TWI632010B - 使用微放電加工程序之可攜式微去毛刺系統及去毛刺方法 - Google Patents
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Abstract
一種去毛刺子組件具有一控制器，以便產生一電流並且將一去毛刺刀具從一非去毛刺位置移動到一個有多個去毛刺位置的範圍。該電流允許對該工件進行去毛刺而不對其產生損傷。一工件固持子組件固持該工件以用於在一電腦數值控制(CNC)機床上成形並且將該工件握持在位以進行去毛刺。該電流被提供給一去毛刺刀具。該控制器由此控制該去毛刺刀具到這個有多個去毛刺位置的範圍的移動並且產生該電流對該工件進行去毛刺。
Description
本發明係針對一種基於可攜式微放電加工(Micro Electrical Discharge Maching,μEDM)之去毛刺系統，該系統旨在被安裝在用於成形工件的機床上。
隨著對快速發展的光學、汽車和醫學裝置領域中的更小微製造零件的需求的增加，對該等零件中毛刺的影響也增加了。如在此通常所提到的，一毛刺可以是加工之後保持附接到一工件上的一小塊材料或凸起的邊緣。一毛刺可以是一根細金屬絲或該表面的一突出或凸起的部分。將該等不想要的毛刺去除的程序通常被稱為去毛刺。
毛刺在裝配和操作中引起許多問題。突出的毛刺除其他事項外還會引起電路短路、漏氣、干擾機制、增加的磨損和應力、湍流和非層流的流體和空氣流動。一毛刺會對裝配員或終端使用者產生身體上的傷害。隨著零件的尺寸變小，毛刺的尺寸減小；然而，毛刺與特徵尺寸的比值增大，並且因此習知去毛刺程序開始引起有效表面損傷。材料加工技術雜誌(JOURNAL OF MATERIALS PROCESSING TECHNOLOGY)；第209卷，第1期；2009年7月19日；5399-5406頁；“使用微EDM來進行微特徵去毛刺”(“Deburring
microfeatures using micro-EDM”)；Jeong等。
使用了多種不同加工方法來製造微零件，例如，尺寸為亞毫米、或者包括亞毫米尺寸特徵的零件。由於材料在切削工具介面處的塑性，習知的程序(如物理切削、銑削、鑽削、車削等)不可避免的會遺留下小部分材料。重鑄毛刺係在材料在該介面上凝固或重定位的結果，例如由一EDM程序造成。雖然新的加工系統降低了製造微零件和特徵的成本，但該等節省中的很大部分會被過時的去毛刺方法抵消。
去毛刺始終是在控制製造成本的努力中的一種後來才考慮的事情。一公司可以最初在一製造中心上投資成千上萬、甚至幾百萬美元，但卻很少在策略上對於如何去毛刺和拋光該零件做出考慮。仍然有多個公司雇傭高薪技術員、藉由顯微鏡查找、用小刀片、銼刀和研磨劑將微毛刺從單獨的零件上去除。每個特徵會需要幾分鐘的時間來去毛刺。這一重複過程使雇員們受到工作壓力傷害並且使他們雇主承受額外債務。
當前存在許多不同的去除微零件和特徵上的毛刺之方法。除去手工的其他方法外，該等程序包括電化學磨光、磨料拋光、熱去毛刺和超音波加工。儘管隨著加工技術所有該等方法已經成熟，但是該等方法中每一者都有其自身缺陷。
當前去毛刺程序會損傷或過加工該表面、改變零件的尺寸規格、弄鈍銳利邊緣、弄斷邊緣(這可能不是我們所希望的)或需要額外清潔程序來去除蝕刻殘留物。在許多情況下，微零件和特徵實際上變得比用來對它們進行去毛刺的工具或媒介更小。在醫藥工業和其持續小型化產品內，去除毛刺同時維持精確公差不僅僅是一品質問題，它係更大的有關健康和安全之問題。
通常，去毛刺被認為是一次級過程。雖然自從發明了鋼這一製造步驟就已經存在，但其在產品製造和銷售的初步預算中仍然受到很少關注。然而，作為一種後來才考慮的事情，其可能在製造一產品的後期增加實質性的成本。
當前有許多用來對微加工的零件進行去毛刺之方法。基於眾多變數(包括材料、零件尺寸、特徵尺寸和複雜性)，產品經理必須確定適當的去毛刺程序。
在一些實例中，去毛刺係已經在用於製造工件或零件的同一平台上進行了處理，但是需要變換很多工具。在其他實例中，從加工平台上將該等零件去除並且在第三方電腦數值控制(Computer Numerical Controlled,CNC)機床中用雷射或者用高壓磨料噴射來對其去毛刺。在許多情況下，工件太複雜以至於要在一顯微鏡下用微銼刀或工具手工對它們進行去毛刺。該等程序中每一者都經受的顯著缺陷係要求在一定程度上或在某些程度上將該零件從該等最初製造工具或刀具上去除。
在同一個平台中置換工具係當前該組程序中最有成效之去毛刺程序。有市售大刀具和磨光刷，它們卡入習知機床中以便在一完全接觸的過程中將毛刺去除。儘管這些係最有成效之程序，但是該等類型的去毛刺工具必須對應工具跳動的基準和校準問題，並且有相當高的可能性會破壞該零件和改變其尺寸規格特徵和精度。由於該等去毛刺工具的尺寸大，在微特徵和微零件中並不採用這種方法。
另一種去毛刺方法係將該零件從該平台去除並且將其特別地固定到一輔助CNC機床上以進行去毛刺。這種方法對程序增加了額外的步驟和基
準，大大增加了精確去除毛刺的困難。同樣市售的係磨料致流機，該磨料致流機使用高壓(>50MPa)噴射的磨料媒介來對零件進行去毛刺和拋光。在一些製造公司中也採用雷射去毛刺技術。
因此，對於不需要廣泛工具變換或者在該去毛刺過程之後清潔該零件的一種平台可攜式去毛刺系統存在需求。可以將這樣一去毛刺系統安裝在用於成形該工件的機床上。當與現有程序相比較時成本的降低係藉由增加效率和消除在將該工件從一機器移動到另一機器上所固有的校準和基準不準確性來實現的。
對於不對被去毛刺的零件施加機械力的一種平台可攜式去毛刺系統也存在著需求。
對於一種為微零件專門定制的平台可攜式去毛刺系統也存在需求，該系統遺留小於100nm的凹坑尺寸，從而在該最終零件上導致幾乎沒有先前毛刺或該去毛刺程序的跡象的幾乎無損表面。
微放電加工(μEDM)獨特地適於將不想要的毛刺從微(定義為亞毫米尺寸的)零件和大零件的微特徵上去除。它係一種局部的非接觸程序並且將不會影響先前加工的零件之總體表面粗糙特徵或尺寸規格。
本發明使用μEDM的獨特特徵在一現有的機床平台上對一微零件進行去毛刺。該可擕攜式系統或者可以被安裝在一傳統(銑削、磨削、車削等)電腦數值控制機床上或者被安裝在一放電機加工(Electrical Discharge Maching,EDM)CNC機床上。
該系統或者可以使用用於成形工件的切削工具(也被稱為刀具)
(習知的或EDM)來作為去毛刺工具，或者任選地，使得使用一運動安裝的放電去毛刺(Electrical Discharge Debutting,EDD)模組的去毛刺工具安裝到該機床上。在去毛刺操作期間，該工件保持固定在用於製造它的機床中，從而消除由於將該工件移動到一用於該去毛刺操作的單獨工具而引起的誤差並且消除額外的建立時間和成本。
該可擕攜式系統包括一控制箱、一控制電纜和一去毛刺電路。該去毛刺電路電連接到用於去毛刺的該刀具上。這個刀具可以是用於加工該零件之刀頭，或者任選地，該可擕攜式系統也可以進一步包括一運動安裝的EDD模組，該模組在各種常規習知的和放電電腦數值控制機加工系統中是可安裝的。
在一較佳的實施例中，該可攜式系統包括一控制器、一控制電纜和一去毛刺電路。該控制器經由該控制電纜連線到用於製造該零件的CNC機床上(習知的或EDM)。該控制器能夠向該CNC機床提供訊號，也能夠經由該去毛刺電路向該去毛刺刀具提供電能。該去毛刺電路電連接到用於去毛刺的刀具上。這個刀具可以是這個用來加工該零件的刀頭，或者任選地，該去毛刺系統也可以更包括一可安裝在多種不同習知和放電電腦數值控制加工系統中的運動安裝的EDD模組和刀具。有待去毛刺的零件始終保持固定在製造它的機床中。
應理解的是這個用於製造該微零件的刀具在製造期間可以是旋轉的(例如在申請人之前提交的「基於微放電的測量系統」(“Micro-Electrical Discharged Based Metrology System,”)中揭露的那個系統，該系統係在2012年5月2日提交的PCT申請序號為PCT/US 2012/036,168中描述的，並且在2012年11月8日公開為WO 2012/151308 A2，該文獻的內容在此藉由引用結合於此，就如同在此揭露一樣)。同樣，使用在此揭露的基於可攜式μEDM的去毛刺系統
的用於去毛刺的刀具在去毛刺期間取決於應用也可以是旋轉的(或非旋轉的)。該任選的運動安裝的EDD模組被配置成能夠使得該用於去毛刺的刀具旋轉。旋轉速率係對於這種類型的銑削操作所通常使用的任何習知速率。
依據用於製造該工件的機床和刀頭的特徵，將用於製造該工件的刀具自身用作去毛刺工具，或者將可安裝在多種不同的習知的加工中心和放電加工系統中的任選的運動安裝的EDD模組和刀具用作去毛刺刀具。如果用於製造該工件的刀具既是導電的又是與用於製造該工件的CNC機床(無論是習知的或EDM)電絕緣的或者是可絕緣的，那麼該刀具本身就可以作為基於μEDM的去毛刺工具來使用。
如果用於製造該工件的刀具不是導電的，但是是與用於製造該工件的CNC機床(無論是習知的或EDM)電絕緣的或者是可絕緣的，就可以將一適當的去毛刺刀具安裝在用於製造該工件的CNC機床中以便進行該去毛刺操作。
最後，如果用於製造該工件的刀具不是電絕緣的，則將一可安裝在多種不同習知的和放電電腦數值控制的加工系統中的運動安裝的EDD模組和刀具安裝在該CNC機床中並且作為去毛刺刀具來使用。
在該去毛刺工具和該工件之間典型地應用了一介電質。可以使用任何常用介電質，包括但不限於EDM-30、Ionoplus 3000、EDM 185、EDM 3001 Lite、EDM Clear 3、EDM 3033、去離子水、空氣、氬或氮。該刀具和工件可以被浸沒在一槽介電質中、用介電質沖洗或使得該介電質噴淋或霧化到該刀具和工件上。
因此，本發明之目的係與在此揭露的其他特徵和優勢相組合而
提供一種基於可攜式微放電加工的去毛刺系統，該系統可以被附接到多種不同的現有電腦數值控制(CNC)的習知和EDM機床上，從而使得有待去毛刺的零件或工件保持緊固到該製造平台上以便進行去毛刺操作。
本發明之另一目的係與在此揭露的其他特徵和優勢相組合而提供一可攜式μEDM去毛刺裝置，該去毛刺裝置並不要求將一零件移動到一台用於去除毛刺的單獨的去毛刺機器上。
本發明進一步目的係與在此揭露的其他特徵和優勢相組合而提供一可攜式μEDM去毛刺裝置，該去毛刺裝置不對有待去毛刺的零件引入機械應力。
本發明又另一目的係與在此揭露的其他特徵和優勢相組合而提供一可攜式μEDM去毛刺裝置，該裝置不對有待去毛刺的零件引入熱應力。
本發明再又另一目的係與在此揭露的其他特徵和優勢相組合而提供一可攜式μEDM去毛刺裝置，該去毛刺裝置不會影響有待去毛刺的零件的總體表面粗糙度。
本發明又另一目的係與在此揭露的其他特徵和優勢相組合而提供一可攜式μEDM去毛刺裝置，該去毛刺裝置不會損傷有待去毛刺的零件。
本發明進一步目的係與在此揭露的其他特徵和優勢相組合而提供一可攜式μEDM去毛刺裝置，該去毛刺裝置不會過加工該零件。
本發明又進一步目的係與在此揭露的其他特徵和優勢相組合而提供一可攜式μEDM去毛刺裝置，該去毛刺裝置不會改變該零件或該特徵的尺寸。
本發明再進一步目的係與在此揭露的其他特徵和優勢相組合而
提供一可攜式μEDM去毛刺裝置，該去毛刺裝置不會弄鈍該零件的銳利邊緣。
本發明再又進一步目的係與在此揭露的其他特徵和優勢相組合而提供一可攜式μEDM去毛刺裝置，該去毛刺裝置不會弄斷該零件的邊緣。
本發明另一進一步目的係與在此揭露的其他特徵和優勢相組合而提供一可攜式μEDM去毛刺裝置，該去毛刺裝置不要求有額外的清潔程序來去除去毛刺殘留物。
本發明又另一目的係與在此揭露的其他特徵和優勢相組合而提供一可攜式μEDM去毛刺裝置，該去毛刺裝置在該等毛刺與周圍的基底之間做出有成效的區分。
以下揭露提供了一平台可攜式μEDM去毛刺裝置，該去毛刺裝置提供了上述優勢、與此同時操作成本較低並且有超常精確度且易於使用、並且為對一保持安裝在製造該零件的機床平台上的微工件進行去毛刺提供了μEDM的獨特特性。
12‧‧‧基於μEDM的去毛刺系統
14‧‧‧刀具
16‧‧‧CNC機床
18‧‧‧儲箱
20‧‧‧工作表面
22‧‧‧介電質流體
24‧‧‧去毛刺電路
26‧‧‧控制器
28‧‧‧控制電纜
29‧‧‧電絕緣主軸
30‧‧‧運動安裝的EDD模組
32‧‧‧平台
34‧‧‧定位器
50‧‧‧去毛刺連接部
70‧‧‧控制器電路訊號
80‧‧‧接地連接部
100‧‧‧工件
在以下詳細描述中，參考以下附圖：
第1圖係展示各種類型的毛刺之圖解。
第2圖係較佳的實施方式的一部分之示意圖。
第3圖係較佳的實施方式的一部分之原理電路圖。
第4圖和第5圖係展示可以與較佳的實施方式一起使用的測量探頭和μEDM刀頭的實例之照片。
第6圖係展示可以與較佳的實施方式一起使用的刀具的實例之照片。
第7圖係展示可以與較佳的實施方式一起使用的刀具的另外實例之照片。
第8圖係已經用較佳的實施方式部分去毛刺的一零件之照片。
在此揭露了在一用於製造微零件的機床上對微零件進行去毛刺的一μEDM去毛刺系統。該系統係可攜式的，並且在一較佳的實施例中其包括一控制箱、一控制電纜、電連接到工作工具上的一去毛刺電路和任選的一運動安裝的EDD模組。該系統可安裝在多種不同的習知加工系統和放電加工系統上。
習知μEDM加工係一材料侵蝕製造程序。使用一電漿氣泡中的電火花從一導電工件中侵蝕材料，從而形成一所希望的形狀。該工具電極也可以被稱為一「刀具」，但是被理解為表示一工具電極。該刀具和該工件承受一電動勢，並且浸沒在一介電質流體中。最初，隨著該刀具接近該工件，該介電質流體充當一絕緣體，從而允許該電場增加。但是隨著該刀具逐漸接近該工件，該電場擊穿該介電質，在該刀具和該工件之間形成一電漿氣泡。這種電漿將一能量流、一火花從該工件傳導到該刀具，使得材料從該工件上氣化、也使一較小量從該工具電極氣化。這個能量流耗盡該系統中的能量，使得該刀具與該工件之間的電動勢相等，從而破壞該電場並且結束該火花現象。氣化的材料的顆粒冷卻並且與介電質流體一起被沖走。隨著該電子流被破壞，該電容器進行再充電並且重建該電場以及該刀具與該工件之間的電動勢。
μEDM火花技術很適合於對微零件和特徵進行去毛刺。這種技術可以在一工件周圍維持一恒定的火花間隙。可以用各種能量選擇來對這個火花間隙進行調整，從而提高了產生對於各種尺寸的毛刺的從粗加工到精細加工都有效的去毛刺通過的能力。在其最精密的狀態中，其在最終零件上遺留小於100奈米的凹坑尺寸，從而產生幾乎沒有先前毛刺或去毛刺程序跡象的幾乎無損
表面。
μEDM也不對該工件材料施加機械力，並且由於材料的熱性能不同，其有成效地對該等毛刺與該工件基底做出區分。毛刺係比工件基底更薄的材料，並且因此更容易受到電阻加熱的影響，從而致使它們在使得大塊工件受到任何損傷性餘熱之前以較低的應用能量而融蝕。
毛刺的實例包括作為加工或剪切結果而在工件邊緣處產生的可塑性變形材料。毛刺總體上包括延伸超過毛刺周圍的兩個表面的理論交叉的所有金屬，但是在某些情況下毛刺可以處在該理論交叉的內部。一毛刺可以是一尖銳的參差不齊的突出部、牢固地粘附或不牢固地懸掛之突出部。它可以是材料在邊緣處之膨脹。
通常微毛刺區別於大毛刺之處係其典型地具有不大於0.0005英吋(12.7微米)之厚度。微毛刺通常還典型地特徵為具有不大於0.0004英吋(10微米)之高度。
本揭露的技術使用一可攜式μEDM裝置而能夠將大毛刺和微毛刺都去除。因此，術語「毛刺」被理解為表示任何毛刺，無論是大毛刺還是微毛刺。
第1圖示出了可以用所揭露的μEDM去毛刺裝置去除的典型毛刺類型和形狀。在一較佳的實施例中，在去毛刺之前，較佳的是將μEDM毛刺去除能力量化。如第1圖所示，主要的毛刺位置被歸納為三個類別：出口、入口和頂部。在該等群組內是逆銑、順銑和底部毛刺。
該較佳的實施例提供了三個超越習知去毛刺方法的整體優勢。首先，該較佳的實施例提供了一種程序來產生一限定的工作包絡面而僅將最小
的應力引入工件中，從而只影響該等局部毛刺。
其次，該較佳的實施例提供了可安裝在現有用於製造工件的製造平台或機床上的一系統，從而將該工件原位留在該製造平台或機床上。這個特徵由此基本上消除了校準誤差並且維持了最初製造該工件的精度。藉由將該工件保持在製造其的同一平台上，可以實現比通常可獲得的更高精度的去毛刺。路徑制定和加工電腦數值控制(CNC)功能性係與產生該工件時已經實施的是相同的。以此精度，可以使用直徑小到如5μm的去毛刺刀具來去除甚至在最緊靠的角落中的毛刺。這比習知刀具或去毛刺媒介要小得多的。
第三，在安裝到用於製造該工件的機床上的刀具具有適當的電學性能(具有100Ω-cm的最大電阻率並且是電絕緣的或可絕緣的)的應用中，當該工件完成時該刀具可以被留在原位，並且可以使用同一個刀具對該工件進行去毛刺，因此對該去毛刺操作賦予了進一步的準確度和精密度。
總體上，所期望的是可以使用該較佳的實施例來對任何由導電材料(具有一個100Ω-cm的最大電阻率)製成的工件進行去毛刺。此類材料的一非限制性列表包括鋁、鈹-銅合金、黃銅、銅、金、銥、鉛、鉬、鎳、鎳-鈦合金、鈀、鉑、錸、不銹鋼、鋼、鉭、鈦、工具鋼、鎢、銀、錫、哈氏合金、鉻鎳鐵合金、殷鋼和科瓦鐵鎳鈷合金。
第2圖係一示意圖，示出了本發明之基於μEDM的去毛刺系統12的一較佳的實施例。這一實施例的基於μEDM的去毛刺系統12包括用於操作該基於μEDM的去毛刺系統12的一控制器26、一控制電纜28和一去毛刺電路24。該控制器26經由控制電纜28與一CNC機床16之接線盒(未示出)進行通訊。CNC機床16可以是任何類型的(習知的或EDM)。一有待去毛刺的工
件100保持安裝在CNC機床16中。
CNC機床16具有一電絕緣主軸29，該主軸握持有一刀具14。可以理解的是，取決於應用，該刀具14在去毛刺操作期間旋轉或是不旋轉。該電絕緣主軸29和該刀具14可以是用於加工一工件100的主軸和刀具，或者任選地，如果用於加工該工件100的主軸和刀具不是或不能被電絕緣，則以用於加工該工件100的運動安裝的(EDD)模組30和刀具來代替。
如圖所示，該基於μEDM的去毛刺系統12包括一電連接到刀具14和工件100上的去毛刺電路24(也被稱為一放電電路)。去毛刺電路24包括一電阻-電容(Resistor-Capacitor,RC)電路，該電阻-電容電路以所選擇的組件值的固有頻率運行。第3圖示出了去毛刺電路24的一較佳的實施例的更詳細的電路圖。第3圖的去毛刺電路24包括連接到刀具14的一去毛刺連接部50。第3圖的去毛刺電路24還包括一控制器電路訊號70，該控制器電路訊號經由控制電纜28饋送給CNC機床16。在另一實施例中，去毛刺電路24可以包括一脈衝直流(Direct Current,DC)產生器，該脈衝直流產生器具有由一波形產生器選擇的頻率。此外，所預期的是無線訊號傳輸會受到影響，這可能對於在一具體應用中使用是所希望的。
如第2圖中所示，一接地連接部80將CNC機床16接地連接到該去毛刺電路24的大地。最佳地，為了最好地保證適當的接地，將該接地連接部80與該工件100定位成盡可能可行地接近。
在不同的實施例中，去毛刺電路24被設計成用於在12.5皮焦耳與72微焦耳之間、在5伏特與120伏特之間以及在1皮法拉與10,000皮法拉之間操作。例如，在一實施例中，去毛刺電路24被設計成用於在12.5皮焦耳與
72微焦耳之間、在5伏特與120伏特之間以及在1皮法拉與10,000皮法拉之間操作，以便在最佳化毛刺去除的同時防止對該工件100造成損傷。在一更佳的實施例中，去毛刺電路24被設計成用於較佳的是在2奈焦耳(nanojoule)與16.5微焦耳之間、在20伏特與100伏特之間以及在10皮法拉與3,300皮法拉之間操作。在一甚至更佳的實施例中，去毛刺電路24被設計成用於較佳的是在8奈焦耳與539奈焦耳之間、在40伏特與70伏特之間以及在10皮法拉與220皮法拉之間操作。這些係對於在將毛刺去除最大化的同時防止對該工件100造成任何損傷所期望之能階、電動勢和電容量。然而，如藉由在此揭露的總體上清楚的是，去毛刺電路24可以被設計成以任何提供適當去毛刺能力的電能階來操作。
在第2圖的實施例中，基於μEDM的去毛刺系統12更包括一控制器26，該控制器26將觸發訊號提供給該CNC機床16。該控制器26經由該控制電纜28連接到該CNC機床16上。該控制器26可以包括編碼指令(軟體和/或硬體)以便提供一用戶獨立的、閉環的去毛刺系統。基於μEDM的去毛刺系統12較佳的是平台獨立的，能夠提供與各種第三方加工平台進行通訊所必要的輸入/輸出(Input/Output,I/O)，並且能夠經由該去毛刺電路24向其上的刀具14提供適當的去毛刺能量。這提供了一可以安裝到第三方平台上的可攜式的、基於μEDM的去毛刺系統12，該系統作為一機載的(on-board)、基於μEDM的去毛刺系統與第三方平台上的現有的、加工部件合作工作。這種基於μEDM的去毛刺系統12較佳的是能夠直接地作為一自我調整的、微加工平台與第三方平台一起工作。
如第2圖中所示的，基於μEDM的去毛刺系統12係一單獨的部件。然而，在另一實施例中，可以將基於μEDM的去毛刺系統12作為CNC機
床16的一部件或特徵來製造。
如第2圖中進一步展示的，CNC機床16包括對刀具14進行定位的一定位器34，和在CNC機床16上相對於該工件100之電絕緣主軸29或運動安裝的(EDD)模組30。任選地，該定位器34能夠在至少一個運動軸線上，並且較佳的是在多個運動軸線上移動該刀具14。該定位器34係由該控制器26從該基於μEDM的去毛刺系統12而為可控的，該控制器26經由該控制電纜28而與該定位器34進行通訊。
更佳的是，該運動安裝的EDD模組30係一個雙V形槽心軸握持器，該握持器允許從該CNC機床16上移除刀具14，並且隨後以很少的位置校準或不需要位置校準而裝回該刀具(或者換成一不同的刀具)以用於額外的去毛刺。該雙V形槽心軸握持器在心軸之間維持小於0.250微米的定位精度。在將該經微製造的零件從該加工平台移除之前，這一特徵使得能夠在原位對微製造的零件使用用於製造該零件的刀具(如果它係一適當的類型)或使用另一適當的刀具來進行去毛刺。在另一實施例中，該運動安裝的EDD模組30可以包括將該刀具14連接到該CNC機床16上的其他機構，該等其他機構包括例如一主軸/夾頭系統或一卡盤刀具。
依據有待去毛刺的工件100的形狀和材料，刀具14可以具有多種不同形狀和尺寸。第4圖示出了一刀具14包括一帶修圓的圓錐尖的圓柱形刀具。第5.1圖至第5.7圖示出了多個可以與基於μEDM的去毛刺系統12一起使用的替代刀具。更確切地說，第5.1圖示出了一用於高縱橫比形式的刀具。第5.2圖示出了一圓尖刀具。第5.3圖示出了一用於對大量不同特徵(包括但不限於側壁、反向錐和螺紋)進行去毛刺的盤或輪刀具。第5.4圖示出了一總體上圓
柱形的刀具。第5.5圖示出了70微米的球狀末端刀具。第5.6圖示出了一矩形刀具，它可能不會旋轉，以用於在拐角半徑內側進行去毛刺。第5.7圖示出了一專用刀具，以用於對V形通道和漸縮孔內的底部半徑進行去毛刺。
第6圖和第7圖示出了可以與基於μEDM的去毛刺系統12一起使用的刀具的多個進一步實例。當然，可以理解的是，刀具14不限於第4圖至第7圖中的形狀，而是會具有用於對零件進行去毛刺的任何所需的形狀。最佳地，任何用於製造有待去毛刺的零件的刀具是適當的，只要其具有一不超過100Ω-cm的電阻率並且可以與製造機器電絕緣即可。
表1列出了適於在基於μEDM的去毛刺系統12中使用的刀具材料之實例。
表2列出了適於在基於μEDM的去毛刺系統12中使用的刀具類型之實例。
如第2圖中進一步示出的，CNC機床16包括具有一工作表面20的一儲箱18。該工件100被安裝在一平台32上。該工作表面20、該儲箱18
以及該平台32係組成一工件固持子組件而設置於該CNC機床16。較佳的是，該儲箱18填充有一介電質流體22，雖然這不是所需要的。當使用該介電質流體22時，介電質流體可以噴淋、沖刷或霧化中擇一。
該介電質流體22可以包括去離子水、一標準的加工冷卻劑、氣體(如空氣、氬或氮)或一標準的μEDM介電質流體或介電質油。表3列出了介電質流體的實例。
在操作中，基於μEDM的去毛刺系統12經由控制電纜28附接到該CNC機床16上，並且該去毛刺電路24經由去毛刺連接部50(經由任何適當的裝置，如一刷系統)連接到刀具14上。如果該工件100還沒有接地的話，則將其接地。如第2圖中所示，該接地連接部80將該CNC機床16接地連接到該去毛刺電路24的大地。最佳地，該接地連接部80盡可能可行地接近於該工件100。
取決於有待移除的毛刺的類型，與該控制器26一起工運轉，該μEDM去毛刺系統12觸發該CNC機床16來移動該刀具14通過適當的路徑，該路徑由所希望的機器電腦數值控制(CNC)功能性提供。該等路徑與在產生該工件100時所實施的路徑是相同的，或者可能會有所希望的後續替代路徑和機器電腦數值控制(CNC)功能性。
在將該刀具14移動通過這一次加工通過時，該控制器26還經由去毛刺電路24供應一適合於對工件100進行去毛刺的電能。最佳地，在該去毛刺操作發生時，該工件100被維持在上一次加工通過之後的位置上。
由於刀具14被移動通過與在CNC機床16中產生該工件100時所實施的相同的路徑和機器電腦數值控制(CNC)功能性，所以在該工件100和該刀具14之間的間隙足夠的小而使得介電質發生擊穿，並且該工件100被去毛刺。由該介電質擊穿所造成的火花能量高到足以融蝕該等毛刺而不會對工件100引起損傷。
在一實例中，由該介電質擊穿所造成的火花能量在12.5皮焦耳與72微焦耳之間。在另一實例中，由該介電質擊穿所造成的火花能量在2奈焦耳與16.5微焦耳之間。在又另一實例中，由該介電質擊穿所造成的火花能量在8奈焦耳與539奈焦耳之間。
第8圖展示了所揭露的μEDM去毛刺系統對一習知的已加工零件的作用的電子顯微照片，用於加工該零件的刀具被用作去毛刺刀具。該顯微照片示出了500微米寬的槽縫，這個槽縫係用一習知碳化物高速刀具以35000RPM銑削到不銹鋼中的。將這個銑削過的工件原位留在機床中，將所揭露的μEDM去毛刺系統附接到這個曾用來銑削如以上所描述的槽縫的機床上，並且
使用曾用來加工該槽縫的同一個平台和刀具，以80V和220pF對該槽縫的底部進行去毛刺，使用CLC化學拋光EDM-30(CLC Lubricants,Geneva,IL)作為介電質流體。如在該等顯微照片中所示出的，留下沒有被去毛刺之槽縫的頂部以用作對照。
因此，如在該等較佳的實施例中所示出的，該控制箱經由控制電纜附接到該CNC機床之接線盒上，並且該去毛刺電路附接到該CNC機床之工作刀具上。電流被傳輸至該工作刀具，並且這種電流係受該控制箱控制的。為了執行該去毛刺操作，該控制箱觸發該CNC機床在有待去毛刺的零件上執行一次加工通過，同時一適當量的電流經由該去毛刺電路傳輸給該刀具(現在作為一基於μEDM的去毛刺工具使用)。此將融蝕了零件上的該等毛刺。
操作順序實例如下。該控制箱可以觸發該CNC機床執行上一次在該零件上實施的加工通過來作為該去毛刺加工通過。該控制箱也可以觸發該CNC機床來執行一修改的上一次實施的加工通過，例如，為執行該去毛刺操作而從該零件的表面退回一設定的距離。可替代地，該控制箱可以觸發該CNC機床來完成具有不同參數(例如，所施加的電能或與該零件的距離)的多次去毛刺通過。該控制箱也可以觸發該CNC機床執行可能的後續改變的路徑，該等後續改變的路徑可能取決於有待去除的毛刺的類型而是必要的。
該控制箱可以經由該控制電纜而附接到該CNC機床的接線盒上。可以在該CNC機床中安裝一任選的運動安裝的EDD模組和基於μEDM的去毛刺刀具。該去毛刺電路被附接到這個刀具上。該任選的運動安裝的EDD模組和基於μEDM的去毛刺刀具可安裝在多種不同的習知的和放電電腦數值控制加工系統中。
該去毛刺電路被附接到這個刀具上使得電流被傳輸給該去毛刺工具，並且這種電流係由該控制箱控制的。然後，藉由該控制箱指令，該CNC機床例如執行上一次在有待去毛刺的零件上實施的加工通過來進行去毛刺操作，同時將一適當的電流經由該去毛刺電路傳輸給該基於μEDM的去毛刺刀具以便使得該零件上的毛刺融蝕。
因此，該平台可攜式μEDM去毛刺裝置包括一控制箱、控制電纜、可電連接到工作工具上的一去毛刺電路、以及任選的一運動安裝的EDD模組和刀具。該平台可攜式μEDM去毛刺裝置可以添加到新的製造平台上或被改裝到現有的製造平台上，從而使得不用將有待去毛刺的零件從製造它的平台上移開以實現去毛刺操作。
在一實施例中，並不用將有待去毛刺的零件從製造它的平台上移開以實現去毛刺操作。該可攜式裝置使用現有機器的工作刀具作為μEDM去毛刺刀具。
在另一實施例中，μEDM去毛刺刀具係一單獨的運動安裝的EDD模組和去毛刺刀具。
較佳的是，μEDM去毛刺刀具係由一具有100Ω-cm最大電阻率的導電材料構成的。更佳的是，該μEDM去毛刺刀具係由鎢、鋼、石墨、碳化物、銅、黃銅或鉬構成的。該工件較佳的是包括一導電材料，例如像鋁、鈹-銅合金、黃銅、銅、金、銥、鉛、鉬、鎳、鎳-鈦合金、鈀、鉑、錸、不銹鋼、鋼、鉭、鈦、工具鋼、鎢、銀、錫、哈氏合金、鉻鎳鐵合金、殷鋼和/或科瓦鐵鎳鈷合金。
進一步較佳的是，該基於μEDM的去毛刺裝置以預期會將毛刺
去除最大化同時防止對該工件造成任何損傷之能階、電動勢和電容量進行操作。例如，該等條件可以被選擇為在12.5皮焦耳與72微焦耳之間、在5伏特與120伏特之間以及在1皮法拉與10,000皮法拉之間。可替代地，該等條件可以被選擇為在2奈焦耳與16.5微焦耳之間、在20伏特與100伏特之間以及在10皮法拉與3,300皮法拉之間。該等條件的另一替代範圍可以被選擇為在8奈焦耳與539奈焦耳之間、在40伏特與70伏特之間以及在10皮法拉與220皮法拉之間。
該介電質流體可選自由一介電質油、Rustlick EDM-30、Ionoplus 3000、EDM 185、EDM 3001 Lite、EDMClear3、EDM 3033、去離子水、氣體、空氣、氬或氮和一機器冷卻劑構成的群組。
較佳的是，該μEDM去毛刺裝置產生的最大表面粗糙度Rmax(定義為該表面上最高峰相對於最低谷的高度)為小於約2微米。甚至更佳的是，該μEDM去毛刺裝置產生的最大表面粗糙度Rmax為小於約1微米。再更加較佳的是，該μEDM去毛刺裝置產生的最大表面粗糙度Rmax為小於約100奈米。仍然更佳的是，該μEDM去毛刺裝置產生的最大表面粗糙度Rmax為小於約70奈米。理想地，該μEDM去毛刺裝置產生的最大表面粗糙度Rmax為小於約30奈米。
所描述的該等實施例應該在所有方面被考慮為只是說明性的而非限制性的，並且本發明之範圍因此是由所附申請專利範圍而不是由前面的描述來表明的。熟習該項技術者將認識到多種變化、替代和其他修改都會無條件落入在本發明的範圍和該等申請專利範圍的範圍之內。
Claims (20)
- 一種去毛刺系統，其可攜式地對應一電腦數值控制(CNC)機床，該去毛刺系統包括：一控制器，該控制器被構成和安排以產生用於去毛刺之一電流，並且控制一去毛刺刀具從一非去毛刺位置移動到一個有複數個去毛刺位置的範圍；該電流具有12.5皮焦耳與72微焦耳之間的能階、5伏特與120伏特之間的電動勢以及1皮法拉與10,000皮法拉之間的電容量，藉以在對該工件進行去毛刺同時不損傷該工件；一工件固持子組件，該工件固持子組件被構成和安排為固持該工件以令其在該電腦數值控制(CNC)機床上成形；其中，該工件由一導電材料製成，並且是在該電腦數值控制(CNC)機床上製造的；以及一去毛刺電路，該去毛刺電路被構成和安排為將該電流從該控制器輸送給該去毛刺刀具；藉此，該控制器控制該去毛刺刀具移動到該等去毛刺位置之範圍，並且產生該電流以便對該工件進行去毛刺。
- 如申請專利範圍第1項所述之去毛刺系統，該工件固持子組件被進一步配置成用於固持一工件以用於在一磨削電腦數值控制(CNC)機床上成形。
- 如申請專利範圍第1項所述之去毛刺系統，該工件固持子組件被進一步配置成用於固持一工件以用於在一銑削電腦數值控制(CNC)機床上成形。
- 如申請專利範圍第1項所述之去毛刺系統，該工件固持子組件被進一步配置成用於固持一工件以用於在一車削電腦數值控制(CNC)機床上成形。
- 如申請專利範圍第1項所述之去毛刺系統，該工件固持子組件被進一步配置成用於固持一工件以用於在一放電電腦數值控制(CNC)機床上成形。
- 如申請專利範圍第1項所述之去毛刺系統，該去毛刺刀具與成形該工件所使用的刀具係同一個刀具。
- 如申請專利範圍第1項所述之去毛刺系統，更包括安裝在該電腦數值控制(CNC)機床上的一運動安裝的放電去毛刺(EDD)模組，該運動安裝的放電去毛刺(EDD)模組被構成和安排為握持該去毛刺刀具。
- 如申請專利範圍第7項所述之去毛刺系統，其中安裝在該電腦數值控制(CNC)機床中的該運動安裝的放電去毛刺(EDD)模組包括一主軸/夾頭系統。
- 如申請專利範圍第7項所述之去毛刺系統，其中安裝在該電腦數值控制(CNC)機床中的該運動安裝的放電去毛刺(EDD)模組包括一個雙V形槽心軸握持器。
- 如申請專利範圍第1項所述之去毛刺系統，其中該控制器更包括一電阻-電容去毛刺電路，該電阻-電容去毛刺電路被配置成以一固有頻率運行。
- 如申請專利範圍第1項所述之去毛刺系統，其中該控制器更包括一去毛刺電路，該去毛刺電路具有一脈衝式直流產生器，該脈衝式直流產生器具有由一波形產生器選擇的一頻率。
- 如申請專利範圍第1項所述之去毛刺系統，其中該去毛刺刀具包括具有修圓的圓錐尖的一圓柱形刀具、具有扁平尖的一圓柱形刀具、棒棒糖狀刀具、一矩形刀具、一輪狀刀具和一錐形刀具之一者。
- 如申請專利範圍第1項所述之去毛刺系統，其中該電流具有在2奈焦耳與16.5微焦耳之間的能階、在20伏特與100伏特之間的電動勢，以及在10皮法拉與3,300皮法拉之間的電容量。
- 如申請專利範圍第1項所述之去毛刺系統，其中該電流具有在8奈焦耳與539奈焦耳之間的能階、在40伏特與70伏特之間的電動勢以及在10皮法拉與220皮法拉之間的電容量。
- 如申請專利範圍第1項所述之去毛刺系統，其中該電流具有在8奈焦耳與539奈焦耳之間的能階、40伏特與70伏特之間的電動勢以及10皮法拉與220皮法拉之間的電容量。
- 一種對安裝在一電腦數值控制機床中的具導電性之一工件去毛刺之方法，該方法包括以下步驟：a)將該工件保留在安裝於製造它之該電腦數值控制機床中；b)將一微放電去毛刺裝置附接到該電腦數值控制機床上，該微放電去毛刺裝置包括：一控制器，該控制器與該電腦數值控制機床進行通訊；以及一去毛刺電路，該去毛刺電路與該控制器和安裝在該電腦數值控制機床上的一去毛刺刀具進行通訊；該控制器被配置成用於向該去毛刺電路提供指令，從而產生一電流並將其傳輸給該刀具，該電流具有12.5皮焦耳與72微焦耳之間的能階、5伏特與120伏特之間的電動勢以及1皮法拉與10,000皮法拉之間的電容量，藉以在對該工件進行去毛刺同時不損傷該工件；該控制器進一步被配置成用於向該電腦數值控制機床提供指令，從而移動該去毛刺刀具至該工件附近；以及c)操作該微放電去毛刺裝置以便對該工件進行去毛刺，其中該去毛刺刀具係移動至該工件附近，並且該電流被傳輸給該去毛刺刀具，由此對該工件進行去毛刺。
- 如申請專利範圍第16項所述之去毛刺之方法，更包括以下步驟：將安裝在用於製造該工件的電腦數值控制機床中之刀具保留在原位，並且使用所述刀具作為該去毛刺刀具。
- 如申請專利範圍第17項所述之去毛刺之方法，其中該電腦數值控制機床包括一電腦數值控制放電機床。
- 如申請專利範圍第16項所述之去毛刺之方法，更包括以下步驟：在該電腦數值控制機床中安裝一運動安裝的放電去毛刺(EDD)模組，該運動安裝的放電去毛刺(EDD)模組被構成和安排成用於握持安裝在該電腦數值控制機床中的該去毛刺刀具。
- 如申請專利範圍第16項所述之去毛刺之方法，其中該控制器更包括一電阻-電容去毛刺電路，該電阻-電容去毛刺電路被配置成以一固有頻率運行。
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