ES2207782T3 - Metodo y aparato para el mecanizado de acabados mediante electroerosion. - Google Patents
Metodo y aparato para el mecanizado de acabados mediante electroerosion.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO Y UN DISPOSITIVO PARA ELABORACION FINA EROSIVA CON CHISPAS EN LA OBTENCION DE CALIDADES SUPERFICIALES MENORES DE R A = 0,1 MI M. SE PROPONE UN TIPO DE OPERACION INTERMITENTE ENTRE IMPULSOS DE EROSION E IMPULSOS DE MEDICION, PARA EVADIR UN EFECTO DE AUTORREGULACION PERTURBADORA EN LA ELABORACION DE MECANIZACION FINA. PARA ELLO SE OBTIENE UNA CERTEZA DE CONTORNO EN CORTES DE ALAMBRE Y UNA EXACTITUD DE FORMACION DE IMAGEN EN DESCENSO EN LA ZONA COMO SITUACION MEJOR DE 1 MI M. LA INVENCION PUEDE SER UTILIZADA VENTAJOSAMENTE PARA MECANIZACIONES EN LA ZONA DE MICRAS, PERO TAMBIEN PUEDE SER UTILIZADA PARA MECANIZACION DE DESCENSO CON ELECTRODOS DE SUPERFICIE GRANDE. LA MEJORA SE DISPONE DE TAL MODO EN UN TIEMPO DE MECANIZACION MAS CORTO, QUE TAMBIEN ES REPRODUCIBLE Y MEJORABLE EN UNA PRECISION MAS ALTA.
Description
Método y aparato para el mecanizado de acabados
mediante electroerosión.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para el mecanizado de precisión por electroerosión de
una pieza a mecanizar mediante un electrodo, en el que el electrodo
y la pieza a mecanizar se encuentran a una distancia de separación
de mecanizado de precisión, y la pieza a mecanizar es sometida a
impulsos discretos en un proceso controlado, así como a un
dispositivo correspondiente para el mecanizado de precisión por
electroerosión de una pieza a mecanizar.
Hoy en día, un mecanizado por electroerosión por
penetración o por hilo constituye ya el estado de la técnica con un
excelente acabado superficial de R_{a} menor de 0,1 \mum y una
influencia del material superficial con una profundidad menor de 1
\mum. Estos procesos de mecanizado requieren generadores que
pueden generar impulsos monopolares o bipolares del orden de los
megahercio, con intensidades de corriente alrededor de 1A.
En el documento
DE-A-40 11 752 se da a conocer un
generador de este tipo para impulsos de corriente alterna. En él se
propone un circuito oscilante de resonancia con anchos de
entrehierro de resonancia de hasta 20 \mum y frecuencias de
corriente alterna de hasta 30 MHz, con el objetivo de hacer posible
un nuevo proceso de mecanizado por resonancia con electroerosión por
hilo. Debería tratarse más bien de un efecto autorregulador
perjudicial del electrodo de hilo, que puede causar errores en la
fidelidad de contorno del orden de magnitud de la anchura de
entrehierro de resonancia (20 \mum). Este efecto es conocido por
cualquier experto en electroerosión que haya trabajado con impulsos
discretos con frecuencias por encima de los 100 kHz. Concretamente,
se comprueba que, a pesar de los correctos servocontroles y de la
compensación del error de seguimiento del electrodo de hilo, los
contornos afilados se redondean y las esquinas interiores presentan
un exceso de material. Cuanto más a menudo se repite un corte
preciso de este tipo, peor resulta su precisión. Además, se
comprueba también que el perfil vertical se vuelve cada vez más
abombado, y, concretamente, con un abombamiento convexo en zonas con
exceso de material y un abombamiento cóncavo en zonas con demasiado
arranque de material.
Por el documento
CH-A-650 433, a partir del cual se
ha formado el preámbulo de las reivindicaciones principales, se
conoce la determinación de la resistencia eléctrica de la distancia
disruptiva mediante una fuente de corriente de medición en un
proceso de mecanizado por electroerosión, durante pausas generadas
adicionalmente entre grupos de impulsos, y con ello el control del
servomotor, del dispositivo de limpieza y del generador.
Este procedimiento tiene como objetivo determinar
el grado de suciedad y las concentraciones de descarga a partir de
la resistencia eléctrica en un mecanizado por electroerosión por
penetración, y a partir de estos valores regular el proceso, de tal
modo que se alcance una potencia de arranque más elevada durante el
funcionamiento sin vigilancia.
Sin embargo, en el documento
CH-A-650 433 no se prevé
especialmente -al contrario que en la presente invención
representada a continuación- la determinación de la tasa de
impulsos de contacto de las oscilaciones del electrodo, mejorando
así la precisión del mecanizado. Se conocen múltiples procedimientos
de medición similares con impulsos de comprobación, pero se alejan
aún más que el documento CH-A-650
433 del objetivo del procedimiento aquí propuesto.
Para suprimir las vibraciones del hilo que pueden
producirse en el mecanizado por electroerosión, se conocen métodos
de detección de dichas vibraciones (JP 09248717 A, JP
63-216631 A, JP 63-229227 A).
El documento JP 63-312020 A se
refiere a la estabilidad de mecanizado en un proceso de penetración
por electroerosión. Para iniciar la erosión, se regula un
servoregulador con una determinada amplificación de circuito. En una
segunda fase, se determina la vibración del accionamiento (es
decir, del motor, de la pinola y del electrodo). A continuación, se
interviene en la amplificación de circuito del servoregulador de tal
modo que dicha vibración se regula al máximo. Para ello, se prevé
un control de la amplificación automática.
Este objetivo se consigue mediante un
procedimiento para el mecanizado por electroerosión de precisión de
una pieza a mecanizar por medio de un electrodo, en el que el
electrodo y la pieza a mecanizar se encuentran a una distancia de
separación de mecanizado de precisión, y la pieza a mecanizar es
sometida a impulsos discretos en un proceso controlado en el que el
mecanizado tiene lugar de forma intermitente, efectuándose los
impulsos discretos en el entrehierro respectivamente durante tiempos
de mecanizado y disponiéndose una fuente de medición en el
entrehierro al menos durante los tiempos de interrupción,
caracterizado porque durante los tiempos de interrupción se detecta
mediante medición eléctrica si el electrodo está en contacto con la
pieza a mecanizar, y a partir de esta medición se obtiene un factor
de trabajo de los impulsos de contacto que determina la frecuencia
del contacto, y porque de esto se deriva una señal de regulación
para la regulación del proceso.
El objetivo se consigue, en cuanto se refiere a
dispositivos, con un dispositivo para el mecanizado por
electroerosión de precisión de una pieza a mecanizar configurado
para llevar a cabo el procedimiento anterior.
En las subreivindicaciones se indican
configuraciones posteriores ventajosas de la invención.
La presente invención posee las ventajas
siguientes: el mecanizado por electroerosión de precisión se mejora
hasta el punto de que, junto con una calidad de superficie elevada,
puede alcanzarse una fidelidad de forma también elevada en la pieza
a mecanizar. Tras el corte con electrodos de hilo pueden alcanzarse
tolerancias de forma, errores de esquina y perfiles verticales
superiores a 1 \mum. En el corte pleno con hilos finos de
precisión para diámetros en el intervalo entre 100 \mum y 10
\mum se alcanza, a pesar de la elevada potencia de erosión, una
tolerancia significativamente mejor. En la perforación y avellanado
de contorno con electrodos de precisión, también se consigue una
precisión del orden de los micrómetros. Finalmente, se acelera
significativamente el mecanizado por electroerosión de precisión con
electrodos de penetración de gran superficie, y se mejora en
calidad superficial y fidelidad de forma.
Las ventajas de la presente invención consisten
básicamente en que se sortea el efecto perturbador de
autorregulación del electrodo para frecuencias de impulso por
encima de aproximadamente 100 kHz interrumpiendo cíclicamente el
proceso de mecanizado y determinando y estabilizando el estado
oscilante del electrodo mediante, por ejemplo, la tasa de impulsos
de contacto. Gracias a este modo de funcionamiento intermitente, el
proceso de electroerosión puede controlarse en un orden de magnitud
de micrómetros. Los electrodos de hilo y de penetración de
precisión, especialmente propensos a dicho efecto perturbador de
autorregulación, pueden cargarse al máximo gracias a la invención,
sin que por ello se vea comprometida su precisión. El mecanizado por
electroerosión de precisión con electrodos de penetración de gran
superficie puede llevarse a cabo, según esta invención y mediante
esta señal de proceso significativa, de una forma mucho más
eficiente y precisa. Además, resulta ventajoso que los valores
tecnológicos, es decir, la totalidad de los parámetros de ajuste
para una tarea específica, pueden determinarse en un espacio de
tiempo mucho más corto, ya que no deben tenerse ya en cuenta muchas
interdependencias.
Además, la inversión adicional en comparación con
el beneficio resulta menor, siendo incluso posible reequipar las
instalaciones existentes según este concepto.
Otras ventajas de la presente invención y sus
configuraciones se desprenden de la descripción siguiente de
ejemplos de realización preferentes y de las figuras esquemáticas
adjuntas, en las que muestran:
La figura 1, el concepto básico de la presente
invención en el ejemplo de una cortadora de hilo;
La figura 2, el desarrollo temporal de las
señales más importantes de la figura 1;
Las figuras 3a, b, c, tres situaciones distintas
en el corte de precisión con una cortadora de hilo según el estado
de la técnica;
Las figuras 4a, b, c, tres ajustes distintos en
el corte de precisión con una cortadora de hilo según la
invención;
La figura 5, una forma de realización ventajosa
de un generador;
Las figuras 6a, b, c, tres modos de
funcionamiento distintos del generador según la figura 5,
representados como desarrollo temporal de la tensión del generador
U_{G} y de la corriente de distancia disruptiva I_{F}.
En primer lugar se describe el efecto perturbador
de autorregulación en el corte de precisión con una cortadora de
hilo a partir de la figura 3 y según el estado de la técnica. Se
representan tres escenarios a, b, c en su sección vertical a través
de la pieza a mecanizar 6, el electrodo 5 y una cabeza de guía 7
superior e inferior. El planteo vale análogamente para mecanizados
de perforación erosivos, avellanados de contorno y mecanizados de
precisión con electrodos de penetración con empleo de frecuencias de
impulso superiores a aproximadamente 100 kHz. Por "electrodo de
trabajo" se entiende, por ejemplo, en el texto siguiente, un
electrodo de hilo y de penetración.
Se asume que una pieza a mecanizar 6 precortada
una o varias veces debe proveerse de una calidad superficial deseada
de R_{a} = 0,1 \mum mediante un proceso de mecanizado de
precisión. La pieza a mecanizar 6 y el electrodo 5 se encuentran en
este caso separados por una distancia muy corta, designada como
distancia de mecanizado de precisión. En el entrehierro de trabajo
tiene lugar el mecanizado de la superficie de la pieza a mecanizar
mediante los llamados impulsos discretos. A falta de magnitudes de
entrada significativas, generalmente se recorre el perfil de la
pieza a mecanizar con una servovelocidad constante.
El escenario a muestra el proceso de mecanizado
de una esquina exterior de la pieza a mecanizar 6 o de una zona en
la que se han producido, durante el precortado, errores en forma de
arranque demasiado grande de material. Lo que resulta aquí
interesante es que el mecanizado por electroerosión en estas zonas
no se interrumpe de la forma esperada a causa del funcionamiento en
vacío, sino que se mantiene con una elevada estabilidad. Por el
perfil vertical cóncavo y abombado, podría presuponerse que el
electrodo de trabajo 5 experimenta una oscilación en forma de barril
conocida debido a las elevadas fuerzas electrostáticas, es decir,
una oscilación en la que el electrodo de trabajo se desvía
simétricamente en todas las direcciones posibles fuera del eje
longitudinal, de forma análoga a la cara oscilante de un
instrumento musical. Sin embargo no es así, ya que en este caso se
debería, en primer lugar, averiguar las inestabilidades del
mecanizado por electroerosión en el ciclo de la frecuencia de
oscilación del electrodo de hilo y, en segundo lugar, se podría
comprobar correctamente, con sensores de ranura de aislador ópticos
según el documento DE-A28 26 270, que el electrodo
de hilo se desvía de forma completamente suave hasta 15 \mum
respecto a la pieza a mecanizar 6. Las oscilaciones de hilo del tipo
conocido no se podrían medir nunca en este caso por encima de los 2
\mum.
El escenario b muestra el mecanizado sobre una
recta del perfil en la que el precortado no ha experimentado error
alguno. Únicamente en este caso, un procedimiento según el estado de
la técnica puede obtener resultados aceptables en cuanto a su
exactitud.
Finalmente, el escenario c muestra el mecanizado
de una esquina interior del perfil o de los puntos en los que se ha
dejado demasiado material sobre la pieza a mecanizar 6 a
consecuencia de errores en el precortado. En este caso, el
electrodo 5 se desvía hasta aproximadamente 10 \mum de la pieza a
mecanizar. Los servosistemas convencionales aumentarían aún más la
velocidad de empuje respecto al perfil recto (en lugar de
disminuirlo), ya que a pesar del exceso de material se detecta una
proporción de procedimiento sin carga ligeramente mayor de los
impulsos (en lugar, como se espera, de una proporción más elevada de
cortocircuito). Esto agravaría aún más los errores producidos.
En los tres escenarios predomina el mecanizado
por electroerosión estable, y no puede obtenerse información alguna
para contrarrestar los errores que cada vez son mayores.
Este comportamiento inesperado sólo puede
explicarse por un efecto de autorregulación del electrodo 5. Si se
tiene en cuenta que las fuerzas electrostáticas en el electrodo de
hilo crecen de forma inversamente proporcional al entrehierro, y
que en caso de entrehierro nulo desaparecen inmediatamente, el
mecanismo del escenario a se clarifica rápidamente. Extrapolando
concretamente a entrehierros mayores para el mecanizado de
precisión, se llega fácilmente a de 1 a 2 \mum, y no a los 20
\mum asumidos en el documento
DE-A-40 11 752. Debido a las enormes
fuerzas electrostáticas, el electrodo de hilo se desplaza a lo largo
de la altura completa de la pieza a mecanizar respecto a ésta hasta
alcanzar la distancia de entrehierro ideal, en la que se produce la
erosión, generándose incluso fuerzas opuestas. En el escenario c
predominan las fuerzas erosivas de las descargas eléctricas (las
cuales, en general, se encuentran presentes también en el escenario
a, aunque son pequeñas respecto a las fuerzas electrostáticas). Esta
constituye la única explicación plausible del efecto de
autorregulación no deseado.
La presente invención se basa en la interrupción
cíclica de los impulsos de electroerosión, y en hacer que, mediante
una fase de medición, el propio electrodo de trabajo 5 detecte
cíclicamente cuánto material debe arrancarse realmente. La tensión
aplicada durante la fase de medición es significativamente menor que
la tensión de trabajo durante el proceso de mecanizado. Durante la
fase de medición, el electrodo experimenta, a consecuencia de las
fuerzas de desviación mucho menores, sólo oscilaciones menores y del
orden de magnitud de los micrómetros. La detección tiene lugar
durante la fase de medición mediante la tensión entre el electrodo
y la pieza a mecanizar. El efecto no deseado de autorregulación se
evita así elegantemente, ya que la reducida corriente de medición,
normalmente de 10 V cc, da lugar a fuerzas electrostáticas mucho
menores. Se conoce que la fuerza electrostática está en función
cuadrática de la tensión, lo que conlleva fuerzas muy pequeñas para
tensiones reducidas.
La figura 4 muestra los satisfactorios resultados
en la aplicación de la invención. A diferencia de la figura 3, aquí
no se representan las situaciones de esquina exterior, recta y
esquina interior, sino el último corte de precisión llevado a cabo
con tres factores de trabajo de los impulsos de contacto distintos
de la señal de barrido. Esto significa que se introducen valores
teóricos para la tasa de impulsos de contacto en el proceso según
las reivindicaciones 5 y/o 7, generando así, a partir de estos
valores y de la tasa de impulsos de contacto medido, magnitudes
directrices GC para un servoregulador 8 y una magnitud directriz GC
para el oscilador 1. La tasa de impulsos de contacto se define como
la proporción del tiempo de medición durante la cual el electrodo
de trabajo 5 está en contacto con la pieza a mecanizar 6, es decir,
como tiempo de contacto acumulativo relativo durante el tiempo de
medición.
En la figura 4a, se predetermina un valor de
referencia para la tasa de impulsos de contacto del 10%, en la
figura 4b del 50% y en la figura 4c del 90%. Los ensayos han
demostrado que dentro de este intervalo puede aplicarse de forma
reproducible cada ajuste, y que la desviación reproducible para, por
ejemplo, una altura de pieza de 50 mm, asciende típicamente a 1
\mum contra la pieza a mecanizar 6 en el caso a (10%) y a 1
\mum por fuera de la pieza a mecanizar en el caso c (90%). Esto
permite presumir un elevado potencial de mecanizado de alta
precisión del orden de magnitud por debajo de los micrómetros.
Resulta interesante que no puede comprobarse, ni en el caso a ni en
el caso c, ningún abombamiento detectable mediante elementos de
medición convencionales. Esto puede atribuirse al efecto de
autorregulación, aquí sí deseado, que en este intervalo desplaza
paralelamente el electrodo (5) a lo largo de toda la altura de la
pieza a mecanizar.
Además, los errores de contorno existentes
producidos en el precortado se eliminan, y las esquinas exteriores e
interiores del perfil se reproducen a la perfección, con errores
menores de 1 \mum.
En la figura 1 se muestra el concepto básico para
una cortadora de hilo según la invención. El principio resulta
igualmente válido para máquinas de penetración o perforadoras
electroerosivas. La única diferencia se refiere al servoregulador
8, que en este caso actúa en general sólo sobre un eje Z, y en el
cabezal de guía 7, en general no disponible. La señal de distancia
disruptiva (F) puede ser tomada -como se muestra- en el cabezal de
guía 7 inferior, aunque naturalmente también en el cabezal de guía
7 superior, directamente por parte del electrodo 5.
Varios componentes no se muestran en la figura 1,
ya que su representación no resulta necesaria para la comprensión de
la funcionalidad.
Un oscilador 1 recibe, a través de una conexión
de mando 9, valores de ajuste de un sistema de mando de jerarquía
superior (no mostrado), y emite una señal de mando T para la
activación cíclica intermitente del generador 2 durante un tiempo
de mecanizado. Otra señal de mando P se transmite a una fuente de
medición 3 para activar cíclicamente la misma entre los tiempos de
mecanizado T, es decir, durante el tiempo de interrupción P.
Una tercera señal de mando M es transmitida por
el oscilador 1 al módulo de medición 4 para disponerlo durante el
tiempo de medición M para la constitución de un valor medio.
El generador 2, la fuente de medición 3 y el
módulo de medición 4 están directamente conectados a través del
cabezal de guía 7 superior y/o inferior al electrodo 5 y a la pieza
a mecanizar 6.
Un servoregulador 8 lleva a cabo los movimientos
de avance a lo largo de los ejes de accionamiento X, Y y/o otros
ejes de accionamiento Z, U, V, A, B, C,...
En el acto de la conferencia "Power
Conversión" de mayo de 1996, celebrada en Nuremberg, Alemania, se
describe detalladamente, entre las páginas 77 y 84, un modo de
construcción del generador 2. Este amplificador de radiofrecuencia
de construcción clase D alcanza un rendimiento del 84% para una
potencia de salida de 1200 W. Puede modularse según se desee una
frecuencia de funcionamiento superior a 13 MHz por medio de una
entrada de modulación J1 con una profundidad de modulación del 100%.
Esto significa que la frecuencia de funcionamiento puede liberarse
en paquetes durante un tiempo de mecanizado T, y bloquearse durante
un tiempo de interrupción P. Este amplificador puede redimensionarse
muy fácilmente para pequeñas potencias. Una posibilidad consiste,
por ejemplo, en la modificación de la tensión de alimentación (300
V cc) a valores menores, de hasta aproximadamente 30 V cc.
La fuente de medición 3 sirve, durante el tiempo
de interrupción y mediante la medición del contacto de la pieza y
del no-contacto, para identificar las oscilaciones
del electrodo. Como en la distancia disruptiva existe siempre,
incluso en el mecanizado de precisión, una cierta suciedad en el
dieléctrico, y con ello se produce una cierta conductancia como
señal perturbadora, se propone una característica de fuente de
corriente, para la fuente de medición 3. Esto posee la ventaja de
que puede ajustarse la fuente de corriente de tal modo que una
conductancia más elevada de la distancia disruptiva no produce
ninguna irrupción de la tensión de la fuente de medición 3. Una
fuente de tensión sencilla con resistencia de carga resultaría, a
través de la curva característica U-I, mucho más
sensible a estas perturbaciones.
Puede resultar también necesario adaptar la
polaridad de la fuente de medición de la tarea de mecanizado, o
incluso modificarla alternativamente. Así, las piezas de aluminio o
titanio tienden, con un dieléctrico de agua sometido a tensiones de
electrodo negativas elevadas, a la formación de una capa de óxido
que afecta a la medición. Una tensión de electrodo positiva no
produce problemas de este tipo.
La fuente de medición 3 presenta un elemento
conmutador a la salida que puede tanto dirigir los impulsos de
medición durante el tiempo de interrupción P en las dos direcciones
de polaridad como aislar los impulsos de tensión, eventualmente
bipolares, del generador 2 en las dos direcciones de polaridad. Para
ello resultan adecuados los circuitos de transistor y diodo
conocidos, ya sea en una disposición en puente o antiserie o
antiparalela.
En este punto debe remarcarse que un mecanizado
con tiempos de interrupción con fines de medición no conlleva
necesariamente una pérdida de capacidad. Para la carga de los
electrodos resulta determinante la capacidad media, y la pérdida
temporal puede compensarse, por ejemplo, mediante una elevación de
los impulsos de corriente del generador 2. En la microperforación
electroerosiva, por ejemplo, se ha comprobado, con un diámetro de
electrodo de 200 \mum de acero y con el procedimiento según la
invención, una triplicación de la velocidad de perforación en
comparación con los procedimientos empleados hasta el momento.
Simultáneamente, la fidelidad de forma y la reproducibilidad también
han mejorado sensiblemente.
El módulo de medición 4 de la figura 1 puede
también conectarse de forma continua a la señal de distancia
disruptiva F. Su entrada debe únicamente presentar una rigidez
dieléctrica correspondiente. Sin embargo, resulta importante en este
caso que el resultado de la comparación entre la señal de distancia
disruptiva F y un valor límite G (detallado más adelante) debe
evaluarse y promediarse tan sólo durante el tiempo de medición M. El
problema puede solucionarse mediante componentes CMOS y un filtro de
paso bajo. Sin embargo, como la tasa de impulsos de contacto de la
oscilación del electrodo es un valor medio de valores de tiempo
discretos, la constitución del valor medio puede llevarse a cabo
igualmente de forma puramente digital en el intervalo de tiempo del
tiempo de medición M, por ejemplo, mediante el registro de impulsos
de reloj durante los cuales el electrodo 5 contacta con la pieza a
mecanizar 6 en el intervalo de tiempo de medición, es decir,
estando la señal de distancia disruptiva F por debajo del valor
límite G, y la selección del estado del registro tras un tiempo de
filtro fijo.
Los circuitos correspondientes son de sobra
conocidos por el experto en la materia, por ejemplo, a partir de la
obtención del retraso de encendido, por ejemplo, por el documento
DE-A-22 50 872.
El proceso de mecanizado se lleva a cabo sobre la
base de una regulación (con un ámbito de acción cerrado). Para ello,
se predeterminan para el módulo de medición 4, excepto el valor
límite G, un primer y un segundo valor de referencia para la
producción de la magnitud directriz SC para el servoregulador 8, y
con ello la velocidad de avance, y la producción de la magnitud
directriz GC para el oscilador 1, y con ello el tiempo de
mecanizado T. Los dos valores teóricos determinan en qué factor de
trabajo de los impulsos de contacto debe proseguirse el proceso, es
decir, en qué porcentaje del tiempo de medición M el electrodo 5
debe estar de promedio en contacto con la pieza a mecanizar 6. En
caso de que la tasa de impulsos de contacto obtenido supere el
primer o el segundo valor de referencia, se reduce la velocidad de
avance del electrodo 5 o se aumenta la duración del tiempo de
mecanizado T. Pueden ajustarse los dos valores teóricos iguales, con
lo que las intervenciones reguladoras del tiempo de mecanizado T y
de la velocidad de avance sumarán sus efectos. En caso de valores
teóricos distintos, la intervención de regulación menos sensible se
llevará a cabo sólo cuando la intervención reguladora más sensible
no pueda mantener, por saturación o por desviación transitoria, la
tasa de impulsos de contacto en su valor de referencia. En este
caso, naturalmente, deben tenerse en cuenta criterios de
estabilidad, los cuales son de sobra conocidos por experto en la
materia. En este caso, siempre se ha partido de una definición de
la tasa de impulsos de contacto que significa una marcha sin carga
continua para el 0% y un cortocircuito continuo para el 100%, es
decir, el contacto del electrodo 5 con la pieza a mecanizar 6.
Resulta evidente que puede también invertirse
dicha definición.
La figura 2 muestra esquemáticamente el
desarrollo temporal de las señales, el tiempo de mecanizado T, el
tiempo de interrupción P, el tiempo de medición M y la señal de
distancia disruptiva F. De t1 a t2 y de t4 a t5 se trata de tiempo
de mecanizado que se reduce eventualmente mediante la segunda
magnitud directriz GC. Durante este tiempo, el generador 2 está
conectado, y la fuente de medición 3 está desconectada.
De t2 a t4 se trata de tiempo de interrupción, el
generador 2 está desconectado y, para ello, la fuente de medición 3
está conectada. Durante un tiempo de retraso D, el electrodo 5
tiene tiempo de oscilar hasta el estado de oscilación proporcionado
por la fuente de medición 3. Como, debido a la reducida tensión de
medición, las fuerzas electrostáticas son mucho menores que durante
el mecanizado, la anchura de oscilación también se reducen en gran
medida. Entre t3 y t4 se trata de tiempo de medición, en el que se
evalúa durante qué porcentaje del tiempo de medición M la señal de
distancia disruptiva F está por debajo del valor límite G. El valor
límite G se ajusta aproximadamente a la mitad de la tensión de la
fuente de medición 3. Durante este tiempo, se observan oscilaciones
regulares del orden de magnitud de algunos kHz. Esta frecuencia
depende de la masa y de la elasticidad del electrodo 2. Al
contrario de lo que cabría suponer, los electrodos de penetración de
gran superficie experimentan también oscilaciones en condiciones de
mecanizado de precisión. En este caso, incluso se producen modos de
oscilación complejos a consecuencia de fuerzas de flexión, fuerzas
cortantes y fuerzas de torsión. Hasta ahora, se han atribuido las
imágenes sombreadas simétricas de los electrodos a las distintas
condiciones de limpieza, pero los ensayos han mostrado que,
aplicando el procedimiento según la invención, desaparecen dichas
imágenes sombreadas. Esto constituye un signo inequívoco de que
ahora pueden controlarse estas oscilaciones a nivel microscópico.
En estos ensayos, los tiempos de mecanizado también resultaron
considerablemente más cortos que con los métodos tradicionales.
De forma alternativa, puede prescindirse del
tiempo de retraso D, de t2 a t3, e iniciar el tiempo de medición M
inmediatamente después del tiempo de mecanizado. En este caso, el
tiempo de medición dura tan sólo típicamente 200 \mus y es igual
de largo que el tiempo de interrupción P. La información tiene
entonces una forma ligeramente distinta, pero puede evaluarse
exactamente del mismo modo. De mediana, ahora la tensión está por
encima del valor límite G, durante el tiempo de medición M, tanto
más tiempo cuanto más alejado estaba el electrodo primeramente de la
pieza a mecanizar. Este tipo de medición puede resultar interesante
si se desean potencias de arranque más elevadas con una exactitud
más discreta.
La figura 5 muestra otra forma de realización
ventajosa del generador 2 con la técnica de semipuente.
Dos interruptores semiconductores 10, 11, por
ejemplo, MOSFET, reciben impulsos de mando en fase opuesta de un
circuito de mando 14. El circuito de mando 14 presenta un oscilador
ajustable, y recibe también la señal temporal de mecanizado T para
bloquear el conmutador semiconductor 10, 11 fuera del tiempo de
mecanizado T. Unos diodos antiparalelos 12, 13 protegen el
conmutador semiconductor 10, 11 frente a la sobretensión y el
funcionamiento inverso en caso de ajuste incorrecto de las
conexiones de salida R, C, L en serie.
La figura 6 muestra tres modos de funcionamiento
distintos del generador según la figura 5 que se activan sólo con el
correspondiente ajuste de las conexiones de salida R, C, L en
serie. La curva superior muestra la tensión del generador U_{G}
en el centro del puente. En este punto se produce una oscilación
rectangular con la amplitud de la tensión de alimentación U_{DC}
ajustable tamponada por el condensador 15. La duración de las
oscilaciones rectangulares depende del ajuste del oscilador en el
circuito de mando 14. La curva inferior muestra la corriente de
distancia disruptiva I_{F} tal y como se transmite al electrodo 5
a través del cabezal de guía 7 con la distancia disruptiva
encendida. La pieza a mecanizar 6 está conectada al potencial de
tierra de la tensión de alimentación U_{DC}.
El caso a muestra el ajuste ideal de las
conexiones R, C, L en serie, por el que la frecuencia de resonancia
del circuito de oscilaciones, constituido por la capacidad C y la
inductancia L, corresponde exactamente a la frecuencia de oscilación
de la tensión del generador U_{G}. La resistencia de carga R
puede estar cortocircuitada, y en caso de no estarlo produce tan
sólo una reducción de la amplitud de corriente. En todo caso, la
inductancia L sólo puede componerse de la inductancia de dispersión
del circuito de descarga. Aquí debe mencionarse que un amplificador
de radiofrecuencia clase D solo funciona en este modo de
funcionamiento según el caso a.
El caso b muestra un ajuste incorrecto aproximado
en el que el circuito oscilante, constituido por la capacidad C y
la inductancia L, se ajusta a una frecuencia de resonancia que en
este caso, por ejemplo, se encuentra seis veces por encima de la
frecuencia ajustada en el oscilador del circuito de mando 14. Para
evitar situaciones de fase opuesta entre la tensión del generador
U_{G} y la corriente de distancia disruptiva I_{F}, puede
ajustarse la resistencia de carga R de tal modo que las amplitudes
de corriente han descendido básicamente tras la duración de un
impulso del generador U_{G}. Con ello resulta posible generar
frecuencias de descarga de hasta aproximadamente 25 MHz con medios
relativamente sencillos. La amplitud de oscilación de retorno de la
corriente de distancia disruptiva I_{F} se dirige hacia el
condensador 15 a través de los diodos 12, 13 antiparalelos, donde se
almacena temporalmente la energía.
El caso c muestra un tercer modo de
funcionamiento en el que la inductancia L se ajusta en lo posible a
cero, y a partir de la resistencia de carga R y de la capacidad C se
constituye una constante de tiempo mayor que la anchura de impulso
de la tensión del generador U_{G}. Puede determinarse en amplios
límites la amplitud de la corriente de distancia trifásica I_{F}
mediante la tensión de alimentación U_{DC} ajustable y el ajuste
de resistencia de carga R. Como siempre se encuentra conectada una
capacidad C en serie, se impide de forma efectiva una componente de
corriente paralela de la corriente de distancia disruptiva
I_{F}.
Estas explicaciones cubren las ventajas y las muy
numerosas posibilidades de montaje de esta forma de realización del
generador 2.
Claims (27)
1. Procedimiento para el mecanizado de precisión
por electroerosión de una pieza a mecanizar (6) mediante un
electrodo (5), en el que el electrodo (5) y la pieza a mecanizar
(6) se encuentran encarados a una distancia de separación de
mecanizado de precisión, y la pieza a mecanizar (6) es sometida a
impulsos discretos en un proceso controlado en el que el mecanizado
tiene lugar de forma intermitente, efectuándose los impulsos
discretos en el entrehierro respectivamente durante tiempos de
mecanizado (T) y disponiéndose una fuente de medición (3) en el
entrehierro al menos durante los tiempos de interrupción (P),
caracterizado porque
- -
- durante los tiempos de interrupción (P) se detecta mediante medición eléctrica si el electrodo (5) está en contacto con la pieza a mecanizar (6),
- -
- y a partir de esta medición se obtiene un factor de trabajo de los impulsos de contacto, que determina la frecuencia del contacto, y porque
- -
- de esto se deriva una señal de regulación para la regulación del proceso.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la detección de oscilaciones del
electrodo de trabajo (5) se efectúa determinando respectivamente
durante los tiempos de medición (M), a partir de la forma de la
señal de distancia disruptiva (F), la tasa de impulsos de contacto
de las oscilaciones del electrodo.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque la tasa de impulsos de contacto se
define como la proporción del tiempo de medición (M) durante el cual
el electrodo de trabajo (5) está en contacto con la pieza a
mecanizar (6).
4. Procedimiento según la reivindicación 2 ó 3,
caracterizado porque el tiempo de medición (M) está
sincronizado con el tiempo de interrupción (P), aunque su inicio
está separado por un tiempo de retraso (D).
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque se suministra a
un servoregulador (8) una primera magnitud directriz (SC), generada
en un módulo de medición (4) a partir de la tasa de impulsos de
contacto obtenido y de un primer valor de referencia, para dirigir
un sistema de avance (X, Y).
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque, en caso de que la tasa de impulsos de
contacto obtenido supere el primer valor de referencia, se reduce
la velocidad de avance, y en caso de que la tasa de impulsos de
contacto esté por debajo del primer valor de referencia, se aumenta
la velocidad de avance.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque una segunda
magnitud directriz (GC), generada en un módulo de medición (4) a
partir de la tasa de impulsos de contacto obtenido y de un segundo
valor de referencia, controla la duración del tiempo de mecanizado
(T).
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque, en caso de que la tasa de impulsos de
contacto obtenido quede por debajo del segundo valor de referencia,
se reduce la duración del tiempo de mecanizado (T), y/o en caso de
que la tasa de impulsos de contacto supere el segundo valor de
referencia, se aumenta la duración del tiempo de mecanizado (T).
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque una fuente de
medición (3) presenta una característica de fuente de corriente con
limitación de tensión.
10. Procedimiento según la reivindicación 9,
caracterizado porque la característica de fuente de corriente
de la fuente de medición (3) puede ajustarse entre 10 mA y 600 mA,
y la limitación de tensión de la fuente de medición (3) puede
ajustarse entre 1 V y 100 V.
11. Procedimiento según la reivindicación 9 ó 10,
caracterizado porque en el módulo de medición (4) se compara
la señal de distancia disruptiva (F) con un valor límite (G)
ajustable, siendo el valor límite (G) menor que la limitación de
tensión de la fuente de medición (3) fijada, y suministrándose el
resultado de la comparación durante el tiempo de medición (M) a un
filtro, manteniéndose constante la tasa de impulsos de contacto en
el filtro entre los tiempos de medición (M).
12. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la polaridad de
la señal de salida de la fuente de medición (3) se ajusta positiva o
negativa o positiva y negativa de forma alternada de tiempo de
interrupción (M) en tiempo de interrupción (M).
13. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque el tiempo de
mecanizado (T) típico sin intervención reguladora asciende a 30 ms,
y se reduce de forma lineal con la tasa de impulsos de contacto
descendiente a través de la magnitud directriz (GC) hasta
aproximadamente cero para un 0% de factor de trabajo de los impulsos
de contacto.
14. Procedimiento según la reivindicación 13,
caracterizado porque el tiempo de interrupción (P) típico
asciende a 1 ms, y el tiempo de retraso (D) típico asciende a 200
\mus.
15. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el tiempo de
interrupción (P) típico asciende a 200 \mus, y el tiempo de
retraso (D) típico es cero, y el tiempo de medición (M) típico es
igual al tiempo de interrupción (P).
16, Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque un generador
(2) genera impulsos bipolares o monopolares cuya duración está entre
10 \mus y 20 \mus, y cuya amplitud de corriente está entre 10 A
y 500 mA, y cuya frecuencia está entre 100 kHz y 25 MHz, y porque
el generador (2) presenta una entrada de activación para recibir la
señal de tiempo de mecanizado (T) y para generar los impulsos
únicamente durante este tiempo (T).
17. Dispositivo para el mecanizado de precisión
por electroerosión de una pieza a mecanizar (6) mediante un
electrodo (5), en el que el electrodo (5) y la pieza a mecanizar
(6) se encuentran encarados a una distancia de separación de
mecanizado de precisión, y la pieza a mecanizar (6) es sometida a
impulsos discretos en un proceso controlado, estando configurado
dicho dispositivo de tal modo que el mecanizado tiene lugar de forma
intermitente, efectuándose los impulsos discretos en el entrehierro
respectivamente durante tiempos de mecanizado (T) y disponiéndose
una fuente de medición (3) en el entrehierro al menos durante los
tiempos de interrupción (P), caracterizado porque
- -
- durante los tiempos de interrupción (P) se detecta mediante medición eléctrica si el electrodo (5) está en contacto con la pieza a mecanizar (6),
- -
- y a partir de esta medición se obtiene un factor de trabajo de los impulsos de contacto que determina la frecuencia del contacto, y porque
- -
- de esto se deriva una señal de regulación para la regulación del proceso.
18. Dispositivo según la reivindicación 17,
caracterizado porque
- -
- se prevé un generador (2) que genera los impulsos discretos cíclicamente tan sólo durante un tiempo de mecanizado (T),
- -
- la fuente de medición (3) está configurada de tal modo que genera los impulsos de medición durante el tiempo de interrupción en función de una señal de tiempo de interrupción (P),
- -
- se prevé un módulo de medición (4) configurado de tal modo que determina durante un tiempo de medición (M), a partir de la señal de distancia disruptiva (F), un factor de trabajo de los impulsos de contacto de las oscilaciones del electrodo, y
- -
- el módulo de medición (4) presenta una primera (SC) y/o una segunda (GC) salida de magnitud directriz para controlar, en función de la tasa de impulsos de contacto, un sistema de avance (X, Y) y/o la duración del tiempo de mecanizado (T).
19. Dispositivo según la reivindicación 18,
caracterizado porque está configurado de tal modo que la
tasa de impulsos de contacto se define como la proporción del
tiempo de medición (M) durante el cual el electrodo de trabajo (5)
está en contacto con la pieza a mecanizar (6).
20. Dispositivo según la reivindicación 18 ó 19,
caracterizado porque el generador (2), la fuente de medición
(3) y/o el módulo de medición (4) presentan una entrada de
activación con la que puede controlarse su activación.
21. Dispositivo según una de las reivindicaciones
18 a 20, caracterizado porque la fuente de medición (3)
comprende una fuente de corriente ajustable cuya salida está
provista de un circuito limitador de tensión ajustable y un circuito
de interrupción de impulsos y, en caso necesario, un inversor de la
polaridad.
22. Dispositivo según una de las reivindicaciones
18 a 21, caracterizado porque el módulo de medición (4)
contiene un comparador configurado para recibir la señal de
distancia disruptiva (F) y un valor límite (G) ajustable, y porque
el dispositivo está constituido de tal modo que la salida del
comparador se transmite a través de un dispositivo conmutador a un
filtro de paso bajo para la constitución de un valor medio durante
un tiempo de medición (M), encontrándose el dispositivo conmutador
en estado conductor durante un tiempo de medición (M) y en estado
aislante entre los tiempos de medición (M).
23. Dispositivo según una de las reivindicaciones
18 a 22, caracterizado porque el generador (2) presenta un
amplificador clase C, previéndose una entrada de modulación para la
recepción de una señal de tiempo de mecanizado (T), y porque la
profundidad de modulación en este punto asciende al 100%.
24. Dispositivo según una de las reivindicaciones
18 a 23, caracterizado porque el generador (2) se compone al
menos de dos elementos interruptores (10, 11) en semipuente y dos
diodos (12, 13) antiparalelos, conmutándose los elementos
interruptores (10, 11) a su estado no-conductor
según una señal de tiempo de mecanizado (T) y por medio de una
entrada de bloqueo.
25. Dispositivo según una de las reivindicaciones
18 a 24, caracterizado porque el generador (2) contiene una
conexión de salida (R, C, L) en serie, la cual presenta uno o más
de los siguientes elementos:
- -
- una resistencia de carga (R) ajustable,
- -
- una inductancia (L) ajustable,
- -
- una capacidad (C) ajustable.
26. Dispositivo según la reivindicación 25,
caracterizado porque los elementos están configurados de tal
modo que la frecuencia de resonancia constituida por la inductancia
(L) y la capacidad (C) toma valores cercanos a la frecuencia de
funcionamiento del generador (2).
27. Dispositivo según la reivindicación 25,
caracterizado porque los elementos están configurados de tal
modo que la frecuencia de resonancia constituida por la inductancia
(L) y la capacidad (C) toma valores múltiplos de la frecuencia de
funcionamiento del generador (2), y la resistencia de carga (R) está
configurada de tal modo que la oscilación de la resonancia durante
un impulso individual del generador (2) decrece sustancialmente.
28. Dispositivo según la reivindicación 25,
caracterizado porque la inductancia (L) está ajustada al
valor cero y los valores de capacidad (C) y de resistencia de carga
(R) se ajustan de tal modo que su constante de tiempo es mayor que
la duración de un impulso individual del generador (2).
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