加工裝置和加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明有關(guān)一種加工裝置和加工方法，尤其涉及一種用于電火花加工工件的加工裝置和加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，電火花加工(Electrical Discharge Machining, EDM)方法用來(lái)切割或成型導(dǎo)電材料，例如鋼、石墨、硅和磁性材料，并且普遍用來(lái)加工金屬工件。實(shí)現(xiàn)電火花加工方法的電火花加工裝置包括用來(lái)加工工件的電極。在電火花加工中，提供直流電和加工液于工件和電極之間來(lái)產(chǎn)生電火花或短暫的電弧。電極的加工末端和工件之間存在大約0.01毫米至大約0.50毫米的間隙，加工液提供于該間隙中。加工液在直流電作用下部分電離，如此在電極的加工末端和工件之間產(chǎn)生電火花或短暫的電弧。每一電火花或短暫的電弧產(chǎn)生熱量來(lái)熔融工件的靠近電極的部分材料。通過(guò)連續(xù)的電火花或電弧來(lái)逐步移除工件的材料。
[0003]現(xiàn)有的電火花加工裝置的供電系統(tǒng)提供一串電壓脈沖給電極。當(dāng)電壓脈沖提供給電極時(shí)，電火花或短暫的電弧在電極和工件之間產(chǎn)生來(lái)移除工件的材料。然而，當(dāng)處于兩個(gè)電壓脈沖之間的間歇時(shí)間時(shí)，無(wú)電火花或電弧產(chǎn)生，工件的材料未被移除。如此，加工速率和效率較低，加工工件花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)。尤其是對(duì)于加工成形復(fù)雜的產(chǎn)品，加工耗時(shí)巨大。例如加工高壓擴(kuò)散噴嘴，高壓擴(kuò)散噴嘴具有數(shù)目很多的葉片且每一葉片形狀復(fù)雜，需要提供數(shù)量巨大的電壓脈沖，產(chǎn)生無(wú)數(shù)次的電火花或電弧來(lái)完成一個(gè)渦輪葉盤(pán)，從而加工時(shí)間非常長(zhǎng)。
[0004]因此，有必要提供一種加工裝置和加工方法來(lái)解決上面提及的至少一個(gè)技術(shù)問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的一個(gè)方面在于提供一種加工裝置。該加工裝置包括:若干電極組，每一所述電極組包括一個(gè)或多個(gè)電極；及供電系統(tǒng)，連接于所述電極組，且用來(lái)提供相繼的電壓脈沖給所述電極組來(lái)激勵(lì)所述電極組相繼放電。
[0006]本發(fā)明的另一個(gè)方面在于提供一種加工方法。該加工方法包括以下步驟:提供多個(gè)電極組，每一所述電極組包括一個(gè)或多個(gè)電極；放置所述電極組靠近工件且提供加工液于所述電極組和所述工件之間；及提供若干電壓脈沖給所述電極組來(lái)從所述工件移除材料，所述電壓脈沖相繼產(chǎn)生來(lái)激勵(lì)所述電極組相繼放電。
[0007]本發(fā)明電壓脈沖相繼產(chǎn)生來(lái)激勵(lì)電極組相繼放電，從而提高加工效率。
【附圖說(shuō)明】
[0008]通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中:
[0009]圖1所示為本發(fā)明加工裝置的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；
[0010]圖2所示為圖1所示的加工裝置的供電系統(tǒng)連接電極組和工件的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；
[0011]圖3所示為圖2所示的供電系統(tǒng)輸出的電壓脈沖的一個(gè)實(shí)施例的波形圖；
[0012]圖4所示為圖2所示的供電系統(tǒng)輸出的電壓脈沖的另一個(gè)實(shí)施例的波形圖；
[0013]圖5所示為供電系統(tǒng)連接電極組和工件的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖；
[0014]圖6所示為供電系統(tǒng)連接電極組和工件的再一個(gè)實(shí)施例的示意圖；
[0015]圖7所示為本發(fā)明加工方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]除非另作定義，此處使用的技術(shù)術(shù)語(yǔ)或者科學(xué)術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)為本發(fā)明所屬領(lǐng)域內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)說(shuō)明書(shū)以及權(quán)利要求書(shū)中使用的“第一”“第二”以及類(lèi)似的詞語(yǔ)并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來(lái)區(qū)分不同的組成部分。同樣，“一個(gè)”或者“一”等類(lèi)似詞語(yǔ)也不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個(gè)?！鞍ā被蛘摺鞍钡阮?lèi)似的詞語(yǔ)意指出現(xiàn)在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵蓋出現(xiàn)在“包括”或者“包含”后面列舉的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件?！斑B接”或者“相連”等類(lèi)似的詞語(yǔ)并非限定于物理的或者機(jī)械的連接，而是可以包括電性的連接，不管是直接的還是間接的。
[0017]圖1所示為一個(gè)實(shí)施例的加工裝置100的示意圖。加工裝置100在一實(shí)施例中為電火花加工裝置，可用來(lái)加工噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、航空元件、渦輪機(jī)部件、飛機(jī)引擎、葉輪等。加工裝置100用來(lái)從工件200上移除材料形成預(yù)期的形狀。例如，高壓擴(kuò)散噴嘴。高壓擴(kuò)散噴嘴為360度的壓縮機(jī)葉片組合，具有若干葉片。葉片為螺旋槳，環(huán)形間隔排布。工件200可由導(dǎo)電材料制成。加工裝置100包括供電系統(tǒng)11、若干電極組13、機(jī)床15、主控制器17、伺服控制器19和探測(cè)裝置21。
[0018]供電系統(tǒng)11連接于電極組13，用來(lái)提供相繼的電壓脈沖給電極組13來(lái)激勵(lì)電極組13相繼放電。電壓脈沖先后且連續(xù)性地產(chǎn)生。供電系統(tǒng)11包括電源23和脈沖產(chǎn)生單元25。電源23用來(lái)提供電壓于電極組13和工件200之間。電源23電性連接于工件200和脈沖產(chǎn)生單元25。在一實(shí)施例中，電源23包括直流電源，例如，電池、穩(wěn)壓電源等，通過(guò)直流電源的正極和負(fù)極來(lái)提供直流電壓。在一實(shí)施例中，直流電源的正極通過(guò)脈沖產(chǎn)生單元25電性連接于電極組13，直流電源的負(fù)極電性連接于工件200。
[0019]脈沖產(chǎn)生單元25電連接于電源23和電極組13之間，用來(lái)將來(lái)自電源23的電壓轉(zhuǎn)換為若干電壓脈沖給電極組13。脈沖產(chǎn)生單元25包括若干開(kāi)關(guān)裝置27和相位控制器29。開(kāi)關(guān)裝置27連接于電源23和電極組13之間。一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置27和一個(gè)電極組13組成一個(gè)加工回路。加工回路并聯(lián)。開(kāi)關(guān)裝置27分別被控制來(lái)相繼地輸出電壓脈沖，如此加工回路相繼工作。每一時(shí)刻僅一個(gè)加工回路工作。然而從整體上看，在加工過(guò)程中，工件200 —直被電極組13不間斷地加工。
[0020]相位控制器29連接于開(kāi)關(guān)裝置27，且用來(lái)控制開(kāi)關(guān)裝置27相繼打開(kāi)和閉合。相位控制器29輸出若干串脈沖給開(kāi)關(guān)裝置27。一串脈沖提供給一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置27來(lái)控制對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)裝置27閉合，每一開(kāi)關(guān)裝置27由相位控制器29獨(dú)立控制。電源23的電流通過(guò)閉合的開(kāi)關(guān)裝置27流至電極組13。當(dāng)電壓脈沖和加工液提供于電極組13和工件200之間時(shí)，電極組13和工件200之間產(chǎn)生電火花或短暫的電弧。相位控制器29產(chǎn)生的脈沖與開(kāi)關(guān)裝置27輸出的電壓脈沖的相位相同。
[0021]每一電極組13包括一個(gè)或多個(gè)電極31。電極31可以由導(dǎo)電材料制成，例如，石墨、銅、黃銅、其他類(lèi)似材料，或多種上述材料的組合。電極31之間相互電絕緣。每一電極31獨(dú)立地放電。電極31可通過(guò)支撐架(未圖示)組裝于機(jī)床15。機(jī)床15用來(lái)承載電極31和工件200。在一實(shí)施例中，機(jī)床15驅(qū)動(dòng)電極31運(yùn)動(dòng)，工件200保持不動(dòng)。機(jī)床15包括伺服電機(jī)、傳感器和/或制動(dòng)器。在另一實(shí)施例中，機(jī)床15驅(qū)動(dòng)工件200運(yùn)動(dòng)，電極31保持不動(dòng)。在再一實(shí)施例中，機(jī)床15驅(qū)動(dòng)電極31和工件200都運(yùn)動(dòng)。機(jī)床15可以是數(shù)控機(jī)床。
[0022]主控制器17用來(lái)控制電源23、相位控制器29和機(jī)床15。主控制器17確定相位控制器29產(chǎn)生的脈沖的參數(shù)，例如脈沖的相位和周期。主控制器17確定電源23輸出的電流。電源23輸出給多個(gè)加工回路的電流可以獨(dú)立確定且根據(jù)實(shí)際運(yùn)用可以設(shè)置為不同的數(shù)值來(lái)優(yōu)化加工。
[0023]探測(cè)裝置21用來(lái)探測(cè)來(lái)自電極31的信號(hào)，該信號(hào)代表電極31的放電狀況。該信號(hào)可以包括電壓和/或電流。伺服控制器19用來(lái)根據(jù)電極31的放電狀況控制電極31相對(duì)于工件200的運(yùn)動(dòng)。伺服控制器19根據(jù)探測(cè)裝置21探測(cè)到的信號(hào)產(chǎn)生用于控制機(jī)床15的控制信號(hào)。主控制器17接收來(lái)自伺服控制器19的控制信號(hào)且根據(jù)該控制信號(hào)控制機(jī)床15。例如，當(dāng)其中一個(gè)加工回路短路時(shí)，探測(cè)裝置21探測(cè)到該短路情況并通知伺服控制器19，伺服控制器19要求主控制器17控制機(jī)床15移動(dòng)電極組13遠(yuǎn)離工件200，從而避免電極31、工件200或其他部件的損壞。
[0024]圖2所示為圖1所示的供電系統(tǒng)11連接電極組13和工件200的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。在本實(shí)施例中，每一電極組13具有一個(gè)電極311、312、313或314。在一實(shí)施例中，電極311-314可以具有相同的形狀、材料和其他特征。電極311-314在另一個(gè)實(shí)施例中具有不同的形狀、材料或其他任一特征。在本實(shí)施例中，一個(gè)電極311-314連接一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置271-274。只是為了圖示說(shuō)明的目的，圖中顯示了四個(gè)電極組、四個(gè)電極和四個(gè)開(kāi)關(guān)裝置，但實(shí)際運(yùn)用中并不限于此，可包括任意數(shù)目的電極和開(kāi)關(guān)裝置。
[0025]每一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置271-274間歇地打開(kāi)和閉合。開(kāi)關(guān)裝置271-274依次一個(gè)接一個(gè)地打開(kāi)和閉合。開(kāi)關(guān)裝置271-274可以是電子開(kāi)關(guān)，例如晶體三極管、真空管或其他類(lèi)似的裝置。在本實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)裝置271-274為NPN型三極管。在本實(shí)施例中，三極管271-274的基極連接至相位控制器29來(lái)接收脈沖，集電極連接至電壓23，射極連接至電極組13。當(dāng)基極接收到脈沖時(shí)，電源23輸出的電流流過(guò)三極管271-274至電極組13。
[0026]圖3所示為圖2所示的供電系統(tǒng)11輸出的電壓脈沖一個(gè)實(shí)施例的波形圖。結(jié)合參考圖2，波形W1-W4為分別提供給開(kāi)關(guān)裝置271-274的電壓脈沖的波形圖。在本實(shí)施例中，波形W1-W4為方波，其包括上升沿和下降沿。相位控制器29提供脈沖給開(kāi)關(guān)裝置271來(lái)觸發(fā)開(kāi)關(guān)裝置271閉合。如此波形Wl的第一電壓脈沖Pl從開(kāi)關(guān)裝置271輸出提供給對(duì)應(yīng)的電極311，從而電極311放電。一旦相位控制器29提供的脈沖Pl下降，相位控制器29輸出另一個(gè)脈沖給開(kāi)關(guān)裝置272來(lái)觸發(fā)該開(kāi)關(guān)裝置272閉合。如此波形W2的第二電壓脈沖P2從開(kāi)關(guān)裝置272輸出提供給對(duì)應(yīng)的電極312，從而電極312放電。相似地，波形W3的第三電壓脈沖P3和波形W4的第四電壓脈沖P4相繼產(chǎn)生并提供給相應(yīng)的電極313和314，如此電極313和314相繼且獨(dú)立地放電。在一典型的實(shí)施例中，每一電壓脈沖P1-P4的持續(xù)時(shí)間為40微秒(μ s),每一波形W4的電壓脈沖的周期為160 μ S。
[0027]連續(xù)的電壓脈沖，也可叫做相鄰的電壓脈沖(例如電壓脈沖Pl和Ρ2)，在時(shí)間上相互銜接。一旦在先的電壓脈沖(例如電壓脈沖Pl)下降，隨后的電壓脈沖(例如電壓脈沖Ρ2)上升。電壓脈沖Pl的下降沿和隨后的電壓脈沖Ρ2的上升沿在時(shí)間軸上對(duì)齊。其他連續(xù)的電壓脈沖,例如Ρ2和Ρ3、Ρ3和Ρ4等，也以同樣的方式產(chǎn)生。在一個(gè)波形(例如Wl)的脈沖間歇時(shí)間內(nèi)，