专利名称:电蚀穿孔加工时冲净蚀除区的方法和设备的制作方法
本发明是关于电蚀穿孔加工时冲净蚀除区的一种方法，其中，工具电极相对于工件的主升降运动是在电介质中进行的。
本发明还涉及一种冲净电蚀穿孔加工装置蚀除区用的设备，该电蚀穿孔加工装置具有一个升降器，用以使工具电极在电介质中相对于工件作主升降运动。
通常大家都知道，这种方法和设备是与电蚀穿孔加工装置有关的。上述升降运动在电介质(例如油)中具有泵唧作用，可用以冲净，特别是清理蚀除区。
在穿孔加工地蚀除过程中一般采用下列工序根据实际的蚀除装置(例如所备有的冲洗器、所采用的电极和待加工的工件)以及所寻求的加工目标(例如想达到的几何条件、想达到的表面质量、蚀除强度、小磨损量等)，根据现有技术指标，确定几何参数(△R、△β、△Z、△X、△Y)和所使用的方法所特有的参数(U、I、T、Q等)。这些参数也叫做外部参数，其意义如下
△R径向前行行程(例如供分段扩孔用)
△β径向加工运动的角增量
△ZZ轴向增量
△XX轴向增量
△YY轴向增量
U空载电压
I电流强度
T脉冲持续时间
Q冲洗量
细心选好上述参数之后，蚀除过程即可开始。蚀除过程的特点在于，例如，脉冲特有的物理参数，如燃弧延迟时间td、短路部分tc等。这些参数受所谓在线操作在伺服灵敏度
、间隙中伺服参考电压
、蚀除区的清除△
、间隔时间△τ等方面的影响。
电蚀穿孔加工过程的质量可用过程的效率和过程的稳定性来说明。过程效率提供物理过程在效率方面的信息，例如，空载部分和短路部分。过程稳定性提供加工动态性能方面的信息，例如主轴轴套的运动等。
过程中出现的任何问题都会降低过程的效率和稳定性，而蚀除过程却偏偏总是伴随有各种各样的问题，这些问题不是由过程本身引起的就是由外部传给过程引起的。
通常在电蚀穿孔加工过程中是需要进行过程操作的，目的是为了进一步保证过程的效能，例如，电弧是否在加工区或蚀除区深处开始起弧。为解决这类问题，电蚀装置通常装有叫做自动防止短路系统的监控系统。在穿孔加工蚀除装置中，这些系统往往在故障情况下促使主轴轴套作升降运动或仅仅作返回运动。
这些升降运动(也叫做定时运动)用以清理加工区，从而使加工过程安全。
大家也都知道，这些定时运动不仅仅是在发生短路时进行，而且也是作为预防性措施定期进行的，以便尽可能防止短路的发生。机床的操作员可以给定时运动的操作设定某一操作频率，换句话说，在两个定时运动之间有一特定的时间间隔。此操作频率通常取决于所给定的外部参数，但也与工具电极在加工区中的贯入深度有关。定时运动行程的高度也可以事先确定。
然后，定时运动损害过程的稳定性和效率，尤其是增加了加工时间。
本发明就是要解决上述问题，特别是要缩短电蚀穿孔加工装置的加工时间。
从方法的观点，这个问题是这样解决的;在本说明书前序所述的方法中，在两次主升降运动之间在电介质中进行一次或多次工具电极相对于工件行程较短的辅助升降运动。
从设备的观点，这个问题是这样解决的;在上述前序的设备中，将升降器制成两级式，使得在两次主升降运动之间，升降器可使工具电极相对于工件进行一次或多次行程较短的辅助升降运动。
本发明是以这样的研究结果为基础的为要通过适当的冲净和清除局部污染，如果过程当中有长行程升降运动，则只要再加以短行程升降运动就足以解决问题。长行程升降运动的行程高度有原先的升降运动的行程高度那么高就足够了。
在正常的升降运动之间插入短行程升降运动，不仅缩短空载时间因而提高加工效率，而且还使过程稳定性下降得比进行正常或长行程升降运动时的少。
本方法最好这样使用，使插入两次主升降运动之间的短行程辅助升降运动的次数、行程高度和/或频率保持恒定。这样就有可能以特别简单的方式缩短加工时间和监控过程次序。本发明的方法尤其是可简单地这样理解在频率方面，主升降运动与辅助升降运动(即正常升降运动与短行程升降运动)之间是没有什么区别的，而是各升降运动的时间间隔与前一个升降运动的时间间隔相同。
短行程升降运动的行程高度最好为长行程升降运动行程高度的1/20至3/4，特别是1/10至1/2，最理想的情况为1/6至1/3。可以使用长行程升降运动的平均行程高度作为基准，从而使短行程升降运动的行程高度在整个蚀除过程期间保持不变。从操作的观点来看，要采取这个措施是不难的，但会有这样的后果随着工具电极贯入工件深度的增加，定时运动的频率增加，且/或必须减少插入两次长行程定时运动之间的短行程定时运动的次数。但如果短行程定时运动的行程高度与长行程定时运动的行程高度相适应，则两定时运动的行程高度会随工具电极贯入工件深度的增加而增加，且在某些情况下有可能无需提高频率和/或减少所插入的短行程定时运动的次数。因此，增加定时运动的行程高度能提高冲净效果，且使蚀除区的冲净效果良好，特别是工具电极贯入工件的深度很大时更是如此。
最佳定时频率最好是通过令蚀除过程在起始阶段大幅度进行加以确定，在各情况下，升降运动是在出现短路情况下进行的，由此确定两次出现短路情况的平均时间间隔。然后取此时间间隔作为定时运动的周期，因此所述周期最好也减去一个安全值，或者换句话说，相应地增加频率。
定时运动的频率自动适应变化着的过程情况可进一步缩短加工时间。这种适应最好能实行，因为尽管已有定时运动，无论发生任意次的短路情况，这种适应还是要经过不同持续时间的计数时间才能建立起来。如果在短计数时间期间或紧接随后的短计数时间期间发生一次或多次短路，则增加给定的定时频率。但若在较长的计数时间期间或紧接随后的较长的计数时间期间没有发生短路情况，则减少定时频率。
从，例如，德国专利2734682(展密勒斯Charmilles)或日本专利JP-OS 59-69220(法奴克Fanuc)实质上可了解到定时运动与变化着的过程情况的适应关系。
下面就针对一些实施例，同时从现有技术和附图非常详细地说明本发明的内容。附图中
图1是现有技术的定时运动程度的曲线图。
图2是本发明一个实施例的定时运动程序的曲线图。
图3是履行图2所示的定时运动用的设备一个实施例的电路图。
图1表示工具电极与工件之间的距离H与蚀除时间t的关系。根据图1，工具电极是在恒定的时间间隔从工件拉开一段行程高度H1然后再以恒定值向上移动到工件上。在此升降运动过程中(以下称定时运动)，没有进行蚀除。有关的时间间隔用tHS表示。蚀除过程是在紧接下来的时间间隔teros发生的，如分叉箭头P所示。所有定时运动都用Ⅰ表示。
图2中所示本发明的实施例与现有技术的主要区别在于，在两个主定时运动Ⅰ之间进行了若干短行程辅助定时运动Ⅱ。根据图2，蚀除过程是在时间t等于零时开始的。进行Z蚀除时，在给定的时间间隔t1、t2、t3……tn中固定着工具电极3的主轴轴套，其短行程定时运动Ⅱ是在Z方向上进行的。在所述的实施例中，数字n等于10，两短行程定时运动之间的时间间隔等于常数，即tm-tm-1＝常数，其中m为整数，且1≤m≤10。短行程定时运动Ⅱ的行程高度h1约为1毫米。在第十个短行程定时运动Ⅱ之后进行头一个长行程定时运动Ⅰ，其行程高度H1约为4.5毫米。这之后又是十个短行程定时运动Ⅱ，接着在时间2T(＝2×tn+1)处是一个长行程定时运动Ⅰ，其行程高度可以是基本上与上一个长行程定时运动Ⅰ的相同，即在本实施例中为H1。在另外n个短行程定时运动Ⅱ之后，再次又是一个长行程定时运动Ⅰ，如此类推。
在所述实施例中，长行程定时运动Ⅰ的行程高度作为工具电极3贯入工件3′的深度的函数逐步增加。工具电极贯入工件的深度随时间的增长是按图3中所示的实施方案测定的，它确保行程高度逐步增加，下面即将谈到。在所述实施例中，行程高度H1、H2和H3分别为4.5、4.55和4.6毫米。
原则上，短行程定时运动Ⅱ在与前一个长行程定时运动Ⅰ的行程高度成固定比例的情况下也能随贯入深度的增加而增加。
显然，短行程定时运动Ⅱ在两长行程定时运动Ⅰ之间的次数、其时间间隔或频率和/或其升降速率都可加以修改。
特别是，例如，短行程定时运动Ⅱ的次数可使其随工具电极贯入到工件的深度的增加而减少。
在所述的实施例中，开始进行定时运动的时间间隔，无论是长行程还是短行程定时运动，都是一样的。短行程定时运动Ⅱ的起始时间以ta1、ta2……tan，T+ta1……表示，长行程定时运动Ⅰ的起始时间以Ta、2Ta表示。
图3中所示的电路图能使起动或起始阶段期间自动调定最佳定时频率，使该频率适应在蚀除过程中可能变化的蚀除区的情况，并使定时运动的行程高度适应工具电极3贯入工件3′增加着的深度。
从图3可以看到，电路中配备有脉冲发生器4，为界定着加工间隙的电极供应电压/电流脉冲。这些电极是工具电极3和工件电极3′(以下简称为工件)。加工间隙(以下称之为蚀除区)以箭头P表示。
在正常加工条件下，传动装置2不断地使工具电极3相对于工件3′移动，使工具电极3的正面与工件3′直接面向电极3正面的表面之间基本上保持一定距离。传动装置2的动作受控制电路1的控制。
若蚀除过程不在Z方向上进行(如前面所假设的那样)而是例如在X或Y方向上发生，则传动装置2将工具电极3在X或Y方向上向前移向工件3′。火花电位分析器5测定出蚀除区中的电流/电压情况，其输出信号C表明有短路部分。输出信号C在比较器7与参考值电路6的参考信号加以比较。若短路部分太高，则比较器7给控制电路1的第一校正输入端17提供一个输出信号T。输出信号T导致清理蚀除区的长行程定时运动Ⅰ(参看图2)的发生。
至此所论述的电路部分本身是众所周知的。同样，众所周知，比较器7还可以给控制电路1提供信号，使该信号控制着工具电极3向工件3′推进，从而基本上保持工具电极3与工件3′之间的上述恒定距离。
从图1还可以知道，与执行主定时运动Ⅰ(即工具电极3在一定时间间隔的主升降运动)的短路信号T的出现无关，可能出现的短路信号T还会导致另外的升降运动的产生。
为调定这类定时运动之间最佳的时间间隔，图3的电路设有一个计数器8、一连接在计数器8上游的时钟发生器9、另一计数器10、一接在计数器8、10下游的加法/除法电路11、一接在电路11下游的减法电路12，还有寄存器13和接在减法电路12下游的存储器和校正电路14。
在起始阶段(即蚀除过程开始时)，下列开关处于接通位置。配置在比较器7与计数器8之间的开关S1，配置在比较器7与计数器10之间的开关S2和配置在减法电路12与存储器和校正电路14之间的开关S5。其它开关S3和S4系处于打开状态，即处于不接通的位置。开关S3的打开位置防止对存储在存储器和校正电路14中的值进行校正。开关S3处于打开位置时，存储器和校正电路只起存储器电路的作用。开关S4处于打开位置时防止接在其上游的比较器15的控制信号作为复位信号被传送到计数器8中，或作为控制信号传送到控制电路1中。
为启动定时运动，在起始阶段，控制电路1只由短路信号T进行控制。在此阶段，时钟发生器9不断给计数器8的计数输入端提供定时信号。短路信号T控制着计数器8的其中一个复位输入端，而且还释出计数器的内容。因此计数器8的输出信号ET表示两个短路之间的时间，或更确切地说，两个形成的短路情况之间的时间。计数器10的计数输入也受短路信号T的控制，其输出信号N则表示在起始阶段发生的短路次数。
计数器8和10的输出信号ET和N加到加法/除法电路11的计算输入端上。加法/除法电路11将计数器8的信号ET加起来，并通过计数器10的输出信号N来除如此得出的和。加法/除法电路11的输出信号ETA表示计数器8的输出信号的算术平均值，即比较器7的输出信号T所引起的两次定时运动之间的平均时间。
均值信号ETA和寄存器13的输出信号△E加到减法电路12的计算输入端。寄存器13的输出信号△E是在减法电路12从均值信号ETA所减去的正号值。因此减法电路12使均值信号ETA减少了△E。因而减法电路12的输出信号ES有一个相对于两短路信号T之间的时间平均值ETA的安全距离。输出信号ES在起始阶段系存储在存储器/校正电路14中，在起始阶段之后则作为比较器15的参考值。
在起始阶段终结时，S1、S2和S5打开，即进入不接通的状态，S3和S4则闭合，即进入接通状态。在紧接着的加工阶段中，时钟发生器9将其定时信号提供给计数器8，计数器8在其第二计数输入端的输出信号Z这时就加到比较器15的一个输入端。若信号ES已在存储器/校正电路14中进行校正，则另一个比较器输入端从电路14接收等于ES的输出信号ES1。计数器8的输出信号Z一达到存储器/校正电路14的输出信号ES1的值时，比较器15就也提供控制信号T1，加到计数器8的复位输入端，并使计数器8复位。接着，计数器8再次进行计数。比较器15的输出信号T1加到控制电路1的控制输入端18上。
这样，控制电路1在其信号输出端18′给驱动装置2提供一个信号。驱动装置2系构成两阶段式，使得由控制电路1的信号输出端18′触发时，履行短行程定时运动Ⅱ，由控制电路1的另一个控制输出端17′触发时履行长行程定时运动Ⅰ。控制电路1也具有这样的结构，使它始终只给两控制输出端17′和18′中的一个提供信号。控制输出端17′具有这样的优先控制程度，即只要在控制输入端17有信号，无论在控制输入端18是否同时有信号，它就始终得到供应。因此只要出现短行程信号T，和跨接控制输入端17、18的分频器电路16提供输出信号时一样，就始终进行长行程定时运动Ⅰ。
分频器电路16是这样设计，使它给控制电路1的控制输入端17传送比较器15的每一个第(n+1)个控制脉冲T1。因此经过n个短行程定时运动Ⅱ之后就在一个长行程定时运动Ⅰ，接着是n个短行程定时运动。此外，所述定时运动之间的时间间隔与存储器/校正电路14的输出信号ES1所提供的时间长短相同。因此定时运动的频率相当于ES1的倒数。
为校正存储器/校正电路14所提供的参考值ES1，配备了两个计数器，即计数器10′和10″，该两计数器的下游在各情况下连接有阈级20′、20″。阈级20′和20″的输出端连接到存储器/校正电路14的输入端，并提供校正信号-△ES和+△ES。两计数器10′和10″的计数输入端连接到比较器7的短路输出端上，因而对短路次数进行计数。计数器10′和10″的复位输入端连接到跨接两除法器级D1和D2两端的时钟发生器9的时钟输出端上。因此除法器D1和D2确定计数器10′和10″的计数时间。时钟发生器9的时钟脉冲在除法器D2是用比在除法器D1中更大的数目去除。因此计数器10″计数的时间比计数器10′长。
若计数器10′在给定计数时间内计出的短路次数小于阈电路20′的阈值，阈电路20′就不提供输出信号。若计数器10′计出的短路次数等于或大于阈电路20′的阈值，阈电路20′就提供输出信号(即信号-△ES)给存储器/校正电路14。输出信号-△ES的出现意味着，尽管定期进行了定时运动，短路的次数仍然太多，因而必须降低比较器15的参考值ES1，即必须提高定时运动的频率。但若计数器10″计出的短路次数达到或超过连接在其下游的阈电路20′的阈值，则阈电路20″不提供输出信号。可是若计数器10″计出的短路次数仍然低于阈电路20″的阈值，阈电路20″就给存储器/校正电路14提供校正信号+△ES。阈电路20″输出信号+△ES的出现意味着短路次数太少，特别是不出现短路，因而必须增加比较器15的参考时间ES1，即可降低定时运动的频率。这样就确保了进行定期定时运动的次数最少。
校正电路之所以能有效地起校正作用是因为除法电路D3或D4在各情况下都连接到两阈电路20′和20″的下游，因而两者，例如，只给存储器/校正电路14提供阈电路20′和20″的每个三分之一的输出信号。
为修正定时运动Ⅰ和Ⅱ的行程高度H还设有测量电路23用以测定工具电极3贯入工件3′的深度。测量电路23的输出信号d加到校正元件22上，校正元件22又给驱动装置2提供输出信号，从而随着工具电极3贯入工件3′深度的增加修正(最好是逐步地不要连续地)定时运动Ⅰ、Ⅱ的行程高度H。
权利要求
1、一种电蚀穿孔加工过程中冲净蚀除区的方法，在加工过程中，工具电极(3)相对于工件(3′)所作的主升降运动(Ⅰ)是在电介质中进行的，该方法的特征在于，在两次主升降运动(Ⅰ)之间进行了一次或多次短行程辅助相关升降运动(Ⅱ)。
2、根据权利要求
1的方法，其中在两次主升降运动(Ⅰ)之间进行了若干次辅助升降运动(Ⅱ)，该方法的特征在于，所述辅助升降运动(Ⅱ)是在一定的时间间隔内进行的。
3、根据权利要求
2的方法，其特征在于，两个紧接着的升降运动(Ⅰ，Ⅱ)的起始点tan，Ta，(T+ta1)之间的时间间隔，或升降运动(Ⅰ，Ⅱ)终点与紧接着它们的升降运动(Ⅰ，Ⅱ)的起点(tan，Ta，(T+ta1))之间的时间间隔完全相同。
4、根据以上任一权利要求
的方法，其中在两次主升降运动(Ⅰ)之间进行着若干次辅助升降运动(Ⅱ)，该方法的特征在于，所述辅助升降运动(Ⅱ)的次数(n)和/或行程高度(h)保持恒定。
5、根据以上任一权利要求
的方法，其特征在于，辅助升降运动(Ⅱ)的行程高度(h)为主升降运动(Ⅰ)的行程高度(H)的1/20至3/4。
6、根据权利要求
5的方法，其特征在于，辅助升降运动(Ⅱ)的行程高度(h)为主升降运动(Ⅰ)的行程高度(H)的1/10至1/2。
7、根据权利要求
6的方法，其特征在于，辅助升降运动(Ⅱ)的行程高度(h)为主升降运动(Ⅰ)的行程高度(H)的1/6至1/3。
8、根据以上任一权利要求
的方法，其特征在于，升降运动(Ⅰ，Ⅱ)的时间间隔(T;tan-tan-1)和/或行程高度(h)系作为蚀除区加工条件的函数进行控制。
9、根据权利要求
8的方法，其特征在于，为调定升降运动(Ⅰ，Ⅱ)的时间间隔
甲)令蚀除过程在预定持续时间的起始阶段大幅度进行，在该过程中，监控着在蚀除区发生的短路情况，当有短路情况发生时就进行主升降运动(Ⅰ);
乙)测定起始阶段发生短路情况的况数以及其对应的时间间隔(ET)，由此确定平均时间间隔(ETA)(以下称之为平均短路时间间隔);
丙)平均短路时间间隔(ETA)是作为两次紧接着的升降运动(Ⅰ，Ⅱ)之间的时间间隔给出的。
10、根据权利要求
9的方法，其特征在于，选取比平均短路时间间隔(ETA)小一个安全值(△E)的时间作为两次紧接着的升降运动(Ⅰ，Ⅱ)之间的给定时间间隔。
11、根据8至10任一权利要求
的方法，其特征在于，为修正紧接随后的主(Ⅰ)、辅助(Ⅱ)和/或主和辅助升降运动(Ⅰ，Ⅱ)之间的给定时间间隔
甲)监控蚀除区发生的短路情况，若发生短路情况，则在给定的升降运动(Ⅰ，Ⅱ)时间间隔(ES1)之外另外进行升降运动;
乙)确定另外进行的升降运动的频率，且
丙)作为该频率的函数修正给定的时间间隔(ES1)的长度，从而给定如此修正了的时间间隔(ES1)，作为新的时间间隔。
12、根据权利要求
11的方法，其特征在于，若在给定的第一时间间隔内或在预定数目的紧接随后的第一时间间隔内进行了另外的因一次以上的短路引起的升降运动，则减少升降运动(Ⅰ，Ⅱ)之间的时间间隔(ES1)。
13、根据权利要求
11或12的方法，其特征在于，若在给定的第二时间间隔内或在若干紧接随后的给定的第二时间间隔内设有进行因短路发生的额外升降运动，则增加升降运动(Ⅰ，Ⅱ)之间的给定时间间隔(ES1)。
14、一种冲净电蚀穿孔加工装置蚀除区用的设备，用以实行权利要求
1的方法，该装置具有一升降器(1，2，8，9，14，15，16)用以使工具电极(3)在电介质中相对于工件(3′)作主升降运动(Ⅰ)，该设备的特征在于，升降器(1，2，8，9，14，15，16)设计成两级式(16)，使得它在两次主升降运动(Ⅰ)之间使工具电极(3)相对于工件(3′)作一次或多次短行程(h)辅助升降运动。
15、根据权利要求
14的设备，用以实行根据权利要求
11的方法，其特征在于
甲)短路监控器(5，6，7)，该短路监控器当蚀除区发生短路情况时发出短路信号(T)，且系这样连接到升降器(1，2，8，9，14，15，16)上，使得出现短路信号(T)时，升降器就进行额外的升降运动;
乙)器件(10′，10″，20′，20″)，用以确定额外引起的升降运动的频率;
丙)器件(10′，10″，20′，20″)的信号输出系连接到设在升降器件(1，2，8，9，14，15，16)上的校正元件(14)的校正输入端上，用以修正升降运动(Ⅰ，Ⅱ)之间给定的时间间隔(ES1)。
16、根据权利要求
15的设备，用以实行根据权利要求
12的方法，其特征在于，用以测定因短路引起的额外升降运动的频率的器件(10′，10″，20′，20″)具有一用以对在第一预定计数时间(D1)内进行的额外升降运动进行计数的计数级(10′)和一连接到计数器(10′)的阈电路(20′)，阈电路(20′)的输出端如此连接到升降器(1，2，8，9，14，15，16)校正元件(14)的第一校正输入端上，使得当计算级内容超过预定的第一阈值时，第一阈电路(20′)给校正元件(14)的第一校正输入端提供一校正信号(-△ES)，以减少预定的第一时间间隔(ES)。
17、根据权利要求
14或15的设备，用以实行根据权利要求
13的方法，其特征在于，用以测定短路所引起的额外升降运动的频率的器件(10′，10″，20′，20″)具有用以对在第二预定计数时间(D2)内进行的额外升降运动进行计数的第二计数级(10″)和连接到第二计数级(10″)的第二阈电路(20″)，第二阈电路(20″)的输出端这样连接到升降器(1，2，8，9，14，15，16)校正元件(14)的第二校正输入端上，使得当计算级内容没有达到预定的第二阈值时，第二阈电路(20″)给校正元件(14)的第二校正输入端提供校正信号(+△ES)。
18、根据14至17任一权利要求
的设备，用以实行根据8至13任一权利要求
的方法，其特征在于，升降器(1，2，8，9，14，15，16)具有用以设定主升降运动(Ⅰ)的行程高度(H)的校正元件(22)和用以测定工具电极(3)贯入工件(3′)的深度(d)的器件(23)，贯入深度测定器(23)的信号输出端则连接到调定行程高度用的校正元件(22)的校正输入端上。
专利摘要
在电蚀穿孔加工过程中冲净蚀除区的一种方法和设备，其中在工具电极3相对于工件3′在电介质中进行的两次主升降运动I之间进行了一次或多次短行程辅助升降运动II，且升降运动I、II的频率和/或行程高度能自动适应加工间隙的情况。
文档编号B23H7/16GK87101259SQ87101259
公开日1988年7月13日 申请日期1987年12月22日
发明者吉迪恩·利维, 克劳迪奥·利博特, 马可·博卡多罗, 西尔瓦诺·马吉纳蒂 申请人:洛迦诺电子工业股份有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan