CN107614177A - 放电加工自动化电极更换器 - Google Patents

Abstract

本说明书公开了一种包括自动化电极更换器的放电加工（EDM）系统，所述自动化电极更换器储存多个电极以便一次一个地进行分配以插入到所述系统的主轴中。所述自动化更换器包括电极储存单元、电极插入单元、以及电极移除单元。本说明书还公开了一种放电加工的方法，所述方法利用例如所述自动化电极更换器。

Description

放电加工自动化电极更换器

技术领域

本发明涉及放电加工（EDM）系统和方法，并且更具体地涉及用于处理此类系统和方法内的电极的系统和方法。

背景技术

放电加工（EDM）（也称为电火花加工、电火花蚀刻、烧蚀、刻模、线烧蚀、或者线熔蚀）是一种制造工艺，借此使用放电来获得所期望的形状。通过两个电极之间的一系列快速循环电流放电来从工件移除材料。电极中的一个是工具或者仅仅是电极，并且电极中的另一个是工件。

电极在EDM过程期间被消耗。因此，耗尽的电极必须定期地使用新电极来替换。显然，在电极正被替换时，EDM系统没有正在操作，从而导致停机时间和降低的机器利用率。在电极替换期间的停机时间量部分地取决于操作员多快注意到需要替换并且部分地取决于操作员在进行替换时的技巧和速度。当EDM加工需要相对高的电极消耗率时（例如，快速钻削），机器利用率尤其是低的。

为了使电极替换过程自动化，已经开发出一些技术。这些技术包括转盘（carousel）和弹簧装载式盒筒。遗憾的是，这些技术需要操作员装载转盘和/或盒筒，从而导致所不期望的人工。另外，这些技术产生不一致的结果并且因此产生不一致的机器利用率。

发明内容

前述问题通过本发明来解决，在本发明中，提供了用于EDM系统的自动化电极更换器。自动化更换器减少电极替换时间，从而提高机器利用率。

自动化电极更换器包括电极储存单元、电极插入单元、以及电极移除单元。储存单元被设计成储存多个电极并且一次一个地将电极分配到电极插入单元。电极移除单元从主轴移除耗尽的电极。电极插入单元将新电极插入到主轴中。

自动化电极更换器被包括到EDM系统中，EDM系统包括主轴和主轴运输系统，主轴运输系统适于使主轴选择性地与电极插入系统、电极移除单元、以及工件对准。具有自动化电极更换器的系统减少了操作员在如下操作中的参与：（a）对电极的管进行定期装载，以及（b）对工件进行定期更换。

本发明还包括利用所述自动化电极更换器及其功能的EDM加工方法。

本发明提供数个优点。第一，所述系统减少机器停机时间。第二，所述系统降低可能在手动处理期间出现的对电极造成损坏的风险。第三，所述系统通过使过程自动化而减少了替换电极所需要的时间。第四，鉴于减少暴露于EDM环境，所述系统降低了操作员的可能的健康风险。

通过参考对当前实施例的描述和附图，本发明的这些以及其它优点和特征将得到更全面的理解和领会。

附图说明

图1是包括本发明的自动化电极更换器的EDM机的透视图。

图2是EDM机和自动化电极更换器的放大透视图。

图3是EDM机和自动化电极更换器的正面立视图。

图4是EDM机的右侧立视图，其示出了主轴处于若干位置中。

图5是沿着图3中的线5-5截取的电极储存管的截面图。

图6是导向件和电极的透视图。

图7是更换器的背面立视图，其示出了电极储存单元朝着电极插入单元移动。

图7A是图7中的圆圈VIIA内的区域的放大图。

图8是更换器的背面立视图，其示出了电极储存单元与电极插入单元对准。

图8A是图8中的圆圈VIIIA内的区域的放大图。

图9是更换器的放大背面立视图，其示出了将新电极供给到电极插入单元中。

图10是更换器的放大背面立视图，其示出了将新电极完全插入到电极插入单元中。

图11是EDM机的右侧立视图，其示出了主轴与电极移除单元对准。

图12是更换器的放大后部立视图，其示出了从主轴移除耗尽的电极。

图13是EDM机的正面立视图，EDM机使主轴在与电极移除单元和电极插入单元对准的状态之间移动。

图14是更换器的放大后部立视图，其示出了将新电极插入到主轴中。

图15是更换器释放新电极的放大后部立视图。

图16是EDM机的右侧立视图，其示出了主轴重新与工件对准。

具体实施方式

I. 系统

附图中图示了依照本发明的当前实施例来构造的放电加工（EDM）机并且将其标示为10。EDM机10包括框架12、工件支撑器14、主轴16、主轴运输机构18、以及自动化电极更换器20。

除了自动化电极更换器20之外，EDM机10的部件对于本领域的技术人员而言是众所周知的并且不需要详细描述。框架12提供用于EDM机10的支撑结构。工件保持器14支撑工件P并且绕A轴线和B轴线移动。主轴16可释放地接收电极E。主轴运输机构18使主轴15沿X方向、Y方向和Z方向移动。主轴运输机构18也被称为XYZ工具夹具基座（tool jig base）。工件保持器14和运输系统18在操作上连接到本领域的技术人员通常已知的任何类型的控制系统（未图示）。

自动化电极更换器20是本发明的一个新颖方面。如可能在图7、图7A、图8和图8A中最佳地图示的，更换器20包括电极储存单元22、电极插入单元24、以及电极移除单元26。更换器20包括被支撑在框架构件12a上的抬升器区块28。抬升器区块28进而直接地或者间接地支撑更换器20的其余部件。

主区块30被支撑在抬升器区块28的上端上。主区块30支撑电极储存单元22、电极插入单元24、以及电极移除单元26。

电极储存单元22被支撑在滑动组件32上以沿X方向进行往复线性移动（见图2）。滑动组件32包括用于使该组件移动的滑动作动筒（cylinder）34。滑动组件32使得能够在图7中图示的待机位置（rest position）与图8中图示的装载位置之间运输储存单元22。

电极储存单元22包括电极管保持器36、门闸单元38、以及振动马达40。保持器36适应于接收包含多个电极E的电极管42。如可能在图7A和图8A中最佳地图示的，保持器36限定出圆柱形形状的接收器孔径44。接收器孔径44的底面46限定出孔48，电极E可以穿过孔48。孔48的直径被选择成大于电极E中的任何一个的直径，但小于任何电极的直径的两倍。因此，电极E必须一次一个地穿过孔48。

在当前实施例中，底面46朝着孔48向下倾斜。振动马达40可以是偏心驱动马达或者用于使电极管保持器36振动或者摇动的其它合适装置。底面46的角度和振动马达40所提供的振动有助于电极E至孔48的移动。

门闸单元38包括滑动件50和作动筒52。在图7A中图示的其正常位置中，滑动件50延伸到孔48中以防止电极E穿过孔48超出门闸50。作动筒52可以被致动以将门闸50撤出到图8A中图示的位置，从而允许电极E穿过孔48离开电极管42。

在图9至图10中可能最佳地图示了电极插入单元24。电极插入单元24包括辊子安装座54、辊子对56和58、弹簧60、以及作动筒62。辊子56由主区块30支撑并且选择性地由马达57旋转。惰性辊子（idler roller）58被可旋转地支撑在辊子安装座54上，辊子安装座54进而被可枢转地支撑在枢轴64上。弹簧60沿如在图9至图10中观察的顺时针方向偏压辊子安装座54以使辊子轮58移动成与辊子轮56接触。作动筒62可以被致动以使得其柱塞66使辊子安装座54沿如在图9至图10中观察的逆时针方向枢转以使辊子58从辊子56脱离。

电极接收器管68和电极接收器导向件70被支撑在负载导向安装座31内。管68和导向件70与辊子56和58对准以接收电极E。

在图9至图10中可能最佳地图示了电极移除单元26。电极移除单元26包括辊子安装座74、辊子对76和78、弹簧80、以及作动筒82。辊子76由主区块30支撑并且选择性地由马达77旋转。惰性辊子78被可旋转地支撑在辊子安装座74上，辊子安装座74进而被可枢转地支撑在枢轴84上。弹簧60沿如在图9至图10中观察的逆时针方向偏压辊子安装座54以使辊子轮78偏压成与辊子轮76接触。作动筒62可被致动以使得其柱塞86使辊子安装座54沿如在图9中观察的顺时针方向枢转以使辊子78从辊子76脱离。

电极移除管88和电极移除导向件90被支撑在负载导向安装座31内。管88和导向件90与辊子76和78对准以从主轴16接收电极E。耗尽电极管92被管保持器94支撑在抬升器区块28上。耗尽电极管92与耗尽管导向件88对准以接收耗尽电极以便随后弃置或者回收。

控制系统（未图示）在操作上连接到所有所描述的部件以控制他们的操作。对于本领域的技术人员而言，基于本说明书将会容易地明白控制系统的设计和实施方式。因此，不必对控制系统进行详细描述。

II. 操作

现在将对EDM系统10的示例性操作方法进行描述。对于本领域的技术人员而言，将会明白其它方法和/或方法内的步骤的重新排序。

尽管对操作的描述可以在数个步骤处开始，但将会以如下步骤来开始本次描述：将电极储存管或者盒筒42装载到管保持器36中。该装载由操作员来执行，操作员然后采取进一步行动以表明电极管42已经被装载。该进一步行动可能就是如关闭机器10上的门这么简单。替代地，此类行动可以是在键盘或者其它输入装置上进行输入。

在电极管42被装载的情况下，EDM机10执行EDM加工直到控制系统确定主轴16内的电极E已耗尽且需要替换，或者直到完成程序。如果电极E需要替换，则控制系统发起电极更换。

电极更换序列由如下步骤开始：将主轴16运输到处于与电极移除单元26对准。在图3至图4中，该位置由数字100指定。在图11至图12中进一步图示了该位置。使主轴16松开夹具（umclamp）以释放耗尽的电极，该耗尽的电极借助于重力落在开口辊子76和78之间。

控制系统然后致动作动筒82以允许辊子安装座74沿如在图12中观察的逆时针方向枢转。该移动允许辊子78与邻近辊子76接合并且夹住或者捕获电极E。然后使辊子76和78旋转以从主轴16移除电极。电极E通过导向管88行进到耗尽的电极管92中。

然后将主轴16升高到位置102（见图13），并且然后使主轴16沿横向方向移动到位置104（再次见图13），在位置104中，主轴与电极插入单元24的辊子56和58对准。然后使主轴降低到紧密接近主轴插入单元24的位置。

然后使辊子56和58旋转以将先前搭载的电极E（如下文所描述的）向上运输通过导向管68并且进入到主轴16中。

然后使主轴16致动以夹持插入在其内的电极。

控制系统然后致动作动筒62以使柱塞66延伸，由此使辊子安装座54沿如在图12中观察的逆时针方向枢转。该枢转使辊子58从邻近的辊子56脱离以释放电极E。

然后向上运输主轴16以完全从电极插入单元24撤出电极E。然后将主轴16运输回到在图2、图4和图16中图示的其操作位置106。机器10然后恢复EDM加工直到完成工件P或者直到需要进行另一次电极更换。

当机器10在电极替换之后恢复EDM加工时，将另一电极搭载在电极插入单元24内。该过程由如下步骤开始：致动滑动作动筒34以将电极储存单元22从在图2和图7中图示的其正常位置移动到如在图8中图示的与电极插入单元24对准的位置。当就位时，致动作动筒62以撤出柱塞66，这允许辊子安装座54沿如在图9中观察的逆时针方向枢转。该运动使得辊子58能够与邻近的辊子56接合并且限制或者夹住电极E。致动门闸单元38中的作动筒52以将门闸50撤出到图8A中图示的位置。另外地，使振动马达40致动。倾斜底面46和振动马达40的组合导致管42内的电极E中的一个变得与孔48对准并通过孔48落下并且如图9中图示的在辊子56和58之间。然后使辊子56和58旋转以引导电极E向下穿过导向管68直到传感器（未图示）感测到电极的前导端。这时，使辊子56和58停止；使门闸单元38上的作动筒52致动以使滑动件50返回到其在图7A中图示的位置；并且关闭振动马达40。然后再一次使辊子56和58旋转以引导电极E完全向下进入到插入单元24中。这时，电极E没有或者相对少地向上延伸到电极插入单元24上方。然后使滑动作动筒34致动以使电极储存单元22返回到其正常位置。这时，导向管68内的电极E被搭载以便进行如上文所描述的随后的电极更换。

如将从本说明书领会到的，本发明基本上使EDM环境内的电极更换功能完全自动化。基本上，所需要的唯一的操作员参与只有：（a）对电极管42进行定期装载，（b）对工件P进行定期更换，以及（c）从耗尽电极管92对耗尽的电极进行定期移除。本发明由此加速了电极更换并且提高了机器利用率。

III. 结论

上面的描述是对本发明的当前实施例的描述。在不偏离如所附权利要求中限定的本发明的精神和宽泛方面的情况下，可以作出各种更改和改变，本发明的精神和宽泛方面将依照包括等同原则在内的专利法的原则来进行理解。

本公开的呈现是用于图示说明目的并且不应被理解为是对本发明的所有实施例的详尽描述或者将权利要求的范围限制到与这些实施例一起图示或者描述的特定元件。例如，但不限于，所描述的发明的任何单个元件可由一个或多个替代元件来替换，该一个或多个替代元件提供大体上相似的功能或者以其他方式提供适当的操作。例如，这包括当前已知的替代元件（诸如本领域的技术人员当前可能已知的那些）以及可能在未来开发出的替代元件（诸如本领域的技术人员可能在开发时意识到作为替代物的那些）。

本发明不限于在上面的说明书中陈述的或者在附图中图示的操作细节或者部件的构造和布置细节。本发明可以以各种其它实施例来实施并且以本文未明确公开的替代方式来实践或者执行。而且，本文所使用的措辞和术语是用于描述的目的并且不应被视为是是限制性的。“包含”和“包括”及其变型的使用意在涵盖其后列出的项目和其等同物以及附加项目和其等同物。另外，在对各种实施例的描述中会使用到列举法。除非另有明确说明，否则列举法的使用不应被理解为将本发明限制于任何特定顺序或者特定数量的部件。列举法的使用也不应被理解为将可能与所列举的步骤或者部件进行组合或者被组合到其中的任何另外的步骤或者部件排除在本发明的范围之外。

所公开的实施例包括一致地进行描述的且可能协作地提供益处的集合的多个特征。本发明不只是限于那些包括所有这些特征或者提供所有所说明的益处的实施例。

以单数形式（例如，使用冠词“一”、“一个”、“该”或者“所述”）对要求保护的元件的任何引用都不应被理解为将该元件限制于单数个。

诸如“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“上”、“下”、“内”、“向内”、“外”以及“向外”等方位术语用于帮助基于附图中所示出的实施例的定向来描述本发明。方位术语的使用不应被理解为将本发明限制于任何特定定向。

Claims (11)

1.一种放电加工（EDM）系统，包括：

主轴，所述主轴适于沿向上方向接收电极；

电极储存系统，所述电极储存系统适于储存多个电极，所述电极储存系统包括电极分配系统，所述电极分配系统适于一次一个地从所述电极储存系统分配所述电极；

电极插入系统，所述电极插入系统适于从所述电极分配系统沿向下方向引导电极并且将所述电极沿向上方向插入成刚好与所述主轴接触；

储存运输系统，所述储存运输系统适于使所述电极储存系统在分配位置与待机位置之间水平地移动，所述分配位置与所述电极插入系统竖直地对准；

电极移除系统，所述电极移除系统适于沿向下方向从所述主轴移除用过的电极；以及

主轴运输系统，所述主轴运输系统适于使所述主轴水平地移动以使所述主轴选择性地（a）与所述电极移除系统对准，以便由所述电极移除系统沿向下方向从所述主轴撤出耗尽的电极，（b）与所述电极插入系统对准，以便由所述电极插入系统沿向上方向将电极插入到所述主轴中，以及（c）与工件对准。

2.根据权利要求1所述的EDM系统，还包括：

控制系统，所述控制系统在操作上连接到所述电极储存系统、所述电极插入系统、所述储存运输系统、所述电极移除系统、以及所述主轴运输系统。

3.根据权利要求1所述的EDM系统，其中，所述电极插入系统包括辊子对，所述辊子对适于：（a）当所述电极插入系统正在从所述电极储存系统撤出电极时抓住电极并沿向下方向运输电极，以及（b）当所述电极插入系统正将电极插入到所述主轴中时抓住电极并沿向上方向运输电极。

4.一种放电加工（EDM）系统，包括：

主轴，所述主轴适于接收电极；

电极储存系统，所述电极储存系统适于储存多个电极，所述电极储存系统包括电极分配系统，所述电极分配系统适于一次一个地从所述电极储存系统分配所述电极；

电极插入系统，所述电极插入系统适于从所述电极分配系统接收电极并且将所述电极插入到所述主轴中；

电极移除系统，所述电极移除系统适于从所述主轴移除用过的电极，所述电极移除系统包括辊子对，所述辊子对适于抓住并运输电极；以及

主轴运输系统，所述主轴运输系统适于使所述主轴选择性地与所述电极插入系统、所述电极移除系统、以及工件对准。

5.一种用于放电加工（EDM）系统的自动化电极更换器，所述更换器包括：

电极储存系统，所述电极储存系统适于储存多个电极，所述电极储存系统包括电极分配系统，所述电极分配系统适于一次一个地从所述电极储存系统分配所述电极；

电极插入系统，所述电极插入系统适于从所述电极分配系统沿向下方向引导电极并且将所述电极沿向上方向插入成刚好与主轴接触；

储存运输系统，所述储存运输系统适于使所述电极储存系统在分配位置与待机位置之间水平地移动，所述分配位置与所述电极插入系统竖直地对准；以及

电极移除系统，所述电极移除系统适于沿向下方向从主轴移除用过的电极。

6.根据权利要求5所述的自动化电极更换器，还包括：

控制系统，所述控制系统在操作上连接到所述电极储存系统、所述电极插入系统、所述储存运输系统、以及所述电极移除系统。

7.根据权利要求5所述的自动化电极更换器，其中，所述电极插入系统包括辊子对，所述辊子对适于：（a）当所述电极插入系统正在从所述电极储存系统撤出电极时抓住电极并沿向下方向运输电极，以及（b）当所述电极插入系统正将电极插入到主轴中时抓住电极并沿向上方向运输电极。

8.一种用于放电加工（EDM）系统的自动化电极更换器，包括：

电极储存系统，所述电极储存系统适于储存多个电极，所述电极储存系统包括电极分配系统，所述电极分配系统适于一次一个地从所述电极储存系统分配所述电极；

电极插入系统，所述电极插入系统适于从所述电极分配系统接收电极并且将所述电极插入到主轴中；以及

电极移除系统，所述电极移除系统适于从主轴移除用过的电极，所述电极移除系统包括辊子对，所述辊子对适于抓住并运输电极。

9.一种放电加工的方法，包括如下步骤：

将多个电极装载到电极储存系统中；

使所述电极储存系统与电极插入系统竖直地对准；

从所述电极储存系统沿向下方向分配所述电极中的一个；

从所述电极储存系统将所述电极向下引导到所述电极插入系统中；

使所述电极分配系统水平地移动离开与所述电极插入系统竖直对准的状态；

使所述主轴与所述电极插入系统中的电极竖直地对准；

使所述电极插入系统致动以将所述电极沿向上方向插入成刚好与所述主轴接触；

对工件进行加工由此产生用过的电极；

使所述主轴与电极移除系统竖直地对准；

使所述电极移除系统致动以从所述主轴沿向下方向引导所述用过的电极；以及

重复在所述装载步骤之后的上述步骤。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述电极插入系统致动步骤包括：使辊子对旋转以抓住和运输所述电极。

11.一种放电加工的方法，包括如下步骤：

将多个电极装载到电极储存系统中；

将所述电极中的一个从所述电极储存系统分配到电极插入系统中；

使所述主轴与所述电极插入系统中的电极对准；

使所述电极插入系统致动以将所述电极插入到所述主轴中；

对工件进行加工由此产生用过的电极；

使所述主轴与电极移除系统对准；

使所述电极移除系统致动以从所述主轴移除所述用过的电极，所述电极移除系统致动步骤包括：使辊子对旋转以抓住和运输所述电极；以及

重复在所述装载步骤之后的上述步骤。