電火花放電銑削機(jī)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及使用經(jīng)受縱向磨損的工具電極的電火花放電銑削機(jī)器。本發(fā)明性火花放電銑削機(jī)器裝配有執(zhí)行用于補(bǔ)償磨損的至少一個控制循環(huán)的數(shù)字控制器，考慮以下步驟：確定由每次火花放電所侵蝕的體積Q，計算工具從一次有效火花放電到下一次所行進(jìn)的距離s，計算用于至少一次有效火花放電的實際侵蝕線性體積M[m3/m]，M從值Q和s形成測量樣本，將所述樣本M與對應(yīng)的設(shè)定值C相比較以生成誤差D=C-M?[m3/m]，由數(shù)字控制器來計算并傳送意圖在隨后的一個或多個循環(huán)期間減小此誤差D的命令。
【專利說明】電火花放電銑削機(jī)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種使用細(xì)長形狀和恒定橫截面的工具電極的電火花放電(electrical discharge)統(tǒng)削機(jī)器,所述工具在其末端處執(zhí)行加工并經(jīng)受縱向磨損，
所述機(jī)器裝配有:
一侵蝕性火花放電發(fā)生器，
一具有心軸的旋轉(zhuǎn)主軸(spindle),
一數(shù)字控制器(NC)，
一由數(shù)字控制器所控制的一組電動軸，
一用于測量在加工過程外面的工具的長度的設(shè)備，
一與數(shù)字控制器對接的工具路徑發(fā)生器(CAD/CAM系統(tǒng))，其能夠用來將工件劃分成一堆連續(xù)層，并限定用于工具在每個層中的掃描的一個或多個路徑，以及一后處理器，充當(dāng)設(shè)定值發(fā)生器，與數(shù)字控制器對接或被集成在其中。
[0002]通常被用于電火花放電銑削的工具是管，或者不那么常見地是圓筒。然而，由于使該工具旋轉(zhuǎn)，所以有可能使用具有恒定橫截面的任何類型的工具，包括例如正方形或矩形橫截面。
[0003]該電火花放電銑削方法是EDM加工中的眾所周知的變體，由Philip Bleys在2003年 12 月的 UniversiteCatholique de Louvain 中的 “Electrical Discharge Milling:technology and tool wear compensation”中在論文中深入地進(jìn)行記錄。
【背景技術(shù)】
[0004]為了實現(xiàn)加工工件中的可接受的精度，電火花放電銑削方法要求對于電極工具的磨損的連續(xù)補(bǔ)償。假設(shè)工具末端的形狀通常是不變的，能夠在單個維度上，換言之沿著其對稱軸增量地補(bǔ)償其磨損，該對稱軸一般與機(jī)器的Z軸相同。
[0005]被測試的方法是在描述工具路徑的程序中包括補(bǔ)償命令的方法。在這種情況下，一般地使用術(shù)語“預(yù)期修正”，因為該修正是預(yù)先確定的。這些修正是以工具路徑的傾斜度或梯度的形式所做出的，使得工具隨著其在其路徑上前進(jìn)而穿透到工件中。使用參考傳感器，通過在加工過程外面的工具的實際長度的周期性測量來補(bǔ)充預(yù)期補(bǔ)償?shù)倪@種方法；用這種手段，有可能測量在加工過程外面的工具的長度，以檢查已編程磨損與實際測量的長度上的減小相匹配，并做出修正。
[0006]機(jī)器被連接到CAD/CAM系統(tǒng)，其是具有將工件劃分成疊加層并在每個層處生成用于數(shù)字控制器(NC)的工具路徑的功能的程序。在CAD/CAM系統(tǒng)與NC之間，一般有必要實現(xiàn)后處理器程序，其具有向加工程序中引入用于電火花放電銑削機(jī)器的適當(dāng)技術(shù)參數(shù)以及工具前進(jìn)的標(biāo)稱或極限速度的功能。在某些實施例中，能夠?qū)⒑筇幚砥鹘Y(jié)合到NC中?；趤碜訡AD/CAM系統(tǒng)的信息，后處理器執(zhí)行加工過程的初步模擬，其中，特別地，識別在該處材料尚未被加工的點，預(yù)測仍要加工的材料的體積，并根據(jù)或多或少精確的模型來計算工具上的對應(yīng)磨損。[0007]這種方法受到一種缺點的影響，Bleys對該缺點提出了解決方案:特別地，參見上文引用的文獻(xiàn)的6.9.3小節(jié)的圖6.52。必須使用CAD/CAM程序，通過非常精確的幾何模型來描述未加工的工件。Bleys提出了一種用于在工具進(jìn)入在CAD/CAM程序中未識別的材料中的空隙時停止磨損補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備。
[0008]由Bleys開發(fā)的原始組合補(bǔ)償設(shè)備包括第一“實時”分支和第二“預(yù)期”分支。當(dāng)實時分支被激活時，其對在由時鐘排序的時間間隔內(nèi)發(fā)生的有效火花放電進(jìn)行計數(shù)，并立即對工具施加與所記錄的數(shù)目成比例的磨損補(bǔ)償。預(yù)期分支使得根據(jù)程序所確定的補(bǔ)償梯度的序列可用。這些梯度能夠連續(xù)地施加于預(yù)先沿著整個路徑所定義的精確曲線橫坐標(biāo)。
[0009]使用Bleys的組合方法，在實時分支和預(yù)期分支兩者中執(zhí)行計算，但是以兩個結(jié)果的比較為基礎(chǔ)，兩者中僅一個生成補(bǔ)償命令。
[0010]期望的是實時分支連續(xù)地生成補(bǔ)償命令。實時分支不會將控制移交給預(yù)期分支，除非前者發(fā)送比后者更高的補(bǔ)償命令。實時分支特別地用于檢測工具在未被預(yù)先識別的材料中的空隙中的移動，并停止補(bǔ)償。實時分支是由Bleys提出的改進(jìn)，其特別地使得檢測工具在未被預(yù)先識別的材料中的空隙中的移動并停止補(bǔ)償成為可能。然而，如果系統(tǒng)允許磨損的測量與對其的補(bǔ)償之間的最小差，則這伴隨著恒定的漂移風(fēng)險。為了降低此風(fēng)險，預(yù)期分支充當(dāng)安全屏障并防止對于實時分支所固有的偶然向下漂移。
[0011]因此，在Bleys系統(tǒng)中，我們發(fā)現(xiàn)具有時間排序的實時分支和具有空間排序的預(yù)期分支；磨損修正在也被時鐘排序的z軸處被直接注入。
[0012]然而，這種方法具有一種缺點，在于如果不正確地選擇了磨損參數(shù)，則系統(tǒng)可能在預(yù)期分支中被阻擋，因為兩個分支根據(jù)工具上的磨損的評估進(jìn)行操作，并且已知的是此磨損能夠根據(jù)加工條件而顯著地改變。參見Bleys第4.6小節(jié)。在專利EP1238740B1中已經(jīng)提出了對此問題的解決方案，但是其中所描述的方法是復(fù)雜且昂貴的。因此，由于工具上的磨損的變化性而引起的缺點繼續(xù)存在。
[0013]另一方面，Bleys文獻(xiàn)的3.5.2小節(jié)的圖3.18圖示出在其中未加工工件的幾何模型尚未在CAD/CAM程序中被完全算出的情況下尚未被令人滿意地解決的另一問題。此問題涉及到在其中其與延長沖程中的材料具有不足、但非零的嚙合的情況下，工具末端的超過層厚度的累積變形的風(fēng)險；在這種情況下，工件與工具之間的重疊4太小，并且工具上的磨損停止均勻地分布在其半徑上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的是提出一種對上述缺點的解決方案。出于此目的，電火花放電銑削機(jī)器的特征在于后處理器生成設(shè)定值C [m3/m]的文件，其等效于工具沖程的每長度單位將從工件侵蝕的設(shè)定直線體積，
與第一控制器相交互，該第一控制器執(zhí)行由至少以下步驟組成的重復(fù)控制循環(huán):
-評估被每次火花放電所侵蝕的體積Q，
-計算由工具從一次有效火花放電到下一次所行進(jìn)的距離S，
-計算用于至少一次有效火花放電的實際被侵蝕線性體積M [m3/m]，M形成測量樣本， -將所述樣本M與對應(yīng)的設(shè)定值C相比較以生成誤差D= C-M [m3/m],
-計算并傳送意圖在隨后的一個或多個循環(huán)期間減小此誤差的命令。[0015]本發(fā)明所要求保護(hù)的控制循環(huán)中的第一步驟是評估被每次火花放電所侵蝕的體積Q。自從電火花放電銑削的引入以來已進(jìn)行了許多實驗以便確定每種類型的火花放電的有效性。參見例如專利CH562080。還參見Bleys的4.3.2小節(jié)和附錄A:“Pulse analysisand pulse classification”。使用技術(shù)測試，已經(jīng)畫出表格,示出了每個火花放電類型所侵蝕的材料Q的體積。電火花放電銑削提供另一優(yōu)點:由于工具保持快速旋轉(zhuǎn)，所以加速了間隙中的顆粒去除，導(dǎo)致每次火花放電中的侵蝕能力的顯著規(guī)整性。通過使用恒定能量火花放電進(jìn)一步改善了該方法的可靠性。出于實踐目的，這意味著能夠?qū)⒒鸹ǚ烹姺N類的數(shù)目減少至兩個，即有效火花放電和短路。后者不去除材料。
[0016]控制循環(huán)中的第二步驟是計算由工具從一次有效火花放電至下一次所行進(jìn)的距離S。為了找到兩次連續(xù)有效火花放電之間的時間間隔T，僅有必要記錄第一有效火花放電發(fā)生的時刻與下一有效火花放電發(fā)生的時刻之間的差。還存在一種基于機(jī)器的每個電動軸的測量速度的使用矢量計算來計算工具在其路徑上前進(jìn)的實際速度Vk的已知方式。然后乘積τ.νκ =s?？刂蒲h(huán)中的接下來的步驟是本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的，并且不需要詳細(xì)解釋。
[0017]為了能夠使用此過程，使設(shè)定值C [m3/m]的文件包含與路徑上的曲線橫坐標(biāo)相關(guān)聯(lián)的值的至少一個序列是有利的。Bleys文獻(xiàn)的第58頁、3.6小節(jié)提供了要包括在所述設(shè)定值文件或程序中的信息的完整描述。
[0018]針對以工具路徑形式的加工的每個步驟，生成文件，其包含全部的必要處理參數(shù)。此文件的內(nèi)容包括例如水平移動矢量序列以及工具磨損補(bǔ)償矢量，后者被可選地添加到垂直移動。Bleys文獻(xiàn)的3.6小節(jié)的圖3.25示出了其中標(biāo)記為CM的命令是用于工具磨損補(bǔ)償?shù)闹苯用?、以一毫米的單位來表達(dá)的程序行的示例。本發(fā)明提出用設(shè)定線性體積C [m3/m]來替換此命令CM，該 設(shè)定線性體積C [m3/m]將在工件中被加工，以每米一立方米的單位來表達(dá)。
[0019]設(shè)定值C [m3/m]的文件是用后處理器計算的正常生成響應(yīng)，另一方面，這些值C還可以是預(yù)先測量的或從數(shù)據(jù)庫等提取的。
[0020]此程序非常有利地使得該方法能夠獨立于電極工具上的磨損的變化。遵循許多技術(shù)測試，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)由每種類型的侵蝕性火花放電進(jìn)行的將材料從工具的去除明顯是恒定的，無論加工條件如何。已知的是對于電極工具上的材料去除或磨損而言情況不是這樣。因此，通過使該方法的控制以工件中的將由工具加工的線性體積為基礎(chǔ)，如下所述，有可能以精確的方式來補(bǔ)償其磨損，無論此磨損的變化如何。
[0021]根據(jù)本發(fā)明，磨損控制器的排序由經(jīng)由長度的固定或可變增量的通過或路徑間隔所確定；其因此獨有地是空間的。因此，如果加工的精度具有主要的重要性且計算速率過高，則有可能按照要求減小工具的前進(jìn)速度，而不會不利地影響結(jié)果，因為這些并不取決于計算時間；這是顯著的優(yōu)點。
[0022]相反，加工間隙的調(diào)整在高前進(jìn)速度下可能變得關(guān)鍵。因此，在本發(fā)明的第一實施例中，使得專用于調(diào)整加工間隙的第二控制器將工具在其路徑上的前進(jìn)速度^ [m/s]控制在設(shè)定值V。[m/s]左右。此調(diào)整是根據(jù)對火花放電發(fā)起的平均延遲的值所執(zhí)行的。短延遲導(dǎo)致減速，并且反之亦然。在某些情況下，能夠在沒有實時控制的情況下直接地應(yīng)用設(shè)定值Vc [m/s];工具然后將以恒定速度前進(jìn)。然而，在本簡化實施例中，存在與未識別障礙物碰撞的風(fēng)險。
[0023]根據(jù)Bleys (圖3.25，先前引用的)，添加到垂直移動的工具磨損補(bǔ)償矢量出現(xiàn)在程序的每行上。由于本發(fā)明的要求保護(hù)的特征，期望的是避免此冗余并有利地允許第一控制器通過將從后處理器接收到的設(shè)定值在兩個連續(xù)曲線橫坐標(biāo)之間保持恒定或者通過從一個曲線橫坐標(biāo)到下一個進(jìn)行內(nèi)插來處理該設(shè)定值，任何種類的內(nèi)插都是可行的。這有利地減小了包含在文件中的數(shù)據(jù)或由后處理器生成的程序的量。
[0024]為了補(bǔ)償此磨損，工具在其水平移動期間以長度的較大或較小增量穿透到工件中，冒著在被加工工件的表面上留下不期望標(biāo)記的風(fēng)險。能夠使這些標(biāo)記最小化并因此根據(jù)適當(dāng)?shù)墓钏结槍γ看螆?zhí)行的要求來調(diào)整補(bǔ)償增量是重要的。因此，很明顯，只要誤差D = C-M [m3/m]超過能夠如期望的那樣小的給定公差，第一控制器就能夠生成縱向工具磨損補(bǔ)償命令。
[0025]為了這樣做，數(shù)字控制器能夠計算并傳送意圖在隨后的一個或多個控制循環(huán)期間減小此誤差D的命令。意圖減小此誤差D并因此補(bǔ)償工具磨損的命令能夠以不同的方式來實現(xiàn)。其可以是定位或速度命令或影響脈沖頻率的命令或其組合。優(yōu)選地，該命令針對電動軸組。該命令能夠?qū)е吕珉姌O或零件的移動。在另一實施例中，命令能夠讓電極經(jīng)由其保持器所變形或靠邊。
[0026]如果觀察根據(jù)本發(fā)明的第一控制器的操作，則將看到的是其主要功能是在不將其中的任何平面度誤差放大的情況下將工件的幾何結(jié)構(gòu)拷貝到下一層。為了實現(xiàn)這一點，優(yōu)選的是使所述控制器能夠在工具已離開其當(dāng)前位置之前執(zhí)行至少兩次控制循環(huán)，即誤差的測量，后面是誤差修正。因此，使第一控制器在工具已經(jīng)在路徑上覆蓋小于工具旋轉(zhuǎn)直徑且優(yōu)選地小于其旋轉(zhuǎn)半徑的距離時執(zhí)行至少一個控制循環(huán)是有利的。即使對于非常小的直徑的工具而言，此測量也是可能的，因為計算速率對結(jié)果沒有影響，如上所述。
[0027]工具從一次有效火花放電到下一次所行進(jìn)的距離s是對于第一控制器的操作而言所必要的參數(shù)。甚至可行的是，對每個火花執(zhí)行一個控制循環(huán)是；這是能夠設(shè)想的控制的最小單元。缺點是此距離s不是恒定的，并因此實現(xiàn)是相對復(fù)雜的。為了提供更精確的結(jié)果，優(yōu)選的是使第一控制器計算路徑的一部分上的工件中被侵蝕的體積的和2Q，或路徑間隔Pt [m]，其包括至少一個控制循環(huán)并產(chǎn)生與路徑的所述部分上被侵蝕的實際體積等效的測量樣本M[m3/m]。在這種情況下，用體積的和SQ來代替Q，并且用距離的和Sd來代替S，并且M =XQ/Zd0另外，如果使用恒定能量火花放電，則簡化了在工件中被侵蝕的體積ΣQ的評估，并且能夠?qū)⑵涓爬閷β窂降乃霾糠稚系挠行Щ鸹ǚ烹娺M(jìn)行計數(shù)。
[0028]另一有利簡化是將工具路徑分段成路徑的固定增量或間隔Pt [m]并且每個路徑間隔執(zhí)行一個控制循環(huán)。
[0029]本發(fā)明包括兩個不同的執(zhí)行模式，其在第一控制器和與第一控制器相交互的第二控制器的特定操作中彼此不同。由第一控制器生成的、目的是減小D = C-M的命令的類型從一個模式到另一個模式不同。在兩個模式中存在的第二控制器意圖控制加工間隙；其還以從一個模式到另一個模式不同的方式進(jìn)行操作。
[0030]第一模式特別適合于加工厚層，而第二模式對于加工薄層是優(yōu)選的。所述厚層具有最小至最大厚度范圍，其通常位于加工間隙的值與工具半徑之間。被描述為薄的層小于或等于加工間隙。[0031]在第一執(zhí)行模式的情況下，第一控制器在每個控制循環(huán)中計算縱向工具磨損補(bǔ)償命令W，使得W[m] = F (M, D).υο，其中F (M，D)是測量樣本變量M和誤差變量D = C - M的函數(shù)，并且其中，Uo [m/m3]是稱為“縱向工具磨損”的系數(shù)。
[0032]有利地，使用例如以下的一般表達(dá)式，能夠用PID類型的常規(guī)控制函數(shù)以非常簡單的形式來敘述函數(shù)F (M, D):
F (M, D) = Ii1.M + k2.D + k3.Λ D + k4.Σ D
其中，變量M是先驗命令，D = C - M是誤差變量，AD是后者的微分，Σ?是其和，并且n k3、k4是系數(shù),其中,優(yōu)選地Ii1 = I。
[0033]根據(jù)通常的方法，必須做出預(yù)備來將Σ?重置成零，特別是如果設(shè)定值C改變的話。
[0034]關(guān)于第一執(zhí)行模式，由第二控制器來控制加工間隙，該第二控制器將工具的前進(jìn)速度Va [m/s]設(shè)置在由后處理器生成的文件所供應(yīng)的設(shè)定值V。[m/s]左右，如Bleys在
4.2.2小節(jié)中所記錄的。
[0035]在表達(dá)式W[m] = F(M, D) *Uo中，系數(shù)Uo不一定必須是精確的。此顯著性質(zhì)是特別有利的，因為其使得沒 有必要存儲工具磨損的過程值的表格并實現(xiàn)復(fù)雜的策略以便將工具沖程進(jìn)行分段(參見Bleys中的6.5.3小節(jié)和先前引用的文獻(xiàn)EP1238740B1 )。在幾個控制循環(huán)內(nèi)，函數(shù)F(M，D)將修正由Uo的近似值引起的誤差。
[0036]如果系數(shù)Uo是未知的，則加工能夠以此系數(shù)被設(shè)置成零開始；換言之，加工能夠在沒有工具磨損補(bǔ)償?shù)那闆r下在短時間內(nèi)地發(fā)生。在較長或較短沖程之后，工具將從工件逸出并停止對其進(jìn)行加工。其將已損失等于層的厚度Ec的長度。然后僅有必要記錄在該時段期間從工件加工的材料體積ΣQ’，并得到商EC/ΣQ’以便獲得系數(shù)Uo的第一評估。
[0037]針對加工操作的其余部分，能夠通過使用用于測量工具在加工過程外面的長度的設(shè)備來進(jìn)一步改進(jìn)系數(shù)Uo的知識。在任何沖程中，出于進(jìn)行工具的實際長度的兩次測量的目的，加工在沖程的開始和結(jié)束時被中斷；在所涉及的時段期間從工件加工的材料體積SQ’被記錄。然后將看到的是第一控制器能夠使用商Lw/SQ’來計算取代系數(shù)Uo [m/m3],其中，Lw是已經(jīng)消耗的工具的長度，由用于測量在加工過程外面的工具長度的設(shè)備所測量，并且SQ’是當(dāng)工具已覆蓋導(dǎo)致所述磨損Lw的那部分路徑時從工件侵蝕的體積的和。
[0038]以甚至更加有利的方式，能夠在不中斷加工的情況下將系數(shù)Uo的知識改進(jìn)。通過記錄足夠數(shù)目的規(guī)則循環(huán)并同時找出補(bǔ)償W的和SW和被侵蝕體積的和Σ0’，能夠由第一控制器來連續(xù)地執(zhí)行此操作。還將看到的是第一控制器能夠使用商SW/SQ’來計算系數(shù)Uo [m/m3]的取代值，其中，SW是在路徑的給定部分上執(zhí)行的縱向工具磨損補(bǔ)償?shù)暮?，并?Q’是當(dāng)路徑的同一部分已被覆蓋時從工件侵蝕的體積的和。當(dāng)這些計算已經(jīng)完成時，第一控制器能夠(如果必要的話)在關(guān)系式W[m] = F (M, D).υο中更新系數(shù)Uo。
[0039]如上所述，CAD/CAM系統(tǒng)執(zhí)行加工操作的初步模擬，識別其中材料隨著工具的前進(jìn)而保持的位置。因此必須在CAD/CAM軟件中精確地且全面地描述加工之前的工件。如果工件的幾何結(jié)構(gòu)的描述是不精確或不完整的，則提供本發(fā)明的第一實施例的變體，以便防止工具例如在其穿過材料中的未識別空隙的情況下沉入工件中。在相反的情況下，由于加工在連續(xù)的層中發(fā)生，所以工具遇到具有大于一個層的厚度的未識別障礙物似乎是不可能的。然而，由于在某些條件下可停止磨損補(bǔ)償，所以材料的殘余可以在層被加工時局部地留在適當(dāng)位置是可能的。因此必須進(jìn)行針對工具將遇到材料的未識別局部過量的可能性的預(yù)備，其具有的厚度近似等于除被加工層之外的一層的厚度。
[0040]當(dāng)誤差D = C-M超過等于層厚度的分?jǐn)?shù)的正閾值時，第一控制器能夠檢測到材料缺乏的發(fā)生。相反地，當(dāng)誤差D = C-M下降至具有相同數(shù)量級但為負(fù)的另一閾值以下時，能夠檢測到材料過量的發(fā)生。在由這兩個閾值定義的窗口之上或之下，用W = Iq.M.Uo來替換W = F(M，D).Uo明顯將是有利的。因此，如果工具遇到材料中的未識別空隙，則將停止補(bǔ)償，即使設(shè)定值C是除零之外的。相反，如果工具遇到材料的未識別過量，則補(bǔ)償將增加至由設(shè)定值C所要求的水平以上。此效果是通過如果D落在零周圍的公差窗口外面，則迫使誤差變量D在函數(shù)F(M，D)中為零來實現(xiàn)的。在這種情況下，例如，所述函數(shù)被縮減為h.M。相反地，如果誤差變量D落在所述窗口外面，換言之，在接近于零的區(qū)域內(nèi)，則該相同函數(shù) F(M, D) = Ii1.M + k2.D + k3.AD + k4.ΣD 保持恒定。
[0041]該方法與由Bleys提出的方法類似，差別在于根據(jù)本發(fā)明，第一控制器的排序在所有情況下都是空間的。這相當(dāng)?shù)販p小了當(dāng)迫使誤差變量D在函數(shù)F(M，D)中為零時進(jìn)行漂移的傾向。
[0042]關(guān)于另一方面，由于數(shù)字控制器(NC)由時鐘排序，所以不能在沒有根據(jù)以下示例的自適應(yīng)的情況下向其傳送命令W:
當(dāng)?shù)诙刂破饕焉汕斑M(jìn)速度命令Va [m/s]時，第一控制器計算每個路徑間隔Pt [m]的磨損補(bǔ)償W [m]并向NC傳送意圖補(bǔ)償工具磨損的速度命令Vir [m/s] 二 Va -ff/ PT，Vw獨有地是正的。
[0043]因此，NC接收能夠一般地應(yīng)用于Z軸或軸的組合的時間命令。上述示例描述了速度命令的形成；很明顯，能夠以類似方式來計算位置命令。
[0044]當(dāng)?shù)谝豢刂破髟谒龉畲翱谕饷娌僮鲿r，工具停止遵循由前一層的加工留下的工件的幾何結(jié)構(gòu)。如果系數(shù)Uo是精確的，或者如果已經(jīng)有可能將其預(yù)先更新，則工具的末端立即在正常地足以實現(xiàn)允許返回至窗口的銜接(engagement)的距離內(nèi)遵循直線路徑。
[0045]在其中D = C的情況下，也就是說銜接為零，明顯不存在漂移的風(fēng)險，無論空隙中的工具沖程的長度如何。關(guān)鍵階段是其中控制器在窗口外面操作且銜接不為零的那些階段。優(yōu)選的是這些階段將盡可能短。從此觀點出發(fā)，參考距離是當(dāng)磨損引起等于層厚度的一定程度的縮短時由工具所行進(jìn)的距離，或是“工具的空間常量”。因此，為了確保加工的精度，有利的是，如果在D在大于工具的空間常量的路徑長度內(nèi)在所述窗口外面的情況下發(fā)生加工，則中斷用于執(zhí)行工具長度測量循環(huán)和用于將工具在正被加工的層的準(zhǔn)確高度處進(jìn)行重新定位的加工。
[0046]另一關(guān)鍵階段在Bleys的3.5.2小節(jié)的圖3.18中被圖示出。在這些條件下，工具與工件之間的橫向銜接\不足以使磨損均勻地分布在工具的末端上，如果相同的條件在過長的沖程內(nèi)持續(xù)存在，則引起累積變形的風(fēng)險。&的不足能夠通過測量結(jié)果M來檢測。因此有利的是，將第一控制器布置為如果在沖程> P內(nèi)M < Liml，則迫使磨損補(bǔ)償W為零，其中，Liml和P是對應(yīng)于工具變形風(fēng)險的量值。因此，工具的尖端將保持在被加工的層的高度處。缺點是工具將在其通過之后留下過量材料，并且此材料將必須與下一層一起被去除。然而，如上所述，第一控制器已被設(shè)計成承受有限的材料過量。此外，掃描路徑正常地從一層跨越至下一層，并且因此相同的缺點將不在多個層上再現(xiàn)。[0047]在本發(fā)明的第二實施例中，專用于實際加工間隙的第二控制器促使工具在接近于其軸的方向上前進(jìn)和縮回，此移動還為工具上的磨損提供補(bǔ)償。在實踐中，針對本發(fā)明的第二實施例所選擇的間隙控制器的特征在于操作模式，其相當(dāng)?shù)夭煌诘谝粚嵤├Ｈ欢?，此操作模式對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是眾所周知的。事實上，此控制器是常規(guī)間隙控制器，類似于常用于軌道或行星齒輪加工的類型，如Bleys在2.3.1小節(jié)中所記錄的。因此，在第二實施例中，第二控制器出于在或多或少地垂直于工件的方向上打開或閉合工具與工件之間的間隙的目的而生成正或負(fù)速度命令\ [m/s]。
[0048]在薄層的情況下，使用此類型間隙控制是非常有利的。在足夠平坦的工件的表面上，在沒有火花熄滅或短路的任何風(fēng)險的情況下實現(xiàn)高掃描速度成為可能。此性能利用根據(jù)第一實施例的設(shè)備難以實現(xiàn)。眾所周知的是此類型的軌道控制器保持平均火花點火延遲Td恒定，同時自動地補(bǔ)償工具磨損。因此以簡單且有效的方式解決了磨損的問題。然而，表面火花密度不受控制，并且由于逐層地執(zhí)行加工，所以將不可避免地存在幾何誤差的累積。因此在本具體實施例中同樣有利的是，控制工具沖程的每單位長度要侵蝕的線性設(shè)定體積。此目的是按照以下方式實現(xiàn)的:根據(jù)誤差D的值，第一控制器向加工發(fā)生器發(fā)送命令Δ F，其意圖以使得如果D > O則頻率增加且如果D < O則頻率減小的方式來修改侵蝕性火花放電的頻率。因此，第一控制器能夠以已校準(zhǔn)方式行動，使得加工根據(jù)工具的瞬時位置而是或多或少密集的。
[0049]如果調(diào)整火花放電之間的暫停的持續(xù)時間，則修正反饋實際上是即刻的。還有可能通過修改平均火花點火延遲而以更適度的方式行動。暫停持續(xù)時間和火花點火延遲是能夠被直接用于改變火花頻率和因此的加工功率的因素?？尚械目刂乒δ軐τ诒绢I(lǐng)域的技術(shù)人員是已知的，并且能夠以廣泛變化的方式被實現(xiàn)。
[0050]本實施例中的第一控制器的高響應(yīng)性特別適合于能夠?qū)崿F(xiàn)的前進(jìn)速度，即10至20 mm/s。設(shè)定值文件因此必須包括用于對于方向變化的途徑上的減速的命令，此減速導(dǎo)致自動命令，以經(jīng)由第一控制器減小火花頻率，并且反之亦然。
[0051]在這些速度下，第二控制器的特性是這樣的，使得能夠盡可能精確地遵循工件的輪廓，條件是所述輪廓并不是過于不規(guī)則的。如果工件表面包括材料中的空隙或突然的障礙物，則仍將存在碰撞和工具毀壞的風(fēng)險。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0052]借助于附圖，在本發(fā)明的以下詳細(xì)解釋中將闡明其他有利特性。
[0053]圖1是示出了電火花放電銑削機(jī)器的第一實施例的簡化框圖。
[0054]圖2是示出了電火花放電銑削機(jī)器的第二實施例的簡化框圖。
【具體實施方式】
[0055]圖1的框圖示出了用于根據(jù)本發(fā)明的電火花放電銑削機(jī)器工具的基本部件的符號。CAD/CAM系統(tǒng)I及其編程站2形成計算機(jī)化工具，其使得機(jī)器操作員能夠定義要加工的工件的幾何結(jié)構(gòu)并將腔體轉(zhuǎn)換成層序列。每個層本身被分段成區(qū)域或區(qū)帶，在其內(nèi)部，CAD/CAM系統(tǒng)I定義了由線性段序列組成的掃描或編程路徑。在編程站2處，邀請操作員來選擇要使用的工具類型，具有其關(guān)聯(lián)的參數(shù)和加工模式。他判定要加工的層的厚度和已完成表面的粗糙度。因此，由傳送至后處理器3的一定數(shù)目的文件來定義加工范圍。后處理器從EDM技術(shù)數(shù)據(jù)庫4接收包含加工參數(shù)組的模式表。已編程路徑及其關(guān)聯(lián)參數(shù)經(jīng)由后處理器3被傳送至NC 5，并且特別地包括要執(zhí)行的下一個線性路徑段的到達(dá)點的坐標(biāo)。操作員借助于編程站6來控制機(jī)器工具。NC 5控制機(jī)器的電動軸7 ;這些軸向NC 5返回位置和速度數(shù)據(jù)。為了簡單起見，附圖僅示出了三個線性軸X、Y、Z ;然而，包括例如其他旋轉(zhuǎn)軸的機(jī)器能夠受益于本發(fā)明。NC 5還控制用于測量工具在加工過程8外面的長度的設(shè)備和工具更換器9。
[0056]后處理器3定義了電火花放電銑削發(fā)生器11的參數(shù)。為了簡單起見，附圖未示出加工工件的工具，也未示出其到電火花放電銑削發(fā)生器11的連接。還從附圖中省略了借助于電動軸7來促使工具相對于工件移動的機(jī)械設(shè)備。
[0057]為了執(zhí)行本發(fā)明要求保護(hù)的控制循環(huán)的第一步驟，第一控制器10從電火花放電銑削發(fā)生器11接收用于火花放電電流I和火花放電電壓U的信號，其被分析以使得由每次火花放電所侵蝕的體積Q被確定。用于由每次火花放電所侵蝕的體積Q的值優(yōu)選地被預(yù)定并被存儲在EDM技術(shù)數(shù)據(jù)庫4中，或者是作為火花放電電流I及其他相關(guān)過程參數(shù)的函數(shù)所計算的計算響應(yīng)。在未示出的變體實施例中，將有可能的是，在電火花放電銑削發(fā)生器11內(nèi)執(zhí)行所述信號分析，其然后將直接向第一控制器10輸送數(shù)據(jù)Q。
[0058]控制循環(huán)的第二步驟、即由工具從一次有效火花放電到下一次所行進(jìn)的距離s =T -Ve的計算由第一控制器10使用由電火花放電銑削發(fā)生器11和由NC 5向其傳送的數(shù)據(jù)T和Vk來執(zhí)行。如果發(fā)生的火花放電是短路，則兩次連續(xù)火花放電之間的時間T的值被加到前一值。數(shù)據(jù)元素Vk是工具沿著其路徑的實際前進(jìn)速度，并且由NC 5根據(jù)每個電動軸的移動所計算。
[0059]要求保護(hù)的控制循環(huán)的接下來的步驟也由第一控制器10所執(zhí)行。特別地，必須由后處理器3將“線性設(shè)定體積”數(shù)據(jù)元素C [m3/m]傳送至第一控制器10以便計算誤差D=C-M [m3/m]。后處理器能夠通過使用其在路徑的一段已完成時作為返回從NC 5接收到的數(shù)據(jù)來從一個設(shè)定值移動至下一個。第一控制器10執(zhí)行兩個連續(xù)設(shè)定值之間的必要內(nèi)插。
[0060]由于NC 5由時鐘排序，所以第一控制器10不直接向其傳送磨損補(bǔ)償命令W，而是計算獨有為正的補(bǔ)償速度Vir [m/s] - Va -W / Pt，根據(jù)機(jī)器的架構(gòu)，NC促使該速度由一個或多個電動機(jī)所執(zhí)行。出于此目的，第一控制器10 —方面從后處理器3接收“路徑間隔”數(shù)據(jù)元素Pt [m]。必須針對其中Pt并非恒定的情況進(jìn)行預(yù)備。第一控制器10從第二控制器12接收\的計算所需的數(shù)據(jù)元素\。通過將工具沿著其路徑的前進(jìn)速度Va控制在其從后處理器3接收到的設(shè)定值V。左右，第二控制器12確保加工不進(jìn)入火花熄滅或短路的狀態(tài)。由電火花放電銑削發(fā)生器11向第二控制器12傳送的數(shù)據(jù)元素T告知第二控制器12加工間隙正趨向于閉合還是打開，使得其能夠減小或增加前進(jìn)速度Va。在本實施例中，“工具的前進(jìn)速度”命令Va使得第一控制器10能夠以相關(guān)方式修改磨損補(bǔ)償速度Vw，如上所述。
[0061]已經(jīng)提到了閾值或公差的各種值。其能夠被用來定義窗口，在該窗口外面，迫使誤差變量D在控制函數(shù)中為零，并且出于工具的直接測量的目的中斷加工。為了簡單起見，在圖中尚未示出對應(yīng)的數(shù)據(jù)元素。很明顯，這些數(shù)據(jù)元素從后處理器3行進(jìn)至第一控制器10，其向NC 5傳送中斷命令以便使得后者給出用于工具測量操作8的命令(如果必要的話)。如果在D在大于工具的空間常量的路徑長度內(nèi)在所述窗口外面的情況下發(fā)生加工，則第一控制器(10)用信號來中斷加工以使得NC (5)執(zhí)行工具長度測量循環(huán)。
[0062]圖2圖示出本發(fā)明的第二實施例；其類似于圖1，具有兩個主要差別，即:
一方面，從第二控制器12發(fā)送工具磨損補(bǔ)償命令\。在這種情況下，速度Vw是正的或負(fù)的，如對于其中電極前進(jìn)和縮回以便保持進(jìn)行中的加工的常規(guī)電火花放電機(jī)器而言通常的那樣。因此，同時地控制加工間隙和磨損補(bǔ)償。不再要求沿著路徑Va的前進(jìn)速度，因為其等于設(shè)定速度V。；后一數(shù)據(jù)元素直接從后處理器3被傳送至NC 5。
[0063]另一方面，具有計算并傳送用于減小誤差D的命令的功能的第一控制器10在此模式下生成用于修改侵蝕性火花放電的頻率的命令A(yù)F。數(shù)據(jù)元素AF因此被發(fā)送至電火花放電銑削發(fā)生器11。
[0064]很明顯，上述實施例和變體不以任何方式是限制性的，并且在由獨立權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)能夠以任何期望方式被修改。例如，能夠用位置命令或設(shè)定值來替換速度命令或設(shè)定值。如果使用恒定能量加工模式，則能夠由以火花放電的數(shù)目表達(dá)的設(shè)定值來替換設(shè)定線性體積。分配給后處理器的某些功能能夠在NC中被實現(xiàn)。分配給第一控制器的某些功能能夠被分布在EDM發(fā)生器中或NC中，等等。
[0065]對附圖上的編號的圖解:
1CAD/CAM工具路徑發(fā)生器
2CAD/CAM編程站 3后處理器
4 EDM技術(shù)數(shù)據(jù)庫 5數(shù)字控制器(NC)
6NC編程站
7由NC控制的電動軸組
8用于測量工具在加工過程外面的長度的設(shè)備
9工具更換器
10第一控制器
11EDM發(fā)生器
12第二控制器
【權(quán)利要求】
1.一種使用細(xì)長形狀和恒定橫截面的工具電極的電火花放電銑削機(jī)器，其在其末端處執(zhí)行加工并經(jīng)受縱向磨損， 所述機(jī)器裝配有: -侵蝕性火花放電發(fā)生器， -具有心軸的旋轉(zhuǎn)主軸， -數(shù)字控制器， -由所述數(shù)字控制器控制的一組電動軸， -用于測量工具在加工過程外面的長度的設(shè)備， -與所述數(shù)字控制器對接的工具路徑發(fā)生器，其將工件劃分成要加工的一堆連續(xù)層并定義用于每個層中的 工具的掃描的一個或多個路徑，以及 -后處理器，充當(dāng)設(shè)定值發(fā)生器，與數(shù)字控制器對接或被集成在其中， -其特征在于，所述后處理器生成等效于在路徑上工具移動的每單位長度必須從所述工件侵蝕的設(shè)定線性體積的設(shè)定值C [m3/m]的文件， 與執(zhí)行由至少以下步驟組成的重復(fù)控制循環(huán)的第一控制器對接； -確定由每次火花放電所侵蝕的體積Q， -計算由工具從一次有效火花放電到下一次所行進(jìn)的距離S， -計算用于至少一次有效火花放電的實際侵蝕線性體積M [m3/m]，M從值Q和s形成測量樣本， -將所述樣本M與對應(yīng)的設(shè)定值C相比較以生成誤差D= C-M [m3/m], -由所述數(shù)字控制器來計算并傳送意圖在隨后的一個或多個循環(huán)期間減小此誤差D的命令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電火花放電銑削機(jī)器，其特征在于，設(shè)定值C[m3/m]的文件包含與路徑上的曲線橫坐標(biāo)相關(guān)聯(lián)的值的至少一個序列。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電火花放電銑削機(jī)器，其特征在于，所述第一控制器處理從所述后處理器接收到的所述設(shè)定值并能夠保持其在兩個連續(xù)曲線橫坐標(biāo)之間是恒定的，或者從一個曲線橫坐標(biāo)至下一個進(jìn)行內(nèi)插。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電火花放電銑削機(jī)器，其特征在于，所述第一控制器生成意圖只要誤差D = C-M [m3/m]超過能夠如期望的那樣小的給定公差就減小所述誤差的命令。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電火花放電銑削機(jī)器，其特征在于，所述第一控制器執(zhí)行用于在工具已經(jīng)在路徑上覆蓋小于工具旋轉(zhuǎn)直徑且優(yōu)選地小于其旋轉(zhuǎn)半徑的距離時補(bǔ)償磨損的至少一個控制循環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電火花放電銑削機(jī)器，其特征在于，所述第一控制器計算路徑的一部分上的所述工件中被侵蝕的體積的和2Q，或路徑間隔Pt [m]，其包括至少一個控制循環(huán)并產(chǎn)生與路徑的所述部分中被侵蝕的實際體積等效的測量樣本M [m3/m]。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電火花放電銑削機(jī)器，其特征在于，所述工具路徑被分段成固定增量或路徑間隔Pt [m]，所述第一控制器執(zhí)行用于每個路徑間隔的控制循環(huán)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7所述的電火花放電銑削機(jī)器，其特征在于，第一控制器在每個控制循環(huán)中計算縱向工具磨損補(bǔ)償命令W[m]，使得W=Uo * F(M，D)，其中F (M，D)是測量樣本變量M和誤差變量D = C-M的函數(shù)，并且其中，Uo [m/m3]是稱為“縱向工具磨損”的系數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電火花放電銑削機(jī)器，其特征在于，專用于加工間隙的調(diào)整的第二控制器將工具在其路徑上的前進(jìn)速度Va [m/s]控制在設(shè)定值V。[m/s]左右。
10.根據(jù)權(quán)利要求8和9所述的電火花放電銑削機(jī)器，其特征在于，所述第一控制器計算與意圖補(bǔ)償工具磨損的速度命令Ααπι/?，/Ρτ類似的命令，其中，表達(dá)式Va[m/s]是由所述第二控制器所生成的前進(jìn)速度命令，W[m]是由所述第一控制器所發(fā)送的命令，并且Pt[m]是路徑間隔。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電火花放電銑削機(jī)器，其特征在于，所述第一控制器使用商Lw/XQ'來計算用于系數(shù)Uo [m/m3]的取代值，其中，Lw是已經(jīng)消耗的工具的長度，由用于測量在加工過程外面的工具長度的設(shè)備所測量，并且SQ’是當(dāng)工具已覆蓋導(dǎo)致所述磨損Lw的那部分路徑時從所述工件侵蝕的體積的和。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電火花放電銑削機(jī)器，其特征在于，所述第一控制器在給定路徑部分內(nèi)同時地計算補(bǔ)償W的和SW和被侵蝕體積Q’的和SQ’，并且然后計算作為Uo[m/m3]的取代值的商SW/SQ’。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的電火花放電銑削機(jī)器，其特征在于，所述第一控制器更新關(guān)系式W[m] =F (C，D).Uo中的系數(shù)Uo。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電火花放電銑削機(jī)器，其特征在于，如果所述誤差D落在零周圍的公差窗口外面，則所述第一控制器迫使所述誤差變量D在函數(shù)F(M，D)中為零，而如果所述誤差D落在所述窗 口內(nèi)，也就是在接近于零的區(qū)域中，則控制函數(shù)F (M, D)是未改變的。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電火花放電銑削機(jī)器，其特征在于，如果在D在大于工具的空間常量的路徑長度內(nèi)在所述窗口外面的情況下發(fā)生加工，則所述第一控制器中斷所述加工以便使工具長度測量循環(huán)被執(zhí)行，所述空間常量是由工具所行進(jìn)的距離，其引起工具的磨損，導(dǎo)致等于層的厚度的縮短。
16.根據(jù)權(quán)利要求14和15所述的電火花放電統(tǒng)削機(jī)器,其特征在于,如果在大于P的沖程內(nèi)M < Liml，則所述第一控制器迫使磨損補(bǔ)償W為零，其中，Liml和P是與所述工具的變形風(fēng)險相對應(yīng)的量值。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至7所述的電火花放電銑削機(jī)器，其特征在于，專用于加工間隙調(diào)整的第二控制器在接近于其軸的方向上執(zhí)行工具的前進(jìn)和縮回移動，此移動還為工具的磨損提供補(bǔ)償。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電火花放電銑削機(jī)器，其特征在于，根據(jù)誤差D的值，所述第一控制器向加工發(fā)生器發(fā)送命令A(yù)F，所述命令A(yù)F意圖以使得如果D>0則頻率增加且如果D < O則頻率減小的方式來修改侵蝕性火花放電的頻率。
【文檔編號】B23H5/04GK103934521SQ201410022209
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月17日
【發(fā)明者】C.羅勒特, C.特里卡里科, J-C.迪奧特, R.德普雷蒂 申請人:阿杰·查米萊斯股份有限公司