CN102371409B - 具有工件测量功能的电火花线切割机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电火花线切割机，为了测量通过电火花线切割机加工的工件的形状，使用加工了该工件的加工程序。使为了加工而根据偏移指令向远离工件的方向移动的线电极在加工后的工件测量中向工件侧靠近，即，使线电极向与为了加工而偏移的方向相反的方向移动。然后，根据线电极与工件接触时的位置来检测加工后的工件的端面位置。

Description

具有工件测量功能的电火花线切割机
技术领域
本发明涉及电火花线切割机，特别涉及具有能够使用加工程序进行通过该加工程序加工的工件的形状的测量的工件测量功能的电火花线切割机。
背景技术
在想要确认通过电火花线切割机加工出的工件的加工精度的情况下，在工件加工后有以下方法：1)通过千分尺等测量工件的方法；2)从机床上取下工件，安装在另外设置的测量装置上来测量工件的方法；3)准备与加工程序对应的测量用的程序来测量工件的方法等。
作为与上述2)、3)相关联的技术，在日本特开平6-190685号公报中公开了一种自修正加工方法的技术，其使接触式探针(touch probe)从最佳方向接触加工后的工件，根据所获得的测量值对加工后的工件进行修正加工。
在上述的1)、2)的情况下，从加工结束到测量期间，作业者都必须在现场。特别是在2)的情况下，需要安装拆卸工件的准备作业，因此花费工时。为了使工件加工精度的确认作业自动化，必须配置机器人等工件移动单元，导致系统结构增大。在3)的情况下，能够实现确认作业的自动化/无人化，但是每当变更加工程序时需要生成测量程序，非常麻烦。
发明内容
因此，本发明的目的是，鉴于上述现有技术的问题，提供一种电火花线切割机，其具有使用加工程序对通过该加工程序加工后的工件的形状进行测量的功能。
本发明的电火花线切割机具有：对加工程序的程序段(block)进行解析的解析单元；对向线电极施加加工用电源电压进行接通/断开控制的单元；使用通过所述解析单元得到的工件加工程序的程序段的解析结果来计算测量点和测量方向的计算单元；存储通过所述计算单元计算出的测量点和测量方向的存储单元；按照通过所述解析单元解析出的加工程序的程序段，在断开向所述线电极施加所述加工用电源电压的状态下，使所述线电极相对于所述工件移动的单元；判断所述线电极是否相对于所述工件移动并到达了所述测量点的判断单元；当通过所述判断单元判断为所述线电极到达了所述测量点时，使所述线电极相对于所述工件向所述存储单元中存储的测量方向移动的单元；检测出所述线电极与所述工件接触的接触检测单元；以及对所述接触检测单元检测到所述线电极与所述工件的接触时的所述线电极的位置进行检测的位置检测单元。
所述测量点可以是所述加工程序中的程序段的起点和终点的中点、等分割点、或从该程序段的起点离开预定距离的位置。
可以根据所述加工程序中的程序段中所记载的、所述线电极相对于所述工件的相对移动方向和偏移指令来求出所述测量方向。
可以通过电压施加装置在所述线电极上施加微弱的电压，所述接触检测单元利用当所述线电极接触到工件的加工端面时该线电极与该工件达到相同电位的事实来检测接触。
所述电火花线切割机还在与所述线电极具有预定的位置关系的位置具备测量探针，其与工件接触来检测接触到工件。此时，所述位置检测单元对所述测量探针与工件接触时的该测量探针的位置进行检测，来代替对线电极与所述工件接触时的线电极的位置进行检测。
本发明通过具备上述结构，能够提供一种电火花线切割机，其具有使用加工程序来测量通过该加工程序加工后的工件的形状的功能。
附图说明
本发明的所述以及其它目的以及特征，可以根据参照附图进行的以下的实施例的说明而变得明了。其中，
图1是本发明的电火花线切割机本体的一个实施例的概要结构图。
图2是控制图1所示的电火花线切割机本体的数值控制装置(CNC)的概要结构图。
图3是表示主程序的一个例子的图。
图4是用于说明子程序的一个例子的图。
图5是用于说明通过图3所示的程序加工的阴模的形状的图。
图6是用于说明偏移指令的图。
图7是用于说明测量方向的计算的图。
图8是用于说明使用图4所示的子程序的、把程序段中点位置作为测量点的工件测量的图。
图9是用于说明使用图4所示的子程序的、把从程序段起点离开指定距离的位置作为测量点的工件测量的图。
图10A以及图10B是用于说明实现本发明的电火花线切割机具有的工件测量功能的处理的算法的图。
图11是用于说明在上线电极导向装置(wire guide)上安装了测量设备的本发明的实施方式的图。
具体实施方式
本发明的具有工件测量功能的电火花线切割机使用线电极1测量工件2的端面。利用线电极1与工件2的加工端面接触时线电极1与工件2达到相同电位的事实，从数值控制装置50取得该接触时的线电极1的位置，由此能够取得工件2的端面的位置信息。
图1是本发明的电火花线切割机本体30的一个实施例的概要结构图。
通过进给部转矩电动机10对缠绕有线电极1的卷线筒(wire bobbin)11，在与线电极1的引出方向相反方向上赋予所指示的预定低转矩。从该卷线筒11引出的线电极1经由多个导向轮(guide roller)(未图示)，通过制动瓦(brakeshoe)13在该制动瓦13和进给轮(feed roller)19之间调节张力。该制动瓦13由制动电动机12驱动，进给轮19由线电极进给电动机(未图示)驱动。
通过了制动瓦13的线电极1经由上线电极导向装置14、下线电极导向装置15、下导向轮16，被夹持在夹送滚轮18和进给轮19之间移动，被回收到线电极回收箱17中。
接着，使用图2说明控制电火花线切割机本体30的数值控制装置(CNC)50。
电火花线切割机本体30由数值控制装置(CNC)50控制，进行工件的加工。数值控制装置50具备：处理器(CPU)51、RAM、ROM等存储器52、显示用接口53、显示装置54、键盘接口55、键盘56、伺服接口57、伺服放大器58、接受来自外部设备的信号的接口60。并且所述各要素相互经由总线61连接。在该电火花线切割机本体30中包含加工用电源。
在与接口60连接的外部设备32中，与本发明相关，包含检测线电极1与工件2的接触/非接触状态的装置。
当通过电压施加装置(未图示)被施加了微弱电压的线电极1与工件2接触时，通过外部设备32(检测线电极1与工件2的接触/非接触状态的装置)检测出线电极1与工件2达到相同电位，由此能够检测出线电极1与工件2的接触。数值控制装置50能够经由接口60从外部设备32取得检测出该接触的信息。
通过伺服放大器58驱动伺服电动机31。另外，在图2中分别只表示了一个伺服电动机31和伺服放大器58，但是根据驱动轴的数量配备多个伺服电动机以及多个伺服放大器。另外，在各伺服电动机31中安装有位置检测装置(未图示)，该位置检测装置检测通过该伺服电动机驱动的轴的位置，把该检测轴位置信息反馈给数值控制装置50。因此，数值控制装置50能够从所述位置检测装置取得线电极1与工件2接触时的该线电极1的位置信息。
数值控制装置50经由接口59控制包含加工用电源的电火花线切割机本体30。当开始执行加工程序时，经由接口59向电火花线切割机本体30发出加工用电源接通(ON)的指令。当断开(OFF)加工用电源时，也经由接口59对电火花线切割机本体30发出指令。数值控制装置50经由接口60从外部设备32取得线电极1与工件2接触时的检测信号。
接着，使用图3所示的主程序的一个例子、以及图4所示的子程序的一个例子，说明本发明的具有工件测量功能的电火花线切割机的加工动作以及测量动作。
首先，说明图3表示的O0001(主程序)。
N01M101(测量无效)
N02M98P0002(加工)
N03M102(测量无效)
N04M98P0002(测量)
N05M103(结果检查&偏移值更新)
N06IF[#100EQ1]GOTO 01
N07M30(程序结束)
构成以上程序的程序段N01～N07各自的意思被记载在()内。另外，在程序段N06中，#100是表示程序重启标志的宏变量。当程序重启标志为1(1表示重启)时，从程序段N01开始再次执行。根据程序段N05的M103的代码来执行的结果检查，来进行程序重启标志的开(ON)和关(OFF)的切换。另外，如程序段N04(测量)所示，调用加工中使用的子程序(O0002)，将其用于工件测量中的线电极1相对于工件2的相对移动控制。
接下来说明图4表示的O0002(子程序)。
N101G92X0Y0
N102G90G42
N103Y10
N104X10
N105Y-10
N106X-10
N107Y10
N108X0
N109G40Y0
N110M99
在上面的子程序中，“G92”、“G90”、“G42”、“G40”、“M99”分别表示工件坐标系设定指令、绝对指令、偏移指令、偏移取消指令、子程序结束。
图5是用于说明通过图3表示的程序加工的阴模的形状的图。
首先，根据图3表示的程序O0001如通常那样执行加工。如图3所示，在子程序调用前，在工件的加工开始前的程序段中执行测量无效的M代码(‘M101’)。
工件2的加工结束后，执行测量有效的M代码(‘M102’)。再次调用在工件加工时调用过的子程序O0002(图4)。然后，在测量有效的情况下，一边寻找测量点一边在无放电状态下执行所述子程序。测量点的设定可选择以下两个类型：(1)从程序段的中点位置执行、(2)从程序段起点起每到指定距离执行。所述类型(1)的情形和类型(2)的情形，都在偏移变为有效以后的程序段中进行测量动作。
在程序段开始时，根据该程序段的起点坐标和终点坐标计算程序段长度。当程序段内的线电极1的移动位置到达测量点时，暂时停止程序运行。工件的测量方向成为取消所指示的偏移的方向。具体来说，根据程序段的起点和终点以及偏移方向来计算测量方向。
图6是说明偏移指令的图。
G40是取消偏移的指令，此时，线电极1在程序化的路径中移动。G41是左偏移的指令，是向线电极1的前进方向左侧偏移的指令。G42是右偏移的指令，是向线电极1的前进方向右侧偏移的指令。在进行偏移时，可以读出在数值控制装置50的存储装置中预先设定的偏移量，使用该读出的偏移量。但是，在本发明的工件测量中计算偏移量，用该计算而求得的偏移量更新已经存储的偏移量，使用该更新后的偏移量。
数值控制装置50具有G41或G42的偏移指令作为模型信息，因此，在工件测量中，当线电极1到达测量点时，能够确定使线电极1朝着线电极1的测量路径(与加工路径相同的路径)的前进方向往右侧移动还是往左侧移动。即，在偏移指令为G41(左偏移指令)的情况下，只要在抵消该指令的方向(相对于线电极1的移动方向为右侧)上取测量方向即可，当偏移指令为G42(右偏移指令)的情况下，只要在抵消该指令的方向(相对于线电极1的移动方向为左侧)上取测量方向即可。然后，计算根据所述方法选择出的方向、即相对于测量路径上的线电极1的移动方向矢量与其正交的方向，由此能够把该方向作为线电极1相对于工件2的相对移动方向而求出。
在求出线电极1相对于工件2的相对移动方向后，执行测量序列(sequence)。在该测量序列中，使用线电极1或测量设备21(参照图11)，进行工件2的端面的检测动作。例如在图4的子程序中的程序段N105中，起点成为X10Y10，终点成为X10Y-10。因此，只要使线电极1朝向该程序段的中间位置(连接起点X10Y10和终点X10Y-10的线段的中间位置)即测量点X10Y0，相对于工件2相对移动即可。
图7是用于说明测量方向的计算的图。
以根据O0001(主程序)、O0002(子程序)进行测量动作的情形为例来说明。标号200表示程序的程序段所指示的加工路径。标号210表示线电极1的移动路径，对程序所指示的路径加入了偏移量。标号202表示把程序段的中点作为测量点时的测量方向。另外，标号205表示把从程序段的起点离开了指定的距离的位置作为测量点时的测量方向。
在工件测量动作中，使线电极1向与加工程序中的偏移指令相反方向移动。在加工中使用的图4的子程序(O0002)中的偏移指令为G42(右偏移指令)，因此在测量中使用该子程序时的偏移指令成为G41(左偏移指令)。
图8是用于说明使用图4表示的子程序O0002的、把程序段中点位置作为测量点的工件测量的图。
在图8中，标号200表示所述子程序的各程序段所指示的加工路径，标号210表示对子程序的程序段所指示的加工路径加入了基于偏移指令的偏移量后的线电极1的移动路径。
标号201表示把程序段N104中的程序段中点位置作为测量点时的线电极1相对于工件2的相对移动方向，标号202表示把程序段N105中的程序段中点位置作为测量点时的线电极1相对于工件2的相对移动方向，标号203表示把程序段N106中的程序段中点位置作为测量点时的线电极1相对于工件2的相对移动方向。线电极1相对于工件2的相对移动方向与基于偏移指令的偏移方向成反方向的关系。即，加工时，根据偏移指令使线电极1向从工件2远离的方向相对地移动，但是，在工件测量时，使线电极1向与工件2接触的方向移动。
图9是用于说明使用图4表示的子程序O0002的、把从程序段起点离开指定距离的位置作为测量点的工件测量的图。
在图9中，标号200表示程序的程序段中所指示的加工路径，标号210表示对程序的程序段中所指示的加工路径加入了基于偏移指令的偏移量而得的线电极1的移动路径。标号204、205、206、207表示把从所述子程序中的各程序段(程序段N104、N105、N106)的起点离开指定距离的位置作为测量点时的线电极1相对于工件2的相对移动方向。
为了通过线电极1对工件2的接触来检测工件2的端面位置，需要使位于偏移后的路径上的线电极1(即，为了加工而通过偏移指令在离开工件2的方向上移动后的线电极1)靠近工件2侧。即，在测量中，需要使线电极1在与为了加工而偏移的方向相反的方向上移动。
图10A以及图10B是用于说明实现本发明的电火花线切割机具有的工件测量功能的处理的算法的图。以下，按照各步骤来说明。
(步骤S100)读入加工程序的程序段并进行解析。
(步骤S101)判断测量是否有效，有效时转移到步骤S102，测量无效时转移到步骤S120。
(步骤S102)切断加工用电源电压的施加。
(步骤S103)读入加工程序的程序段并进行解析。
(步骤S104)求出测量点以及测量方向。
(步骤S105)使线电极按照在步骤S103中解析出的程序段的路径移动。
(步骤S106)判断在路径上移动的电极是否到达了通过步骤S104求出的测量点，未到达测量点时，继续在路径上移动，如果到达测量点，则转移到步骤S107。
(步骤S107)停止线电极在路径上的移动。
(步骤S108)使线电极向通过步骤S104求出的测量方向移动。
(步骤S109)判断正在测量方向上移动的线电极是否已与工件接触，在还未接触的情况下，线电极继续向测量方向移动，如果已接触，则转移到步骤S110。
(步骤S110)停止线电极向测量方向的移动。
(步骤S111)取得线电极与工件接触时的该线电极的位置信息，存储到存储装置中。
(步骤S112)使与工件接触的线电极返回测量点。
(步骤S113)再次开始线电极在路径上的移动。
(步骤S114)判断正在路径上移动的线电极是否到达了程序段终点，还未到达时，返回到步骤S106，到达时，转移到步骤S115。
(步骤S115)判断是否程序结束，当程序结束时，转移到步骤S116，程序未结束时，转移到步骤S103。
(步骤S116)分析测量结果。
(步骤S117)判断步骤S116中的分析结果，即加工精度是否合格，当合格时结束处理，当不合格时转移到步骤S118。
(步骤S118)判断可否再加工，可以再加工时，转移到步骤S119，不可再加工时，结束处理。
(步骤S119)为了更新偏移值，计算偏移值并将计算结果设定为新的偏移值。
(步骤S120)接通加工用电源电压。
(步骤S121)读入程序的程序段并进行解析，执行电火花加工。
(步骤S122)判断程序是否结束，程序未结束时，返回到步骤S100，程序结束时，结束处理。
接着，使用图11说明在上线电极导向装置上安装有测量设备的本发明的实施方式。
在使用图1～图10B说明的实施方式中，使用线电极1作为工件2的端面检测用的探针。在图11表示的实施方式中，作为端面的检测探针，使用接触式探针等测量设备21代替线电极1。该测量设备21(接触式探针)被固定在电火花线切割机的上线电极导向装置14上。
该测量设备21相对于线电极1的相对位置关系是确定的，因此为了使该测量设备21移动到工件2的端面的检测位置，对于此前使用图1～图10B进行了说明的、使作为端面的检测探针的线电极1移动的路径赋予考虑了测量设备21相对于线电极1的相对位置关系的偏移，生成测量设备21的移动路径。

Claims (4)

1.一种按照加工程序对工件进行加工的电火花线切割机，其具备对加工程序的程序段进行解析的解析单元、和对向线电极施加加工用电源电压进行接通／断开控制的单元，所述电火花线切割机的特征在于，具备：
计算单元，其使用通过所述解析单元得到的所述加工程序的程序段的解析结果来计算测量点和测量方向；
存储单元，其存储通过所述计算单元计算出的测量点和测量方向；
按照通过所述解析单元解析出的加工程序的程序段，在断开向所述线电极施加所述加工用电源电压的状态下，使所述线电极相对于所述工件移动的单元；
判断单元，其判断所述线电极是否相对于所述工件移动并到达了所述测量点；
当通过所述判断单元判断为所述线电极到达了所述测量点时，使所述线电极相对于所述工件向所述存储单元中存储的测量方向移动的单元；
接触检测单元，其检测出所述线电极接触到所述工件；以及
接触位置取得单元，其取得所述接触检测单元检测到所述线电极与所述工件的接触时的所述线电极的位置信息。
2.根据权利要求1所述的电火花线切割机，其特征在于，
根据所述加工程序中的程序段中所记载的、所述线电极相对于所述工件的相对移动方向和偏移指令来求出所述测量方向。
3.根据权利要求1所述的电火花线切割机，其特征在于，
通过电压施加装置在所述线电极上施加微弱的电压，所述接触检测单元利用当所述线电极接触到工件的加工端面时该线电极和该工件达到相同电位的事实来检测接触。
4.根据权利要求1所述的电火花线切割机，其特征在于，
进一步在与所述线电极具有预定的位置关系的位置具备测量探针，其与工件进行接触来检测接触到工件，
所述接触位置取得单元，取得所述测量探针与工件接触时的该测量探针的位置信息，来代替取得线电极与所述工件接触时的线电极的位置信息。
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