CN1099933C - 线切割放电加工装置和方法 - Google Patents
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Abstract
线切割放电加工装置包括收取线电极以使线电极(1)沿着线输送路径移动的装置(6)、向移动的线电极施加张力的伺服电机(4B)、产生表示张力的设定值的信号的NC(10)、检测加到线电极上的张力并产生表示该检测值的信号的张力检测器(9)、和处理表示张力的设定值的信号和表示张力的检测值的信号并提供控制伺服电机的转动速度的速度指令信号的张力控制装置(13)。该张力控制装置包括设定不要的频率并产生表示该设定值的信号的不要频率设定电路(20)和根据不要频率设定电路的输出信号阻止不要的频率的电气滤波装置(19)。
Description
技术领域
本发明涉及在施加指定的张力的状态下沿着线输送路径输送线电极、使在线电极与工件之间产生放电而对工件进行加工的线切割放电加工装置。特别是具有控制向沿着线输送路径移动的线电极施加张力的装置的线切割放电加工装置。
背景技术
通常，在线切割放电加工装置中，线电极和工件的一方相对于另一方在X-Y平面内移动，线电极在一对线导向器之间沿着基本上与X-Y平面垂直的方向移动。在加工中，通过将电压脉冲加到在线电极与工件之间形成的间隙上使在该间隙间发生放电，象线锯那样对工件进行加工。这样的线切割放电加工装置，加工精度高，适合于进行精密加工。
具有0.01～0.3mm直径的线电极，通常从绕线管通过向多个滑轮和线施加张力的装置，向分别配置在工件上下的一对线导向器输送。此外，线电极经过多个滑轮和收线装置向适当的回收装置输送。收线装置控制为使线电极的移动速度维持在设定值。张力施加装置控制为向线电极施加的张力成为设定值。线电极的张力根据例如线电极的直径及材质和加工的类型进行设定。如果该张力设定为大的值，则可在一对线导向器之间确保线电极的良好的正直度(straightness)。但是，过大的张力又可能引起所不希望的线电极的断线。
发明的公开
本发明的目的旨在提供将线电极的张力可靠地维持为设定值的线切割放电加工装置。
本发明的另一个目的旨在提供减少线电极的张力变化的线切割放电加工装置。
其他的本发明的目的通过在以下继续的说明中部分地进行叙述和实践本发明，业者就部分地明白了。
为了达到上述目的，本发明的线切割放电加工装置包括输送线电极以使线电极沿着指定的输送路径移动的装置、向移动的线电极施加张力的伺服电机、产生表示张力的设定值的信号的NC装置、检测施加到线电极上的张力并产生表示该检测值的信号的张力检测器和根据张力的设定值与张力的检测值之差修正控制伺服电机的转动速度的速度指令信号的张力控制装置，该张力控制装置包括设定不要的频率并产生表示该设定值的信号的不要频率设定装置和根据不要频率设定装置的输出信号阻止不要的频率的电气滤波装置。
最好该不要频率设定装置根据张力检测器的输出信号设定不要的频率。
本发明的线切割放电加工装置进而包含存储表示线电极的直径及材质与不要的频率的关系的数据的存储器，不要频率设定装置可以根据该存储器存储的数据设定不要的频率。
此外，在由电机施加张力的状态下使在沿着输送路径移动的线电极与工件之间发生放电对工件进行加工的本发明的线切割放电加工方法包括产生表示线电极的张力的设定值的信号的步骤、沿着输送路径输送线电极的步骤、产生表示控制电机的转动速度的速度指令信号的步骤、检测加到移动的线电极上的张力并产生表示该检测值的信号的步骤、根据线电极的张力的设定值与检测值之差修正速度指令信号的步骤、根据表示线电极的张力的检测值的信号设定使张力发生变化的不要的频率的步骤、和根据该设定提供阻止不要的频率的滤波器的步骤。
附图的简单说明
图1是图解说明本发明的线切割放电加工装置的图。
图2是图解说明图1的张力控制装置的图。
图3是图解说明图2的陷波滤波器的一例的图。
图4是对各种线电极作为线电极的张力的函数而表示共振频率的曲线图。
图5是表示图2的张力控制装置的动作的流程图。
图6(A)、图6(B)、图6(C)和图6(D)是在张力控制的反馈系统中不包含滤波装置时加到线电极上的张力的信号的波形的曲线图。
图7(A)、图7(B)、图7(C)和图7(D)是表示向张力控制的反馈系统提供滤波装置时加到线电极上的张力的信号的波形的曲线图。
实施发明的最佳的形式
下面，参照图1和图2说明本发明的线切割放电加工装置。
如图1所示，线电极1从绕线管2经过多个滑轮3A、制动轮4A和张力检测器9向一对线导向器7输送。一对线导向器7导引线电极1的移动，决定在X-Y平面上线电极1的位置。工件8在线导向器7之间形成的区域5中被加工。收线装置6进而通过多个滑轮3B将线电极1向适当的线电极回收装置(图中未示出)输送。收线装置6包括配置在线输送路径中的滑轮6A和与滑轮6A连接的电机6B。控制线电极1的移动速度的装置(图中未示出)根据NC装置10存储的设定值决定电机6B的转动速度。
张力施加装置4将用于维持在一对线导向器7之间移动的线电极1的正直度的张力施加到线电极1上。该张力根据例如线电极1的直径及材质和加工的类型在NC装置10内设定并存储。张力施加装置4包括向线电极1施加摩擦的制动轮4A、与制动轮4A连接的伺服电机4B和驱动电路4C。检测电机4B的转动速度的速度检测器安装在伺服电机4B上。线电极1的张力利用由例如应变计构成的张力检测器9进行检测。张力检测器9的输出通过放大电路11和模/数变换器12，作为表示线电极1的张力的数字信号TM向张力控制装置13提供。此外，张力控制装置13接收NC装置10的输出信号RUN、TS和SS。信号RUN是控制线电极1的移动的信号，张力控制装置13接收到该信号RUN时，就开始动作。信号TS和SS分别是表示线张力的设定值和线移动速度的设定值。张力控制装置13将控制伺服电机4B的转动速度的信号SC供给驱动电路4C，驱动电路4C将与该信号SC相应的电流供给伺服电机4B。
下面，参照图2说明张力控制装置13的详细情况。张力控制装置13包括接收信号TS和SS并提供表示伺服电机4B的转动速度的速度指令信号的速度指令发生电路14。速度指令发生电路14为了使线电极1的张力成为设定值而寻求适当的电机转动速度。张力控制装置13进而还包括加法电路15、放大电路16、积分器17和加法电路18。这些要素根据线张力的设定值和检测值的偏差修正速度指令信号。加法电路15接收信号TS和TM，并提供表示这两个值的偏差的信号TC。表示该偏差的信号TC通过放大电路16供给加法电路18的一个输入，通过积分器17供给加法电路18的另一个输入。加法电路18修正从速度指令发生电路14供给的速度指令信号，并将表示伺服电机4B的转动速度的信号SC供给驱动电路4C。
这样，张力控制装置13、张力施加装置4、线电极1、张力检测器9、放大电路11和模/数变换器12就构成具有固有的振动数(频率)的反馈系统。该反馈系统根据外部的力例如沿线输送路径设置的滑轮这样的要素产生的力而发生共振。该共振使线电极1的张力发生变化。张力变化的结果，便有可能在工件8的加工面上形成沿线电极1的移动方向延伸的不希望的条纹。为了抑制由于共振而引起的这种张力变化，在张力控制装置13中设置从加法电路15的输出信号TC中阻止反馈系统的共振频率的电气滤波装置。在图示的实施例中，该电气滤波装置就是阻断预先决定的带宽中的频率的信号的陷波滤波器19。例如，如图3所示，该陷波滤波器19作为执行回归性差分方程的数字滤波器而构成。该数字滤波器具有D1、D2、N1和N2的4个可变的滤波系数，这些滤波系数依次可以发挥陷波滤波器和低通滤波器的功能。
但是，对于反馈系统而言，如图4所示，不要的共振频率随线电极1的直径和材质而异。图4是对线电极的张力标出共振频率的测定值的曲线图。符号A和B分别表示直径0.1mm的镀黄铜的钢线和直径0.1mm的钼线。符号C、D、E、F和G分别表示直径为0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm和0.3mm的黄铜线。参照符号E、F和G，可以理解共振频率随所使用的线电极的直径不同而异。同样地，施加到线电极上的张力在800g～2000g的范围内时，如果线电极的直径和材质相同，则不论其张力相同与否，共振频率几乎相同。如果参照符号A、B和C，可以理解共振频率随所使用的线电极的材质的不同而异。因此，本发明的张力控制装置13包括设定电气滤波装置阻止的频率的不要频率设定装置20以使电气滤波装置可靠地阻止不要的频率。不要频率设定装置20通过高速付利叶变换(FFT)将信号TM分解为该频率成分，求振幅最大的频率，根据该振幅最大的频率设定陷波滤波器19阻止的频带。在图示的实施例中，不要频率设定装置20将表示4个滤波系数即D1、D2、N1和N2的信号向陷波滤波器19提供。陷波滤波器19阻止的频带根据这些滤波系数而决定。张力控制装置13进而包括在不要频率设定装置20向陷波滤波器19提供输出信号之前将陷波滤波器19从线张力控制的反馈系统旁路的切换电路21。切换电路21具有接收陷波滤波器19的输出信号的输入A和接收加法电路15的输出信号的输入B，根据不要频率设定装置20的指令信号将输入A和B中的某一方向放大电路16和积分器17提供。
下面，参照图5说明张力控制装置13的动作。在张力控制装置13动作之前，在NC装置10内设定线电极的张力和移动速度并存储它们的设定值。首先，张力控制装置13在步骤S1从NC装置10接收到信号RUN时，就开始动作。在步骤S2，将不要频率设定装置20的输入数据的大小“n”设定为“0”。在步骤S3，不要频率设定装置20产生指示切换电路21将其输入B作为输出信号的指令信号。结果，陷波滤波器19就从线张力控制的反馈系统中排除了。在步骤S4，张力控制装置13输入信号TM、TS和SS，并开始处理这些信号。在步骤S5，速度指令发生电路14接收信号TS和SS，提供表示伺服电机4B的转动速度的速度指令信号。该速度指令信号利用将线张力的设定值与检测值的偏差放大的值和该偏差的积分值进行修正。在步骤S6，加法电路18开始输出表示该修正过的速度指令信号的信号SC。在步骤S7，不要频率设定装置20输入数字信号TM，在表示线张力的数据的大小“n”达到指定的大小例如100之前，收集数据。在不要频率设定装置20收集表示线张力的数据的期间，在步骤S8停止接收信号RUN时，张力控制装置13的动作就结束。在步骤S9，数据的大小“n”达到100时，动作就进入步骤S10。在步骤S10，不要频率设定装置20处理所收集的数据，求反馈系统的固有振动频率，设定陷波滤波器19的滤波系数。不要频率设定装置20将表示该设定值的信号向陷波滤波器19传送，同时，在步骤S11，切换电路21产生指示将其输入A作为输出信号的指令信号。结果，陷波滤波器19便提供给线张力控制的反馈系统。张力控制装置13的动作在步骤S12停止接收信号RUN之前继续进行。
图6(A)、图6(B)、图6(C)和图6(D)表示在图2的切换电路21将其输入B作为输出信号时表示加到直径0.2mm的黄铜线上的张力的检测值的电压信号。对于该张力信号的波形，曲线图的纵轴表示张力(g)，横轴表示时间(ms)。此外，还表示利用高速付利叶变换(FFT)通过将张力信号分解为其频率成分而得到的各频率的振幅。对于该振幅，曲线图的纵轴表示振幅(dB)，横轴表示频率(Hz)。在图6(A)中，各波形是关于张力设定为1600g、移动速度设定为4m/分的线的波形。同样，在图6(B)中，线张力为800g、移动速度为4m/分；在图6(C)中，线张力为1600g、移动速度为8m/分；在图6(D)中，线张力为800g、移动速度为8m/分。由这些图可知，使用直径0.2mm的黄铜线时，张力控制的反馈系统的共振频率不论线张力和线移动速度如何，都处在55～59Hz的范围内。另外，根据这些图可以理解，移动速度大时，共振频率的振幅增大。
图7(A)、图7(B)、图7(C)还图7(D)表示图2的切换电路21将其输入A作为输出信号时表示加到直径0.2mm的黄铜线上的张力的检测值的电压信号和该信号的各频率的振幅。对于线张力和线移动速度，图7(A)、图7(B)、图7(C)和图7(D)分别与图6(A)、图6(B)、图6(C)和图6(D)相同。根据这些曲线图可知，通过向反馈系统提供图2的陷波滤波器19，可以抑制线张力的变化。
此处无意限定公开本发明的形式。显然，可以参照上述说明进行多种改良和变形。例如，如图2所示，作为阻止不要的频率的滤波装置是使用陷波滤波器19，但是，代之以使用图3的数字滤波器也可以起到低通滤波器的功能。这时，不要频率设定装置20向数字滤波器提供表示滤波系数的信号，以使该数字滤波器的阻断频率成为反馈系统的共振频率。另外，也可以设置阻止的频率不同的多个滤波器来取代陷波滤波器19。这时，这多个滤波器的输出分别与切换电路21的各个不同的输入连接。不要频率设定装置20通过向切换电路21输送指令信号，便可从多个滤波器中选择适当的滤波器。另外，陷波滤波器19的位置不限于图2的实施例。陷波滤波器19也可以把张力施加装置4的输入即速度指令信号SC，提供给根据张力施加装置4的输出即线张力的检测器与张力的设定值之差而进行修正的反馈控制环中的任何地方。
如图5所示，不要频率设定装置20在接收到NC装置10的信号RUN后输入信号TM，并开始寻求共振频率。也可以代之以如图4所示的那样通过预先测定关于所使用的线电极的信息，例如其直径和材质与共振频率的关系来寻求，并将表示该关系的数据存储到适当的存储器中。不要频率设定装置20也可以根据所存储的数据在接收信号RUN之前向陷波滤波器19供给表示滤波现实的信号。
图示的实施例，是为了说明发明的本质和其实用的应用而选择的。发明的范围由所附加的权利要求的范围定义。
Claims (4)
1.一种线切割放电加工装置，包括输送线电极以使线电极沿着指定的输送路径移动的装置、向移动的线电极施加张力的伺服电机、产生表示张力的设定值的信号的NC装置、检测施加到线电极上的张力并产生表示该检测值的信号的张力检测装置、和根据张力的设定值与张力的检测值之差修正控制上述电机的转动速度的速度指令信号的张力控制装置，且使在移动的线电极与工件之间发生放电对工件进行加工，其特征在于：该张力控制装置包括设定不要的频率并产生表示该设定值的信号的不要频率设定装置、和根据不要频率设定装置的输出信号阻止不要的频率的电气滤波装置。
2.按权利要求1所述的线切割放电加工装置，其特征在于：上述不要频率设定装置根据上述张力检测装置的输出信号设定不要的频率。
3.按权利要求1所述的线切割放电加工装置，其特征在于：进而还包括存储表示关于线电极的信息与不要的频率的关系的数据的存储器，上述不要频率设定装置根据该存储器存储的数据设定不要的频率。
4.一种线切割放电加工方法，在由电机施加张力的状态下使在沿着输送路径移动的线电极与工件之间发生放电对工件进行加工，其特征在于：包括
产生表示线电极的张力的设定值的信号的步骤、
沿着输送路径输送线电极的步骤、
产生表示控制电机的转动速度的速度指令信号的步骤、
检测加到移动的线电极上的张力并产生表示该检测值的信号的步骤、
根据线电极的张力的设定值与检测值之差修正速度指令信号的步骤、
根据表示线电极的张力的检测值的信号设定使张力发生变化的不要的频率的步骤、
和根据该设定提供阻止不要的频率的滤波器的步骤。
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