Procedimiento y generador para mecanizado por electroerosión.

Un procedimiento de generación de una secuencia temporal de impulsos de descarga para mecanizado por electroerosión en el que al menos un condensador de impulsos (22) para generar el impulso de descarga es cargado con una tensión de carga (U_chrg) que tiene una primera polaridad y luego descargado dentro de la separación entre electrodos,

caracterizado porque después de su descarga dicho condensador de impulsos

(22) es recargado con una tensión de carga (U_chrg) que tiene una segunda polaridad, opuesta a la primera polaridad, siendo la segunda polaridad la misma polaridad que la de dicha tensión residual (U_end) que aún existe en dicho condensador de impulsos (22) después de su descarga, y porque dicho condensador de impulsos (22) es descargado luego dentro de dicha separación entre electrodos mediante un impulso de descarga cuya polaridad es independiente de dicha segunda polaridad de dicha tensión de carga (U_chrg) en dicho condensador de impulsos (22) después de su recarga.

Procedimiento y generador para mecanizado por electroerosión Campo de la invención La invención se refiere a un procedimiento de generación de una secuencia temporal de impulsos de descarga para mecanizado por electroerosión según el preámbulo de las reivindicaciones independientes 1 y 2, y un generador para generar una secuencia temporal de impulsos de descarga para mecanizado por electroerosión según el preámbulo de las reivindicaciones 15 y 16. Tales métodos y generadores se conocen por el documento US-A-4 710 603.

Antecedentes de la invención En la Fig. 2 se muestra la configuración general de un tipo conocido de electroerosión por penetración (EDM) . Una máquina de corte por hilo se diferencia de una máquina de electroerosión por penetración realmente sólo en los detalles, pero, no obstante, la mayoría de los fabricantes hacen uso de conceptos totalmente diferentes para los dos tipos de máquinas. Esto se aplica particularmente al generador de impulsos implicado, donde se necesitan impulsos de descarga muy cortos pero elevados para el corte por hilo, mientras que para la electroerosión por penetración se usan impulsos de descarga más largos de amplitud correspondientemente más bajos. Hasta la fecha, aún no existe una solución satisfactoria para un concepto global consistente.

La configuración de un sistema EDM implica generalmente los subsistemas: entrada de red de CA 1, armario eléctrico 2, sistema de cables 3 y máquina 4. El armario eléctrico 2 aloja un módulo de tensión de CA (CA) , un módulo de tensión de CC (CC) , un control numérico (CNC) , uno o más módulos de accionamiento (Accionamiento) , un módulo generador (Gen.) , así como un módulo de control de máquina universal (Control) . Como el contenido completo del armario eléctrico 2 es considerablemente voluminoso y pesado y la pérdida total de potencia es del orden de un solo dígito en kW, el armario eléctrico normalmente está situado a algo de distancia de la máquina 4.

El sistema de cables 3 es habitualmente de 2 m a 5 m de longitud. Un primer cable conecta los módulos de accionamiento (Accionamiento) a los motores de accionamiento de los ejes de la máquina 4 y suministra la corriente del motor, la corriente para cualquier freno que pueda estar provisto, así como las diversas señales digitales sensitivas de los transductores de posición. Estos cables son un factor de coste significativo y si no se diseñan con la debida atención pueden tener como resultado fácilmente un costoso tiempo de inactividad.

Un segundo cable conecta el módulo generador (Gen.) a la pieza de trabajo y al electrodo de la máquina 4. Este segundo cable tiene la desventaja de que las pérdidas de potencia, particularmente en el corte por hilo, debidas al elevado valor cuadrático medio RMS de la corriente de impulso, puede ser de hasta 100 W/m. Aparte de este desperdicio de energía no deseable, esto también puede tener como resultado que la estructura de la máquina se alabee debido al calor y, por lo tanto, a inexactitudes de la pieza de trabajo. Actualmente, la única solución a este problema es un complicado medio de refrigeración por agua.

Otra desventaja también está involucrada en la elevada rigidez de los cables usados, teniendo típicamente que involucrar ocho cables coaxiales en paralelo, cada uno de aproximadamente 5 mm2 de sección de cobre. Como los cables están conectados a partes estructurales móviles de la máquina, su rigidez tiene como resultado la flexión de estas partes estructurales en el intervalo de micrómetros y de ese modo, por supuesto, a errores correspondientes en el mecanizado de la pieza de trabajo.

Un tercer cable sirve para conectar el módulo de control de máquina universal (Control) a un gran número de unidades de función en la máquina 4, como electroválvulas, bombas, mecanismos auxiliares, interruptores finales, sensores de temperatura, protecciones de seguridad, etc. Este tercer cable tiene como resultado, asimismo, costes considerables porque se necesita una gran cantidad de conductores diferentes, pero también porque cada variante de máquina necesita en última instancia un cable especial. Aparece una desventaja adicional cuando la máquina 4 y el armario eléctrico 2 se envían por separado al cliente, constituyendo un factor de riesgo añadido las muchas conexiones del sistema de cables 3 requeridas en la instalación.

En las Actas del 13vo ISEM Vol. 1, Bilbao 2001, páginas 3 a 19, se explican todos los procedimientos y ecuaciones fundamentales para la generación de impulsos mediante condensadores de impulsos en cuanto a su aplicación en micro electroerosión EDM. Estos comentarios se aplican en general y, por lo tanto, también a la presente invención.

En las Actas del 13vo ISEM Vol. 1, Bilbao 2001, páginas 153 a 160 se explica un generador no resistivo de tipo semipuente dual. Este generador está diseñado de manera que cada semipuente puede generar corrientes en triángulo simétricas. Cuando se controlan adecuadamente, la suma de las corrientes de los dos semipuentes es un impulso trapezoidal de ondulación cero. Mediante modulación por anchura de impulsos con una señal que representa la forma de la corriente dentro del intervalo de los tiempos de subida y descenso de las corrientes en triángulo puede sintetizarse una gran variedad de formas de corriente deseadas. Como sólo están provistos semipuentes, correspondientemente la forma del impulso en la salida sólo puede ser unipolar. Aunque eliminar las resistencias de carga mejora la eficiencia, esta se reduce casi instantáneamente debido a las conmutaciones durante los picos de corriente. Esta desventaja se vuelve más grave cuanto más elevada se selecciona la corriente de impulso y la frecuencia. Cuando se usa tal generador para generar impulsos pronunciados, como es habitual, se requieren necesariamente frecuencias elevadas. Un problema adicional radica en una desventaja del propio circuito puente, concretamente en la existencia de elementos conmutadores entre la pieza de trabajo y el suministro de energía, siendo entre estos puntos que los flancos de conmutación pronunciados tienen como resultado elevadas corrientes desplazamiento en el lado de la red de CA, teniendo como resultado en última instancia una escasa compatibilidad electromagnética. Por la misma razón, las dos fuentes tienen que ser de corriente continua desacoplada una de otra, lo cual aumenta innecesariamente los costes de la configuración.

El documento US 4.710.603 desvela un generador, que funciona según el principio de descarga de condensador de impulsos, cuyo circuito básico se muestra en la FIG. 3. Desde una fuente de tensión de CC E un condensador C1 es cargado a través de un elemento conmutador Q1 y una inductancia L3. Un elemento conmutador adicional Q2 descarga el condensador de impulsos C1 a través de una inductancia adicional L2 dentro de la separación entre electrodos PW. Este circuito no requiere ni resistencias de carga ni elementos conmutadores en funcionamiento lineal.

El documento US 4.766.281 desvela un generador con un regulador de tensión de carga pasivo tal como se muestra en la FIG. 4. El regulador de tensión de carga comprende un transformador convertidor de líneas y dos diodos. La eficiencia de este generador es elevada ya que se eliminan las pérdidas por conmutación tal como ocurre con el generador tal como se interpreta del documento US 4.710.603 a través del elemento conmutador Q1.

Sin embargo, ambos generadores aún tienen desventajas. En primer lugar, la frecuencia de impulsos está limitada a valores modestos de aproximadamente 70 kHz debido a la carga unipolar. Aumentar más la frecuencia permitiría que la corriente de carga aumentara hasta valores que afectan negativamente a la eficiencia. En segundo lugar, los generadores aún son demasiado grandes para permitir su ubicación, por ejemplo, en las inmediaciones directas del electrodo. Para una explicación más detallada de esto, se hace referencia a la FIG. 5 que traza para estos generadores las curvas de la tensión del condensador Uc y la corriente de impulso Igap en la separación entre electrodos como una función del tiempo t. Resulta evidente que para una corriente de impulso sinusoidal Igp la tensión de carga negativa U_chrg se voltea de manera cosinusiudal a una tensión de carga residual positiva U_end. Esta tensión de carga residual U_end corresponde exactamente a la energía que no es convertida en la separación entre electrodos y reflejada de vuelta al condensador de impulsos. Ignorando las pérdidas en la línea la tensión de carga residual tal como se interpreta de las Actas del 13vo ISEM Vol. 1, Bilbao... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de generación de una secuencia temporal de impulsos de descarga para mecanizado por electroerosión en el que al menos un condensador de impulsos (22) para generar el impulso de descarga es cargado con una tensión de carga (U_chrg) que tiene una primera polaridad y luego descargado dentro de la separación entre electrodos, caracterizado porque después de su descarga dicho condensador de impulsos

(22) es recargado con una tensión de carga (U_chrg) que tiene una segunda polaridad, opuesta a la primera polaridad, siendo la segunda polaridad la misma polaridad que la de dicha tensión residual (U_end) que aún existe en dicho condensador de impulsos (22) después de su descarga, y porque dicho condensador de impulsos (22) es descargado luego dentro de dicha separación entre electrodos mediante un impulso de descarga cuya polaridad es independiente de dicha segunda polaridad de dicha tensión de carga (U_chrg) en dicho condensador de impulsos

(22) después de su recarga.

2. Un procedimiento de generación de una secuencia temporal de impulsos de descarga para mecanizado por electroerosión, en el que al menos un condensador de impulsos (22) para generar el impulso de descarga es cargado con una tensión de carga (U_chrg) y luego descargado dentro de la separación entre electrodos, caracterizado porque después de su descarga dicho condensador de impulsos (22) es recargado con una tensión de carga (U_chrg) que tiene dicha misma polaridad que la de dicha tensión residual (U_end) que aún existe en dicho condensador de impulsos (22) después de su descarga, y porque dicho condensador de impulsos (22) es descargado luego dentro de dicha separación entre electrodos mediante un impulso de descarga cuya polaridad es independiente de dicha polaridad de dicha tensión de carga (U_chrg) en dicho condensador de impulsos (22) después de su recarga, en el que dicha polaridad de dicha tensión residual (U_end) y dicha tensión en dicho condensador de impulsos (22) son detectadas, y dicho condensador de impulsos (22) después de su descarga es recargado por una fuente de corriente bipolar (8-17) con una tensión de recarga (U_chrg) de dicha polaridad detectada hasta que dicha tensión detectada en dicho condensador de impulsos (22) ha alcanzado un valor predefinido.

3. El procedimiento según la reivindicación 1 ó 2 en el que dicho condensador de impulsos (22) es cargado por medio de elementos conmutadores (16, 17) provistos para ambas polaridades de dicha tensión de carga (U_chrg) entre el condensador de impulsos (22) y una fuente de corriente bipolar (8-17) , y el elemento conmutador (16, 17) que corresponde a la polaridad de dicha tensión de carga (U_chrg) se conecta durante un tiempo específico antes de la recarga de dicho condensador de impulsos (22) y se desconecta instantáneamente cuando se termina la recarga de dicho condensador de impulsos (22) .

4. El procedimiento según la reivindicación 3 en el que dicho condensador de impulsos (22) es cargado por medio de inductancias (14, 15) provistas para ambas polaridades de dicha tensión de carga (U_chrg) , y la inductancia (14, 15) que corresponde a la polaridad de la siguiente tensión de carga (U_chrg) se carga con corriente al comienzo de una descarga de dicho condensador de impulsos (22) .

5. El procedimiento según la reivindicación 3 ó 4 en el que el elemento conmutador (16, 17) que corresponde a la polaridad de dicha tensión de carga (U_chrg) se conecta para cargar dicho condensador de impulsos (22) cuando la tensión de descarga de la acción de descarga previa ha alcanzado cero voltios en el condensador de impulsos (22) .

6. El procedimiento según la reivindicación 4 ó 5 en el que, en particular para una baja frecuencia de descarga, la energía que queda en dichas inductancias (14, 15) de dicha fuente de corriente bipolar (8-17) es devuelta a través de diodos de recuperación (45, 46) a una fuente de tensión de CC (V_dc+, V_dc-) en el momento de la finalización de la carga de dicho condensador de impulsos (22) .

7. El procedimiento según la reivindicación 4 ó 5 en el que, en particular para una alta frecuencia de descarga, la energía que queda en dichas inductancias (14, 15) de dicha fuente de corriente bipolar (8-17) se usa para la siguiente acción de carga en el momento de la finalización de la carga de dicho condensador de impulsos (22) .

8. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que dicho condensador de impulsos (22) es descargado dentro de la separación entre electrodos a través de un transformador de aislamiento (27) y elementos conmutadores (24, 26) provistos para ambas polaridades de dicha tensión de descarga, y el elemento conmutador (24, 26) que corresponde a la polaridad de dicha tensión de descarga se conecta durante la duración de la descarga de dicho condensador de impulsos (22) .

9. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que dicho condensador de impulsos (22) es descargado dentro de dicha separación entre electrodos a través de un transformador de aislamiento (27) con una derivación central del devanado secundario, estando conectada dicha derivación central a dicha pieza de trabajo y estando conectados los dos extremos de polaridad opuesta de dicho devanado a través de

un elemento conmutador (29, 36) en la dirección directa y un elemento conmutador (30, 34) en la dirección opuesta, respectivamente, y a través de una inductancia (32) a dicho electrodo, en el que sólo el elemento conmutador (29, 30, 34, 36) que tiene la dirección deseada y la polaridad deseada en dicho transformador de aislamiento (27) se conecta durante la duración de la descarga de dicho condensador de impulsos (22) .

10. El procedimiento según la reivindicación 9 en el que dichos elementos conmutadores (29, 30, 34, 36) aguas abajo de dicho transformador de aislamiento (27) son controlados de manera que se generan sólo impulsos de descarga positivos, sólo impulsos de descarga negativos, impulsos de descarga negativos y positivos alternos en secuencia libre, o grupos de impulsos de descarga negativos o positivos.

11. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que la amplitud de corriente deseada de dicho impulso de descarga se establece mediante dicha tensión de carga y el valor de la capacitancia de dicho condensador de impulsos (22) , mediante la relación de transformación de un transformador de aislamiento (27) a través del cual se descarga dicho condensador de impulsos (22) y/o mediante el número de condensadores de impulsos (22) que han de ser descargados simultáneamente cuando está provista una pluralidad de condensadores de impulsos (22) para generar un impulso de descarga.

12. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que la duración deseada de dicho impulso de descarga se establece mediante el valor de la capacitancia de dicho condensador de impulsos (22) , mediante una inductancia (32) conectada a dicho electrodo y/o mediante el número de condensadores de impulsos (22) que han de ser descargado en secuencia cuando está provista una pluralidad de condensadores de impulsos (22) para generar un impulso de descarga.

13. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que una tensión de CA de entrada es rectificada mediante un circuito inversor, la tensión rectificada se regula hasta una tensión definida, dicha tensión rectificada se regula hasta una tensión que es superior al valor máximo de dicha tensión de CA de entrada, se estabiliza una tensión neutra, se corrige un factor de potencia y/o se provoca un arranque suave de dicha tensión.

14. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que dicho impulso de descarga se reconoce diferenciando la tensión de descarga detectada en dicho condensador de impulsos (22) durante la descarga del mismo.

15. Un generador para generar una secuencia temporal de impulsos de descarga para mecanizado por electroerosión que comprende un circuito de carga/descarga (18-26) que tiene al menos un condensador de impulsos (22) , cargando dicho circuito de carga/descarga (18-26) dicho condensador de impulsos (22) con una tensión de carga (U_chrg) que tiene una primera polaridad y luego descargándolo dentro de la separación entre electrodos para generar dicho impulso de descarga, caracterizado porque dicho circuito de carga/descarga (18-26) está configurado de manera que recarga dicho condensador de impulsos (22) después de su descarga con una tensión de carga (U_chrg) que tiene una segunda polaridad, opuesta a la primera polaridad, siendo la segunda polaridad la misma polaridad que la de la tensión residual (U_end) que aún existe en dicho condensador de impulsos

(22) después de su descarga, y descarga dicho condensador de impulsos (22) dentro de la separación entre electrodos mediante un impulso de descarga cuya polaridad es independiente de la segunda polaridad de dicha tensión de carga en dicho condensador de impulsos (22) después de su recarga.

16. Un generador para generar una secuencia temporal de impulsos de descarga para mecanizado por electroerosión que comprende un circuito de carga/descarga (18-26) que tiene al menos un condensador de impulsos (22) , cargando dicho circuito de carga/descarga (18-26) dicho condensador de impulsos (22) con una tensión de carga (U_chrg) y luego descargándolo dentro de la separación entre electrodos para generar dicho impulso de descarga, caracterizado porque dicho circuito de carga/descarga (18-26) está configurado de manera que recarga dicho condensador de impulsos (22) después de su descarga con una tensión de carga (U_chrg) que tiene la misma polaridad que la de la tensión residual (U_end) que aún existe en dicho condensador de impulsos (22) después de su descarga, y descarga dicho condensador de impulsos (22) dentro de la separación entre electrodos mediante un impulso de descarga cuya polaridad es independiente de la polaridad de dicha tensión de carga en dicho condensador de impulsos (22) después de su recarga, en el que el generador además comprende una fuente de corriente bipolar (8-17) , en el que dicho circuito de carga/descarga (18-26) comprende un sensor (SENS) para detectar la tensión del condensador en dicho condensador de impulsos (22) y para detectar la polaridad de dicha tensión residual (U_end) , y dicho circuito de carga/descarga (18-26) está configurado de manera que recarga el condensador de impulsos (22) después de su descarga con una tensión de recarga (U_chrg) procedente de la fuente de corriente bipolar (8-17) de dicha polaridad detectada hasta que dicha tensión detectada en dicho condensador de impulsos (22) ha alcanzado un valor predefinido.

17. El generador según la reivindicación 16 que además comprende un circuito digital programable (FPGA) que recibe las señales detectadas procedentes de dichos sensores (SENS) , y una interfaz de sistema

(ENLACE) que configura dicho circuito digital programable (FPGA) con el cual puede comunicarse bidireccionalmente.

18. El generador según la reivindicación 16 ó 17 en el que dicho circuito de carga/descarga (18-26) comprende elementos conmutadores (18, 19) provistos para ambas polaridades de dicha tensión de carga (U_chrg) , y el elemento conmutador (18, 19) que corresponde a la polaridad de dicha tensión de carga (U_chrg) se conecta durante un tiempo específico antes de la recarga de dicho condensador de impulsos (22) y se desconecta instantáneamente cuando se termina la recarga de dicho condensador de impulsos (22) .

19. El generador según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18 que además comprende una fuente de tensión de CC (V_dc+, V_dc-) , en el que dicha fuente de corriente bipolar (8-17) además comprende inductancias (14, 15) para ambas polaridades de dicha tensión de carga (U_chrg) , y la inductancia (14, 15) que corresponde a la polaridad de la siguiente tensión de carga (U_chrg) se carga con una corriente procedente de la fuente de tensión de CC (V_dc+, V_dc-) al comienzo de una descarga de dicho condensador de impulsos (22) .

20. El generador según la reivindicación 18 ó 19 en el que el elemento conmutador (18, 19) que corresponde a la polaridad de dicha tensión de carga (U_chrg) se conecta para cargar dicho condensador de impulsos (22) cuando la tensión de descarga de la acción de descarga previa ha alcanzado cero voltios en el condensador de impulsos (22) .

21. El generador según la reivindicación 19 ó 20 en el que la fuente de corriente bipolar (8-17) además comprende diodos de recuperación (45, 46) para devolver la energía que queda en dichas inductancias (14, 15) a dicha fuente de tensión de CC (V_dc+. V_dc-) al terminar de cargar dicho condensador de impulsos (22) .

22. El generador según cualquiera de las reivindicaciones 18 a 21 que además comprende un transformador de aislamiento (27) entre dicho condensador de impulsos (22) y la separación entre electrodos, en el que el circuito de carga/descarga (18-26) incluye un elemento conmutador (24, 26) para cada polaridad de dicha tensión de descarga el que corresponde a la polaridad escogida se conecta durante la duración de la descarga de dicho condensador de impulsos (22) .

23. El generador según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 22 que además comprende un transformador de aislamiento (27) con una derivación central del devanado secundario entre dicho condensador de impulsos (22) y la separación entre electrodos, estando conectada dicha derivación central a dicha pieza de trabajo y estando conectados los dos extremos de polaridad opuesta de dicho devanado a través de un elemento conmutador (29, 36) en la dirección directa y un elemento conmutador (30, 34) en la dirección opuesta, respectivamente, y a través de una inductancia (32) a dicho electrodo, teniendo sólo el elemento conmutador (29, 30, 34, 36) la polaridad deseada en dicho transformador de aislamiento (27) que se conecta durante la duración de la descarga de dicho condensador de impulsos (22) .

24. El generador según la reivindicación 22 ó 23 que además comprende un sensor de descarga (DSC SENS) y segundos diodos de recuperación (63, 64) en el que el sensor de descarga (DSC SENS) detecta la aparición de una mala descarga debido a la interrupción de corriente dentro de la separación entre electrodos (EL, WS) y comunica la aparición de la mala descarga al circuito digital programable (FPGA) , que está configurado para permitir desconectar inmediatamente los elementos conmutadores (24, 26) del circuito de carga/descarga (18, 26) en cuyo caso la energía almacenada dentro del circuito de descarga es recuperada mediante los diodos (63, 64) dentro de los condensadores (8, 9) de la fuente de tensión de CC (V_dc+, V_dc-) .

25. El generador según la reivindicación 24 en el que el circuito digital programable (FPGA) está configurado para contar el número de apariciones de malas descargas y para usar este número como información de proceso, información de diagnóstico y/o alerta temprana.

26. El generador según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 25 que está montado en una máquina en las inmediaciones directas de dicho electrodo y conectado a dicha pieza de trabajo por conductores de baja inductancia parásita y elevada capacitancia parásita.

27. El generador según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 26 en el que el transformador de aislamiento (27) incluye un núcleo plano de ferrita y devanados planos para generar dichas dos polaridades de dicha tensión de descarga.