[发明专利]用于高频放电加工的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于通过放电来加工工件的方法和装置，具体涉及使用高频电压提供精加工的表面。

在金属线电加工领域中公知的是，粗糙度低于0.1微米(Ra)的精加工的表面可以通过在电极与工件之间产生持续时间短并且强度受限的高频放电而获得。0.5MHz到2MHz范围内的高频电压通常用在线电加工中用于执行半镜面精加工操作。

随着近来在工艺控制方面的进步，现在可以实现关于工件的高形状正确度。在利用线电极的最后切割期间，我们可以认为形状公差、拐角误差和垂直面在1微米的范围内。

公知的是，最主要的力，即静电力和电磁吸引力、等离子体压斥力和机械回复力，共同配合将线电极设置到中性静止位置。视偏移方向的情况，有时吸引，有时排斥，合成力将电极回复到其中性静止位置，达到固有的平衡。在到目前为止的大多数应用中，这种提供稳定平衡的最新的自动调节作用，使得能够以开环系统设计最简单的路径馈送速率控制。

对精加工表面进行加工的一些关键问题是：(i)轴线控制，以便实现恒定的加工条件；(ii)对偏离这些加工条件的适当测量；(iii)测量放电能量的减少，以便保持理想的表面光洁度。

(i)由于直接切割和最初精加工模式得到很好的控制，所以趋势是朝向更加精细的(半镜面)表面粗糙度，称为超精加工模式，其中，电极横向加工重叠的材料以侵蚀掉数微米。由于放电的能量极其微弱，形状的正确性不必再校正。这需要改进的轴线伺服控制，以允许仅仅在必要时才去除材料，并且获得相当大的行进速度，而不管减小的每次放电去除速率。

除了线电极横向加工的超精加工模式以外，另一个主要的趋势是使用小的金属线来加工亚毫米工件，该线的直径小于50微米，并且小至15微米。类似地，由于这种线的脆性，需要具有减小的放电能量的高频加工电压。在这些最新的应用中，线电极实现直接切割并且必须控制正面间隙(frontal gap)。

在这两个情形中，上述稳定模式仅仅存在于很窄范围的间隙宽度内。以恒定的速度移动线变得不起作用，使得必须开发反应性非常好的伺服控制。遗憾的是，如下所述，必要的输入信号目前不可用或者至少对其测量仍然棘手。缺少实际间隙的真实图像，于是反馈控制不能实现。

(ii)当在加工间隙的边界处施加恒定电压时，点火延迟TD无异议地被认为是与真实的间隙宽度相关的最可靠的信号。我们根据实验得知，点火延迟TD的测量受任何系统的缺陷或公差的影响较少，并且时间比电压更易于精确测量。在标准的工业制造的范围内，点火延迟允许从一个设备到下一个设备的更好的可重复性。

在高频放电中测量点火延迟需要昂贵的电子设备，这构成是相关主题中最为麻烦的复杂性。价廉的电子处理意味着相当长的点火周期，通常大于1微秒。

而且，在这种操作条件中，测量点火延迟会产生危险的结果，因为高频放电内的点火关键归因于电压斜率dV/dt，并且点火延迟与实际的间隙宽度之间的相互关系知道极少。

如上所述，引入较长的点火延迟周期给间隙传感器带来一些可靠性，导致加工速率减慢并且使线平衡失衡，即使忽略时间上的浪费，也具有在工件表面上产生斑纹、划痕或印记的风险。

假设点火延迟不可用，剩下的选择就是使用平均加工电压作为到速度伺服控制的输入信号。但是遗憾的是，必定得出类似的结论：伴随高频放电的噪声电平是如此之高，以致变得更加难于准确区分以下情况：“空闲加工”、“正在加工”和“短路”。在考虑到工业制造时，来自各个机器的平均加工电压之间的分散使得在其最后生产阶段期间调节各个机器变得更不经济。

(iii)最后，侵蚀发生器每放电释放太高的能量，以致与所要求的精加工表面粗糙度不相容，而且，位于加工间隙的边界处的寄生电容增加了使放电能量最小化的难度。

背景技术

US 4,447,696涉及通过施加间歇性高频电压和间歇性DC电压、使得其中一个在另一个的静止时间期间施加而对工件进行放电整形的过程。大约20伏的间歇性DC电压与高频脉冲的结合可期望显著地降低吸收(sinking)电极的消耗率。自动电极馈送系统被描述来通过依赖操作进展前移电极来维持恒定的加工间隙。高频信号被滤波到其平均值并且与基准值比较以获得用于间隙调节的输入。原则上必须假设跨加工间隙施加并且在电容器上积累的电压的峰值与加工间隙的宽度成比例。但是该方法的缺点是：由于滤波引起信息浪费，因而减慢环反应；在被应用于线电极时，在短路与空闲状态之间进行区分时出现困难；缺少准确度，在再现性和机器标识中带来困难。