CN103167925B - 线放电加工装置 - Google Patents

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CN103167925B CN201180050024.2A CN201180050024A CN103167925B CN 103167925 B CN103167925 B CN 103167925B CN 201180050024 A CN201180050024 A CN 201180050024A CN 103167925 B CN103167925 B CN 103167925B
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山田邦治
向后正记
柳泽智幸
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H7/00—Processes or apparatus applicable to both electrical discharge machining and electrochemical machining
    • B23H7/02—Wire-cutting
    • B23H7/08—Wire electrodes
    • B23H7/10—Supporting, winding or electrical connection of wire-electrode
    • B23H7/104—Wire tension control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H1/00—Electrical discharge machining, i.e. removing metal with a series of rapidly recurring electrical discharges between an electrode and a workpiece in the presence of a fluid dielectric
    • B23H1/02—Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits or other abnormal discharges

Abstract

本发明提供一种线放电加工装置，所述线放电加工装置包括将行进的线电极的张力维持于设定张力的张力控制装置。张力控制装置包括：容许张力运算模块(86)，用于求出比线电极达到断裂时的断线张力)小的容许张力；及设定张力产生模块，用于基于容许张力而产生设定张力。设定张力产生模块在设定张力大于容许张力时使设定张力减小。设定张力产生模块在设定张力小于容许张力时使设定张力以不超过容许张力的方式增加。

Description

线放电加工装置
技术领域
本发明涉及线放电加工装置，其在形成于线电极与工件间的间隙(“加工间隙”)中产生放电来对工件进行加工。尤其是，本发明涉及线放电加工装置，其对沿线搬送路径行进的线电极所赋予的张力进行控制。
背景技术
一般而言，在加工中，一面使线电极相对于工件而在XY平面内移动，一面使线电极在一对线引导器(wire guide)间沿与XY平面大致垂直的方向搬送。行进的垂直的线电极为放电加工用的工具。向加工间隙供给加工液，例如比电阻高的水。为使一次放电产生规定的持续时间(“ON(接通)时间”)，而对加工间隙施加电压脉冲。通过产生放电，电流流过加工间隙，从而微量的材料从工件被除去。加工液冲走加工屑并使线电极冷却。
当从ON时间结束起经过规定的OFF(断开)时间时，为产生下一次放电而再次对加工间隙施加电压脉冲。这样，一连串的电流脉冲供给至加工间隙。ON时间及OFF时间非常短，通过一次放电仅从工件除去微量的材料。如线锯般加工工件的线放电加工装置适合精密加工。
典型的线电极具有0.1mm～0.3mm的直径。线电极通常从卷线筒(wire bobbin)经由多个滑轮(pulley)及一对线引导器而向抽取装置搬送。一对线引导器相对于工件而沿上下配置。以使线电极的行进速度维持于设定值的方式对抽取装置进行控制。张力赋予装置设置在线搬送路径中。线放电加工装置控制张力赋予装置而将赋予给线电极的张力维持于设定值。线电极的张力例如根据线电极的直径及材质而设定。如果张力设定为较大的值，则可在一对线引导器间确保线电极的良好的平直度(straightness)。良好的平直度有助于高加工精度。然而，过度大的张力并不理想，有可能引起线电极断裂(“断线”)。过度大的放电加工用的能量也容易引起断线。
专利文献1及专利文献2揭示可将线电极的张力切实地维持于设定值 的线放电加工装置。
现有技术文献 
专利文献
专利文献1：日本专利特开2003-266247号公报
专利文献2：日本专利特开平10-309631号公报
发明内容
在大多数情况下，线放电加工中的张力为维持高加工精度而设定为充分大的值。放电加工用的能量决定材料除去速度，换言之决定加工效率。然而，放电加工用的能量为防止断线而需加以抑制。放电加工用的能量主要取决于与电流脉冲相关的加工条件，例如电流峰值Ip、ON时间及OFF时间。可认为高频地产生具有较大的峰值电流的电流脉冲有助于高速加工。
本发明的目的在于提供一种既防止断线又提高材料除去速度的线放电加工装置。此外，本发明的另一目的在于提供一种不损害加工精度即可提高材料除去速度的线放电加工装置。为达成上述目的，本发明的线放电加工装置包括张力控制装置，该张力控制装置基于线电极达到断裂的断线张力而控制线电极的设定张力。
本发明涉及线放电加工装置，其具有将行进的线电极(1)的张力维持于设定张力(WT)的张力控制装置(60)，且对形成在线电极与工件(6)之间的加工间隙(3)反复供给电流脉冲而对工件进行加工。张力控制装置包括：容许张力运算模块(module)(86)，求出比线电极达到断裂的断线张力(WTb)小的容许张力(WTa)；及设定张力产生模块(88)，基于容许张力而产生设定张力。
设定张力产生模块(88)在设定张力(WT)小于容许张力(WTa)时，使设定张力以不超过容许张力的方式增加即可。使张力以不会达到断线的程度增加，因此线电极可获得高平直度。
设定张力产生模块(88)在设定张力(WT)大于容许张力(WTa)时，使设定张力以不低于规定的下限值的方式减小即可。规定的下限值例如根据加工精度决定即可。使张力以不降低加工精度的程度减小，因此不损害加工精度即可防止断线。
张力控制装置(60)可进而包括：断线风险(risk)判断模块(84)，判断断线风险；及容限(margin)产生模块(85)，基于断线风险而产生容限(M)。容许张力运算模块(86)通过从断线张力(WTb)减去容限而求出容许张力(WTa)。断线风险例如基于供给至加工间隙(3)的加工液的压力(wp)而判断。即便在因故障或工件(6)的形状而导致液压(wp)急剧降低从而断线风险增大的情况下，张力控制装置也可迅速降低断线风险。
[发明的效果]
本发明的线放电加工装置基于线电极达到断裂的断线张力而求出容许张力，并将设定张力向容许张力变更，因此可有效地避免断线。此外，从断线的观点而言，无需过度限制放电加工用的能量，由此材料除去速度提高。
附图说明
图1是表示本发明的线放电加工装置的前视图。
图2是表示图1中的张力控制装置的一例的方块图。
图3是对线电极达到断线的断线张力进行绘图的曲线图。
图4是对线电极的消耗进行绘图的曲线图。
图5是对供给至加工间隙的加工液的压力进行绘图的曲线图。
图6是表示设定张力产生模块产生设定张力的过程的一例的流程图。
[符号的说明]
1：线电极
2：线卷轴
3：加工间隙
5：抽取装置
6：工件
7、8：喷嘴
9：电流检测器
10：放电次数检测器
11：液压检测器
13：张力检测器
20：数控(NC)装置
40：张力赋予装置
42：制动轮
44：伺服电动机
56：电源装置
57：加工液供给装置
60：张力控制装置
70：存储器
80：处理装置
84：断线风险判断模块
85：容限产生模块
86：容许张力运算模块
88：设定张力产生模块
Amean：平均间隙电流
d：喷嘴与工件之间的距离
n：放电次数
wp：液压
WP：设定液压
wt：检测张力
WT：设定张力
WTa：容许张力
WTb：断线张力
WTl：初始设定张力
WTm：下限值
WS：线行进速度
Href、Lref：液压的阈值
M：容限
s：已使用线电极的截面面积
S1～S15：步骤
具体实施方式
参照图1对本发明的线放电加工装置进行说明。线电极1从线卷轴(wire reel)2经由线搬送路径向抽取装置5搬送。张力赋予装置40、张力检测器13、一对喷嘴(nozzle)7、8及多个滑轮设置在线搬送路径中。张力赋予装置40对线电极1赋予用以维持线电极1的平直度的张力。张力赋予装置40包括：制动轮(brake pulley)42，对线电极1赋予摩擦；及伺服电动机(servo motor)44，连结于制动轮42。张力检测器13例如包含应变规(strain gauge)，且设置于制动轮42与上侧喷嘴7之间。
向工件6喷射加工液的喷嘴7、8夹着工件6而沿上下设置。在线电极1与工件6之间形成有加工间隙3。高速加工中，喷嘴7、8以喷嘴7、8与工件6之间的距离d变得非常小的方式配置。喷嘴7、8收纳高精度地支撑线电极1的各个线引导器(未图示)。对喷射到加工间隙3的加工液压力进行检测的液压检测器11设置在各喷嘴7、8中。抽取装置5包括：一对滑轮；及电动机，连结于一对滑轮的其中之一。抽取装置5中的电动机的旋转速度根据线电极1的行进速度的设定值WS而决定。
线放电加工装置包括电源装置56、加工液供给装置57、张力控制装置60及数控(numerical control，NC)装置20。电源装置56是为将一连串的电流脉冲供给至加工间隙3而设置的。加工液供给装置57是为将加工液供给至喷嘴7、8而设置的。张力控制装置60控制张力赋予装置40中的伺服电动机44。线放电加工装置更包括电流检测器9及放电次数检测器10。电流检测器9检测流过加工间隙3的电流(“间隙电流”)，并每隔规定的时间间隔，例如每隔1毫秒求出间隙电流的平均值。放电次数检测器10每隔规定的时间间隔，例如每隔1毫秒检测在加工间隙3产生的放电的次数。
NC装置20包括键盘(keyboard)、鼠标(mouse)、触控面板(touch panel)等输入装置、处理装置及存储器(memory)。NC程序(program)与设定加工条件存储于存储器中。NC装置20对NC程序进行解读，而控制使线电极1相对于工件6移动的数个电动机。NC装置20基于设定加工条件而 对电源装置56及加工液供给装置57供给控制信号。加工条件例如为电流脉冲的波峰值Ip、液压WP、线电极的张力WT及行进速度WS。此外，加工条件包括线电极1的直径、工件6的材质及板厚。NC装置20对张力控制装置60供给线电极的张力WT及行进速度WS。
如图2中所示，张力控制装置60包括存储器70及处理装置80。存储器70存储求出断线张力WTb的数式、液压的阈值Href、Lref、容限(margin)M、下限值WTm、增加量Δu及减小量Δd。断线张力WTb为线电极1达到断裂的张力，通过数式1求出。
[数式1]
WTb＝A1×Amean/(n×s)+B1
Amean：平均间隙电流
n：放电次数
s：已使用线电极的截面面积
A1：斜率(比例常数)
B1：截距
数式1的变数为平均间隙电流Amean、放电次数n及截面面积s。平均间隙电流Amean为间隙电流的平均值。放电次数为在规定时间在加工间隙3中产生的放电的次数，换言之为电流脉冲数。截面面积s为在加工中通过加工间隙3的线电极1的截面面积。换言之，截面面积s为放电加工中所使用的线电极的截面面积。数式1中，平均间隙电流Amean除以放电次数n及截面面积s。求出断线张力WTb的数式1根据工件6的板厚而不同。
发明者通过实验明白，如图3中所示，断线张力WTb对应于值Amean/(n×s)的增加而减小。已使用线电极的截面面积s通过(未使用线电极的截面面积)-(由放电加工引起的消耗Δs)而求出。由放电加工引起的消耗Δs通过数式2求出。
[数式2]
Δs＝A2×Amean/WS-B2
Amean：平均间隙电流
WS：线行进速度
A2：斜率(比例常数)
B2：截距
数式2的变数为平均间隙电流Amean及线行进速度WS。线行进速度WS为线电极1沿线搬送路径行进的速度，以米(m)/分钟表示。发明者通过实验明白，如图4中所示，由放电加工引起的消耗Δs对应于值Amean/WS的增加而增加。求出由放电加工引起的消耗Δs的数式2根据线电极1的直径、工件6的材质及板厚而不同。
第1阈值Href大于第2阈值Lref。第1阈值Href为设定液压WP的90％，第2阈值Lref为设定液压WP的50％。阈值Href、Lref用于将断线风险分类为“低”、“高”及“非常高”的3个级别(level)。存储与断线风险的3个级别“低”、“高”及“非常高”对应的3个容限M1、M2及M3。
下限值WTm根据所需的加工精度而决定。当张力低于下限值WTm时，无法满足所需的加工精度。张力的增加量Δu及减小量Δd为使线电极1的张力向容许张力WTa变化的幅度。张力的急剧变化对张力控制而言不理想，可能会成为干扰。因此，为使张力阶段性地增加，增加量Δu为较小的值。为快速地避免断线，减小量Δd为比增加量Δu大的值。
处理装置80包括断线风险判断模块84、容限产生模块85、容许张力运算模块86及设定张力产生模块88。断线风险判断模块84从存储器70读出液压的阈值Href、Lref。液压检测器11检测喷嘴7、8内的各液压，并将检测液压wp供给至断线风险判断模块84。断线风险判断模块84对液压wp与阈值Href、Lref进行比较。
如果向加工间隙3供给的加工液的压力维持于较高的值WP，则断线风险减轻。如图5中所示，当喷嘴7、8与工件6之间的距离d较小时，检测液压wp大致维持于设定值WP。在大部分的高速加工中，距离d维持于尽可能小的值。然而，例如当因工件6的形状而使距离d变大时，检 测液压wp小于阈值Href，从而断线风险变高。此外，例如当因故障或工件6的形状而使液压wp小于阈值Lref时，因线电极1的不充分的冷却而导致断线风险变得非常高。
断线风险判断模块84基于向加工间隙3喷射的加工液的压力wp而对断线风险进行分类。当检测液压wp大于等于第1阈值Href时，断线风险分类为“低”级别。当检测液压wp小于第1阈值Href且大于等于第2阈值Lref时，断线风险分类为“高”级别。当检测液压wp小于第2阈值Lref时，断线风险分类为“非常高”级别。
表示断线风险的数据(data)供给至容限产生模块85。产生容限的容限产生模块85从存储器70选择性地读出与断线风险对应的容限M。当断线风险为“低”时，产生第1容限M1。当断线风险为“高”时，产生比第1容限M1大的第2容限M2。当断线风险为“非常高”时，产生比第2容限M2大的第3容限M3。容限M供给至容许张力运算模块86。
NC装置20将设定加工条件供给至容许张力运算模块86。该加工条件包括线电极1的直径、工件6的材质及板厚、以及线行进速度WS。电流检测器9将平均间隙电流Amean供给至容许张力运算模块86。放电次数检测器10将放电次数n供给至容许张力运算模块86。容许张力运算模块86根据线电极1的直径、工件6的材质及板厚，而从存储器70选择性地读出求出断线张力WTb的数式。容许张力运算模块86通过基于数式2求出线电极的消耗Δs，而求出已使用线电极的截面面积s。进而，容许张力运算模块86基于数式1而求出断线张力WTb。容许张力运算模块86通过从断线张力WTb减去容限M而求出容许张力WTa。容许张力WTa为线电极1未达到断线的张力的最大值。容许张力WTa的一例示于图3中。容许张力WTa供给至设定张力产生模块88。
NC装置20将初始设定张力WT1供给至设定张力产生模块88。初始设定张力WT1是用以确保线电极1的平直性的充分的张力。因此，无需使张力大于初始设定张力WT1，初始设定张力WT1为张力的上限值。张力控制装置60在从上限值WT1至下限值WTm的范围内控制线电极1的张力。设定张力产生模块88基于容许张力WTa而产生设定张力WT。
参照图6对设定张力产生模块88产生设定张力WT的过程(process) 的一例进行说明。该过程适合高速放电加工。在张力控制装置60接收操作者的执行指令而开始放电加工之后执行过程。在过程开始时，设定张力WT等于初始设定张力WT1。步骤(step)S1中经过100毫秒之后，步骤S2中设定张力产生模块88输入容许张力WTa。在步骤S3中当前的设定张力WT小于等于容许张力WTa时，过程进入步骤S4。
当步骤S4中值WT+Δu大于等于上限值WT1时，过程进入步骤S5。若非如此，则过程进入步骤S8。当步骤S5中容许张力WTa大于等于上限值WT1时，步骤S6中设定张力WT成为上限值WT1。若非如此，则步骤S7中设定张力WT成为容许张力WTa。如此，设定张力产生模块88使设定张力WT以不超过上限值WT1的方式增加。
当步骤S8中值WT+Δu大于等于容许张力WTa时，步骤S7中设定张力WT成为容许张力WTa。若非如此，则步骤S9中设定张力WT向值WT+Δu增大。如此，设定张力产生模块88使设定张力WT以不超过容许张力WTa的方式增加。增加量Δu为不使张力急剧变化的程度的较小的值。
在步骤S3中当前的设定张力WT大于容许张力WTa时，过程进入步骤10。当步骤S10中值WT-Δd小于等于下限值WTm时，过程进入步骤S11。若非如此，则过程进入步骤S13。当步骤S11中容许张力WTa小于等于下限值WTm时，步骤S12中设定张力WT成为下限值WTm。若非如此，则步骤S7中设定张力WT向容许张力WTa减小。如此，设定张力产生模块88使设定张力WT以不低于下限值WTm的方式减小。
当步骤S13中值WT-Δd小于等于容许张力WTa时，步骤S7中设定张力WT向容许张力WTa减小。若非如此，则步骤S14中设定张力WT仅减小Δd。为使急剧上升的断线风险下降，减小量Δd为大于增加量Δu的值。因此，设定张力产生模块88在容许张力WTa较大地低于设定张力WT时，使设定张力WT较大地减小。如果在继步骤S6、S7、S9、S12或S14之后的步骤S15中加工结束，则过程结束。若非如此，则过程返回至步骤S1。
张力检测器13将检测张力wt供给至张力控制装置60。将线电极1的张力维持于设定张力WT的张力控制装置60，基于检测张力wt与设定张力WT的偏差而向伺服电动机44供给旋转速度的指令信号。
本发明并不限定于图示的实施例。本领域技术人员明白，可在不脱离本发明的精神与范围的情况下对本发明的构成施加各种改良及变形。本发明的改良及变形包含于权利要求书的范围及其同等物中，本发明的目的在于涉及此等者。

Claims (15)

1.一种线放电加工装置，其包括将行进的线电极的张力维持于设定张力的张力控制装置及检测流过形成于所述线电极与工件之间的加工间隙的间隙电流的电流检测器，且对所述加工间隙反复供给电流脉冲而对所述工件进行加工，其特征在于：
所述张力控制装置包括：
容许张力运算模块，用于基于通过所述电流检测器所检测的所述间隙电流与所述线电极行进的速度而求出由放电加工引起的消耗，通过自未使用线电极的截面面积减去所述消耗而求出已使用线电极的截面面积，基于通过所述电流检测器所检测的所述间隙电流与所述已使用线电极的截面面积而求出所述线电极达到断裂的断线张力，且求出比所述断线张力小的容许张力；及
设定张力产生模块，用于基于所述容许张力而产生所述设定张力。
2.根据权利要求1所述的线放电加工装置，其特征在于：所述设定张力产生模块在所述设定张力小于所述容许张力时，使所述设定张力增加。
3.根据权利要求2所述的线放电加工装置，其特征在于：所述设定张力产生模块在所述设定张力小于所述容许张力时，使所述设定张力以不超过所述容许张力的方式增加。
4.根据权利要求1所述的线放电加工装置，其特征在于：所述设定张力产生模块在所述设定张力大于所述容许张力时，使所述设定张力减小。
5.根据权利要求4所述的线放电加工装置，其中所述设定张力产生模块在所述设定张力大于所述容许张力时，使所述设定张力以不低于规定下限值的方式减小。
6.根据权利要求1所述的线放电加工装置，其特征在于：所述设定张力产生模块在所述设定张力小于所述容许张力时，使所述设定张力仅增加规定的增加量，而所述设定张力产生模块在所述设定张力大于所述容许张力时，使所述设定张力仅减小比所述规定的增加量大的规定的减小量。
7.根据权利要求1所述的线放电加工装置，其特征在于：所述线放电加工装置更包括放电次数检测器，每隔规定的时间间隔就检测在所述加工间隙中产生的放电的次数，所述容许张力运算模块基于所述放电次数而求出所述断线张力。
8.根据权利要求1所述的线放电加工装置，其特征在于：所述容许张力运算模块通过从所述断线张力减去容限而求出所述容许张力。
9.根据权利要求8所述的线放电加工装置，其特征在于：所述张力控制装置更包括断线风险判断模块及容限产生模块，所述断线风险判断模块判断断线风险，所述容限产生模块基于所述断线风险而产生所述容限。
10.根据权利要求9所述的线放电加工装置，其特征在于：所述断线风险判断模块将断线风险至少分类为“低”级别与“高”级别，所述容限产生模块在所述断线风险为“低”级别时产生第1容限，所述容限产生模块在所述断线风险为“高”级别时产生比所述第1容限大的第2容限。
11.根据权利要求9所述的线放电加工装置，其特征在于：所述线放电加工装置更包括喷射喷嘴及液压检测器，所述喷射喷嘴对所述加工间隙供给加工液，所述液压检测器检测所述加工液的压力，且所述断线风险判断模块基于所述压力而判断所述断线风险。
12.根据权利要求11所述的线放电加工装置，其特征在于：所述断线风险判断模块在所述压力大于等于第1阈值时将所述断线风险分类为“低”级别，所述断线风险判断模块在所述压力小于所述第1阈值时将所述断线风险分类为“高”级别。
13.根据权利要求12所述的线放电加工装置，其特征在于：所述容限产生模块在所述断线风险为“低”级别时产生第1容限，所述容限产生模块在所述断线风险为“高”级别时产生比所述第1容限大的第2容限。
14.根据权利要求12所述的线放电加工装置，其特征在于：所述断线风险判断模块在所述压力比第2阈值小时，将所述断线风险分类为“非常高”级别，其中所述第2阈值小于所述第1阈值。
15.根据权利要求14所述的线放电加工装置，其特征在于：所述容限产生模块在所述断线风险为“低”级别时产生第1容限，所述容限产生模块在所述断线风险为“高”级别时产生比所述第1容限大的第2容限，所述容限产生模块在所述断线风险为“非常高”级别时产生比所述第2容限大的第3容限。
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