本发明涉及一种用于特别是通过预先计算加工所要求的电极数量来优化刻模(die-sinking)放电加工的方法。此外，本发明涉及一种用于优化与该电极数量相关的加工序列的方法。
背景技术：
1、刻模放电加工是一种适用于加工硬质材料的过程。刻模放电加工机器工具(machine tool)广泛地已知用于模具的生产、复杂形状的腔体和利用常规加工过程非常难以加工的应用。
2、然而，这样的过程的缺点是刻模过程相对慢。为了提高生产效率，自动化扮演着关键角色。因此，像许多其他类型的机器工具一样，放电机器工具典型地配备有一些自动化算法来优化过程。
3、典型地，针对一个部件生产要求若干个成形电极来获得期望的腔体。附加地，用于制造一个部件的加工过程包括不同的加工阶段，诸如粗加工、半精加工和精加工，以便获得高表面质量。通常，不同的电极类别被用于不同的加工阶段。此外，在大多数应用中，针对一个加工阶段，一个电极是不充足的。因此，针对一个加工阶段可能要求具有相同形状的多个电极。
4、us 6521856公开了一种用于控制具有若干个相同或不同电极的刻模腐蚀机中的多个加工过程的方法和设备。加工过程的加工序列基于由用户输入的预定义准则自动确定。在该方法中，所使用的电极数量是预定义的，并且加工序列是基于预定义的工具电极数量来优化的。
5、然而，对于多腔体加工过程，考虑到生产质量和成本，加工过程中使用的电极数量也扮演重要角色。不仅为了实现所要求的几何形状，还为了实现表面质量，刻模edm中的多腔体加工在专家知道如何选择电极数量和使用这些电极的顺序的信任方面存在挑战。放电加工(edm)使用放电从工件移除材料。作为此的结果，一些材料也被从工具电极移除，这被称为“电极磨损”。这是edm过程的缺点。为了减少对部件质量的负面影响，可以通过新的电极替换由加工引起的具有高磨损的电极。然而，这不仅增加了用于更换电极的加工时间，而且还增加了加工成本。因此，需要对该参数的进一步优化，即加工部件所要求的工具电极数量。
6、直到现在，操作者尤其是基于他的经验主要确定工具电极的数量。因此，确定该参数很大程度上取决于操作者的专业知识和实验测试，这由于这样的系统中大数量的选项而提供有限的优化可能性。此外，为了确保加工部件的质量，通常添加安全裕量。这有时候导致工具电极的浪费，并因此引起不适当的成本。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种用于以提高的生产率优化放电加工过程的方法。此外，本发明的目的是提供一种用于计算放电加工过程的电极数量的优化方法。特别地，目的是提供一种以降低的生产成本优化放电加工过程的方法。此外，本发明的目的是提供一种应用于提高放电加工过程的生产率的设备。
2、根据本发明，这些目的通过独立权利要求的特征来实现。附加地，从从属权利要求和描述中得出进一步的有利实施例。
3、为了实现以上目的，本发明提供了一种用于优化放电加工过程的方法，所述放电加工过程用于通过安装在放电加工机器工具中的电极来腐蚀工件，其中要求多个电极来在工件上形成多个腔体，所述方法包括如下步骤：定义与加工优先级相关的目标，特别地，加工优先级从包括加工质量、加工时间和加工成本的组中选择；获得定义腔体的几何形状和腔体的数量的腔体规格数据，以用于由处理单元计算从工件移除以形成腔体的材料体积；获得至少一个加工设置，所述加工设置包括由处理单元应用于加工腔体的加工参数；定义描述加工腔体的次序的至少一个加工序列；由处理单元基于所获取的腔体规格数据、加工序列和加工设置来计算由加工腔体引起的电极累积磨损；以及由处理单元基于所计算的电极累积磨损来确定加工多个腔体所要求的电极的数量，以达到目标。
4、典型地，edm加工过程要求至少两个加工阶段，包括粗加工和精加工，以实现合理的质量。在形状必须被加工若干次(即多腔体)的情况下，至少需要三个加工阶段，包括粗加工、半精加工和精加工。为了完整起见，当前系统可以管理多达五个加工阶段，包括粗加工、三个阶段的半精加工、和精加工。电极的几何形状根据腔体的几何形状来定义。因此，在不同加工阶段中使用的所有电极都具有相当相似的几何形状，但是由于不同的尺寸过小的规格，几何形状并不完全相同。然而，为了在不同的加工阶段中加工腔体以达到不同的目标，电极的类型可以变化。在相同的加工阶段内，应用具有相同几何形状的电极，但是电极的数量要被确定。此外，不同加工阶段的电极数量也可以变化。例如，在粗加工中，最多体积的材料被移除，但是要求高的表面粗糙度；而在精加工中，最少体积的材料被移除，但是要求低的表面粗糙度。因此，难以手动估计所需的电极数量。用于由处理单元计算该数量的方法可以提供最优结果。这可以提高加工的充分性并且节省成本。
5、优选地，对于每个加工阶段，确定所要求的电极数量。对于粗加工，应用第一类型的电极。因此，确定第一类型的电极的数量。对于半精加工，应用第二类型的电极。因此，确定第二类型的电极的数量。对于精加工，应用第三类型的电极。因此，确定第三类型的电极的数量。
6、在开始加工之前，需要加工准备阶段。在该阶段中，选择工件的材料并且设计要在工件上形成的腔体的形状。根据要加工的腔体，定义和设计电极的形状，并且选择电极的材料。腔体几何形状通常通过使用计算机辅助设计(cad)程序来设计，并且呈现为3-d模型。从该模型中，可以导出腔体规格数据。优选地，腔体规格数据由处理单元自动导出。处理单元是布置在机器工具之外的计算机。替代地，处理单元集成在机器工具中。
7、如在许多加工过程中一样，难以满足所有要求。因此，可以通过从包括加工质量和/或加工时间和/或加工成本的组中选择优先级准则来定义目标。加工质量主要涉及所生产部件的质量，并且取决于加工磨损。加工质量包括例如所生产部件的粗糙度和所加工腔体的形状的精度。通常，期望的粗糙度可以由用户给出。加工成本包括例如电极的材料成本，其直接依赖于电极的数量。电极的数量必须被确定为达到目标。通过选择优先级准则，系统生成应用于加工的加工设置。例如，如果选择加工速度作为优先事项，则这自动暗指更高的电极磨损。例如，对于被选择作为目标的所定义的粗糙度，以使得所加工的部件可以达到该粗糙度的方式来计算电极的数量。目标由操作者手动输入到处理单元中。然后处理单元创建加工程序。
8、此外，即使在相同的加工阶段期间，加工参数也可以变化，以获得最优的加工条件。因此，定义了包括加工参数的不同加工设置。每个加工设置包括不同的加工参数集，加工一个腔体可以要求一个或多个加工设置。典型地，应用于加工的电信号由一系列施加的矩形或正弦电脉冲组成，并且定义脉冲的基本参数是每个脉冲之间的延迟时间、脉冲的持续时间和施加的电流。这些参数加上电极和工件之间的电压是主要影响电极磨损的参数，并且因此被包括在加工设置中。
9、加工序列定义腔体应当据其加工的次序。典型地，腔体是按顺序加工的。例如，如果要在工件上形成多个n个腔体。以升序加工次序，腔体被从腔体1到n进行加工。以降序加工次序，腔体被从腔体n到1进行加工。然而，也可能的是以非顺序次序加工腔体。例如，可以基于所定义的准则对腔体进行排名。加工的次序根据腔体的排名来定义。一个加工步骤指示加工过程的一个循环，其中所有腔体被从1到n或从n到1进行加工。
10、在准备阶段中，生成加工程序，并且该加工程序包含用于加工具有不同形状的一个或多个腔体的所有数据。每种不同的形状都可以被加工若干次。加工一个腔体若干次被称为多腔体加工。加工程序例如是cam程序。可以由处理单元从加工程序中提取计算电极的数量所要求的所有必要信息，并且将该信息用作用于计算的输入，诸如腔体规格数据、加工序列、加工设置。然而，不排除由操作者输入该信息的全部或一部分。例如，加工序列可以由操作者从若干个预定义的加工序列中选择。
11、为了能够加工工件，也必须指定所要求的电极数量和加工序列。本发明的方法提供了一种用于自动计算由每个加工设置移除的材料体积和每个加工设置对电极的磨损以便提供电极的最优数量的方法。因此，可以实现用于实现所要求的部件规格的最大生产率。附加地，该方法具有如下优点：使与电极相关的成本和与电极材料相关的碳足迹以及与该制造过程相关联的能耗最小化。
12、基于根据本发明的方法，可以提供软件工具，以允许操作者确定在准备阶段处通过全自动过程加工所定义数量的腔体所要求的工具电极的最优数量。
13、影响电极数量的一个重要因子是由加工引起的电极磨损，特别是由加工多个腔体引起的电极的累积磨损。累积磨损通过如下步骤确定：计算用于加工一个腔体的电极的线性磨损；以及通过对由加工多个腔体引起的所计算的电极的线性磨损求和来计算累积磨损，所述多个腔体由相同电极进行加工。例如，要加工的腔体总数为n，并且腔体的加工序列为升序，即以1,2…n-1和n的次序。在第一步骤中，计算由加工一个单个腔体引起的电极的线性磨损。对n个腔体中的每一个进行线性磨损计算。在第二步骤中，计算由加工多个腔体引起的电极的累积磨损。用于加工第一腔体的电极的累积磨损等于由加工第一腔体引起的电极的线性磨损。用于加工第二腔体的电极的累积磨损是由加工第一腔体引起的电极的线性磨损和由加工第二腔体引起的电极的线性磨损之和。用于加工最后一个腔体n的电极的累积磨损是由加工具有数字n的腔体引起的电极的线性磨损和由加工具有数字n-1的腔体引起的电极的累积磨损之和。
14、在一个变型中，针对在一个加工阶段中加工一个腔体定义了多个加工设置，并且通过考虑一个或多个加工设置来计算一个腔体的电极磨损。每个加工阶段可以包括一个或多个加工步骤。在每个加工步骤中，一个或多个加工设置可以被应用于加工腔体，特别地，所有腔体在一个加工步骤内由相同的加工设置进行加工。
15、如果多于一个加工设置被应用于加工。一个腔体的加工以逐个设置的方式进行。这意味着，通过一个接一个地应用不同的加工设置来加工第一腔体，然后通过一个接一个地应用加工设置来再次加工第二腔体。因此，必须通过考虑所有加工设置来计算由加工每个腔体引起的电极的线性磨损。
16、电极的线性磨损wlseq是逐个设置并且通过考虑要被移除的部件的体积来计算的。计算如下：
17、通过设置的体积磨损wvs[mm3]可以通过使用如下公式计算：
18、wvs＝kws×vrs(kws是电极磨损率(通过设置)[％]，并且vrs是设置的体积移除[mm3])
19、通过设置的线性磨损wls[mm]可以通过使用如下公式计算：
20、wls＝wvs/spr(spr是投影的正表面[mm2])
21、如果一个加工阶段包括多个加工设置，则一个腔体的线性磨损是该腔体的每个加工设置的线性磨损之和，即：
22、
23、累积磨损(twc)是由加工多个腔体引起的电极磨损之和。
24、累积磨损代表每个腔体上的几何误差。当累积磨损超过设置的极限时，这意味着所要求的腔体深度没有达到可容许的偏差。因此，所有的腔体都必须被再加工一次，但是利用新的电极，因为先前的电极已经用完。利用新的电极针对所有腔体重复包括累积磨损的计算的计算步骤。如果一个腔体的累积磨损仍然超过极限值，则必须再次增加电极的数量，因为必须应用另外的新电极。必须进行该迭代，直到所有腔体的累积磨损低于极限值为止。
25、极限值可以基于与加工优先级相关的目标来确定。公认的是，如果我们选取以速度优先级来工作，则与如果我们选取低磨损优先级相比，具有更高的极限值是合乎逻辑的，因为这意味着我们不寻求相同的最终精度。
26、与此相关，速度优先级将造成更低的成本，因为将需要更少的电极来进行制造，并且加工时间更短。
27、该计算过程能够计算加工优先级的所有组合的电极数量，以便向用户建议优选的和/或优选变型的范围。
28、在一个变型中，定义了上限值和下限值。上限值意味着电极的磨损变得太重要，并且它可能生成太多变形而无法利用下一个电极和加工步骤来补偿，从而放大其自身的变形。如果超过上限，则必须立即将新的电极应用于下一个腔体的加工，即使是在一个加工步骤内。这意味着必须增加电极的数量，并且应当通过考虑应用新的电极来进行下一个腔体的电极累积磨损的计算。
29、如果仅超过下限，则电流电极仍然可以利用，直到当前加工步骤结束为止。应当为下一个加工步骤应用新的电极。尤其是，下限值和上限值基于工件的材料、和/或加工设置、和/或加工序列来定义。
30、如果腔体的累积磨损超过极限，则增加电极数量。
31、如果一个腔体的累积磨损超过上限，则在计算下一个腔体的磨损之前增加电极数量。这意味着，由于磨损太高，应当立即将新的电极应用于下一个腔体。
32、当最后一个加工阶段完成，并且所有腔体的累积磨损低于极限时，当前的电极数量就是最终结果。
33、基于该计算，可能的是确定何时必须更换电极以及可以由每个电极进行多远的加工。
34、在优选的变型中，该方法进一步包括获得定义加工阶段的数据，并且对于每个加工阶段，确定所要求的电极数量，其中加工阶段是如下中的一个或多个：粗加工、半精加工和精加工。
35、在优选的变型中，加工时间基于计算的累积磨损来确定。第一腔体的所计算的加工时间是参考加工时间，因为它是以要移除的全部材料和新的电极开始的唯一腔体。由于电极上的磨损，所有其他腔体的要移除的材料更少。特别地，确定加工的起点和终点。起点和终点是指加工的时间点或加工路径上的定位点。这允许了解哪些设置受到磨损的影响，并且完全或部分工作或者根本不工作。对于每个腔体，这使得有可能将剩余要移除的材料量关于参考进行比较，并且通过扩展得出所要求的加工时间。每个腔体所有时间之和允许计算用于粗加工；(一个或多个)半精加工；精加工的加工时间，并且这些时间之和给出总的加工时间。
36、有利的是，所确定的电极数量被传输到加工过程以准备所需的电极。一般而言，电极由机器工具加工，例如通过铣削。如果工具电极的数量可以被直接传输到铣削机器，则可以产生工具电极的确切数量。这进一步提高了加工的自动化，并且可以优化材料成本。
37、一种用于通过edm来加工部件的方法，包括如下步骤：由第一处理单元使用cad设计腔体和电极；由第二处理单元计算电极数量；由第三处理单元接收所计算的电极数量；由第一机器工具加工电极；以及由第二机器工具通过电极加工部件。第一机器工具是用于铣削电极的机器工具。第二机器工具是edm机器工具。
38、在本发明中，提供了一种用于由edm加工部件的系统。该系统包括第一处理单元、第二处理单元、第三处理单元、第一机器工具和第二机器工具。第一处理单元被配置为使用cad设计腔体和电极。第二处理单元被配置为计算电极数量。第三处理单元被配置为接收所计算的电极数量。第一机器工具被配置为加工电极。第二机器工具被配置为通过应用电极来加工部件。
39、优选地，第一处理单元、第二处理单元和第三处理单元是计算机或机器工具的控制单元。它们可以是外部设备或被集成在机器工具中。
40、在优选的变型中，第一机器工具是铣削机器工具，并且第二机器工具是edm机器工具。
1.一种用于优化放电加工过程的方法，所述放电加工过程用于通过安装在放电机器工具中的电极(1)来腐蚀工件，其中要求多个电极来在工件上形成多个腔体，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定每个腔体的累积磨损包括：
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述方法进一步包括将累积磨损与极限进行比较，并且如果累积磨损超过极限，则增加电极的数量。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述极限是基于与加工优先级相关的目标来确定的。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述极限包括下限和上限。
6.根据权利要求5所述的方法，其中如果一个腔体的累积磨损超过上限，则在计算下一个腔体的磨损之前增加电极的数量。
7.根据权利要求1至6中的一项所述的方法，其中所述方法进一步包括基于累积磨损确定加工时间，特别是确定使用每个电极的起点和终点。
8.根据权利要求1至7中的一项所述的方法，其中所确定的电极数量被传输到加工过程以准备所需的电极。
9.根据权利要求1至8中的一项所述的方法，其中对于每个加工阶段，应用所定义的类型的电极，并且确定所述类型的电极的数量。
10.一种用于由edm来加工部件的方法，包括：
11.一种用于由edm来加工部件的系统，包括：
