电火花加工设备的脉冲和间隙控制制造技术

一种检测电火花加工(EDM)设备中电极和工件之间的间隙的状态的方法，该方法包括以下步骤：在产生放电以从工件中去除材料之前，在检测阶段时段(Tc)期间将低能量检测脉冲施加在所述间隙上；以及当间隙电流超过电流阈值(IT)时，推断短路间隙状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电火花加工设备的脉冲和间隙控制
本专利技术一般涉及用于电火花加工设备和处理器的控制装置和方法。
技术介绍
电火花加工电火花加工(EDM)是在电介质存在的情况下通过在电极和工件之间施加一系列快速循环电流放电来去除导电材料和半导电材料的过程。电极和工具以通常在0.001mm至0.02mm之间的间隙距离分开，通过控制电极和工件之间的直流电压脉冲产生火花放电，从而实现工件的精密加工。监测与控制放电间隙状态是利用EDM技术实现稳定和有效加工的有挑战性的任务之一。在填充有电介质的极窄间隙中，放电发生在非常短的时间内。在电火花加工中，为了增加侵蚀效率，提高工艺稳定性，防止无效和有害脉冲的连续产生，需要一种检测短路和电弧间隙状况并控制相关脉冲定时的有效算法。间隙状态检测错误会导致脉冲频率降低，或不能有效去除间隙中碎屑而反过来形成残渣，和较差的间隙控制性能。因此，这会导致侵蚀过程不稳定和材料去除率较低。专利号为US5904865的美国专利公开了一种通过控制碎屑的生成速率和平均碎屑粒度来防止残渣形成的方法。该方法控制提供给间隙的Ton(持续时间)功率电平和平均功率电平。平均功率电平考虑到完整的火花时间包括停歇时间，但是Ton功率电平控制考虑到操作参数只在Ton时间有影响。该方法基于这一假设：降低提供给间隙的平均功率会减少间隙中碎屑的堆积，从而增加侵蚀率。专利号为US8168914B2的美国专利公开了一种通过中断打开和关闭为加工间隙提供放电功率的电源模块的脉冲串的预定时间周期，进而适当控制短路电流，从而减少电极磨损和对待加工工件的损伤方法。其检测短路的方法是，施加一系列脉冲串，并将脉冲串中第一脉冲末端的电极之间的电压与被设计成接近0V的值的预定阈值相比较。公开号为US2010/0096364A1的美国专利申请公开了在当前侵蚀循环的时间间隔内，基于测量值与先前侵蚀循环和当前侵蚀循环的重要工艺参数的期望参考值的偏差，控制工具电极相对运动的方法。先前和当前侵蚀循环的时间间隔由过程暂停循环隔开，包括工具电极从工件的跳起动作。重要工艺参数包括点火延迟时间、平均脉冲电压和放电电压中的至少一个。专利号为US7202438B2的美国专利公开了一种电火花加工装置，其基于侵蚀过程的历史记录来校正加工工件所需的待去除材料的量，以及一种基于侵蚀过程加工材料的总和控制电极位置的加工控制单元。加工量计算单元基于放电过程所去除的材料的堆积计算从工件去除的材料必要量，并将其转换成加工需要的材料量所需的放电脉冲数。累积的加工量计算单元基于放电脉冲检测单元所提供的有效放电脉冲的总量来更新去除的材料的总和。放电脉冲检测单元基于间隙电压中高频分量的大小检测脉冲的类型。当高频分量的大小大于阈值时，放电脉冲将被归类为有效放电脉冲(正常放电脉冲)。当间隙电压中高频分量的大小小于有效放电脉冲阈值时，放电脉冲将被归类为电弧放电。EDM设备还包括用于控制工件朝向电极的进给速率的间隙控制器，以便在工件和电极之间维持最佳的间隙距离，进而实现精度和高效加工。这种依靠平均间隙电压反馈信号的间隙控制器通常用于工业中。该方法提出了一些问题。首先，由于正常间隙状况下的平均间隙电压值可以非常接近短路条件的值，使用平均间隙电压很难准确鉴别短路电弧条件和正常放电。其次，不同的开路电压可导致不同的平均间隙电压，取决于正常或短路的间隙条件，由此需要不同进给速率控制器增益。第三，平均间隙电压也受到工件的材料导电性的影响。对于相同的间隙条件，材料导电性越低使得平均间隙电压越高。因此，较小的平均间隙电压对较高导电性材料意味着短路，但是对较低导电性材料意味着正常条件。当侵蚀由两种具有不同导电性的材料构成的区域时，使用用于控制的平均间隙电压值所涉及的复杂性会导致过程不稳定。最后，还发现平均间隙电压对包括间隙中的气穴、电极的耗尽、电介质和电极转动速度等的间隙干扰敏感。这些间隙干扰的波动速率太高，以至于CNC机床无法响应，因此，将平均间隙电压作为间隙控制器的反馈信号会导致将工件朝向电极进给的伺服系统的跳动。伺服系统跳动随后会影响侵蚀的不稳定和无效，以及电极磨损的增加。有必要提供改善或克服一个或多个上述缺陷或至少提高现有EDM设备的性能的EDM设备。还需要提供包括比现有的商用EDM设备具有更好性能的脉冲控制器和间隙控制器的EDM设备。
技术实现思路
本专利技术的一方面提供了一种检测电火花加工(EDM)设备中电极和工件之间的间隙的状态的有效方法。在该方法中，在产生放电以便从工件中去除材料之前，在检测阶段时段期间将低能量检测脉冲施加在间隙上，当间隙电流超过电流阈值时，推断短路间隙状态。在检测阶段时段期间，没有检测到短路间隙状态时，能够进行放电以从工件中去除材料。该方法还可以包括以下步骤：在堆积阶段时段期间进行放电之后，推断开路间隙状态。在进行放电之后，当间隙电压超过开路阈值的时间大于堆积阶段时段，并且间隙电流小于电流阈值时，做出该推断。该方法可进一步包括以下步骤：在堆积阶段时段之后、放电阶段时段期间，推断正常间隙状态。当间隙电压超过小于开路阈值的正常阈值，并且间隙电流超过电流阈值时，做出该推断。该方法可进一步包括以下步骤：在堆积阶段时段之后、放电阶段时段期间，推断短路间隙状态。当间隙电压小于比开路阈值和正常阈值都小的短路阈值，并且间隙电流超过电流阈值时，做出该推断。该方法可进一步包括以下步骤：在堆积阶段时段之后、放电阶段时段期间，推断电弧间隙状态。当间隙电压超过短路阈值但小于正常阈值，并且间隙电流超过电流阈值时，做出该推断。本专利技术的另一方面提供了一种控制在EDM设备的脉冲控制器中使用的脉冲定时的方法。脉冲控制器包括电路系统，配置成接收间隙电压和电流反馈信号，检测上述EDM设备中电极和工件之间的间隙的状态，以及将MOSFET命令信号发送至根据间隙状态信号产生放电的电源模块。短路间隙状态的情况下，放电阶段(Ton)的定时被中断，停止向侵蚀过程提供放电功率。这会防止在非常小的间隙距离中导致残渣形成的碎屑堆积。消电离阶段(Toff)的预定定时也会被延长，以使得消电离和从间隙中取出碎屑有额外的时间。电弧间隙状态的情况下，Toff的预定定时被进一步延长而Ton不被中断。在间隙状况从短路或电弧间隙状态完全恢复到正常间隙状态之后，Toff会重置到其预定定时。本专利技术通过根据检测的间隙状况适当控制在放电加工电源模块中放电脉冲的生成，解决了碎屑堆积和侵蚀过程无效且不稳定的问题。在正常或电弧间隙状态的情况下，放电持续时间(Ton)由电流脉冲的形状确定，这确保向侵蚀间隙提供恒定量的每脉冲能量。在脉冲定时控制器中，通过对放电阶段的间隙电流反馈信号(∫I)进行积分来计算电流脉冲形状。通过将(∫I)与电流积分阈值相比较，确定持续时间Ton。放电持续时间将近在(∫I)大于电流积分阈值的情况下终止。不管局部材料的导电性如何，本专利技术都向间隙传递恒定量的每脉冲能量，这使工件具有更好的表面质量。本专利技术的另一方面提供了一种用于产生放电以从工件中去除材料的EDM设备。根据这一方面，该设备包括：用于检测上述EDM设备中电极和工件之间的间隙的状态的控制器，和被配置为根据脉冲控制器的MOSFET命令信号产生放电的电源模块。在这种设备中，可以将电极设置为转动的，冷却剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测电火花加工(EDM)设备中电极和工件之间的间隙的状态的方法，所述方法包括以下步骤：在产生放电以从工件中去除材料之前，在检测阶段时段(Tc)期间将低能量检测脉冲施加在所述间隙上；以及当间隙电流超过电流阈值(IT)时，推断短路间隙状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.02.04 AU 20139003771.一种生成能够控制并维持电火花加工设备中电极和工件之间的最佳间隙的平滑伺服进给命令的方法，其中在所述间隙上产生放电，以便从所述工件中去除材料，所述方法包括以下步骤：如果归一化平均堆积阶段时间超过最大阈值，则将工件朝向电极的相对进给速率设定为恒定最大速率。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：如果归一化平均堆积阶段时间超过下限阈值并小于最大阈值，则将工件朝向电极的相对进给速率设定为堆积阶段时间和下限阈值之间误差的函数。3.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括以下步骤：如果归一化平均堆积阶段时间小于所述下限阈值，并且如果堆积阶段的平均间隙能量超过能量阈值，则将工件朝向电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：科特勒·捷尔·佩伊·蒂，帕特里克·杰勒德·博兰，雷扎·侯赛因内扎德，米兰·勃兰特，约翰·莫，
申请(专利权)人：安卡有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU