CN102639273B - 金属线放电加工装置 - Google Patents

Abstract

一种金属线放电加工装置，其使用金属线电极(8)来将厚度发生变化的工件(7)加工成制品。金属线电极(8)在制品轮廓(P)朝偏移方向偏移后的工具路径(Q)上移动。金属线放电加工装置包括：阶差位置推算机构(21)，基于制品的三维形状数据来推算工件的厚度急遽变化的阶差位置，以生成推算阶差位置(Ps)。金属线放电加工装置更包括：阶差位置检测机构(37)，在工件的加工过程中检测工件的实际的阶差位置(Qs)；以及阶差位置修正机构(38)，基于实际的阶差位置来修正推算阶差位置。

Description

金属线放电加工装置

技术领域

本发明涉及一种金属线放电加工装置，其使金属线电极与导电性的工件之间形成的加工间隙内产生放电以对工件进行加工。本发明尤其涉及一种将具有不同厚度的工件加工成制品的金属线放电加工装置。

背景技术

一般而言，金属线放电加工装置具有金属线电极，所述金属线电极被铅垂地支撑在一对金属线导杆(wire guide)间。在加工过程中，金属线电极在水平的XY平面内移动，并朝加工间隙喷射介电性液。典型的介电性液是具有5×10⁴～1×10⁵Ω·cm的电阻率的水。金属线放电加工装置对加工间隙施加电压脉冲(pulse)以产生放电。通过电压的施加，介电性液离子(ion)化，从而在加工间隙内产生放电。

其结果，电流经由加工间隙而流动，导通(ON)时间开始。导通时间也被称作持续时间。当导通时间结束时，金属线放电加工装置停止电流的供给而开始断开(OFF)时间。断开时间也被称作休止时间。金属线放电加工装置在断开时间结束时，再次对加工间隙施加电压。这样，电流脉冲被反复供给至加工间隙，从而工件的材料被去除。

为了协调材料去除速度、面粗糙度以及形状精度，金属线放电加工过程(process)被分割成数次加工阶段。在金属线放电加工过程之前，先对各加工阶段决定XY平面内的工具路径与加工条件。首先，金属线电极在第1工具路径上移动，工件通过大能量(energy)而粗略地成形。此种粗略加工被称作“粗切割(first cut)”。当粗切割结束时，在切断面上残留有多余的材料，切断面的面粗糙度不满足要求。

接下来，切断面通过小能量而以高形状精度受到精加工。此种精加工包括数次加工阶段，被总称作“二次切割(second cut)”。在二次切割中，越往后的加工阶段，加工间隙越小，工具路径越接近制品的轮廓。多余的材料被一点点地去除，从而满足对形状精度和面粗糙度的要求。

专利文献1～专利文献5公开了一种金属线放电加工装置，其检测工件的厚度(以下称作“板厚”)并根据板厚来变更加工条件。加工条件例如为导通时间、断开时间、电流脉冲的波峰(peak)、介电性液的喷射压力。这些文献的金属线放电加工装置中，在板厚急遽变化的位置(以下称作“阶差位置”)，加工条件的变更有时会有所延迟。

专利文献6公开了一种金属线放电加工装置，其基于工件的三维形状数据(data)来算出板厚，并根据板厚来变更加工条件。三维形状数据例如通过计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)装置而制作。基于三维形状数据而推算的阶差位置有时与实际的阶差位置不同。

先前技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特公昭59-332号公报

专利文献2：日本专利特公昭63-25889号公报

专利文献3：日本专利特公平2-29453号公报

专利文献4：日本专利3237895号公报

专利文献5：日本专利3399736号公报

专利文献6：日本专利特开2007-290088号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明的目的在于提供一种金属线放电加工装置，通过更准确地指定阶差位置，能够在阶差位置的附近顺畅地变更加工条件。

用以解决课题的技术手段

一种金属线放电加工装置，使金属线电极(8)在制品轮廓(P)朝偏移(offset)方向偏移后的工具路径(Q)上移动，将厚度发生变化的工件(7)加工成制品，此金属线放电加工装置包括：

阶差位置推算机构(21)，基于所述制品的三维形状数据来推算所述工件的厚度急遽变化的阶差位置，以生成推算阶差位置(Ps)；

阶差位置检测机构(37)，在所述工件的加工过程中检测所述工件的实际的阶差位置(Qs)；以及

阶差位置修正机构(38)，基于所述实际的阶差位置来修正所述推算阶差位置。

只要推算阶差位置(Ps)存在于制品轮廓(P)上，实际的阶差位置(Qs)存在于工具路径(Q)上即可。阶差位置修正机构(38)只要将推算阶差位置(Ps)修正为实际的阶差位置(Qs)朝所述偏移方向的相反方向移动后的位置即可。

发明的效果

根据本发明，推算阶差位置基于在粗切割过程中检测出的实际的阶差位置而受到修正。因此，在二次切割中，能够基于更准确的阶差位置来变更加工条件。

附图说明

图1是表示本发明的金属线放电加工装置的正视图。

图2是主要表示图1中的NC装置的框图。

图3是表示工件的一例的平面图。

图4是表示图3的工件的一例的侧视图。

图5是表示金属线放电加工装置的动作的流程图

符号的说明

3：上喷嘴组件

4：下喷嘴组件

5：加工槽

6：平台

7：工件

8：金属线电极

10：CAD装置

11：网络

20：CAM装置

21：阶差位置推算机构

22：NC程序生成机构

30：NC装置

31：输入装置

32：存储装置

33：处理装置

35：NC程序读出机构

36：放电加工执行机构

37：阶差位置检测机构

38：阶差位置修正机构

40：位置检测器

41：放电次数检测器

42：平均间隙电压检测器

d：控制范围

P：制品轮廓

P1：控制开始位置

P2：控制结束位置

PS：阶差位置

Ps：推算阶差位置

Q：工具路径

Q1：实际的控制开始位置

Q2：实际的控制结束位置

Qs：实际的阶差位置

t1：第1板厚

t2：第2板厚

δ：偏移量

具体实施方式

参照附图，对本发明的金属线放电加工装置进行说明。如图1中所示，加工槽5安装在机架(bed)上。平台(table)6设在加工槽5中，工件7被固定在平台6上。加工槽5被介电性液填满。金属线电极8由上侧金属线导杆及下侧金属线导杆来铅垂地支撑着。上侧金属线导杆被收容在上喷嘴(nozzle)组件3中，下侧金属线导杆被收容在下喷嘴组件4中。上下喷嘴组件3、4以夹着工件7的方式而配置。上下喷嘴组件3、4具备向金属线电极8喷射介电性液的喷嘴。

金属线放电加工装置包括CAD装置10、计算机辅助制造(ComputerAided Manufacturing，CAM)装置20以及数字控制(Numerical Control，NC)装置30。金属线放电加工装置更具备电源装置(未图示)，所述电源装置对工件7与金属线电极8之间形成的加工间隙施加电压。通过执行被读入通用电脑的辅助存储装置中的CAD程序(program)，CAD装置10得以实现。通过CAD程序的执行，获得制品的三维形状数据。该三维形状数据经由网络(network)11被输出至CAM装置20。

如图2中所示，CAM装置20作为阶差位置推算机构21发挥功能，所述阶差位置推算机构21基于制品的三维形状数据，推算出制品轮廓P上的第1板厚t1急遽变成第2板厚t2的阶差位置Ps。如图3中所示，阶差位置Ps存在于制品轮廓P上。制品轮廓P也被称作程序轨迹。阶差位置推算机构21与板厚数据相关联地生成推算阶差位置Ps。而且，CAM装置20作为NC程序生成机构22发挥功能，所述NC程序生成机构22生成用于执行金属线放电加工的NC程序。NC程序包括推算阶差位置Ps、控制开始位置P1、控制结束位置P2、板厚数据t1、t2、偏移量δ以及偏移方向。

如图4中所示，工件7在控制开始位置P1处具有第1板厚t1，工件7在控制结束位置P2处具有第2板厚t2。控制开始位置P1与控制结束位置P2规定了控制范围d。当金属线电极8位于控制范围d内时，第1加工条件可顺畅地变更为第2加工条件。第1加工条件适合于第1板厚t1，第2加工条件适合于第2板厚t2。由于加工条件的急遽变更有时会导致金属线电极8的断裂，因此须规定控制范围d。金属线电极8在加工过程中于XY平面上移动的路径(以下称作“工具路径”)Q如图3中所示。工具路径Q是制品轮廓P向偏移方向偏移了偏移量δ的线。偏移方向是相对于制品轮廓P的法线方向。

如图2中所示，NC装置30包含输入装置31、存储装置32、处理装置33，且具有下述功能，即，修正制品轮廓P上的推算阶差位置Ps，并且进行金属线放电加工。输入装置31例如包含键盘(keyboard)、鼠标(mouse)。操作者能够使用输入装置31来指示NC程序的执行。

存储装置32例如包含硬盘(hard disk)，能够存储NC程序。NC程序是用于对工件(work)7进行放电加工的程序。NC程序包括使金属线电极8移动的指令与对加工槽5供给介电性液的指令。处理装置33包含中央处理器(Central Processing Unit，CPU)以及存储器(memory)。处理装置33作为NC程序读出机构35、放电加工执行机构36、阶差位置检测机构37、阶差位置修正机构38发挥功能，在NC程序中的推算阶差位置Ps的修正时发挥主要作用。

NC程序读出机构35具有下述功能，即，根据操作者使用输入装置31输入的指令，从存储装置32读出NC程序。放电加工执行机构36通过使控制开始位置P1朝偏移方向仅移动偏移量δ，从而求出工具路径Q上的实际的控制开始位置Q1。同样地，基于控制结束位置P2而求出工具路径Q上的实际的控制结束位置Q2。放电加工执行机构36在金属线电极8从位置Q1朝位置Q2移动的期间，从第1加工条件逐渐切换到第2加工条件。

阶差位置检测机构37具有下述功能，即，在每个加工阶段检测实际的阶差位置Qs。实际的阶差位置Qs存在于工具路径Q上。如图2中所示，阶差位置检测机构37连接至位置检测器40、放电次数检测器41以及平均间隙电压检测器42。阶差位置检测机构37能够仅在金属线电极8位于控制范围d内时，每当取样(sampling)时间△t来获取放电次数与平均间隙电压。平均间隙电压是加工间隙的电压的平均值。位置检测器40是为了检测金属线电极8在工具路径Q上的位置而设。阶差位置检测机构37基于检测数据，根据数式1，每当取样时间△t运算工件7的板厚T。

[数式1]

$T=\frac{H\×n}{F\×(\mathrm{\αV}{g}^2+\mathrm{\βVg}+\mathrm{\γ})}$

T：工件7的板厚(mm)

H：每放电一次的材料去除面积(mm³)

n：放电次数

F：金属线电极8的送给速度(mm／分钟)

Vg：平均间隙电压(V)

α、β、γ：运算系数

金属线电极8的送给速度是基于金属线电极8的位置与取样时间△t而运算。运算系数例如是由工件7以及金属线电极8的材质来决定。进而，阶差位置检测机构37对连续的板厚T进行比较，以检测工具路径Q上的实际的阶差位置Qs。或者，阶差位置检测机构37也可基于根据板厚的变化而变动的其他值，例如基于放电次数、平均间隙电压、介电性液的喷射压力来检测阶差位置Qs。阶差位置Qs是与推算阶差位置Ps相关联地存储在存储装置32中。

阶差位置修正机构38具有下述功能，即，基于实际的阶差位置Qs来修正推算阶差位置Ps。阶差位置修正机构38获得制品轮廓P上的阶差位置PS。如图3中所示，阶差位置PS是实际的阶差位置Qs朝与偏移方向相反的方向偏移了偏移量δ后的位置PS。并且，阶差位置修正机构38在下个加工阶段的执行开始前，将推算阶差位置Ps替换为阶差位置PS。伴随推算阶差位置Ps的修正，控制开始位置P1以及控制结束位置P2也得到修正。

参照图5的流程图来详细说明金属线放电加工装置修正推算阶差位置Ps的过程。首先，操作者使用CAD装置10来生成制品的三维形状数据。基于制品的三维形状数据，CAM装置20的阶差位置推算机构21与板厚数据t1、t2相关联地推算阶差位置Ps。

在步骤S1中，CAM装置20的NC程序生成机构22生成NC程序，所述NC程序包含制品轮廓P上的推算阶差位置Ps、控制开始位置P1、控制结束位置P2、板厚数据t1、t2、偏移量δ以及偏移方向。NC程序被存储在NC装置30的存储装置32中。

NC程序读出机构35根据操作者的输入信息来从存储装置32读出NC程序。在步骤S2中，根据操作者的输入信息，放电加工执行机构36开始粗切割。在步骤S3中，位置检测器40、放电次数检测器41以及平均间隙电压检测器42分别开始检测数据。

阶差位置检测机构37从NC程序提取控制开始位置P1以及控制结束位置P2。在步骤S4中，阶差位置检测机构37对控制开始位置P1与金属线电极8的位置进行比较。当金属线电极8到达控制开始位置P1时，过程进入步骤S5，阶差位置检测机构37开始板厚T的周期性的运算。

阶差位置检测机构37获取放电次数以及平均间隙电压，并且运算送给速度。在步骤S5中，阶差位置检测机构37每当取样时间△t来运算板厚T。进而，阶差位置检测机构37对连续的板厚T之差，即，对板厚的变化进行运算。

在步骤S6中，阶差位置检测机构37将板厚T的变化与规定值进行比较。当板厚T的变化为规定值以上时，过程进入步骤S7。若非如此，则过程返回S5。在步骤S7中，阶差位置检测机构37对板厚急遽变化的阶差位置Qs进行检测。实际的阶差位置Qs是与NC程序中的推算阶差位置Ps相关联地存储在存储装置32中。

阶差位置修正机构38从存储装置32读出粗切割中的实际的阶差位置Qs。阶差位置修正机构38使实际的阶差位置Qs朝与偏移方向相反的方向偏移一偏移量δ而获得阶差位置PS。在步骤S8中，阶差位置修正机构38在下个加工阶段的开始前，将NC程序中的推算阶差位置Ps替换为阶差位置PS。由此，NC程序上的控制开始位置P1以及控制结束位置P2也得到修正。

当在步骤S9中判断为放电加工执行机构36已修正了所有推算阶差位置Ps时，过程结束。若非如此，则过程返回步骤S4。虽然已对在粗切割中修正推算阶差位置的过程进行了说明，但同样的过程也可在二次切割的各加工阶段中执行。

Claims (2)

1.一种金属线放电加工装置，使金属线电极(8)在制品轮廓(P)朝偏移方向偏移后的工具路径(Q)上移动，将厚度发生变化的工件(7)加工成制品，所述金属线放电加工装置的特征在于包括：

阶差位置推算机构，基于所述制品的三维形状数据在所述制品轮廓上来推算所述工件的厚度急遽变化的阶差位置，以生成推算阶差位置；

NC程序生成机构，生成用于执行所述工件的粗切割及二次切割的NC程序，其中所述NC程序包括所述推算阶差位置；

阶差位置检测机构，在所述工件的粗切割过程中检测所述工具路径上的实际的阶差位置；

存储装置，将所述实际的阶差位置与所述推算阶差位置相关联地存储；以及

阶差位置修正机构，基于所述实际的阶差位置将所述推算阶差位置替换为所述制品轮廓上的阶差位置来修正所述NC程序。

2.根据权利要求1所述的金属线放电加工装置，其特征在于，所述阶差位置修正机构将所述推算阶差位置修正为使所述实际的阶差位置朝所述偏移方向的相反方向移动后的位置。