51所述的发生器模块，其中所述流体冷却被这样设计，使得所述模块基本上不释放废热至其环境。
53.如权利要求43-52任何一项所述的发生器模块，其中所述模块通过盒而受到保护以免受环境影响。
54.一种用于如权利要求32-42任何一项所述的机床的驱动器单元，进一步包括与电机形成组件的所述驱动模块。
55.如权利要求54所述的驱动器单元，其中所述驱动模块元件由表面安装器件(SMD)部件组成，所述表面安装器件部件借助自动化表面安装技术(SMT)生产方法安装在印刷电路上，并且所述驱动模块配备有流体冷却。
56.如权利要求55所述的驱动器，其中所述流体冷却适于冷却所述驱动模块和所述电机两者。
全文摘要
本发明提供了一种操作机床、例如放电机(4)的方法，以及一种机床系统，其包括用于加工工件的机器(4)，其中对工件加工的控制、监视和执行的至少之一由多个可配置的模块(DRIVE；GEN；CONTROL)进行，所述模块(DRIVE；GEN；CONTROL)设置在所述机器(4)上，并且所述模块(DRIVE；GEN；CONTROL)由此通过数据网络(6)链接至节点(5)，以便于发送数据给所述节点(5)和从所述节点(5)接收数据的至少之一。
文档编号B23H7/14GK1907616SQ20061009027
公开日2007年2月7日 申请日期2006年7月11日 优先权日2005年8月1日
发明者恩斯特·布勒, 弗兰克·贝松, 里诺·迪阿马里奥, 尼古拉·詹多梅尼科, 雷托·克纳克, 罗萨里奥·隆巴多, 马尔科·博卡多罗 申请人:阿奇公司, 夏米尔技术股份公司