ES2555254T3 - Método y aparato para mecanizado por descarga eléctrica (electroerosivo) - Google Patents

Método y aparato para mecanizado por descarga eléctrica (electroerosivo) Download PDF

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Abstract

Un método para controlar un aparato (1) de mecanizado por descarga eléctrica (electroerosivo) que tiene al menos un electrodo (11, 110) de herramienta y una pieza (12) de trabajo, comprendiendo el método los pasos de: - situar (201) el electrodo (11, 110) de herramienta con respecto a la pieza (12) de trabajo, definiendo con ello un hueco (13) de mecanizado entre el electrodo (11, 110) de herramienta y la pieza (12) de trabajo; - generar (202) al menos un impulso de descarga; - aplicar (203) el al menos un impulso de descarga al hueco (13) de mecanizado, generando con ello una descarga eléctrica a través del hueco (13) de mecanizado; - analizar (204) la tensión de descarga y/o la corriente de descarga a través del hueco (13) de mecanizado generadas por un impulso piloto de descarga aplicado para la descarga eléctrica actual generada por la aplicación del al menos un impulso de descarga; - determinar (205), basándose en el análisis de la tensión de descarga y/o la corriente de descarga del impulso piloto de descarga, el tipo de dimensión de un área instantánea (105) de la superficie erosiva del electrodo (11, 110) de herramienta sobre la cual se genera la descarga eléctrica actual; - establecer (206) un conjunto de parámetros de la tecnología de proceso en base al tipo de dimensión que se ha determinado del área instantánea (105) de la superficie erosiva del electrodo (11) de herramienta; y - generar impulsos de descarga (37, 15, 16, 18, 19, 22, 23, 25, 26) según los parámetros de la tecnología de proceso que se han establecido y aplicarlos al hueco (13) de mecanizado.

Description

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DESCRIPCION
Metodo y aparato para mecanizado por descarga electrica (electroerosivo)
Campo de la Invencion
La presente invencion se refiere a un metodo para controlar un aparato de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) y a un aparato para mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) semejante.
Antecedentes de la Invencion
Generalmente, en el mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) conocido se aplica energfa electrica en forma de impulsos electricos discretos traves de un hueco de mecanizado lleno de un fluido de mecanizado o dielectrico lfquido (por ejemplo, aceite). Los impulsos electricos discretos originan una sucesion de descargas electricas entre un electrodo de herramienta y una pieza de trabajo. El espacio entre el electrodo de herramienta y la pieza de trabajo define el hueco de mecanizado, tambien denominado hueco de trabajo. Las descargas electricas provocan un arranque de material de la pieza de trabajo y, adicionalmente, desgaste del electrodo de herramienta.
Tfpicamente, a medida que se produce el arranque de material se hace avanzar el electrodo de herramienta con respecto a la pieza de trabajo por medios de servoalimentacion. Se controla continuamente la distancia de hueco de trabajo en funcion de las condiciones instantaneas del proceso. Se compara una senal que representa la distancia de hueco de trabajo actual (por ejemplo, el retardo de ignicion y/o la tension media de hueco) con un valor que representa una distancia de hueco de trabajo deseada (valor de referencia), y se calcula el error resultante entre estos valores para generar un nuevo valor de mando para el motor de accionamiento con el fin de ajustar la distancia correcta de hueco de trabajo. De esta manera el control de la posicion relativa de pieza de trabajo y electrodo permite la creacion de descargas consecutivas para arranque de material.
El arranque de material y las descargas provocan una contaminacion de la zona de hueco de mecanizado con restos de erosion, subproductos de proceso, productos de descomposicion termica del dielectrico y gases. Es conocido eliminar tales contaminantes lavando la zona de hueco de mecanizado con lfquido de mecanizado nuevo y retrayendo dclicamente el electrodo de herramienta para alejarlo de la pieza de trabajo.
A partir del documento US 4,288,675 A es conocido emplear trenes de impulsos (descargas), consistente cada uno de ellos en multiples impulsos de mecanizado, y variar la duracion y/o el tiempo en apagado de trenes de impulsos consecutivos con el fin de reducir el desgaste de electrodo. La duracion de impulso de cada impulso individual y el tiempo en apagado entre cada impulso individual del tren de impulsos se preestablecen antes del mecanizado y dependen, por ejemplo, de los materiales de electrodo. La duracion o tiempo en encendido de un tren de impulsos y/o el tiempo en apagado entre trenes de impulsos consecutivos se ajustan durante el mecanizado en funcion de la velocidad detectada o el movimiento de avance relativo del electrodo de herramienta, a fin de mantener sustancialmente constante en un valor deseado la densidad de corriente a lo largo de las superficies de mecanizado a pesar de la variacion del area de mecanizado durante el movimiento de avance relativo del electrodo de herramienta.
A partir del documento US 4,503,309 A es conocido emplear pulsos de corriente acrecentada de forma intermitente en un tren de impulsos con el fin de lograr la densidad de corriente deseada y aumentar la estabilidad del proceso. En un metodo segun el documento US 5,369,239 A se utilizan elementos sensores externos para determinar la ubicacion de chispas en esquinas y/o bordes con el fin de controlar la acumulacion de grafito que da lugar a un subcorte durante el mecanizado.
Como se ha mencionado, tfpicamente el electrodo de herramienta es propenso al desgaste. Ya a partir del documento US 3,558,842 A se sabe que en condiciones espedficas se forma una pelfcula protectora sobre el electrodo de herramienta durante un proceso de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo). La pelfcula protectora la forman, por ejemplo, productos del lfquido de trabajo y/o productos resultantes de la descarga a traves del hueco de mecanizado.
Se puede utilizar la formacion de una pelfcula protectora para proteger el electrodo de herramienta y reducir asf su desgaste. Por ejemplo, el artfculo "Zero wear-The "Perpetuum Mobile" of die-sinking EDM", descargable de
http://www.gfac.com/fileadmin/user_upload/dev-agiecharmilles/News/Result_today_4/
Results_today_04_E_article11.pdf, describe en la pagina 28 un mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) (MDE) en donde se utiliza un electrodo de grafito en MDE con penetracion de matriz. El grafito no se funde, sino que sublima. Segun este documento, en cuanto comienza el proceso de MDE, el material eliminado se desplaza junto con los productos de descomposicion del dielectrico con contenido de carbono al electrodo de grafito. Controlando la disminucion de la temperatura durante el proceso, precipita carbono sobre la superficie del electrodo. De esta manera se forma una capa sobre el electrodo que protege al electrodo original. El proceso MDE se controla de manera tal que se compensan el crecimiento de la capa sobre el electrodo y el desgaste causado por impulsos de descarga que se produce en la capa protectora. Por tanto, se puede reducir el desgaste del electrodo.
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Sin embargo, en particular en el caso del mesomecanizado y el micromecanizado, es dedr, por ejemplo en la mesoescala (area de la superficie de electrodo de 10 mm2 a 1 mm2) y en la microescala (area de la superficie de electrodo entre 1 mm2 y 0,001 mm2 o dimensiones inferiores, con el electrodo por debajo de 1 mm), tambien en los procesos de mecanizado antes mencionados el desgaste de electrodo es considerable.
Ademas, a partir de J. Valentincic, M. Junkar, "On-line selection of rough machining parameters", Journal of Materials Processing Technology 149, 2004, pags. 256-262, se sabe que la tension de descarga depende del tamano de la superficie erosiva. A partir de J. Valentincic, M. Junkar, "A model for detection of the eroding surface based on discharge parameters", Machine Tools & Manufacture, 44, 2004, 175-181, se sabe que la senal de corriente electrica depende del tamano de la superficie erosiva. A partir de J. Valentincic et al., "Selection of optimal EDM machining parameters for the given machining surface", 8th lnternational Conference on management of Innovative Technologies MIT, 2005, pags. 217-225, es conocida una seleccion en lmea de los parametros de mecanizado en funcion de la superficie de mecanizado dada.
Ademas, es conocido estimar a partir de la ffsica de plasma de descarga el estado del canal de descarga. Por ejemplo, el documento US 4,376,880 A menciona el distinguir entre descargas normales y descargas indeseadas basandose en el estado del plasma de descarga.
A partir de P. Boddy, T. Utsumi, 'Fluctuation of arc potential caused by metal-vapor diffusion in arcs in air", Journal of Applied Physics, vol. 42, n° 9, 1971, pags. 3369-3373, se sabe que la tension de descarga indica distintos estados de plasma durante la apertura de contactos electricos en aire, un fenomeno similar al que se produce en el caso de descargas en dielectricos lfquidos.
Por tanto, es un objeto de la presente invencion proporcionar un metodo mejorado para controlar un proceso de MDE y un aparato mejorado para mecanizado por descarga electrica (electroerosivo).
Compendio de la Invencion
Segun un primer aspecto, la invencion proporciona un metodo para controlar un aparato de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) que tiene al menos un electrodo de herramienta y una pieza de trabajo, segun la reivindicacion 1.
Segun un segundo aspecto, la invencion proporciona un aparato para mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) que comprende: un electrodo de herramienta, una mesa de trabajo para recibir una pieza de trabajo, un generador de impulsos para generar impulsos de descarga, y un control para controlar el aparato de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo), en donde el control esta adaptado para realizar el metodo del primer aspecto.
En las reivindicaciones dependientes, la descripcion que sigue y los dibujos se exponen aspectos adicionales de la invencion.
Breve descripcion de los dibujos
Se explican a modo de ejemplo realizaciones de la presente invencion con respecto a los dibujos adjuntos, en los cuales:
las Figuras 1a a 1d ilustran la determinacion del area instantanea de la superficie erosiva de un electrodo de herramienta;
la Figura 2 muestra una realizacion de un aparato de mecanizado por descarga con penetracion de matriz segun la presente invencion;
la Figura 3 muestra una tecnologfa de impulsos de descarga que se aplica en caso de que la descarga se produzca en una superficie a macroescala de un electrodo compuesto segun la Figura 1c; la Figura 4 ilustra un diagrama de flujo de una realizacion del metodo para controlar el aparato de MDE de la Figura 2;
las Figuras 5a y b muestran un metodo para medir tension de descarga;
la Figura 6 ilustra la medicion de tensiones de descarga para al menos dos areas instantaneas de superficie distintas, cuyo resultado se introduce, en algunas realizaciones de la invencion, para adaptar al menos dos diferentes tecnologfas de proceso durante la erosion;
la Figura 7a ilustra la adaptacion de la tecnologfa de proceso a la descarga electrica actual tras la medicion de la tension de descarga;
la Figura 7b ilustra la adaptacion de la tecnologfa de proceso a la descarga o descargas actual y/o subsiguientes, basada en la medicion de tension de descarga;
la Figura 7c ilustra la adaptacion de la tecnologfa de proceso en donde se aplica un tren de impulsos espedfico al hueco de mecanizado durante y/o despues de la medicion de tension de descarga ilustrada en la Figura 6;
la Figura 7d muestra medidas para control de arco, de manera adicional o simultanea a la medicion de tension de descarga con vistas a la adaptacion del control de proceso;
la Figura 8 ilustra una realizacion con un electrodo de herramienta que tiene una unica area de superficie, en
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donde se miden al menos dos tensiones de descarga distintas durante el mecanizado, que conducen a la adaptacion adecuada de la tecnologfa;
la Figura 9 muestra diferentes grupos de tension de descarga para los tipos de chispas e informacion de area instantanea de la superficie para una chispa dada;
la Figura 10 ilustra realizaciones de diferentes configuraciones de electrodos de herramienta; las Figuras 11a a 11d muestran diferentes realizaciones de trenes de impulsos para patrones de impulsos de descarga segun la presente invencion, que se aplican en el caso de que la descarga se produzca en la estructura pequena del electrodo compuesto ilustrado en la Figura 1c;
las Figuras 12a y 12b muestran un impulso de descarga largo y un impulso de descarga corto, respectivamente, con una seccion de pendiente creciente;
las Figuras 13a y b ilustran diferentes tipos de estados de plasma de descarga y la correspondiente tension media de descarga junto con las posibilidades de evolucion temporal asociadas;
la Figura 14 muestra mediciones de tension de descarga para diferentes fases de plasma de descarga durante la apertura de contactos electricos;
la Figura 15a ilustra tres distintas tensiones de descarga de una chispa durante el mecanizado por DE; la Figura 15b ilustra un ejemplo de generacion inestable de chispa; y
la Figura 16 muestra una realizacion en donde se aplican pulsos piloto y/o de exploracion durante la erosion para determinar el area instantanea de la superficie sobre la que se estan produciendo descargas electricas.
Descripcion detallada de realizaciones
La Figura 2 ilustra una realizacion de un aparato 1 de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) con penetracion de matriz segun la presente invencion. Sin embargo, antes de continuar con la descripcion detallada de la Figura 2 se discutiran algunos aspectos generales.
Como ya se ha mencionado al principio, en el mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) se aplica energfa electrica en forma de impulsos electricos discretos traves de un hueco de mecanizado lleno de un fluido de mecanizado
(por ejemplo aire, gases) o dielectrico lfquido (por ejemplo aceite dielectrico, agua destilada). Los impulsos electricos discretos (tambien denominados "pulsos electricos" o "pulsos" en lo que sigue) originan una sucesion de descargas electricas entre un electrodo de herramienta y una pieza de trabajo. El espacio entre el electrodo de herramienta y la pieza de trabajo define el hueco de mecanizado, tambien denominado "hueco de trabajo" en lo que sigue. Las descargas electricas provocan un arranque de material de la pieza de trabajo y, adicionalmente, desgaste del electrodo de herramienta.
Tfpicamente, a medida que se produce el arranque de material se hace avanzar el electrodo de herramienta con respecto a la pieza de trabajo por medios de servoalimentacion. Se controla continuamente la distancia de hueco de mecanizado en funcion de las condiciones instantaneas del proceso. Se compara una senal que representa la distancia de hueco de trabajo actual (por ejemplo, el retardo de ignicion y/o la tension media de hueco) con un valor que representa una distancia de hueco de trabajo deseada (valor de referencia), y se calcula el error resultante entre estos valores para generar un nuevo valor de mando para el motor de accionamiento con el fin de ajustar la distancia correcta de hueco de trabajo. De esta manera el control de la posicion relativa de pieza de trabajo y electrodo permite la creacion de descargas consecutivas para arranque de material.
El arranque de material y las descargas provocan una contaminacion de la zona del hueco de mecanizado con restos de erosion, subproductos de proceso, productos de descomposicion termica del dielectrico y gases. Es conocido eliminar tales contaminantes lavando la zona del hueco de mecanizado con lfquido de mecanizado nuevo y retrayendo dclicamente el electrodo de herramienta para alejarlo de la pieza de trabajo.
En algunas realizaciones, para un ciclo de mecanizado se definen diversos parametros de la tecnologfa de proceso dentro de un conjunto de parametros de la tecnologfa de proceso. En algunas realizaciones, los parametros de la tecnologfa de proceso se pueden agrupar principalmente en parametros electricos y parametros temporales para unas condiciones fijas de parametros de material. Los parametros electricos de la tecnologfa de proceso incluyen el tipo de pulso (corriente inicial, corriente final, trayecto seguido para el incremento de corriente), tension abierta aplicada, picos de corriente, etc.
Los parametros temporales incluyen duracion de pulso, duracion de pausa, trenes espedficos de impulsos, intervalo de tiempo entre dos ciclos de lavado, etc. Los parametros de proceso basados en el tipo de electrodo, materiales, dielectrico, tipo de maquina, etc. se optimizan para lograr resultados optimos del proceso. Los resultados del proceso incluyen principalmente velocidad de arranque de material, desgaste de electrodo de herramienta, calidad de superficie, precision y exactitud de forma, necesidades de recursos, etc.
A partir del documento US 4,288,675 A, mencionado al principio, es conocido emplear trenes de impulsos (de descarga), consistente cada uno de ellos en multiples impulsos de mecanizado, y variar la duracion y/o el tiempo en apagado de trenes de impulsos consecutivos con el fin de reducir el desgaste de electrodo. La duracion de impulso de cada impulso individual y el tiempo en apagado entre cada impulso individual del tren de impulsos se preestablecen antes del mecanizado y dependen, por ejemplo, de los materiales de electrodo. La duracion o el
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tiempo en encendido de un tren de impulsos y/o el tiempo en apagado entre trenes de impulsos consecutivos se ajustan durante el mecanizado en funcion de la velocidad detectada o el movimiento de avance relativo del electrodo de herramienta, a fin de mantener sustancialmente constante la densidad de corriente a lo largo de las superficies de mecanizado a pesar de la variacion del area instantanea de mecanizado (vease mas abajo) durante el movimiento de avance relativo del electrodo de herramienta. Este documento no se refiere ni al mecanizado en mesoescala ni al mecanizado en microescala ni, mas en general, tampoco se refiere a la deteccion de la ubicacion de chispas y una adaptacion asociada de la tecnologfa de proceso.
A partir del documento US 4,503,309 es conocido emplear pulsos de corriente acrecentada de forma intermitente en un tren de impulsos con el fin de lograr la densidad de corriente deseada y aumentar la estabilidad del proceso. En un metodo del documento US 5,369,239 A se utilizan elementos sensores externos para determinar la ubicacion de chispas en esquinas o bordes con el fin de controlar la acumulacion de grafito que da lugar a subcorte durante el mecanizado.
Como se ha mencionado, tfpicamente el electrodo de herramienta es propenso al desgaste. Ya a partir del documento US 3,558,842 A se sabe que en condiciones espedficas se forma una pelfcula protectora sobre el electrodo de herramienta durante un proceso de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo). La pelfcula protectora la forman, por ejemplo, productos del lfquido de trabajo y/o productos resultantes de la descarga a traves del hueco de mecanizado.
Tambien en la ffsica de descargas electricas se ha observado deposicion de carbono sobre superficies de electrodo, especialmente para temperaturas que alcanzan por encima de 1.400°C, donde comienza la pirolisis del carbono. Dependiendo de la temperatura y la presion se acumula carbono a partir de productos de descomposicion a traves de pirolisis.
Se puede utilizar la formacion de una pelfcula protectora para proteger el electrodo de herramienta y reducir asf su desgaste. Por ejemplo, el artfculo "Zero wear - The "Perpetuum Mobile" of die-sinking EDM" mencionado al principio, describe un mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) en donde se utiliza un electrodo de grafito en MDE con penetracion de matriz.
En este metodo conocido se pueden utilizar trenes de impulsos que consisten, por ejemplo, en tres impulsos de descarga identicos que tienen la misma duracion de impulso y el mismo tiempo en apagado entre ellos. El tiempo en apagado entre los trenes de impulsos segun este metodo es mayor que el tiempo en apagado entre los impulsos de descarga individuales de un tren de impulsos individuales.
Ademas, con este metodo no es posible aplicar una elevada corriente de descarga, por ejemplo por encima de 8 A, para electrodos compuestos (electrodos que tienen multiples estructuras diferentes, por ejemplo en la mesoescala y la microescala), sin originar un elevado desgaste del electrodo de herramienta. Por lo tanto, con los metodos anteriores, la velocidad global de mecanizado es reducida.
El grafito no se funde, sino que sublima. Durante la descarga electrica, se forma carbono en forma de grafito en la superficie o superficies del electrodo. El tipo de grafito formado depende de las temperaturas implicadas en el proceso y del control de la corriente durante las descargas electricas. El carbono depositado sobre la superficie del electrodo (anodo y/o catodo) puede contener tambien productos de erosion o restos formados durante y al termino de la descarga. De este modo se forma sobre el electrodo una capa de grafito y productos de erosion, entre ellos productos de descomposicion del dielectrico, que protegen el electrodo original. El proceso MDE es asf controlado en algunas realizaciones de manera que se compensen el crecimiento de la capa sobre el electrodo y el desgaste originado por los impulsos de descarga que tienen lugar sobre la capa protectora. Por lo tanto, se puede reducir el desgaste del electrodo. El proceso se puede ver a varias escalas:
a nivel de microsegundos a nivel de chispa unica
a nivel de chispas multiples
a nivel de centenares de milisegundos
a nivel de tiempo mucho mayor
- cinetica de reaccion de plasma,
- cambio en la temperatura y presion con el transcurso del tiempo despues de la disrupcion,
- densidad media de corriente (factor de trabajo) y formacion de trenes de impulsos, y
- intervalo de tiempo entre dos ciclos de lavado.
- profundidad de erosion y contaminacion en la zona del hueco.
En algunas realizaciones, el crecimiento de carbono sobre el electrodo de herramienta se puede caracterizar principalmente como crecimiento lateral y crecimiento frontal en funcion de la direccion del movimiento del electrodo de herramienta durante la erosion. Mediante el control de la corriente aplicada a la descarga electrica a traves del hueco de mecanizado, tambien denominada "chispa" en lo que sigue, durante los pocos microsegundos iniciales
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(1-30 ps) de la chispa se puede reducir la elevada temperatura inicial sobre las superficies del electrodo mientras que el resto de la duracion del pulso incrementa las temperatures superficiales del electrodo, lo que conduce a la formacion de carbono sobre la superficie o superficies del electrodo.
Como se ha mencionado antes, a temperatures superiores a 1.400°C comienza la pirolisis del carbono, lo cual puede ser un factor primario para la formacion de la capa protectora que contiene grafito y productos de erosion, sobre la superficie o superficies de electrodo. La capa formada puede ser porosa o bien puede ser incluso mas dura que el material de base del electrodo de herramienta, protegiendolo asf contra las fuerzas termicas y/o abrasivas que provocan tipicamente el desgaste del electrodo de herramienta. En algunas realizaciones, la temperatura media de la superficie del electrodo de herramienta y de la zona de descarga se controla mediante el control de un factor de trabajo o una densidad media de corriente, mediante lo cual se puede controlar el volumen de la acumulacion de carbono sobre el electrodo de grafito.
En algunas realizaciones, el nivel de corriente por chispa se puede regular con tres parametros principales: corriente inicial (de 0,01 a 25 A), corriente final (de 0,1 a 120 A) y el trayecto entre ambas, es decir, diferentes pendientes o gradientes seguidas para el incremento de corriente. Por tanto, la velocidad a la cual se acumula el carbono depende de todos estos efectos, que incluyen tambien las propiedades de material del anodo/catodo, tales como calor espedfico, conductividad termica y resistividad electrica. En algunas realizaciones, el perfil del incremento de corriente por chispa, la pendiente de corriente y la corriente inicial pueden reducir el desgaste del electrodo de herramienta y pueden aumentar el crecimiento radial de la capa protectora de carbono sobre la superficie del electrodo de herramienta. Ademas, el efecto de escala geometrica de la dimension del electrodo desempena un papel en la tasa de crecimiento de carbono y en las caractensticas de la acumulacion de carbono.
Aunque solo se menciona aqu el aspecto termico, en algunas realizaciones la naturaleza del crecimiento de carbono tambien se puede atribuir a otros aspectos tales como campo electromagnetico, deposicion fisicoqmmica de vapor, generacion de puntos en el catodo/anodo, alta densidad de corriente (0,1-20 A o mas) a lo largo del tiempo y/o area de la superficie, etc.
Sin embargo, en algunas realizaciones, en particular cuando la descarga electrica tiene lugar en las esquinas y bordes del electrodo de herramienta y durante el mecanizado a mesoescala y microescala, es decir, por ejemplo en la mesoescala (area instantanea de la superficie de electrodo de 10 mm2 a 1 mm2) y en la microescala (area instantanea de la superficie de electrodo entre 1 mm2 y 0,001 mm2 o menor y/o dimensiones sobre y/o del electrodo por debajo de 1 mm), el desgaste de electrodo tambien es considerable con los procedimientos de mecanizado antes mencionados.
En algunas realizaciones, se define la superficie instantanea de electrodo como el area de la superficie de proyeccion de la superficie del electrodo sobre la cual se esta produciendo una descarga electrica, es decir, una chispa. La dimension de tamano del electrodo se refiere, en algunas realizaciones, a estructuras o partes del electrodo que tienen una dimension definida, tales como nervaduras o similares, donde el grosor de cada nervadura es inferior a, por ejemplo, 1 mm, con independencia de la longitud y el ancho de las nervaduras.
Ademas, como se ha mencionado al principio, a partir de J. Valentincic, M. Junkar, "On-line selection of rough machining parameters", Journal of Materials Processing Technology 149, 2004, pags. 256-262, se sabe que la tension de descarga depende del tamano de la superficie erosiva, y a partir de J. Valentincic, M. Junkar, "A model for detection of the eroding surface based on dlscharge parameters", Machine Tools & Manufacture, 44, 2004, 175-181, se sabe que la senal de corriente electrica depende del tamano de la superficie erosiva.
Ademas, a partir de J. Valentincic et al., "Selection of optimal EDM machining parameters for the given machining surface", 8th International Conference on management of Innovative Technologies MIT, 2005, pags. 217-225, es conocida una seleccion en lrnea de los parametros de mecanizado en funcion de la superficie de mecanizado dada o del tamano de la superficie erosiva del electrodo de herramienta.
Tal como se muestra en la Figura 1a, un tamano 105 de la superficie erosiva de un electrodo 102 de herramienta se puede definir como una proyeccion de la superficie 106 de mecanizado, es decir, la superficie entre una pieza 104 de trabajo y el electrodo 102 de herramienta, sobre el plano perpendicular a la direccion 101 de mecanizado del electrodo 102 de herramienta.
Por tanto, el "tamano de la superficie erosiva" de ese documento es diferente del "tamano de la superficie erosiva instantanea", ya que el tamano de la superficie erosiva instantanea se refiere solo a la estructura del electrodo en donde tiene lugar la descarga electrica actual (instantanea), es decir, donde se esta produciendo en ese momento una chispa.
El "tamano de la superficie erosiva" de Valentincic et al., considera solo la superficie teorica total donde se pueden producir chispas. En otras palabras, Valentincic no reconoce casos en donde por ejemplo, la chispa se produce sobre una estructura espedfica del electrodo de herramienta, tal como una esquina, borde, nervadura o similar, que es diferente en su tipo de dimension de otras estructuras, tales como una zona de superficie plana, nervaduras con
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dimensiones mayores, o similares.
El electrodo de herramienta utilizado en esa publicacion de Valentincic et al. tiene una forma conica (Figura 1a). Durante el mecanizado con ese electrodo de herramienta conico el tamano de la superficie erosiva se agranda. Para la optimizacion en lmea de los parametros de mecanizado, se vigila el porcentaje de descargas en cortocircuito. En caso de que el porcentaje mmimo de cortocircuitos exceda un valor cntico se selecciona un conjunto de parametros de mecanizado con una potencia inferior. Si el porcentaje mmimo de cortocircuitos no excede el valor cntico, o bien es optima la potencia en el hueco o bien es incluso demasiado pequena para alcanzar la maxima velocidad de arranque de material.
Para detectar que el tamano de la superficie erosiva ha aumentado, se calculan valores medios de tension de descarga. Asf, Valentincic et al. consideran multiples valores de tension de descarga para multiples descargas electricas que tienen lugar en diferentes ubicaciones sobre el electrodo de herramienta. Por lo tanto, Valentincic et al. no son capaces de detectar la descarga electrica (chispa) que se produce en una ubicacion espedfica sobre el electrodo de herramienta.
El autor de la presente invencion ha encontrado que se pueden reducir considerablemente el desgaste del electrodo de herramienta, especialmente en esquinas y/o bordes, y el desgaste de electrodos compuestos con macro- y/o meso- y/o microestructuras, y se puede mejorar la velocidad de arranque de material, mediante el analisis de la tension y/o corriente de descarga, que son indicativas de la ubicacion de la chispa actual, y mediante la adaptacion de parametros de la tecnologfa de proceso de manera correspondiente en base al area instantanea de la superficie erosiva que se ha determinado. Asf, el autor de la presente invencion tambien ha encontrado que se pueden determinar el area instantanea de la superficie erosiva y la ubicacion asociada de la descarga de chispa actual mediante el analisis de su tension y/o corriente de descarga durante el mecanizado.
Como ya se ha discutido, la tension de descarga es indicativa del tipo de dimension del area instantanea de la superficie erosiva del electrodo de herramienta y/o de la ubicacion de la chispa y, por tanto, mediante el analisis de la tension de descarga aplicada al hueco de mecanizado se pueden extraer conclusiones acerca del tipo de dimension del area instantanea de la superficie erosiva del electrodo de herramienta.
El tamano instantaneo de la superficie erosiva puede definirse o determinarse en algunas realizaciones, como se ha mencionado mas arriba, como una proyeccion de la superficie de mecanizado, es decir la superficie entre la pieza de trabajo y el electrodo, sobre el plano perpendicular a la direccion de mecanizado, en donde se produce una descarga electrica en ese momento y, por tanto, se situa una chispa.
En algunas realizaciones solamente se considera area instantanea de la superficie erosiva una zona "inmediata" que rodea al electrodo donde esta teniendo lugar la descarga. Como se ilustra en la Figura 1b, en estas realizaciones el area instantanea de la superficie erosiva se define de manera que las chispas en las esquinas y/o bordes 107 de un electrodo 116 de herramienta se producen en un area instantanea 108 de la superficie erosiva que es menor que el area instantanea 109 de la superficie erosiva para chispas que se producen en la superficie plana - aunque el area de proyeccion del electrodo 116 de herramienta sobre el plano perpendicular 109 dado, es decir, el area de la superficie erosiva segun Valentincic discutida mas arriba, es mayor, como se muestra en la Figura 1b.
De este modo, en algunas realizaciones, incluso para una diversidad de configuraciones de electrodo de herramienta, el area instantanea de la superficie erosiva para una chispa dada puede considerarse de la manera mencionada mas arriba.
La Figura 1c ilustra un electrodo 116 de herramienta compuesto, con diferentes areas instantaneas 111a y 111b de superficie que tienen diferentes dimensiones y, por tanto, provocan al menos dos chispas diferentes, que difieren en su informacion asociada (que se mide) de tension y/o corriente de descarga. La Figura 1d ilustra otro electrodo 115 de herramienta con una estructura de tipo unico. Para este electrodo 115 de herramienta solo se obtienen dos valores de tension y/o corriente de descarga diferentes, cuando la descarga electrica se produce sobre la superficie mas grande 113 y cuando se produce sobre la superficie mas pequena 114a. Por otra parte, mediante el analisis de la tension y/o corriente de descarga asociadas tambien se pueden determinar descargas electricas que se produzcan en una esquina 114b del electrodo 115 de herramienta, como se ha discutido mas arriba, aunque el area de proyeccion para estas diferentes estructuras 113, 114a y 114b sera la misma.
Como ya se ha mencionado, la base ffsica subyacente para la anterior reflexion es que el valor de tension de descarga y/o el valor de corriente de descarga (medidos) de cada descarga electrica, es decir, cada chispa, depende del area instantanea de la superficie erosiva sobre la cual se esta produciendo. Por lo tanto, existe una asociacion entre el area instantanea de la superficie erosiva y la tension y/o corriente de descarga de la descarga electrica que esta teniendo lugar en ese momento dentro del area instantanea de la superficie erosiva.
En algunas realizaciones, la tension de descarga de la descarga electrica tambien puede ser indicativa del estado de plasma de descarga, por ejemplo plasma de fase metalica o plasma de fase gaseosa. Ademas, se puede presumir que los estados de plasma para distintas areas instantaneas y tambien para esquinas y bordes pueden ser
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ligeramente diferentes y, por tanto, se originen diferentes valores de tension de descarga en funcion del area instantanea o la ubicacion de la chispa en las esquinas o bordes de electrodos. Otro aspecto incluye la distancia de hueco entre el electrodo y la pieza de trabajo, que tambien puede afectar a los valores de tension de descarga para chispas en diferentes areas instantaneas o en las esquinas o bordes, en donde, debido a una diferente intensidad de campo electrico local, la cambiante longitud de chispa altera la resistividad del canal de plasma asociado y en ultima instancia, altera la tension medida de descarga de la chispa.
En algunas realizaciones, la informacion de tension de descarga tambien se puede utilizar indirectamente empleando valores de corriente de descarga que fluctuan y tambien proporcionan la misma informacion del area instantanea de la superficie erosiva y/o la ubicacion de la chispa en esquinas o bordes, si se emplean pulsos de tipo resistor en lugar de pulsos de tipo transistor. Un pulso de resistor/transistor es un pulso generado por una fuente resistor/transistor. La diferencia radica en el control del generador de corriente, en donde los pulsos de transistor mantienen corriente constante a traves del hueco con independencia del valor de tension de descarga de la chispa. Por otra parte, los pulsos de resistor utilizan un resistor constante o variable que mantiene la corriente deseada a traves del hueco pero puede variar con el cambio en la tension de descarga de la chispa de acuerdo con la ley de Ohm. En algunas realizaciones, una consideracion adicional puede basarse en el radio del canal disponible para la corriente dada que se debe suministrar al canal de plasma durante la descarga, a traves del electrodo. Por ejemplo, las chispas en las esquinas o bordes 107 (Figura 1b) tienen un volumen disponible 108 mucho menor para el suministro de corriente dentro del electrodo 116 de herramienta en comparacion con las chispas en la gran area instantanea 109 de la superficie erosiva. El dielectrico disponible en los alrededores del canal de plasma de la chispa puede representar otra explicacion. Para que se produzca la disrupcion de la chispa sobre una pequena area instantanea de la superficie, como por ejemplo un area de microescala, una esquina o un borde, el plasma puede estar formado en gran medida por vapor metalico en lugar de fase gaseosa de vapor. Por el contrario, las chispas que se producen en una gran area instantanea de superficie pueden comprender mayor vapor gaseoso formado a partir del dielectrico circundante, en lugar de vapor metalico en su canal de plasma. Diferentes fases de plasma muestran diferentes tensiones de descarga y, asf, ayudan a detectar en tiempo real el area instantanea de la superficie de la chispa que se produce.
Algunas realizaciones se refieren a un metodo para controlar un aparato de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo).
El aparato tiene al menos un electrodo de herramienta y una pieza de trabajo. El metodo comprende situar el electrodo de herramienta con respecto a la pieza de trabajo. Con ello se define un hueco de mecanizado entre el electrodo de herramienta y la pieza de trabajo. Se aplica una descarga a traves del hueco de mecanizado con el fin de iniciar una descarga electrica entre el electrodo de herramienta y la pieza de trabajo.
En el siguiente paso del metodo se genera al menos un impulso de descarga que es aplicado al hueco de mecanizado y que genera una descarga electrica a traves del hueco de mecanizado. Se analiza la tension de descarga electrica resultante a traves del hueco de mecanizado. Se realiza el analisis sobre la descarga electrica actual que se genera por la aplicacion del al menos un impulso de descarga. Asf, mediante el analisis de la tension y/o corriente de descarga en la descarga electrica actual (instantanea), el analisis es indicativo del area instantanea de la superficie erosiva en donde tiene lugar la descarga electrica actual, es decir, el area instantanea de la superficie erosiva donde se origina la chispa en ese momento. Basandose en este analisis de la tension de descarga a traves del hueco de mecanizado, generada por el impulso o impulsos de descarga aplicados, se determina el tipo de dimension del area instantanea de la superficie erosiva del electrodo de herramienta sobre la cual se genera la descarga. Como se ha discutido, la tension de descarga es indicativa de la dimension del area instantanea de la superficie erosiva, que esta asociada con el lugar del electrodo de herramienta sobre el cual se produce la descarga electrica, y que tambien esta definida por la estructura del electrodo de herramienta. Asf, en este paso se determina, por ejemplo, si el area instantanea de la superficie erosiva tiene una dimension que esta dentro de la macro- o meso o microescala, o bien si el area instantanea de la superficie erosiva se encuentra en una esquina o borde del electrodo de herramienta. En algunas realizaciones, el tipo de dimension del area instantanea de la superficie erosiva se define por intervalos de dimension dados, por ejemplo se determina el tipo de dimension meso cuando el tamano de la superficie erosiva se situa en el intervalo entre 10 mm2 y 1 mm2, etc., como se ha discutido mas arriba.
Como se ha discutido mas arriba, el autor de la presente invencion ha encontrado que se puede reducir considerablemente el desgaste de electrodo y aumentar la velocidad de arranque de material cuando se aplica una tecnologfa de proceso correspondiente a un tipo correspondiente de dimension de un area instantanea de la superficie erosiva del electrodo de herramienta. Una tecnologfa de proceso, como se ha mencionado, se define por un conjunto de parametros de la tecnologfa de proceso (vease mas arriba). Por otra parte, el autor de la presente invencion ha encontrado que el tiempo de mecanizado para tipos espedficos de dimensiones de superficies erosivas, tales como dimensiones en la mesoescala y la microescala, puede mejorarse mediante la aplicacion de patrones de impulsos de descarga correspondientemente optimizados para el tipo de dimension correspondiente. Ademas, en algunas realizaciones tambien se adaptan, basandose en la dimension del area instantanea de la superficie erosiva que se ha determinado, parametros de mecanizado de los parametros de la tecnologfa de proceso, tales como la ejecucion de movimientos de salto, la corriente de descarga, la duracion de la descarga, la polaridad del electrodo, etc., es decir, los parametros electricos y temporales de la tecnologfa de proceso del MDE.
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En algunas realizaciones, el electrodo de herramienta comprende al menos dos areas instantaneas de la superficie erosiva que tienen dimensiones diferentes. Por ejemplo, el electrodo de herramienta es un electrodo compuesto que tiene diferentes estructuras con diferentes tipos de dimensiones, por ejemplo una estructura de mesoescala y una estructura de microescala, que corresponden, segun la definicion anterior de superficie erosiva, a diferentes tamanos de superficie instantanea de erosion, es decir para una chispa en cualquiera de las estructuras del electrodo de herramienta, se puede derivar con la definicion anterior un tamano espedfico de superficie instantanea de erosion. Por ejemplo, basandose en la informacion de tension de descarga se asocia la estructura de mesoescala con un tamano de mesoescala de la superficie instantanea de erosion, y se asocia la estructura de microescala con un tamano de microescala de la superficie instantanea de erosion ya que, en un momento dado, solo en una de las dos superficies distintas se puede producir una descarga de impulso dada. Por ejemplo, una primera descarga electrica (chispa) se situa sobre la estructura de mesoescala del electrodo de herramienta y, por tanto, la tension y/o corriente de descarga medidas corresponden a un area instantanea de la superficie erosiva de mesoescala. Una segunda descarga electrica se situa, por ejemplo, sobre el area instantanea de la superficie erosiva de microescala y, por tanto, la tension y/o corriente de descarga medidas corresponden a un area instantanea de la superficie erosiva de microescala.
Si se aplica a un electrodo de herramienta compuesto semejante, por ejemplo, tecnologfa de proceso con un conjunto de parametros de la tecnologfa de proceso optimizados para estructuras de mesoescala, las estructuras de microescala del electrodo compuesto estaran sujetas a intenso desgaste. Por otro lado, si se aplica al electrodo de herramienta compuesto un conjunto de parametros de la tecnologfa de proceso que este optimizado para estructuras de microescala, por ejemplo el tiempo de mecanizado sera mayor que con un conjunto de parametros de la tecnologfa de proceso optimizado para la mesoescala. Lo mismo se aplica en el caso de que, por ejemplo, se utilice un electrodo de herramienta con estructuras de mesoescala para un ciclo de mecanizado de primer tipo y, por ejemplo, se utilice otro electrodo de herramienta con estructura de microescala para un ciclo de mecanizado de segundo tipo, que sea posterior o anterior al ciclo de mecanizado de primer tipo. Si se aplica unicamente un conjunto de parametros de la tecnologfa de proceso para ambos electrodos de herramienta, la microestructura se vera sometida a un intenso desgaste en el caso de un conjunto de parametros de la tecnologfa de proceso que este optimizado para la mesoestructura, o bien el tiempo global de mecanizado para la herramienta de mesoestructura sera mas largo en el caso de un conjunto de parametros de la tecnologfa de proceso que este optimizado para la microestructura.
Como ya se ha mencionado, el conjunto de parametros de la tecnologfa de proceso comprende, en algunas realizaciones, al menos un patron de impulsos espedfico y/u otros parametros electricos y temporales de parametros de la tecnologfa de proceso optimizados (para una dimension), como se ha mencionado mas arriba. En general, los conjuntos de parametros de la tecnologfa de proceso pueden ser diferentes para dos tecnologfas de proceso optimizadas y adaptadas para dos areas instantaneas de la superficie erosiva diferentes.
Asf, en algunas realizaciones, para cada tipo de dimension de superficie instantanea de erosion detectado, como por ejemplo el tipo de dimension macro o meso o micro, se aplica una tecnologfa de proceso respectiva para la descarga y un conjunto respectivo de parametros de la tecnologfa de proceso, respectivamente, que estan optimizados para el tipo respectivo de dimension de superficie instantanea de erosion que se ha detectado.
Tal conjunto predefinido, y respectivamente optimizado, de parametros de la tecnologfa de proceso para la descarga, como por ejemplo un patron de impulsos, se establece basandose en el tipo de dimension del area instantanea de la superficie erosiva del electrodo de herramienta que se ha determinado. Se generan una o varias descargas respectivas, segun el conjunto de parametros de la tecnologfa de proceso que se ha establecido, como por ejemplo un patron de impulsos de descarga, y se aplican a traves del hueco de mecanizado. Por lo tanto, en algunas realizaciones en las que, por ejemplo, se utilizan electrodos compuestos con estructuras diferentes conforma a tipos distintos de dimension, se aplican los correspondientes patrones de impulsos de descarga o conjunto optimizado de parametros de la tecnologfa de proceso a la superficie del tipo asociado de dimension del electrodo. Por ejemplo, cuando se determina que la tension de descarga de una chispa dada es indicativa del tipo de dimension de mesoescala, se aplica un conjunto de parametros de la tecnologfa de proceso (por ejemplo, patrones de impulsos de descarga) optimizado para una estructura de mesoescala del electrodo compuesto. Analogamente, en caso de que la tension de descarga de la chispa sea indicativa de una estructura instantanea de microescala del electrodo compuesto, se aplica un conjunto optimizado para microescala de parametros de la tecnologfa de proceso. Por lo tanto, en algunas realizaciones, para cada tipo de dimension de una estructura se aplica a traves del hueco de mecanizado un conjunto asociado de parametros de la tecnologfa de proceso, reduciendo asf el desgaste, en particular de mesoestructuras, microestructuras, esquinas y bordes, del electrodo de herramienta y aumentando al mismo tiempo la velocidad global de mecanizado.
Aunque la descripcion se refiere principalmente a electrodos de herramienta compuestos que tienen al menos dos tipos diferentes de dimension de la superficie erosiva, la presente invencion tambien es aplicable a electrodos de herramienta que tienen solo un unico tipo de dimension de la superficie erosiva. Por ejemplo, en algunas realizaciones se usa un electrodo de herramienta con una estructura de mesoescala y, por ejemplo, para otro proceso de mecanizado se cambia este electrodo de herramienta con estructura de meso-escala por otro electrodo
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de herramienta que tiene solamente una estructura de microescala, o bien se cambia por un electrodo compuesto con estructuras de tipo de dimension diferente. Por otra parte, en algunas realizaciones se utiliza un electrodo de herramienta que tiene una forma que altera continuamente la superficie erosiva, por ejemplo una forma conica. Tambien en tales realizaciones se determina el tipo de dimension del area instantanea de la superficie erosiva, tal como se ha explicado mas arriba. De la misma manera, tambien se pueden detectar chispas producidas en las esquinas o bordes de una superficie instantanea de mesoescala o macroescala del electrodo basandose en su informacion de tension y/o corriente de descarga, y se puede adaptar un conjunto respectivo de parametros de la tecnologfa de proceso para ajustar una densidad de corriente deseada en las chispas de esquina o de borde, manteniendo al mismo tiempo en un valor requerido la densidad de corriente requerida para chispas que se producen en superficies mayores, las cuales se detectan a su vez basandose en la informacion de tension y/o corriente de descarga de la chispa.
En algunas realizaciones, el conjunto correspondiente de parametros de la tecnologfa de proceso, que define, por ejemplo, un patron de impulsos de descarga, esta predefinido y, por ejemplo, almacenado en una memoria del aparato para mecanizado por descarga electrica (electroerosivo). En algunas realizaciones pueden estar optimizados diferentes conjuntos de parametros de la tecnologfa de proceso que representen diferentes tecnologfas de proceso para el mecanizado de diferentes tipos de dimension de areas instantaneas de la superficie erosiva, y pueden estar prealmacenados. Tales conjuntos de parametros de la tecnologfa de procesos se pueden confeccionar, por ejemplo, optimizando el desgaste del electrodos de herramienta y el tiempo de mecanizado en una configuracion experimental mediante la variacion de parametros electricos y/o temporales tfpicos de las descargas. Son parametros tfpicos que se optimizan para el conjunto de parametros de la tecnologfa de proceso, que por ejemplo representan patrones predefinidos de impulsos de descarga, entre otros, la corriente y/o tension de descarga aplicadas, la duracion del impulso de descarga y las pausas entre impulsos de descarga individuales y/o grupos de impulsos de descarga (que tambien se denominan trenes de impulsos de descarga), la polaridad de los pulsos, el tipo de pulso (corriente inicial, corriente final, trayecto de incremento de corriente), y picos de corriente de duracion definida durante la descarga.
En algunas realizaciones, el tipo de dimension se define por un intervalo espedfico, por ejemplo predefinido, de dimension, por ejemplo de 10 mm2 a 1 mm2 para el tipo de dimension de mesoescala, por ejemplo de 1 mm2 a 0,1 mm2 o inferior para el tipo de dimension de microescala, y por encima de 10 mm2 para el tipo de dimension de macroescala. En algunas realizaciones, el tipo de dimension y el intervalo de valores asociado estan definidos por el usuario asf como el conjunto o conjuntos asociados de parametros de la tecnologfa de proceso que estan optimizados para tal tipo de dimension.
En algunas realizaciones, se establece un primer conjunto de parametros de la tecnologfa de proceso cuando el tipo de dimension del area instantanea de la superficie erosiva que se ha determinado es de un primer tipo, y se establece un segundo conjunto de parametros de la tecnologfa de proceso cuando el tipo de dimension del area de la superficie erosiva que se ha determinado es de un segundo tipo. El primer y segundo conjuntos de parametros de la tecnologfa de proceso son diferentes entre sf, y el primer y segundo tipos de dimension de las areas instantaneas de la superficie erosiva tambien son diferentes entre sf Por lo tanto, en tales realizaciones es posible que para cada clase de area instantanea de la superficie erosiva detectada se establezca un conjunto espedfico de parametros de la tecnologfa de proceso que este optimizado para ese respectivo tipo de dimension del area instantanea de la superficie erosiva.
Como ya se ha mencionado, en algunas realizaciones el electrodo de herramienta, por ejemplo un electrodo de herramienta compuesto, comprende al menos dos areas instantaneas de la superficies erosiva que tienen tipos de dimension diferentes y/o el electrodo de herramienta comprende al menos dos areas instantaneas de la superficie erosiva que originan una descarga electrica con al menos dos valores distintos de tension y/o corriente de descarga. En algunas realizaciones, esto tambien es cierto para electrodos de herramienta que tengan una unica superficie de proyeccion, pero las descargas electricas, es decir, las chispas, tambien puedan producirse tambien en diferentes areas instantaneas de la superficie erosiva, por ejemplo en una superficie plana, una esquina o un borde del electrodo de herramienta.
Asf, en algunas realizaciones, el area instantanea de la superficie erosiva es al menos una de: una esquina, un borde, una cara lateral o una cara frontal del electrodo.
En algunas realizaciones tambien se determina, en base al analisis de la tension de descarga y/o la corriente de descarga, el numero de areas instantaneas de la superficie erosiva que tienen diferentes tipos de dimension. Esto se realiza, por ejemplo, analizando el historial de areas instantaneas de la superficie erosiva detectadas.
Como ya se ha mencionado, en algunas realizaciones el primer y/o segundo conjuntos de parametros de la tecnologfa de proceso definen un patron de impulsos de descarga. Un patron de impulsos de descarga comprende al menos un impulso de descarga de primer tipo y al menos un impulso de descarga de segundo tipo. El impulso de descarga de primer tipo tiene una duracion de impulso mayor que la duracion de impulso del impulso individual de descarga de segundo tipo. El impulso de descarga de primer tipo origina la formacion de una pelfcula protectora contra el desgaste sobre el electrodo de herramienta y el impulso de descarga de segundo tipo provoca erosion al
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menos sobre el electrodo de herramienta. En algunas realizaciones, el patron de impulsos incluye grupos de impulsos de descarga que son consecutivos en el tiempo y estan interrumpidos por pausas de impulso. Un grupo de impulsos de descarga comprende un numero predefinido de impulsos de descarga y forma, en algunas realizaciones, un denominado tren de impulsos. En algunas realizaciones, un patron de descarga para un tipo de dimension de mesoescala o de macroescala comprende un grupo con impulsos de descarga que tienen los mismos parametros, como la corriente de impulso de descarga, la duracion de impulso de descarga y la duracion de la pausa de impulso entre los impulsos de descarga individuales del grupo. En algunas realizaciones, existe una pausa de impulso entre dos grupos consecutivos de impulsos de descarga a los que se denomina tren de impulsos. Esta pausa del tren de impulsos entre los grupos tiene una duracion que es generalmente mayor que la duracion de las pausas de impulso utilizadas entre los impulsos de descarga dentro del tren de impulsos. En el caso de las mesoestructuras, tal patron de impulsos de descarga proporciona una elevada velocidad de erosion durante la aplicacion del tren de impulsos y una recuperacion del hueco de mecanizado entre las pausas de impulso entre los trenes de impulsos, mientras que el desgaste del electrodo de herramienta es bajo.
En algunas realizaciones, se establece un primer patron predefinido de impulsos de descarga cuando el tipo de dimension del area instantanea de la superficie erosiva que se ha determinado es de un primer tipo, por ejemplo el tipo de dimension de mesoescala, y se establece un segundo patron predefinido de impulsos de descarga cuando el tipo de dimension del area instantanea de la superficie erosiva que se ha determinado es de un segundo tipo, por ejemplo el tipo de dimension de microescala. La primera y la segunda tecnologfas de proceso o patrones predefinidos de impulsos de descarga son diferentes entre sf, y el primer y segundo tipos de dimension de las areas instantaneas de la superficie erosiva son diferentes entre sf En este caso, por ejemplo, el primer patron predefinido de impulsos de descarga esta optimizado para el mecanizado con una estructura de mesoescala del electrodo de herramienta y el segundo patron predefinido de impulsos de descarga esta optimizado para el mecanizado con una estructura de microescala del electrodo de herramienta.
En algunas realizaciones, un primer tipo de dimension es indicativo de una estructura del electrodo de herramienta que es menor o igual que 1 mm2 (microescala) y un segundo tipo de dimension es indicativo de una estructura del electrodo que es mayor que 1 mm2 (mesoescala o macroescala). En algunas realizaciones, al menos un conjunto de parametros predefinidos de tecnologfa de proceso que definen, por ejemplo, un patron de impulsos de descarga, esta optimizado para un area instantanea de la superficie erosiva del electrodo de herramienta que es menor o igual que 1 mm2 (mesoescala) y al menos un segundo conjunto de parametros predefinidos de tecnologfa de proceso que definen, por ejemplo, un segundo tipo de patron de impulsos de descarga, esta optimizado para un area instantanea de la superficie erosiva del electrodo de herramienta que es mayor que 1 mm2 (mesoescala o macroescala).
En algunas realizaciones se utilizan durante un unico ciclo de mecanizado al menos dos tecnologfas de proceso diferentes representadas por dos conjuntos diferentes de parametros de tecnologfa de proceso. Se aplican en base a al menos dos valores detectados distintos de tension o corriente de descarga medidos, por ejemplo, despues de la disrupcion de la chispa de la descarga electrica actual, lo que indica el area instantanea de la superficie erosiva en donde, bajo las condiciones de proceso existentes, como materiales de electrodo y de pieza de trabajo, dielectrico, corriente maxima por chispa, duracion de pulso, etc., se ubica la chispa en ese momento,
En algunas realizaciones, un primer valor de tension y/o corriente de descarga es indicativo de una chispa que se produce en la esquina o borde del electrodo de herramienta. El electrodo de herramienta puede tener, por ejemplo, dimensiones de mesoescala o de macroescala. Sin embargo, si se pueden caracterizar al menos dos chispas diferentes basandose en su informacion de tension de descarga para un determinado ciclo de mecanizado, se puede adaptar una correspondiente tecnologfa de proceso y, por tanto, un correspondiente conjunto de parametros de la tecnologfa de proceso para el area instantanea de la superficie erosiva que se ha determinado. Asf, en este tipo de adaptacion de proceso en tales realizaciones se pueden observar al menos dos tipos diferentes de tecnologfa de proceso durante un solo ciclo de mecanizado. Por ejemplo, uno de los conjuntos de parametros de la tecnologfa de proceso (que incluyen la duracion de pulso de chispa instantanea, corriente de chispa, duracion de pausa al termino de la chispa, parametros para la chispa o chispas posteriores, en algunos casos tren predefinido de impulsos, etc.) esta optimizado para una chispa que se produce en una esquina o borde del electrodo de herramienta, mientras que otro conjunto de parametros de la tecnologfa de proceso esta optimizado para un area instantanea mayor de la superficie erosiva. Esto se traduce en una mayor velocidad global de arranque de material, al tiempo que se produce un desgaste de herramienta bajo o casi nulo tanto en la cara frontal como en las esquinas y bordes del electrodo de herramienta. Esto a su vez reduce tambien las necesidades de recursos para operaciones de mecanizado posteriores tales como semiacabado y acabado, si fueran necesarias. Por lo tanto, esta adaptacion del proceso se traduce en una mayor productividad, precision y exactitud de forma mejoradas, logro de un radio interior mas pequeno con menor numero de electrodos, etc.
Durante un ciclo de erosion, por ejemplo un ciclo de desbaste, en algunas realizaciones se erosionan estructuras con diferentes areas de superficie, especialmente de macroescala, mesoescala, microescala, con diversas configuraciones posibles. Durante el mecanizado con tales electrodos de herramienta, se analiza para cada chispa la tension y/o corriente de descarga, y se obtiene la informacion resultante acerca de la tension y/o corriente de descarga. A continuacion, se adapta la tecnologfa de proceso durante la misma chispa o al termino de la chispa estableciendo un conjunto adecuado de parametros de la tecnologfa de proceso.
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En algunas realizaciones, la rugosidad superficial a producir en la pieza de trabajo esta determinada por el tipo de dimension que se ha determinado para el area de la superficie erosiva. Asf, en algunas realizaciones es posible procurar automaticamente una rugosidad diferente sobre areas distintas de la superficie de la pieza de trabajo con el mismo electrodo de herramienta. Por ejemplo, en el caso de un electrodo de herramienta compuesto que tenga estructuras de mesoescala y de microescala, se puede procurar durante un mismo ciclo de mecanizado una rugosidad diferente para las estructuras de mesoescala y de microescala a producir en la pieza de trabajo. Esta realizacion se puede aplicar en la industria electronica, por ejemplo, para crear diferentes rugosidades dentro del mismo proceso de mecanizado. Por ejemplo, en algunas realizaciones se puede formar dentro del mismo proceso de mecanizado un punto de posicionamiento, por ejemplo un punto semiesferico, que tenga una superficie mas fina en comparacion con una parte rectangular de mayor tamano. En algunas realizaciones, este concepto se basa en detectar si la chispa de descarga se encuentra en un tipo espedfico de area instantanea de la superficie erosiva, tal como area de macroescala, mesoescala o microescala del electrodo de herramienta, como se ha discutido mas arriba. Basandose en esta determinacion, se establece un conjunto correspondiente de parametros de la tecnologfa de proceso que representa, por ejemplo, un correspondiente patron de impulsos de descarga, de manera que se produce una rugosidad superior o inferior. De esta manera se puede producir, durante el proceso de erosion, una rugosidad superficial distinta con un unico electrodo de herramienta.
El autor de la presente invencion tambien ha encontrado que, en particular en las escalas de mesomecanizado y micromecanizado antes definidas, y en las esquinas y bordes, se puede reducir considerablemente el desgaste del electrodo de herramienta mediante la introduccion de un patron de impulsos de descarga que incluya al menos un tren de impulsos espedfico para el mesomecanizado y/o el micromecanizado, en donde para cada tren de impulsos el desgaste es casi nulo. Esto se logra mediante la introduccion, en cada tren de impulsos individual, de al menos un primer tipo de impulso de descarga que esta configurado para formar o acumular una capa protectora sobre el electrodo de herramienta y, de manera consecutiva, al menos un segundo tipo de impulso de descarga que provoca erosion en la capa protectora sobre el electrodo de herramienta y en la pieza de trabajo, como tambien se ha discutido mas arriba.
El primer tipo de impulso de descarga tiene una duracion de impulso mayor que el segundo tipo de impulso de descarga. En algunas realizaciones, la corriente y/o tension de descarga son identicas para los diferentes tipos de impulso de descarga. La definicion de estos dos grupos de descarga, es decir, primer tipo y segundo tipo, se basa en la duracion de pulso, traduciendose el primer grupo de pulsos, que tiene una duracion de pulso mayor, en la formacion de una capa protectora sobre el electrodo de herramienta, y teniendo el segundo grupo de pulsos una duracion de pulso que provoca desgaste en el electrodo de herramienta. Mediante la combinacion de al menos un impulso de descarga de primer tipo y al menos un impulso de descarga de segundo tipo, se puede generar un tren de impulsos que presenta un desgaste casi nulo de la herramienta.
Los parametros espedficos de los impulsos de primer tipo y de segundo tipo del tren de impulsos, tales como la duracion del impulso, el tiempo en apagado entre los impulsos individuales y el numero de impulsos de descarga de segundo tipo, dependen de, por ejemplo, la estructura y/o las dimensiones de la superficie del electrodo de herramienta, del material del electrodo y de la pieza de trabajo, del lfquido de mecanizado, del tipo de pulso, etc.
El tren de impulsos se genera, por ejemplo, mediante el generador del aparato de MDE. El tren de impulsos incluye al menos un impulso de descarga de primer tipo y al menos un impulso de descarga de segundo tipo. En algunas realizaciones, los impulsos de descarga de segundo tipo estan dispuestos en cualquier orden con respecto al impulso de descarga de primer tipo, por ejemplo, un impulso individual de descarga de primer tipo viene primero en el tren de impulsos y el o los impulsos de descarga de segundo tipo vienen despues del impulso de descarga de primer tipo. La chispa de descarga cuyo valor de tension se mide y se utiliza para la adaptacion de parametros de la tecnologfa de proceso discutida con anterioridad, puede ser alterada (a traves de parametros electricos y/o temporales) y hecha parte de un tren de impulsos adaptado para el area instantanea de la superficie erosiva que se ha determinado.
El impulso de descarga de primer tipo provoca principalmente la generacion o formacion de una pelfcula protectora o capa protectora contra el desgaste, sobre el electrodo de herramienta. La pelfcula protectora se puede formar, como se ha discutido mas arriba en relacion con el documento US 3,558,842 A, por partfculas de reaccion del fluido de mecanizado y/o del electrodo de herramienta y/o de la pieza de trabajo. En algunas realizaciones, el electrodo de herramienta comprende grafito o cobre u otros. En tales realizaciones, el impulso de descarga de primer tipo puede formar o generar una capa de grafito pirolftico sobre el electrodo de herramienta, que puede tener un mayor grado de dureza en comparacion con el material de grafito "normal". En algunas realizaciones, se forma la capa protectora, en particular, en una region frontal del electrodo de herramienta, en donde tienen lugar la mayona de las descargas.
El impulso de descarga de segundo tipo provoca erosion al menos sobre el electrodo de herramienta y, adicionalmente, sobre la pieza de trabajo. Al estar el electrodo de herramienta protegido por la pelfcula protectora producida por el impulso individual de descarga de primer tipo del tren de impulsos, mayormente no se desgasta el electrodo de herramienta en sf, sino solo la capa protectora que se ha formado sobre el mismo.
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En algunas realizaciones, dentro de un tren de impulsos la peKcula protectora contra el desgaste sobre el electrodo de herramienta que se ha generado por el impulso de descarga de primer tipo es erosionada casi por completo por los impulsos de descarga de segundo tipo del tren de impulsos.
El tren de impulsos con los impulsos de descarga de primer y segundo tipo se aplica al electrodo de herramienta de manera que tiene lugar una descarga correspondiente a traves del hueco de mecanizado entre el electrodo de herramienta y la pieza de trabajo. Asf, en realizaciones en donde la capa protectora producida dentro de un tren de impulsos es erosionada dentro de un tren de impulsos, el electrodo de herramienta tiene (casi) la forma original despues de la aplicacion de cada tren de impulsos.
Debido a esta exactitud de contorno caractenstica en algunas realizaciones, tambien se pueden mecanizar con elevada exactitud y precision de forma estructuras en la mesoescala, microescala o incluso macroescala. En algunas realizaciones, la conformidad de forma reduce el trabajo en el mecanizado posterior y aumenta la productividad, al tiempo que reduce las necesidades de recursos tales como numero de electrodos, mecanizado de electrodos, material del electrodo, tiempo de preparacion del electrodo.
En algunas realizaciones se mantiene constante la relacion entre impulsos de descarga de primer y de segundo tipo con el fin de provocar un desgaste predefinido sobre el electrodo de herramienta. Asf, no se establece el patron de impulsos de descarga que comprende el tren de impulsos con el impulso de descarga de primer tipo y al menos un impulso de descarga de segundo tipo, sino que se mantiene la relacion entre los al menos dos tipos de descarga diferentes (basados principalmente en la duracion de pulso) en un valor espedfico dentro de una tolerancia dada para cada nivel de tension de descarga que se detecte. Con ello se puede lograr una cantidad de desgaste predefinida o establecida de manera dinamica, ya que los impulsos de descarga de primer tipo generan una cantidad dada de pelfcula protectora sobre el electrodo de herramienta, mientras que los impulsos de descarga de segundo tipo provocan un desgaste dado en el electrodo de herramienta y en la pelfcula protectora sobre el electrodo de herramienta, respectivamente. Los al menos dos tipos de descarga (clasificados fundamentalmente en base a la duracion de pulso) son generados cada uno para un nivel de tension de descarga detectado, que a su vez es indicativo de un area instantanea de la superficie erosiva en donde se ubica la chispa actual, y se mantiene un valor especificado de la relacion entre estos al menos dos tipos diferentes de descarga (basados en la duracion de pulso). Ademas, si el mecanizado indica un tipo de descarga distinto, en base a la informacion de tension de descarga de chispa, se generan otros dos tipos de descarga (basados principalmente en la duracion de pulso) con una relacion entre estos diferentes tipos de descarga mantenida en un valor especificado dentro de la tolerancia. La informacion de nivel de tension de descarga que se determine puede ser indicativa del tipo de dimension de la superficie instantanea de erosion, y diferenciar asf areas instantaneas de chispa pertenecientes al tipo macro, o meso, o micro, o sobre la esquina o borde.
En algunas realizaciones, durante un solo ciclo de mecanizado se aplican al menos dos tecnologfas de proceso diferentes representadas por al menos dos conjuntos diferentes de parametros de tecnologfa de procesos, en donde uno esta optimizado para caractensticas de macroescala o mesoescala y el otro esta optimizado para caractensticas de microescala. Este conjunto de parametros de la tecnologfa de proceso define trenes de impulsos o bien mantiene una relacion constante entre los al menos dos tipos diferentes de descarga (basados en la duracion de pulso) en cada nivel de tension de descarga distinto que se detecte, que es indicativo de una respectiva area instantanea de la superficie erosiva. Al mismo tiempo, tambien se pueden alterar o controlar otros parametros electricos y/o temporales de respectivos conjuntos de parametros de la tecnologfa de proceso.
En algunas realizaciones, los metodos sugeridos mas arriba se aplican a descargas de polaridad positiva, descargas de polaridad negativa o combinacion de ambas. En algunas realizaciones, los niveles de tension de descarga para una chispa en funcion del area instantanea de la superficie erosiva tambien son diferentes para la polaridad negativa del electrodo de herramienta y para la polaridad positiva del electrodo de herramienta. Los valores de tension de descarga indicativos de un area instantanea de la superficie erosiva de la chispa actual dependen del material de electrodo, material de pieza de trabajo, tipo de dielectrico, tipo de pulso (corriente inicial, corriente final, trayecto seguido para el incremento de corriente), polaridad del electrodo de herramienta, estado de plasma de descarga para un area instantanea dada de la superficie. Se pueden prealmacenar estos valores en una base de datos y compararlos durante o despues de la medicion de la informacion de tension de descarga para cada disrupcion de chispa detectada durante un ciclo individual de mecanizado.
En las realizaciones, se aplica durante el mecanizado un pulso piloto que tiene al menos una funcion de detectar el area instantanea de la superficie erosiva en la que se esta produciendo la chispa durante la descarga electrica actual. Mediante el analisis de la tension y/o corriente de descarga de dicha descarga de impulso piloto, en el transcurso de escasos microsegundos (por ejemplo 0,1-50 js), es posible aplicar un conjunto de parametros de tecnologfa optimizado para el area instantanea de la superficie erosiva indicada por la informacion de tension de descarga del impulso piloto aplicado que se ha analizado. El impulso piloto puede tener las mismas o diferentes propiedades (por ejemplo polaridad, duracion de pulso, corriente por pulso, forma de pulso) en comparacion con los impulsos que estan de acuerdo con el conjunto aplicado de parametros de la tecnologfa de proceso que vienen despues del impulso piloto.
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En algunas realizaciones, se reduce el ruido de conmutacion para impulsos que estan siendo generados por una fuente lineal de corriente y/o un generador de tipo resistor, con el fin de disminuir la dispersion de valores de la tension de descarga.
En algunas realizaciones, se reduce el tiempo de descarga electrica en caso de que se determine un valor de tension de descarga por encima de un valor predefinido. Con ello, en algunas realizaciones se pueden evitar danos en la pieza de trabajo. En algunas realizaciones, el valor de tension predefinido se situa en aproximadamente 36-40 V.
Como ya se ha discutido mas arriba, mediante la determinacion del area instantanea de la superficie erosiva, se puede determinar la ubicacion de la descarga electrica y de la chispa asociada. Asf, es posible determinar si la chispa se produce, por ejemplo, en una esquina, cara lateral de borde u otra parte estructural caractenstica del electrodo de herramienta, y establecer un conjunto apropiado de parametros de la tecnologfa de proceso con el fin de reducir el desgaste del electrodo de herramienta.
En algunas realizaciones, los impulsos de descarga que se estan generando segun el conjunto establecido de parametros de la tecnologfa de proceso se aplican durante la descarga electrica actual y/o durante una descarga electrica consecutiva que se produce en la misma area instantanea de la superficie erosiva detectada y/o al termino de la chispa actual. En algunas realizaciones, se asume que la siguiente descarga electrica asociada con la chispa se produce en la misma area instantanea de la superficie erosiva y, por tanto, tambien se puede utilizar para la siguiente descarga electrica el conjunto de parametros de la tecnologfa de proceso establecido para el area instantanea actual de la superficie erosiva.
Algunas realizaciones se refieren a un aparato de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo), en particular un aparato de MDE con penetracion de matriz o un aparato de MDE de taladrado o un aparato de MDE de fresado, que esta adaptado para realizar por lo menos algunos pasos del metodo de control como se ha descrito mas arriba.
Un aparato de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) semejante comprende partes que son tfpicamente conocidas por la persona experta, tales como un electrodo de herramienta, una mesa de trabajo para recibir una pieza de trabajo, un generador de impulsos para generar impulsos de descarga y un control para controlar el aparato de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo). El control esta adaptado para realizar el metodo como se ha descrito mas arriba.
Como ya se discutido mas arriba, se analiza la tension y/o corriente de descarga para una descarga de corriente electrica (chispa). Esto requiere, en algunas realizaciones, un hardware de analisis rapido, que este configurado para realizar dicho analisis en tiempo real. Asf, en algunas realizaciones la medicion del impulso y la generacion del impulso las lleva a cabo un circuito logico dedicado, ya que esto ha de ser realizado en tiempo real a nivel de chispa individual, por lo que ha ser realizado a nivel de microsegundos. La logica usada en tales realizaciones implementa, por ejemplo, ventanas de medicion de tension de descarga (como la ventana de medicion Tmes (83), vease la descripcion para la Figura 5b mas adelante), un tiempo en apagado dispuesto exactamente despues de una disrupcion de la chispa (vease Tout (82), Figura 5b y descripcion asociada), y genera la adaptacion de parametros de la tecnologfa de proceso como se describe en relacion con las Figuras 7a-7c mas adelante. En algunas realizaciones, la logica respectiva esta estrechamente relacionada e incrustada en un oscilador y circuito de medicion del aparato de MDE. En algunas realizaciones no se puede programar con software esta logica, ya que el tiempo de reaccion en el nivel de milisegundos sena demasiado largo para los microprocesadores programables tfpicos. En algunas realizaciones, el circuito se ejecuta en un matriz de puertas programable en campo (FPGA, por sus siglas en ingles) programada con VHDL o con una logica de descripcion de hardware similar.
Volviendo a la Figura 2, se ilustra un aparato 1 de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) (MDE) con penetracion de matriz segun la presente invencion. La estructura general de un aparato de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) con penetracion de matriz tambien es conocida por la persona experta.
El MDE 1 de penetracion de matriz tiene un bloque 2 de control para ejecutar el proceso de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) descrito en lo que antecede. El bloque 2 de control tiene un modulo general 7 de control, un modulo 8 de control de generador para controlar un generador 4 de impulsos, un modulo 9 de control de hueco de mecanizado para controlar un hueco 13 de mecanizado entre un electrodo 11 de herramienta y una pieza 12 de trabajo, y un modulo 10 de adquisicion de hueco para recibir datos relacionados con el hueco de mecanizado durante el proceso de mecanizado.
El electrodo 11 de herramienta y la pieza 12 de trabajo se encuentran en un bloque 3 de mecanizado. La colocacion del electrodo 11 de herramienta con respecto a la pieza 12 de trabajo se realiza a traves de un modulo interpolador 6 y un modulo 5 de accionamiento que acciona los miembros de colocacion, tales como servoalimentadores en la direccion c, x, y y z, como se indica en el bloque 3 de mecanizado de la Figura 1. El electrodo 11 de herramienta esta hecho de grafito. En otras realizaciones, el electrodo de herramienta puede estar hecho de otros materiales electricamente conductores. En esta realizacion, la pieza 12 de trabajo esta hecha de metal. En otras realizaciones, la pieza 12 de trabajo puede estar hecha de otro material electricamente conductor, tal como acero o materiales
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La Figura 1c, como tambien se ha discutido en lo que antecede, ilustra un electrodo 110 de herramienta compuesto, que se utiliza en una realizacion en el aparato de MDE de la Figura 2. El electrodo 110 de herramienta compuesto tiene una superficie 112 de electrodo con dos estructuras 111a, 111b de superficie diferentes, una estructura mas pequena 111a y una estructura mayor 111b, que son de diferente tipo de dimension, como se ha discutido en lo que antecede. La estructura mas pequena 111a tiene un tamano de superficie que esta dentro de la microescala y, a modo ilustrativo, es aproximadamente 0,5 mm2. La estructura mayor 111b tiene un mayor tamano de superficie que, a modo ilustrativo, es aproximadamente 3 mm2 y pertenece al tipo de mesoescala. Dado que la estructura mas pequena 111a y la estructura mayor 111b tienen una forma cilmdrica, los tamanos de la superficie son identicos a los tamanos de la superficie erosiva respectiva definidos mas arriba. Por lo tanto, la estructura mas pequena 111a esta asociada con un area instantanea de la superficie erosiva que es del tipo de dimension de microescala (area de superficie inferior a 1 mm2 o que tiene una dimension por debajo de 1 mm), y la estructura mayor 111b esta asociada con un area instantanea de la superficie erosiva que es del tipo de dimension de mesoescala (area de superficie entre 10 mm2 y 1 mm2).
En lo que sigue se explica el metodo para el proceso de mecanizado con el electrodo 110 de herramienta compuesto, haciendo referencia a la Figura 4, que ilustra un diagrama de flujo de un metodo de control para controlar el aparato 1 de MDE.
Como se ha discutido mas arriba, al principio el electrodo 110 de herramienta esta situado con respecto a la pieza 12 de trabajo de manera que existe un hueco 13 de mecanizado predefinido entre el electrodo 110 de herramienta y la pieza 12 de trabajo, paso 201. A continuacion, el generador del aparato 1 de MDE genera al menos un impulso de descarga, que es un impulso piloto discutido mas arriba, paso 202. El impulso de descarga se aplica a traves del espacio 13 de mecanizado, generando con ello una descarga electrica (es decir, chispa) a traves del espacio de mecanizado, paso 203. La chispa se produce, o bien entre la estructura pequena 111a y la pieza 12 de trabajo, o bien entre la estructura grande 111b y la pieza de trabajo.
Como se ha discutido mas arriba, dado que la tension de descarga es indicativa del tamano o tipo de dimension del area instantanea de la superficie erosiva, mediante el analisis de la tension (y/o corriente) de descarga a traves del hueco 13 de mecanizado, que se genera por el impulso o impulsos de descarga aplicados, es posible detectar si la chispa se produce en la estructura pequena 111a del electrodo de herramienta o en la estructura grande 111b del electrodo 110 de herramienta, paso 204. Se puede realizar el analisis de manera que se midan tensiones de descarga individuales en puntos individuales o bien que se mida la tension de descarga con arreglo a una ventana de medicion para la tension de descarga.
Basandose en este analisis de la informacion de tension (y/o corriente) de descarga para una descarga dada, se determina el tipo de dimension de un area instantanea de la superficie erosiva del electrodo 110 de herramienta, paso 205. Por ejemplo, en caso de que la descarga electrica se produzca entre la estructura pequena 111a y la pieza 12 de trabajo, se determina que el area instantanea de la superficie erosiva es conforme al tipo de dimension de microescala, paso 205. En caso de que la descarga electrica se produzca entre la estructura grande 111b del electrodo compuesto 110 y la pieza 12 de trabajo, se determina que el area instantanea de la superficie erosiva es conforme al tipo de dimension de mesoescala, paso 205.
En algunas realizaciones, la correspondencia entre la tension de descarga analizada y el tipo de area instantanea de la superficie de erosion asociada se realiza directamente y/o mediante la aplicacion de una funcion matematica o un filtro, tal como un filtro HF/LF.
En base al tipo de dimension que se ha determinado del area instantanea de la superficie erosiva de la respectiva estructura dada, es decir, la estructura pequena 111a o la estructura grande 111b, se establece un conjunto optimizado asociado de parametros de la tecnologfa de proceso, paso 206. En la presente realizacion existen al menos dos conjuntos predefinidos diferentes de parametros de la tecnologfa de proceso, almacenados en el aparato 1 de MDE, por ejemplo un patron 33 de descargas para mesoescala, que se ilustra en la Figura 3, y un patron de descargas para microescala, por ejemplo uno de los patrones 14, 17, 21, 24 de descargas para microescala, como se ilustra en las Figuras 11a-d, que se explican con mas detalle a continuacion. La presente invencion no esta limitada a este respecto, sino que, en general, se pueden predefinir patrones de impulsos de descarga o una relacion entre al menos dos tipos de descarga diferentes (basados en la duracion del pulso) para cualquier tipo de tipo de dimension distinto, como tambien se ha discutido mas arriba.
Se adapta el conjunto de parametros de la tecnologfa de proceso, basandose en el area instantanea que se ha determinado de la superficie erosiva donde se esta produciendo la chispa actual. Se puede prolongar o acortar o mantener inalterada la duracion de pulso de esta chispa. Ademas, se puede prolongar, acortar o mantener inalterada la duracion de la pausa despues de la descarga actual especificada, paso 207.
Ademas, se puede seleccionar un tren espedfico de impulsos durante la descarga actual, basandose en la informacion de tension de descarga, y se puede aplicar al hueco 13 de mecanizado, donde la descarga especificada
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puede ser parte del tren de impulsos seleccionado o bien se puede aplicar un tren de impulsos separado al termino de la descarga especificada, paso 208. El tren de impulsos espedfico se forma basandose en el conjunto de parametros de la tecnolog^a de proceso que se han establecido en base al area instantanea de la superficie erosiva que se ha determinado. Se pueden adaptar diversos parametros del tren de impulsos espedfico, tales como parametros para pulsos subsiguientes y, por ejemplo, el numero de tales impulsos dentro del tren de impulsos. Tambien se puede anadir una seccion de pico de corriente a los impulsos de descarga de corriente para la descarga electrica actual y/o impulsos de descarga subsiguientes.
Como alternativa o en combinacion con los pasos 206-208, para al menos un nivel de tension de descarga distinto, se generan al menos dos tipos diferentes de pulsos (basandose en la duracion de pulso) y se mantiene constante la relacion entre los mismos, en un valor especificado dentro de una tolerancia dada, paso 209. Como ya se ha discutido mas arriba, un primer tipo de impulso de descarga provoca la formacion de una capa protectora sobre el electrodo de herramienta, mientras que un segundo tipo provoca desgaste en el electrodo de herramienta y su capa protectora, respectivamente.
En algunas realizaciones, en lugar de utilizar parametros predefinidos de la tecnologfa de proceso, tambien se pueden generar dinamicamente los parametros para llevar a cabo funciones definidas en lo que antecede. Por ejemplo, tambien se puede utilizar un mecanismo de control y/o supresion del arco para generar dinamicamente al menos dos tipos distintos de descarga dentro del proceso. En otras realizaciones, tambien se utiliza una combinacion de parametros de la tecnologfa de proceso predefinidos y generados dinamicamente.
Los pasos 201-209 se repiten durante el mecanizado hasta que finaliza el proceso de mecanizado.
En lo que sigue se explican los patrones de impulsos de descarga para la estructura grande 111b y la estructura pequena 111a.
La Figura 3 muestra un patron 33 de impulsos de descarga que esta optimizado para estructuras de macroescala o mesoescala, como la estructura 111b del electrodo 110 de herramienta. La Figura 3 visualiza la duracion de impulso de los impulsos de descarga sobre el eje x y una corriente de descarga de los impulsos de descarga sobre el eje y. El patron 33 de impulsos de descarga tiene trenes 34 de impulsos y pausas 35 de impulso entre los trenes 34 de impulsos. Cada tren 34 de impulsos tiene tres impulsos 37 de descarga aplicados, en donde los impulsos 37 de descarga pueden tener la misma duracion de impulso. Los impulsos 37 de descarga estan separados entre sf por una pausa 36 de impulso entre uno y otro. La pausa 35 de impulso entre los trenes 34 de impulsos es mas prolongada que la pausa 36 de impulso entre los diversos impulsos 37 de descarga dentro de un tren 34 de impulsos, de manera que hay tiempo suficiente para la recuperacion del hueco 13 de mecanizado entre la aplicacion de trenes consecutivos 34 de impulsos, y para mantener la densidad de corriente deseada durante el mecanizado.
Las Figuras 11a a 11d ilustran diferentes trenes de impulsos que se utilizan en diferentes patrones de impulso para areas instantaneas de microescala de la superficie erosiva en diferentes realizaciones. Las Figuras 11a a 11d visualizan la duracion de impulso del tren de impulsos sobre el eje x y la corriente de descarga del tren de impulsos sobre el eje y.
La Figura 11a ilustra un tren 14 de impulsos que tiene un impulso 15 de descarga de primer tipo para formar una capa protectora sobre el electrodo 111a de herramienta, como se ha discutido mas arriba, y tres impulsos 16 de descarga de segundo tipo consecutivos, con menor duracion de pulso, a fin de erosionar la capa protectora sobre el electrodo 111a de herramienta y la pieza 12 de trabajo, como se ha discutido mas arriba. Los impulsos 15 y 16 de descarga tienen una forma rectangular. La corriente de descarga es la misma para los impulsos 15 y 16 de descarga del tren 14 de impulsos.
Por otra parte, tambien el tiempo en apagado entre el impulso 15 de descarga para formar la capa protectora y el primer impulso 16 de descarga erosiva, asf como entre los impulsos individuales 16 de descarga erosiva son identicos en la presente realizacion.
Se aplica el tren 14 de impulsos a la superficie pequena 111a del electrodo 110 de herramienta a fin de efectuar el correspondiente mecanizado de la pieza 12 de trabajo.
Entre la aplicacion de trenes 14 de impulsos individuales se puede aplicar un tiempo en apagado. Durante el tiempo en apagado, el hueco de mecanizado, el electrodo de herramienta y la pieza de trabajo se recuperan, de forma que en algunas realizaciones la velocidad de mecanizado global es mayor que en realizaciones en las que no existe tiempo en apagado, o existe solo un pequeno tiempo en apagado, entre trenes de impulsos individuales. Esta duracion de pausa tambien mantiene la densidad de corriente en el valor deseado sobre un area instantanea dada de la superficie erosiva.
Como se ha mencionado mas arriba, las duraciones de impulso, los tiempos en apagado entre los impulsos, el numero de impulsos de descarga erosiva, la corriente de descarga, el tiempo en apagado entre trenes de impulsos, el tipo de pulso (corriente inicial, corriente final, trayecto seguido para el incremento de corriente), etc., dependen,
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entre otras cosas, de los materiales utilizados para el electrodo de herramienta y la pieza 12 de trabajo, y de la forma del electrodo 11 de herramienta, del dielectrico, etc. Estos parametros pueden ser prealmacenados y/o prefijados en el aparato 1 de MDE con penetracion de matriz. En otras realizaciones, se pueden determinar de forma dinamica estos parametros, por ejemplo mediante el analisis de parametros de mecanizado tales como las variaciones en la tension de descarga y/o el tiempo de retardo de ignicion.
En algunas realizaciones, tambien se pueden utilizar otros trenes de impulsos:
Por ejemplo, en algunas realizaciones un tren 17 de impulsos, como se ilustra en la Figura 11b, que es similar al tren 14 de impulsos de la Figura 11a, tiene un impulso 18 de descarga formador de capa protectora y tres impulsos 19 de descarga erosiva que tienen cada uno una seccion 20 de pico. Las secciones 20 de pico comprenden un pico en la corriente de descarga, que tiene mayor corriente que las restantes secciones de cada uno de los impulsos 19 de descarga erosiva. Esta elevada corriente de pico mejora la velocidad de mecanizado en algunas realizaciones, ya que la elevada corriente de descarga permite una erosion acrecentada de la pieza 12 de trabajo y/o del electrodo de herramienta, respectivamente.
Tal como se ilustra en la Figura 11c, en algunas realizaciones un tren 21 de impulsos, que es similar al tren 14 de impulsos de la Figura 11a, tiene un impulso 22 de descarga para capa protectora seguido de tres impulsos 23 de descarga erosiva con polaridad negativa. El cambio en la polaridad entre el primer impulso 22 de descarga del tren 21 de impulsos y los impulsos 23 de descarga erosiva intensifican la erosion de la capa protectora sobre el electrodo
11 de herramienta.
Tal como se ilustra en la Figura 11d, en algunas realizaciones un tren 23 de impulsos tiene un primer impulso 25 de descarga y tres impulsos 26 de descarga erosiva que se generan por medio de una descarga capacitiva. Los impulsos 26 de descarga erosiva tienen una polaridad negativa. En este caso, tambien el impulso 25 de descarga del primer tipo puede tener polaridad negativa.
Para mejorar aun mas la velocidad de mecanizado y/o reducir el desgaste de la herramienta, en algunas realizaciones, como se ilustra en la Figura 12a, un impulso 27 de descarga de primer tipo con mayor duracion Tl para acumulacion de la capa protectora tiene una seccion 28 de arista creciente y una seccion constante 29. La seccion 28 de arista creciente comienza con una corriente de descarga inicial mas baja, y la corriente de descarga va aumentando hasta llegar a la corriente final Il de la region 29 de corriente constante del impulso 27 de descarga.
Un corto impulso 30 de descarga erosiva, como se ilustra en la Figura 12b, tiene una corriente creciente a lo largo de toda la duracion Ts del impulso. La corriente aumenta desde una corriente minima Un de descarga inicial hasta una corriente maxima Is. El corto impulso 30 de descarga provoca desgaste en el electrodo 11 de herramienta y la pieza
12 de trabajo, como se ha discutido mas arriba. La corriente de descarga creciente desde Un hasta Is intensifica la erosion del electrodo 11 de herramienta y la pieza 12 de trabajo, respectivamente. El trayecto 28 de incremento de la corriente tambien hace posible aqu aplicar una corriente final superior por pulso. Tales trayectos de incremento de corriente tambien pueden hacer mas rapida la estabilizacion de la tension de descarga de la chispa en algunas realizaciones y, por lo tanto, pueden facilitar una ventana de medicion de la tension de descarga en el transcurso de escasos microsegundos despues de la disrupcion.
En algunas realizaciones, y tambien para pulsos de tipo transistor, mediante la reduccion del ruido de conmutacion se puede disminuir la dispersion de valores de la tension de descarga, lo que se traduce en un mejor analisis de la informacion de tension de descarga.
Los perfiles discutidos mas arriba del impulso largo 27 (Figura 12a) y del impulso corto 30 (Figura 12b) se pueden aplicar a cualquier tipo de trenes de impulsos, y en particular a los trenes 14, 17, 21 y 24 de impulsos, como se ilustra en las Figuras 11a a 11d y como se ha discutido mas arriba.
A continuacion se describen aspectos del analisis de tension y/o corriente de descarga:
Las Figuras 5a y 5b muestran una realizacion de un metodo de medicion de informacion de tension de descarga. Las Figuras 5a y 5b ilustran la tension de descarga (seccion superior) y la corriente de descarga (seccion inferior) sobre el eje y como una funcion del tiempo (eje x).
En algunas realizaciones, se puede utilizar una ventana 84 de medicion (Figura 5b) para medir la tension de descarga actual de la chispa actual. Esta ventana 84 de medicion mostrada en la Figura 5b puede tener un unico valor de medicion de tension o multiples valores de medicion de tension como una funcion del tiempo. Se puede predefinir esta ventana 84 de medicion para que comience en un momento Tout despues de la disrupcion de la descarga electrica, que se indica con el signo de referencia 82 en la Figura 5b. El valor tfpico de Tout se situa entre 0,1 |js y 250 |js, al final de los cuales se aplica una ventana 84 de medicion durante una duracion de tiempo definida Tmes 83, como se muestra en la Figura 5b.
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El valor de Tmes puede estar prefijado, y puede definirse en terminos de tiempo (ps) o en terminos de numero de valores de tension de descarga (por ejemplo, 10 valores) adquiridos con una tasa de muestreo dada (por ejemplo, cada 1 ps). El valor o los valores de tension de descarga medidos se utilizan entonces directamente para indicar el area instantanea de la superficie erosiva en la que se esta produciendo una chispa, y se aplica al hueco 13 de mecanizado un conjunto de parametros de la tecnolog^a de proceso optimizado para el area instantanea de la superficie erosiva que se ha determinado, ya sea durante la misma descarga o al termino del pulso de descarga.
En otra realizacion, se someten a operaciones matematicas los valores de tension de descarga. Por ejemplo, se usan un filtro HF o filtro LF o ambos para adquirir informacion de tension de descarga con el fin de determinar el area instantanea de la superficie erosiva de una descarga dada. Como se ha mencionado mas arriba, se aplica entonces el conjunto adecuado de parametros de la tecnologfa de proceso.
En otras realizaciones mas, se determinan un valor maximo 80 y un valor mmimo 81 de tension de descarga basandose en mediciones, o bien se utilizan comparadores, en lugar de capturar valores de tension de descarga para la adaptacion de parametros de la tecnologfa de proceso.
La Figura 6 ilustra el mismo metodo de medicion para dos areas distintas 41, 42 de superficie sobre un unico electrodo 40 de herramienta. En esta realizacion, durante una descarga de chispa, la tension de descarga de la chispa vana dependiendo de la ubicacion de la chispa, es decir, de que aparezca en el area superficial mayor 41 o bien en el area superficial mas pequena 42. Dependiendo de la informacion de tension de descarga detectada, se establece un conjunto apropiado de parametros de la tecnologfa de proceso para las areas superficiales respectivas 41 y 42, y se aplica al hueco 13 de mecanizado ya sea durante el mismo impulso de descarga o bien al termino del impulso de descarga.
La Figura 7a muestra una realizacion de una adaptacion de parametros de la tecnologfa de proceso en donde, despues de recopilar la informacion de tension de descarga dentro de una ventana 44 de medicion, la duracion del impulso (actual) dado, que tema originalmente una longitud 47, se mantiene inalterada o bien se prolonga 45 o se acorta 46 dependiendo de los valores predefinidos, almacenados en el equipo 1 de MDE, que se correlacionan con correspondientes areas instantaneas de la superficie erosiva en las se esta produciendo una chispa.
En la Figura 7b se muestra otra realizacion de una adaptacion de parametros de la tecnologfa de proceso, en donde despues el analisis de la tension de descarga dentro de una ventana 48 de medicion, se puede cambiar o dejar inalterada la duracion de pulso de un impulso, como se ha descrito en relacion con la Figura 7a. Sin embargo, en esta realizacion adicionalmente se puede alterar, es decir prolongar o acortar, la duracion de la pausa que sigue al impulso analizado, o bien mantenerla inalterada, con el fin de mantener la estabilidad del proceso y conseguir una densidad de corriente deseada sobre el area instantanea de la superficie erosiva que se ha determinado, en base a la informacion de tension adquirida de la ventana 48 de medicion. El impulso posterior tiene tambien una ventana 58 de medicion, que determina, ademas, una adaptacion de parametros de la tecnologfa de proceso basada en la informacion de area instantanea de la superficie erosiva indicada.
En otra realizacion mas, la adaptacion de parametros de la tecnologfa de proceso basada en el area instantanea de la superficie erosiva detectada, procedente de la informacion de tension de descarga, comprende la formacion de un tren de impulsos espedfico. Como se muestra en la Figura 7c, dependiendo de la informacion de tension de descarga analizada adquirida durante una ventana 53 de medicion, se puede cambiar o dejar inalterada la duracion del impulso dado. Ademas, el impulso analizado puede considerarse una parte de un tren de impulsos que tiene impulsos 57, 69, 60 con parametros predeterminados, y se puede alterar mediante un control el numero de tales impulsos 57, 59, 60 y aplicarlos al hueco 13 de mecanizado, despues del impulso dado para el cual se ha adquirido y analizado la informacion de tension de descarga. En este caso, se puede aplicar la ventana de medicion de tension de descarga o bien excluir dicha medicion para los pulsos 57, 59, 60. Despues de la duracion de pausa determinada seguida por el ultimo pulso 60 del tren de impulsos, se aplica un pulso estandar para un ciclo de mecanizado dado que tenga una ventana 56 de medicion, a fin de adaptar nuevamente los parametros de la tecnologfa de proceso para el area instantanea de la superficie erosiva que se detecte.
La Figura 7 representa una realizacion adicional de un metodo de control del proceso, donde se aplica al menos una ventana 61 de medicion que puede estar en paralelo o antes de otra ventana 63 de medicion. El proposito de la ventana 63 de medicion puede ser el mismo que el de la ventana 61 de medicion, o bien se puede utilizar para otros aspectos de un control de proceso adaptativo. Por ejemplo, en la presente realizacion se puede aplicar la ventana 63 de medicion con duracion Tm 65 a la deteccion de una transicion de arco durante la descarga de chispa. En este caso, de forma individual o combinada con informacion procedente de la ventana 61 de medicion, se puede utilizar informacion de la ventana 63 de medicion para adaptar parametros de la tecnologfa de proceso o bien para detener un mayor desarrollo de arco mediante el acortamiento de una duracion original 62 de pulso a una duracion 64 de impulso, evitando asf danos a la pieza 12 de trabajo.
La Figura 8 ilustra otra realizacion mas de adaptacion de parametros de la tecnologfa de proceso basada en el analisis de la informacion de tension de descarga. En esta realizacion, un electrodo de herramienta sin caractensticas notorias de distintas areas de la superficie puede presentar chispas con distinto valor de tension de
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descarga. Se identifican al menos dos tipos diferentes de descarga basandose en el analisis de la informacion de tension de descarga durante el proceso de mecanizado. Como se muestra en la Figura 8, si la chispa se produce en la esquina o borde 66 del electrodo de herramienta, la informacion 71 de tension de descarga respectiva durante al menos una ventana 69 de medicion sera diferente de la misma informacion de tension de descarga de una chispa que se produzca en una cara frontal 67 o cara lateral 68 del electrodo de herramienta. Por lo tanto, mediante el analisis de al menos dos informaciones distintas de tension de descarga se pueden adaptar correspondientemente los parametros de la tecnologfa de proceso, por ejemplo en la forma descrita mas arriba, con el fin de presentar un menor desgaste de esquina y de borde del electrodo de herramienta, con el fin de conseguir un menor subtamano y una mayor velocidad de arranque de material.
La Figura 9 ilustra la informacion de tension de descarga indicativa del area instantanea de la superficie erosiva, ventanas de medicion y la variacion de una tension de descarga respectiva en funcion de un area instantanea asociada de la superficie erosiva. Aqm, el eje horizontal representa la duracion del impulso de descarga en microsegundos y el eje vertical representa la tension de descarga en voltios.
Cuando se aplica un impulso 80 de descarga para una corriente dada por pulso y un tipo espedfico de impulso, despues de una duracion 81 de tiempo, la tension de descarga de la chispa se estabiliza en un valor que se puede medir mediante al menos una ventana 78 de medicion durante una duracion 82 de tiempo despues de un tiempo 81 en apagado. En la presente realizacion, la informacion de tension de descarga medida en los respectivos intervalos 73, 74 y 75 es indicativa de un area instantanea de la superficie erosiva de macroescala, mesoescala o microescala. Ademas, existen valores 72 de tension que estan por encima de los valores de descarga normales. Las descargas de arco tienen una tension de descarga inferior en comparacion con la tension de descarga de descargas 76 de chispa, mientras que los impulsos de cortocircuito tienen una tension 77 de descarga mas baja.
La capacidad de determinar el area instantanea de la superficie erosiva y la resolucion dependen principalmente de la capacidad de resolucion de las mediciones de tension. En algunas realizaciones, por ejemplo, con una resolucion de 0,1 a 1 V se pueden detectar multiples caractensticas del area instantanea de la superficie erosiva dentro del grupo 73 de niveles de tension de descarga. Una chispa sobre un area instantanea de la superficie erosiva de 100 mm2 tendra una tension de descarga mayor en comparacion con una chispa sobre un area instantanea de la superficie erosiva de 30 mm2, a pesar de pertenecer al mismo grupo 73 que esta asociado con el tipo de macroescala del area instantanea de la superficie erosiva. Esto permite una adaptacion de parametros de la tecnologfa de proceso no solo al nivel de microsegundos o al nivel de chispa individual, sino tambien una adaptacion de parametros de la tecnologfa de proceso con elevada precision para los cambios mas pequenos en el area instantanea de la superficie erosiva dentro de un grupo de tensiones de descarga, como 73 o 74 o 75. Ademas, en algunas realizaciones se puede utilizar informacion de la tension de descarga de alta frecuencia (HF) o de baja frecuencia (LF) para detectar el tipo de area instantanea de la superficie erosiva en la que se produce una chispa en tiempo real.
Adicionalmente, la Figura 9 muestra una segunda ventana 79 de medicion, aparte de la ventana 78 de medicion, que se utiliza en algunas realizaciones para otros aspectos de control adaptativo del proceso. Esta ventana 79 de medicion con la longitud 84 de tiempo se aplica despues de una duracion 83 de tiempo. La adaptacion de parametros de la tecnologfa de proceso se basa, por ejemplo, en la deteccion de arco y el control para evitar danos en la pieza de trabajo debidos a la formacion de arcos. Los valores tfpicos para la ventana 81 de tiempo se situan entre 0,1 ps y 1 ms, para la ventana 82 de tiempo entre 0,1 ps y 1 ms, y para la ventana 83 de tiempo entre 0 ps y 1 ms y para la ventana 84 de tiempo entre 0,1 ps y 1 ms.
La Figura 10 ilustra diferentes realizaciones de electrodos de herramienta, tales como un electrodo de herramienta sencillo, un electrodo de herramienta por lotes, un electrodo de herramienta compuesto, un electrodo de herramienta especial con diferentes areas de superficie y/o formas de seccion transversal tales como poligonal, circular, etc.
La Figura 13a, tomada del documento US 4,376,880 A, muestra una tension media de hueco o tension de descarga para diferentes estados de plasma, tales como plasma de fase gaseosa, plasma de fase metalica, modo de arco o cortocircuito. La Figura 13b, por su parte, ilustra la evolucion de dichos estados de plasma a lo largo de la duracion del pulso durante una descarga individual.
La Figura 14, tomada de la referencia "Boddy" mencionada mas arriba, muestra un ejemplo de diferentes tensiones de descarga en funcion del estado de plasma para plasma de chispa generado durante la apertura de contactos electricos a lo largo de valores de tiempo superiores.
La Figura 15a muestra una realizacion en donde la tension de descarga tiene tres niveles de tension de descarga separados durante la misma descarga, y la Figura 15b ilustra un ejemplo de descarga de chispa con inestabilidades que pueden danar una pieza de trabajo y/o un electrodo de herramienta.
La Figura 16 representa una realizacion de una estrategia de tipo "detectar y adaptar" de medicion del proceso mediante la aplicacion de pulsos piloto a un electrodo de herramienta, tal como se muestra en la Figura 6 o la Figura 8. Aqm se muestra una muestra muy pequena del proceso completo, en el cual se aplican y se utilizan pulsos piloto
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para detectar el area instantanea de la superficie erosiva de la descarga. Por ejemplo, con un pulso piloto 91, una ventana 90 de medicion indica un area instantanea 41 de la superficie erosiva de descarga para la Figura 6 y, por lo tanto, se aplica un conjunto respectivo de parametros de la tecnologfa de proceso en forma de tren 92 de impulsos de descarga. Se aplica nuevamente otro impulso piloto 94 en funcion de las ventanas de medicion durante la aplicacion del conjunto 92 de parametros de tecnologfa, o bien despues de un intervalo predeterminado tras un punto temporal 91 predefinido. Allf, otra ventana 93 de medicion indica que se produce una chispa en otra superficie erosiva instantanea 42 (Figura 6). De esta manera, basandose en conjuntos predeterminados de parametros de la tecnologfa de proceso almacenados en una base de datos, un control de proceso adapta o selecciona el correspondiente conjunto de parametros de la tecnologfa de proceso y genera, de acuerdo con el conjunto seleccionado de parametros de la tecnologfa de proceso, un tren definido 95 de impulsos, que esta optimizado para el area instantanea 42 de la superficie erosiva segun la Figura 6. en el transcurso de escasos microsegundos despues de la ventana 93 de medicion.
La aplicacion de pulsos piloto constituye en este caso solo un aspecto, donde incluso los pulsos de tecnologfa seleccionados pueden actuar como pulsos piloto y tambien como pulsos de mecanizado, y realizar la misma adaptacion de control de proceso con el fin de aumentar la velocidad de arranque de material, disminuir el desgaste de herramienta, incluso para areas instantaneas de la superficie de tipo meso y micro, conseguir un proceso estable, reducir las necesidades de recursos tales como numero de electrodos requeridos, conseguir el diametro interior mas pequeno de la cavidad de maquina, lograr una elevada precision y exactitud de forma y por lo tanto mejorar las prestaciones globales del proceso.
Aunque la presente invencion se ha descrito con relacion a un numero limitado de realizaciones, es evidente que se pueden admitir modificaciones y variantes que no se aparten del concepto y alcance de la invencion, que seran entendidas facilmente por los expertos en la tecnica. Se considera que todas estas modificaciones y variantes no se apartan del concepto y alcance de la invencion, definidos por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (17)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo para controlar un aparato (1) de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) que tiene al menos un electrodo (11, 110) de herramienta y una pieza (12) de trabajo, comprendiendo el metodo los pasos de:
    - situar (201) el electrodo (11, 110) de herramienta con respecto a la pieza (12) de trabajo, definiendo con ello un hueco (13) de mecanizado entre el electrodo (11, 110) de herramienta y la pieza (12) de trabajo;
    - generar (202) al menos un impulso de descarga;
    - aplicar (203) el al menos un impulso de descarga al hueco (13) de mecanizado, generando con ello una descarga electrica a traves del hueco (13) de mecanizado;
    - analizar (204) la tension de descarga y/o la corriente de descarga a traves del hueco (13) de mecanizado generadas por un impulso piloto de descarga aplicado para la descarga electrica actual generada por la aplicacion del al menos un impulso de descarga;
    - determinar (205), basandose en el analisis de la tension de descarga y/o la corriente de descarga del impulso piloto de descarga, el tipo de dimension de un area instantanea (105) de la superficie erosiva del electrodo (11, 110) de herramienta sobre la cual se genera la descarga electrica actual;
    - establecer (206) un conjunto de parametros de la tecnologfa de proceso en base al tipo de dimension que se ha determinado del area instantanea (105) de la superficie erosiva del electrodo (11) de herramienta; y
    - generar impulsos de descarga (37, 15, 16, 18, 19, 22, 23, 25, 26) segun los parametros de la tecnologfa de proceso que se han establecido y aplicarlos al hueco (13) de mecanizado.
  2. 2. El metodo para controlar un aparato de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) segun la reivindicacion 1, en donde se establece un primer conjunto (33) de parametros de la tecnologfa de proceso cuando el tipo de dimension del area instantanea de la superficie erosiva que se ha determinado es de un primer tipo, y en donde se establece un segundo conjunto de parametros de la tecnologfa de proceso cuando el tipo de dimension del area instantanea de la superficie erosiva que se ha determinado es de un segundo tipo, en donde el primer (33) y el segundo (14, 17, 21, 24) conjuntos de parametros de la tecnologfa de proceso son diferentes entre sf y el primer y segundo tipos de dimension de las areas instantaneas de la superficie erosiva tambien son diferentes entre sf
  3. 3. El metodo para controlar un aparato de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el electrodo (110) de herramienta comprende al menos dos areas instantaneas de la superficie erosiva que tienen tipos de dimension diferentes y/o en donde el electrodo de herramienta comprende al menos dos areas instantaneas de la superficie erosiva que originan una descarga electrica con al menos dos valores distintos de tension de descarga.
  4. 4. El metodo para controlar un aparato de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende ademas el paso de determinar el numero de areas instantaneas de la superficie erosiva que tienen tipos diferentes de dimension, en base al analisis de la tension de descarga y/o la corriente de descarga.
  5. 5. El metodo para controlar un aparato de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el area instantanea de la superficie erosiva es al menos una de: una esquina, un borde, una cara lateral o una cara frontal del electrodo.
  6. 6. El metodo para controlar un aparato de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde un primer tipo de dimension es indicativo de una estructura del electrodo (110) de herramienta que es menor o igual que 1 mm2 y/o que tiene una dimension por debajo de 1 mm y un segundo tipo de dimension es indicativo de una estructura del electrodo de herramienta que es mayor de 1 mm5 y/o que tiene una dimension por encima de 1 mm.
  7. 7. El metodo para controlar un aparato de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde un primer conjunto (14, 17, 21, 24) de parametros de la tecnologfa de proceso esta optimizado para un area de la superficie erosiva del electrodo (110) de herramienta que es menor o igual que 1 mm2 y un segundo conjunto (33) de parametros de la tecnologfa de proceso esta optimizado para un area de la superficie del electrodo (110) de herramienta que es mayor de 1 mm2.
  8. 8. El metodo para controlar un aparato de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la rugosidad superficial a producir en la pieza (12) de trabajo esta determinada por el tipo de dimension del area instantanea de la superficie erosiva que se ha determinado.
  9. 9. El metodo para controlar un aparato de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el primer y/o segundo conjuntos de parametros de la tecnologfa de proceso definen un patron (14, 17, 21,24, 33) de impulsos de descarga.
  10. 10. El metodo para controlar un aparato de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) segun la reivindicacion 9, en donde el conjunto de parametros de la tecnologfa de proceso predefine un patron (14, 17, 21,
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  11. 11. El metodo para controlar un aparato de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) segun la reivindicacion 10, en donde se establece el patron (14, 17, 21, 24) de impulsos de descarga que comprende los impulsos de descarga de primer tipo y de segundo tipo cuando el tipo de dimension de la superficie instantanea de erosion que se ha determinado es indicativo de un area de superficie de erosion que tiene un area instantanea de superficie menor o igual que 1 mm2 y/o que tiene una dimension por debajo de 1 mm.
  12. 12. El metodo para controlar un aparato de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) segun las reivindicaciones 10 y 11, en donde se mantiene constante la relacion entre impulsos de descarga de primer y segundo tipo con el fin de provocar un desgaste predefinido sobre el electrodo de herramienta.
  13. 13. El metodo para controlar un aparato de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende ademas el paso de reducir ruido de conmutacion para impulsos que estan siendo generados por una fuente lineal de corriente y/o un generador de tipo resistor con el fin de disminuir la dispersion de valores de la tension de descarga.
  14. 14. El metodo para controlar un aparato de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende ademas el paso de reducir el tiempo de descarga electrica en caso de determinar un valor de tension de descarga por encima de un valor predefinido.
  15. 15. El metodo para controlar un aparato de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde los impulsos (37, 15, 16, 18, 19, 22, 23, 25, 26) de descarga que se estan generando segun el conjunto establecido de parametros de la tecnologfa de proceso se aplican durante la descarga electrica actual y/o durante una descarga electrica consecutiva que se produce en la misma area instantanea de la superficie erosiva detectada.
  16. 16. Un aparato para mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) que comprende:
    - un electrodo (11, 110) de herramienta,
    - una mesa (3) de trabajo para recibir una pieza (12) de trabajo,
    - un generador (4) de impulsos para generar impulsos de descarga, y
    - un control (2) para controlar el aparato (1) de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo),
    en donde el control (2) esta adaptado para realizar el metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.
  17. 17. El aparato de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) segun la reivindicacion 16, en donde el aparato es un aparato de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) con penetracion de matriz o un aparato de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) de taladrado o un aparato de mecanizado por descarga electrica (electroerosivo) de fresado.
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