专利名称：电火花加工机床的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电火花加工机床，尤其涉及一种在电火花加工引起的反作用力使电火花加工机床的主体位移情况下，在一个定值之内或以一个常量控制反作用力或电火花加工机床的主体位移的电火花加工机床。
图6是一个普通类型的常规电火花加工机床的结构图。
在图6中，数字1表示一个电极，数字2表示一个工件，数字3表示一个加工流体，数字4表示一个加工罐，数字5表示一个绕Z轴旋转电极1的电极旋转装置，数字6表示一个Y轴加工台，数字7表示一个驱动Y轴加工台的Y轴驱动装置，数字8表示一个X轴加工台，数字9表示一个驱动X轴加工台的X轴驱动装置，数字10表示一个沿Z轴方向驱动连接在电极1上的电极旋转装置5的Z轴驱动装置，数字11表示一个向电极1与工件2之间供给脉冲的电源，数字12表示一个探测加工中一个加工状态的加工状态探测装置，数字13表示一个对加工间隙供给加工流体的加工流体供给装置，以及数字14表示一个NC(数控)控制装置。图7是一个说明图6所示电火花加工机床的操作的方框图。在图7中，部件11、12、13及14与图6那些部件相同。数字15表示一个加工条件设定器，它给电源11、加工流体供给装置13、加工轨迹指示器1 6、跳动控制器17以及比较器18设定各种各样的加工条件。数字16表示加工轨迹指示器，它以一个期望形状、一个电极行星齿轮图以及诸如此类形式，产生一个用于加工工件的轨迹，数字17表示在加工操作期间使电极1上升与下落的跳动控制器，数字18是比较器，数字19表示一个加工控制器，以及数字20表示一个加工/跳动转换开关。从15到20这些部件的操作通常在NC控制装置14中用程序实现。数字21表示一个电极驱动装置，由电极旋转装置5、从6到10的各个轴加工台及各个轴驱动装置构成。数字22表示一个火花加工过程，指示在电极1与对向安排在加工流体3中的工件2之间引起的火花加工现象。
其次，将对操作作一说明。
在一个普通电火花加工机床中，为了按一个期望形状加工工件，同时保持一个稳定的加工状态，构成一个间距控制系统以调节电极1与工件2之间的间隙。该控制系统用比较器18把加工条件设定器15设定的一个参考指令值与加工状态探测装置12探测到的指示电火花加工过程22的一个探测值相比较，计算一个偏差，并且根据来自加工轨迹指示器16的一个指令发出一个电极移动指令，这样由加工控制器借此控制电极1与工件2之间的间隙，以使偏差为零。此外，在一个时点当电极移动指令值变成期望形状的一个最终指令值时，加工完成。在这种情况下在加工/跳动转换开关20中选择加工。
NC控制装置14具有跳动控制功能以及间距控制功能。在跳动中，加工/跳动转换开关20强制地把间距控制转换到跳动控制，由此使电极上升与下落。鉴于用它的抽吸操作从加工间隙中排出加工碎片，以使加工状态稳定，这个跳动很重要。
然而，在这样一种电火花加工机床中，在电极特别大，或者在精整操作中加工间隙非常狭窄，或者加工深度很大情况下，在跳动中在电极上升或下落时，对电极操作一个很大的正压力或负压力(在下文指由加工或加工反作用引起的反作用力)，由此使电火花加工机床的主体位移，并且使加工精度降低。按照东京技术学院Mohri等人的研究“电火花加工机床(EDH)的实际操作中性能的研究”，日本电机工程师协会会刊，vol.20，No.39，p.19—29，1987，上述操作在电极上的力是由于加工流体的粘性引起，并且当电极下落时操作在电极上的力尤其引起加工精度的降低。
图8A、8B及8C说明了由Mohri等人实际测量在跳动中的主轴移位、加工反作用以及支柱移位。从图中部分A明显可见，当电极下落时加工反作用最大。附带提及，在这些图中，主轴表示Z轴，以及支柱指示支承Z轴的机床主体，并且分别地加工反作用由一个集成在电极连接夹具中的力传感器测量。
为了解决上述问题，Mohri等人提出用一个刨床式结构来增强机床的刚性，并且刚好在电极下落完成之前减小电极下落速度，以消除加工反作用，由此减小支柱位移。
图8部分B表示加工反作用比部分A加工反作用小，并且因此支柱变形大小减小。这是由于在部分B中主轴的下落速度减低所引起，这一结果支持Mohri等人的建议。
日本审查的专利出版物No.31806/1992公开了一个基于相同概念的在跳动中控制电极速度的方法。如图9所示，在这个方法中，在电极上升与下落中按照电极与工件之间的距离来改变速度。在图9中，在电极上升中，在电极与工件之间距离为L1时，电极上升速度从v2增加到v1，以及在电极下落中，在电极与工件之间距离为L1时，电极下落速度从v1减低到v2，由此消除了操作在电极上的正压力与负压力。
附带提及，在Mohri等人的文章中，电极的面积叙述只到约20cm2。
图10A与10B指示在执行跳动操作的同时，在精整操作中主轴位移及支柱位移，其中使用了一个有大约1000cm2电极面积的电极。在跳动操作中，刚好在电极下落完成之前，控制电极下落速度使之减低。因此，虽然在电极上升中引起支柱位移，但是下落电极中几乎没有引起支柱位移。然而，与图8相比图10中值得注意的是，在部分C在电极与工件之间产生电火花时段内(在下文，指在放电中)，引起了一个很大的支柱位移。就放电所引起的支柱位移现象迄今还没说明。
这里所示的支柱位移不仅由按常规已被认识的加工流体的粘性造成的力所引起，而且还由于连续电火花汽化了加工间隙中限定的加工流体，此时产生的大量气泡的压力所引起。因此，支柱位移不限于跳动操作中的位移。影响实际加工精度的断定是这里所述的放电中的支柱位移，而不是上述电极上升与下落中的支柱位移。
如上所述，常规电火花加工机床不能处理在电极与工件之间间隙中放电产生的加工流体的气泡累积而使电极承受的力。因此，气泡的压力使电火花加工机床的主体位移，由于X、Y及Z轴的位移相互正交，引起加工形状误差，并且由于参考位置本身改变，引起加工尺寸误差，并且因此不能实现足够的加工精度。此外，加工是当电极移动指令变成期望形状的最后指令值的时点结束，而没有考虑机床的主体位移，并且因此引起加工形状误差。况且，作用在电极上的力对间距控制系统是一个操作扰动，并且在气泡从加工间隙排出或气泡又变成液态情况下，当压力快速变化时，不能保持一个稳定的加工状态，造成加工速度降低。
本发明的一个目的是解决上述问题，并且实现一种电火花加工机床，它能够改进由加工特别是放电中产生的反作用力所引起的加工精度与加工速度的降低。
按照本发明的第一方面，提供一种用电火花加工一个工件的电火花加工机床，对电极与工件之间间隙供给加工流体，并且在给电极提供跳动同时，给工件供给脉冲，所述跳动是电极相对工件的周期性移动；其中，所述电火花加工机床探测在电极与工件之间间隙中由加工操作产生的反作用力在电火花加工机床的主体中引起的状态量，并且按照状态量的探测值改变工件的加工条件。
按照本发明的第二方面，提供按照第一方面的电火花加工机床，其中状态量是对应反作用力在电火花加工机床的主体中引起的一个力的大小。
按照本发明的第三方面，提供按照第一方面的电火花加工机床，其中状态量是对应反作用力在电火花加工机床的主体中引起的一个位移的大小。
按照本发明的第四方面，提供按照第一方面的电火花加工机床，其中待改变的加工条件包括从跳动开始时间组成的组中选择的至少一个时间，脉冲的持续时段，各脉冲的接通与/或断开时段，脉冲的电流值与/或间隙电压，抽吸与排出加工流体的转换，抽吸与/或排出加工流体的数量，以及抽吸与/或排出加工流体的压力。
按照本发明的第五方面，提供一种用电火花加工一个工件的电火花加工机床，对电极与工件之间间隙供给加工流体，并且在给电极提供跳动的同时，给工件供给脉冲，所述跳动是电极相对工件的一个周期性移动；其中，所述电火花加工机床探测在电极与工件之间间隙中由加工操作产生的反作用力，或者由反作用力在电火花加工机床的主体中引起的位移大小，并且按照反作用力或变形大小执行一个抑制反作用力的第二跳动。
按照本发明的第六方面，提供一种用电火花加工一个工件的电火花加工机床，对电极与工件之间间隙供给加工流体，并且在给电极提供一个跳动的同时，给工件供给脉冲，所述跳动是电极相对工件的周期性移动；其中，所述电火花加工机床探测在电极与工件之间间隙中由加工操作产生的反作用力，或者由反作用力在电火花加工机床的主体中引起的位移大小，并且当探测值等于或小于一个预定值时，确定对工件的加工操作已告完成。
按照本发明的第七方面，提供一种用电火花加工一个工件的电火花加工机床，对电极与工件之间间隙供给加工流体，并且在给电极提供一个跳动同时，给工件供给脉冲，所述跳动是电极相对工件的周期性移动；其中，所述电火花加工机床探测在电极与工件之间间隙中由加工操作产生的反作用力，或者由反作用力在电火花加工机床的主体中引起的位移大小，并且校正确定电极相对工件的位置的加工操作的轨迹。
按照电火花加工机床的第一方面，探测在电极与工件之间间隙中由加工操作产生的反作用力在电火花加工机床的主体中引起的状态量，并且按照探测值改变工件的加工条件，由此提供稳定的加工，并且加工速度与加工精度得到改进。
按照电火花加工机床的第二方面，如第一方面中状态量那样，探测对应反作用力在电火花加工机床的主体中引起的力的大小，由此提供稳定的加工状态，并且加工速度与加工精度得到改进。
按照电火花加工机床的第三方面，如第一方面中状态量那样，探测在电火花加工机床的主体中引起的位移大小，由此提供稳定的加工状态，并且加工速度与加工精度得到改进。
按照电火花加工机床的第四方面，改变从跳动开始时间组成的组合中选择的至少一个时间，脉冲的持续时段，各脉冲的接通与/或断开时段，脉冲的电流值与/或间隙电压，抽吸与排出加工流体的转换，抽吸与/或排出加工流体的数量，以及抽吸与/或排出加工流体的压力，由此提供稳定的加工状态，并且加工速度与加工精度得到改进。
按照电火花加工机床的第五方面，探测在电极与工件之间间隙中由加工操作产生的反作用力，或者由反作用力在电火花加工机床的主体中引起的位移大小，并且按照反作用力或变形大小执行抑制反作用力的第二跳动，由此提供一个稳定的加工状态，并且加工速度与加工精度得到改进。
按照电火花加工机床的第六方面，探测在电极与工件之间间隙中由加工操作产生的反作用力，或者由反作用力在电火花加工机床的主体中引起的位移大小，并且当探测值等于或小于预定值时，确定对工件的加工操作完成，由此提供一个稳定的加工状态，并且加工速度与加工精度得到改进。
按照电火花加工机床的第七方面，探测在电极与工件之间间隙中由加工操作产生的反作用力，或者由反作用力在电火花加工机床的主体中引起的位移大小，并且校正确定电极相对工件的位置的加工操作的轨迹，由此提供一个稳定的加工状态，并且加工速度与加工精度得到改进。
图1是一个表示本发明的第一实施例中电火花加工机床的操作的方框图；图2是一个表示本发明的第二实施例中电火花加工机床的操作的方框图；图3A与3B是说明本发明的第二实施例中跳动的曲线图；图4是一个表示本发明的第三实施例中电火花加工机床的操作的方框图；图5是一个表示本发明的第四实施例中电火花加工机床的操作的方框图；图6是一个表示常规电火花加工机床的结构的示意图；图7是一个表示常规电火花加工机床的操作的方框图；图8A、8B与8C是测量在跳动中由加工流体的粘性引起的加工操作所产生的反作用力的曲线图；图9是一个表示常规电火花加工机床中跳动的曲线图；以及图10A与10B是说明测量在放电中由汽化加工流体产生的加工操作气泡所引起的反作用力的曲线图。
实施例1
如下将对本发明的第一实施例作说明。图1是一个说明电火花加工机床的第一实施例的操作的方框图。在图1中，部件11到13及部件16到22与图7所示常规例子中那些部件相同。数字23表示一个加工反作用探测装置，它探测在放电中由加工操作引起的加工反作用或反作用力，数字24表示一个加工条件改变装置，以及数字25表示一个可变加工条件设定器，它不同于常规加工条件设定器，并且有一个功能，能够用来自加工条件改变装置24的一个指令改变加工条件设定值。
在这个实施例中，加工反作用探测装置23探测放电中的加工反作用，并且加工条件改变装置24指示可变加工条件设定器25改变加工条件，以便探测值不等于或大于一个预定值，或保持恒定。至于加工反作用探测装置23，例如能使用电极驱动装置的电动机电流，连接在电极驱动装置上的转矩传感器，连接在电极夹具或电火花加工机床的主体或诸如此类的机体上的力传感器。此外，至于待改变的加工条件，能使用从跳动开始时间组成的组中选择的一个或几个时间，脉冲的持续时段，各脉冲的接通与/或断开时段，脉冲的电流值与/或间隙电压，抽吸与排出加工流体的转换，抽吸与/或排出加工流体的数量，以及抽吸与/或排出加工流体的压力。如上所述，加工反作用的主要原因是由于电火花汽化加工流体所产生的气泡被限制在加工的狭窄间隙中。因此，当上述加工条件改变时，就抑制了加工间隙中气泡的产生，或者加速了使产生的气泡从加工空间中排出的操作。结果，通过抑制加工操作引起的电火花加工机床的主体位移，有可能提高加工精度。
此外，虽然在这个实施例中由加工反作用探测装置23探测放电中的加工反作用，但是可以探测在放电中电火花加工机床的主体位移大小。在这种情况下，至于探测位移大小的装置，能使用光式测长设备，涡流电流式测长设备，差接变压器式测长设备，超声波式测长设备，应变仪以及诸如此类的测长设备。
虽然已经对电火花加工机床的第一实施例作了说明，但是图1所示的加工反作用探测装置23，加工条件改变装置24以及可变加工条件设定器25可以分别构成为专用装置，或者可以用程序在NC控制装置14中实现。
实施例2如下将对本发明的第二实施例作说明。图2是一个说明电火花加工机床的第二实施例的操作的方框图。在图2中，部件11到13、16和18到25与实施例1所示那些部件相同。数字26表示一个复合式跳动控制器。
在这个实施例中，加工反作用探测装置23探测放电中的加工反作用，并且复合式跳动控制器26控制第二跳动，以便探测值变成等于或小于一个预定值。图3A与3B指示用常规跳动控制器控制的跳动，以及用本实施例的复合式跳动控制器控制的跳动。在图3A与3B中，符号D表示对应常规跳动的第一跳动。此外，符号E表示在第一跳动间隔中适当执行的第二跳动。在这个实施例的跳动中，除了如常规例子那样，从加工间隙中排出加工碎片的第一跳动以外，还根据加工反作用探测装置23探测到的探测值来控制加工反作用，并且在第二跳动中自适应地控制跳动开始与跳起距离。因此，能有效地实现从加工间隙中排出加工碎片且同时控制加工反作用，并且能在稳定保持加工状态同时，抑制由加工反作用引起的电火花加工机床的主体位移，由此加工速度与加工精度能得到改进。
此外，在本实施例中加工反作用探测装置23的结构以及待改变的加工条件可以与实施例1中那些相同。
此外，在只是控制第二跳动情况下，加工条件改变装置24不是必须，并且很明显在这种情况下，可变加工条件设定器25与常规加工条件设定器相同。
虽然在这个实施例中由加工反作用探测装置23探测放电中的加工反作用，但是如实施例1中说明那样，可以探测在放电中电火花加工机床的主体位移大小。用于探测位移大小的装置可以与实施例1中那些装置相同。自然有可能把该实施例与实施例1的功能结合起来。
虽然已经对电火花加工机床的第二实施例作了说明，但是这个实施例中复合式跳动控制器26可以构成为一个专用装置，或者可以在NC控制装置14中用程序实现。
实施例3将对本发明的第三实施例作说明。图4是一个说明电火花加工机床的第三实施例的操作的方框图。在图4中，符号15表示图7所示的常规部分，并且部分11到13、16到18以及20到23与实施例1所示那些部分相同。数字27表示一个加工深度估计控制器，以及数字28表示一个加工控制器，它具有不同于常规加工控制器的加工完成估计功能，并且根据来自加工深度估计控制器27的指令来估计加工操作的完成。
在这个实施例中，加工反作用探测装置23探测放电中的加工反作用，并且加工深度估计控制器27给具有加工完成估计功能的加工控制器28发出一个估计加工深度指令，并且当探测值等于或小于一个定值时，估计加工深度。也就是说，当加工反作用引起的电火花加工机床的主体位移大小等于或小于一个容许值时，确定加工操作的完成，并且因此能精确地加工期望的加工深度。
虽然在本实施例中由加工反作用探测装置23探测放电中的加工反作用，但是如实施例1中说明那样，可以探测在放电中电火花加工机床的主体位移大小，并且根据位移大小可以估计加工深度。此外，可以提供一个根据加工反作用来计算位移大小的位移大小计算装置。自然有可能把这个实施例与实施例1与/或实施例2的功能结合起来。
虽然已经对电火花加工机床的第三实施例作了说明，但是加工深度估计控制器27及具有加工完成估计功能的加工控制器28可以分别构成为专用装置，并且可以用程序在NC控制装置14中实现。
实施例4如下将对本发明的第四实施例作说明。图5是一个说明第四实施例中电火花加工机床的操作的方框图。在图5中，部分15与图7所示常规部分相同，并且部分11到13及部分17到23与实施例1所示那些部分相同。此外，数字29表示一个位移计算器，它计算由加工反作用探测装置23探测的加工反作用所引起的电火花加工机床的主体位移，以及数字30表示一个具有轨迹校正功能的加工轨迹指示器，它根据位移计算器29计算的位移大小来校正加工轨迹指令。
在这个实施例中，加工反作用探测装置23探测放电中的加工反作用，位移计算器29根据探测值计算电火花加工机床的主体位移大小，并且具有轨迹校正功能的加工轨迹补偿器30根据位移大小在执行校正之后发出加工轨迹指令。因此，能实现高度精确地加工校正电火花加工机床的主体位移大小。
在这个实施例中，加工反作用探测装置23探测放电中的加工反作用，并且由位移计算器29根据探测值计算电火花加工机床的主体位移大小。然而，如实施例1已经说明那样，可以直接探测放电中电火花加工机床的主体位移大小，并且可以根据位移大小校正加工轨迹。自然有可能把该实施例与实施例1到实施例3中或一个或任意两个结合起来。
虽然在第四实施例中已经对电火花加工机床作了说明，但是图5所示具有轨迹校正功能的加工轨迹补偿器30可以构成为一个专用装置，或者可以用程序在NC控制装置14中实现。
按照本发明的第一方面，探测在电极与工件之间间隙中由加工操作产生的反作用力在电火花加工机床的主体中引起的状态量，即加工反作用，并且根据探测值改变工件的加工条件，由此能抑制由加工反作用引起的电火花加工机床的主体位移。因此，加工速度与加工精度两者都得到提高，同时能保持稳定的加工状态。
按照本发明的第二方面，探测在电极与工件之间由加工反作用在电火花加工机床的主体中引起的状态量，如用电极驱动装置的电动机电流，连接在电极驱动装置上的转矩传感器，连接在电极的主体、电极夹具或电火花加工机床的主体上的力传感器或诸如此类的装置所探测的力大小，并且能根据探测值改变工件的加工条件来抑制由加工反作用引起的电火花加工机床的主体位移。因此，加工速度与加工精度两者都得到提高，同时能保持稳定的加工状态。
按照本发明的第三方面，探测在电极与工件之间由加工反作用在电火花加工机床的主体中引起的状态量，如用光式测长设备，涡流电流式测长设备，差接变压器式测长设备，超声波式测长设备，应变仪等等探测的位移大小，并且能根据探测值改变工件的加工条件来抑制由加工反作用引起的电火花加工机床的主体位移。因此，加工速度与加工精度两者都能得到提高，同时保持稳定的加工状态。
按照本发明的第四方面，用力大小或位移大小探测在电极与工件之间由加工反作用在电火花加工机床的主体中引起的状态量，并且通过改变加工条件，比如跳动的开始时间，脉冲的持续放电时段，各脉冲的接通时间或断开时间，脉冲的电流值或间隙电压，抽吸与排出加工流体的转换，抽吸或排出加工流体的数量，抽吸与排出加工流体的压力或诸如此类的值，来抑制由加工反作用引起的电火花加工机床的主体位移。因此，加工速度与加工精度两者都得到提高，同时能保持稳定的加工状态。
按照本发明的第五方面，用电极与工件之间间隙中的加工反作用探测在电火花加工机床的主体中引起的状态量，并且按照状态量通过执行抑制加工反作用的第二跳动，能抑制由加工反作用引起的电火花加工机床的主体位移。因此，加工速度与加工精度两者都得到提高，同时能保持稳定的加工状态。
按照本发明的第六方面，探测在电极与工件之间由加工反作用在电火花加工机床的主体中引起的状态量，并且当探测值等于或小于一个预定值时，确定工件的加工操作已告完成。因此，加工速度与加工精度两者都得到提高，同时能保持稳定的加工状态。
按照本发明的第七方面，探测在电极与工件之间由加工反作用在电火花加工机床的主体中引起的状态量，并且校正确定电极相对工件的位置的加工轨迹。因此，加工速度与加工精度两者都得到提高，同时能保持稳定的加工状态。
权利要求
1.一种用电火花加工一个工件的电火花加工机床，对电极与工件之间间隙供给加工流体，并且在给电极提供跳动的同时，给工件供给脉冲，所述跳动是电极相对工件的一个周期性移动；其中所述电火花加工机床探测在电极与工件之间间隙中由加工操作产生的反作用力在电火花加工机床的主体中引起的状态量，并且按照状态量的探测值改变工件的加工条件。
2.按照权利要求1的一种电火花加工机床，其中状态量是对应反作用力在电火花加工机床的主体中引起的一个力的大小。
3.按照权利要求1的一种电火花加工机床，其中状态量是对应反作用力在电火花加工机床的主体中引起的一个位移的大小。
4.按照权利要求1的一种电火花加工机床，其中待改变的加工条件包括从跳动开始时间组成的组中选择的至少一个时间，脉冲的持续时段，各脉冲的接通与/或断开时段，脉冲的电流值与/或间隙电压，抽吸与排出加工流体的转换，抽吸与/或排出加工流体的数量，以及抽吸与排出加工流体的压力。
5.一种用电火花加工一个工件的电火花加工机床，对电极与工件之间间隙供给加工流体，并且在给电极提供跳动的同时，给工件供给脉冲，所述跳动是电极相对工件的一个周期性移动；其中所述电火花加工机床探测在电极与工件之间间隙中由加工操作产生的反作用力，或者由反作用力在电火花加工机床的主体中引起的位移大小，并且按照反作用力或变形大小执行一个抑制反作用力的第二跳动。
6.一种用电火花加工一个工件的电火花加工机床，对电极与工件之间间隙供给加工流体，并且在给电极提供跳动的同时，给工件供给脉冲，所述跳动是电极相对工件的一个周期性移动；其中所述电火花加工机床探测电极与工件之间间隙中由加工操作产生的反作用力，或者由反作用力在电火花加工机床的主体中引起的位移大小，并且当探测值等于或小于一个预定值时，确定对工件的加工操作已告完成。
7.一种用电火花加工一个工件的电火花加工机床，对电极与工件之间间隙供给加工流体，并且在给电极提供跳动的同时，给工件供给脉冲，所述跳动是电极相对工件的一个周期性移动；其中所述电火花加工机床探测在电极与工件之间间隙中由加工操作产生的反作用力，或者由反作用力在电火花加工机床的主体中引起的位移大小，并且校正确定电极相对工件的位置的加工操作的轨迹。
全文摘要
一种用电火花加工一个工件的电火花加工机床，对电极与工件之间间隙供给加工流体，并且在给电极提供跳动的同时，给工件供给脉冲，所述跳动是电极相对工件的一个周期性移动；其中所述电火花加工机床探测在电极与工件之间间隙中由加工操作产生的反作用力在电火花加工机床的主体中引起的状态量，并且按照状态量的探测值改变工件的加工条件。
文档编号B23H7/18GK1133217SQ9512052
公开日1996年10月16日 申请日期1995年12月6日 优先权日1994年12月7日
发明者今井祥人, 三宅英孝, 真柄卓司, 后藤昭弘 申请人:三菱电机株式会社