3]本發明的另一方面提供了一種生成能夠控制并維持電火花加工(EDM)設備中電極和工件之間的最佳間隙的平滑伺服進給命令的方法，其中在間隙中產生放電，以便從工件中去除材料。
[0024]該方法中，間隙控制器增益的選擇取決于間隙狀況的狀態。當工件遠離電極時，出現較大間隙狀態。該狀態下，進給速率使工件以非常高的速度朝向電極移動。檢測第一火花時，從較大間隙狀態移動到中間間隙狀態。在這種狀態下，工件以高于侵蝕速率但低于最大進給速率的速度進給，從而實現最佳的間隙距離。實現最佳的間隙距離將使得間隙狀態從中間狀態切換到正常侵蝕狀態。這將使得工件以侵蝕速率朝向電極均勻地進給。在間隙距離變得越來越窄并且發生碎肩從間隙中被無效地沖洗的情況下，退回工件進給以使得新的電介質灌入間隙將會使間隙狀態從正常間隙狀態移動到短路間隙狀態。
[0025]通過歸一化平均堆積階段時間(Td% )確定間隙狀態的切換。如果歸一化平均堆積階段時間(Td%)超過最大閾值，則間隙狀況將處于較大間隙狀態，然后，將工件朝向電極的相對進給速率設定為恒定最大速率。
[0026]在本發明的一個或多個實施例中，如果歸一化平均堆積階段時間(Td%)超過下限閾值并小于最大閾值，則間隙狀態將會從較大狀態移至中間狀態。在該狀態下，根據進給速率控制方法，將工件朝向電極的相對進給速率可設定為堆積階段時間和下限閾值之間誤差的函數。
[0027]在一個或多個實施例中，該方法可進一步包括以下步驟:如果歸一化平均堆積階段時間(Td%)小于下限閾值，表示間隙距離變化的平均間隙能量將會用來計算工件朝向電極的相對進給速率，并將其設定為堆積階段的平均間隙能量和參考能量之間誤差的函數。
[0028]在一個或多個實施例中，該方法可進一步包括以下步驟:如果歸一化平均堆積階段時間(Td% )小于下限閾值，并且堆積階段的平均間隙能量小于能量閾值，則其會將間隙狀況從正常狀態移至短路狀態，將工件遠離電極的相對進給速率設定為堆積階段的平均間隙能量和能量閾值的函數。
[0029]本發明的另一方面提供了一種用于產生放電以便從工件中去除材料的EDM設備，該設備包括此處所述的用于控制工件的進給速率的控制器，以及用于響應于來自控制器的信號而置換工件的伺服系統裝置。
[0030]本發明的另一方面提供了一種EDM設備中使用的間隙控制器。包括電路系統的間隙控制器，被配置為接收源自間隙電壓、間隙電流反饋信號和脈沖控制器的平均間隙能量和平均堆積階段時間；從平均間隙能量和平均堆積時間生成進給速率控制信號；以及通過伺服系統裝置發送進給速率控制信號，以控制工件的進給速率。
【附圖說明】
[0031]現在，將參照附圖更詳細地描述本發明。應理解，附圖的特殊性不會替代本發明之前描述的一般性。
[0032]圖1為電火花加工(EDM)設備的基本組件的示意圖；
[0033]圖2為EDM設備中工件和工具之間的間隙上施加直流電壓脈沖期間產生的理想間隙電壓和間隙電流的曲線圖；
[0034]圖3為形成圖1所示的EDM設備的一部分的脈沖控制器和間隙控制器的元件的示意圖；
[0035]圖4描繪了圖3所示的脈沖控制器和間隙控制器使用的間隙電壓和電流閾值；
[0036]圖5示出了在工件/工具間隙上施加檢測脈沖期間圖1所示的EDM設備的間隙電壓、間隙電流和一系列切換信號；
[0037]圖6設備操作時在工件和工具之間的間隙上施加直流電壓脈沖期間圖1所示的EDM設備中存在的間隙電壓、間隙電流和切換信號；
[0038]圖7為圖3中所示出的間隙控制器的計算塊的示意圖；
[0039]圖8為描述設備操作時在工件和工具之間的間隙上施加直流電壓脈沖期間由圖3所示的脈沖控制器執行的計算步驟的流程圖；
[0040]圖9示出了對具有不同導電性的材料進行侵蝕時能夠期望的不同的電流脈沖波形。
【具體實施方式】
[0041]現在參照圖1，大體示出了電火花加工(EDM)設備10。該設備10包括多軸機床12，多軸機床12包括多個機床軸14，所述機床軸14具有由相應軸驅動16驅動以便相對于工件20定位和轉動電極18的很多機床軸14。多軸機床12由計算機數字控制器(CNC) 22控制，該計算機數字控制器(CNC) 22用于使多軸機床12實現的各種加工過程自動化。在申請人所擁有的美國專利US5，604，677中提供了 CNC控制的多軸機床的一個實例。
[0042]EDM設備10進一步包括電源模塊24，用以向電極18和工件20之間的間隙施加快速循環的電流放電，以去除其間的材料。電源模塊24的操作由EDM控制器26控制，該EDM控制器26提供EDM過程的脈沖鑒別、脈沖定時控制、間隙控制、間隙控制器優化和參數優化。
[0043]EDM設備10進一步包括一系列傳感器28，用于將間隙電流和間隙電壓信號發送到信號調節單元30，信號調節單元30進而向EDM控制器26提供反饋電流和電壓信號。
[0044]如圖2所示，在EDM過程期間，可以識別出幾個階段。檢測階段期間，在間隙上施加低能量脈沖，用以檢測在高電壓脈沖開始之前的間隙的狀態。在最初的堆積(build-up)階段40期間，在工件/工具間隙上施加空載電壓V。。通常，該空載電壓V。的值在60伏特和400伏特之間的范圍內。
[0045]空載電壓V。建立時，強電場建立在電極18和工件20之間。由于電場的吸引力，漂浮在電介質液體中的來自加工過程的粒子在工具和工件之間最短的局部距離(間隙)處出現堆積。這形成了電擊穿，并且在放電階段42電子開始向帶正電荷的電極移動。途中，相關聯的電子與來自加工過程的中性粒子和電介質液體發生碰撞。
[0046]雪崩電離(avalanche 1nisat1n)過程被發動，其中在放電階段42會產生大量的負離子和正離子。該電離會開始創建工件和工具之間的導電區域，因而導致放電。通過放電，電能轉化成熱能。在高達40，000攝氏度的溫度，形成了放電區域。這樣高的溫度導致工件的局部加熱、恪化、蒸發和焚化(incinerat1n)。
[0047]在放電階段42，間隙電壓從空載電壓Vci下降至放電電壓V-放電電流在放電階段的放電時間段Tcin (通常500納秒至I毫秒)內從O增加至最大放電電流IJ通常電流范圍為0.5安培至30安培)。
[0048]在放電持續時間(TJ結束時，MOSFET被關斷，導致間隙電流供應中斷。這導致了放電區域的煙沒(annihilat1n)，引起突然的冷卻，使得消電離(de1nise)階段44中工件表面的固體粒子和恪化的物質產生爆炸性沖洗(explosive flushing)。
[0049]EDM控制器26的作用是控制電極18相對于工件20的進給速率，從而維持其間適當的間隙，以及在電極18和工件20之間施加一系列快速循環的直流電壓脈沖，從而從間隙中去除材料。EDM控制器26還用于監控各個機床參數，從而優化加工過程并防止在不想要的間隙狀態下施加直流電壓脈沖。
[0050]圖3示出了形成EDM控制器26 —部分的各種元件，EDM控制器26包括脈沖定時控制器50、間隙控制器60、模數(AD)轉換器62、直接存儲器存取(DMA) 64、脈沖鑒別單元66、計算單元68和EDM優化單元70。從該圖中可以看出，這些元件中的一些以數字信號處理(DSP)技術來實現，而其他元件由現場可編程門陣列(FPGA)來實現。在操作中，表示由傳感器28測量的間隙電流和電壓的來自信號調節器30的反饋電壓和電流信號，被提供給模數轉換器66以進行數字化。隨后，數字化的電流和電壓信號經由直接存儲器存取通道被傳送到FPGA存儲器，而沒有中斷DSP的CPU64。
[0051]脈沖鑒別單元66存取DMA 64中存儲的數字化電流和電壓值，從而推斷電極和工件之間間隙的狀態。為了輔