CN111496334B - 一种电火花切割机及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电火花切割机及其使用方法，涉及切割机的技术领域，其包括机体，所述机体上设置有供工件放置的基座、用于切割工件的切割机构以及与基座连接的旋转机构，所述基座上设置有用于固定工件的定位机构，所述切割机构包括机头以及机头上的电极丝，当电极丝切割至工件的阶梯部分时旋转机构控制基座带动工件朝向工件阶梯部分的较高侧旋转，且旋转角度小于90度。本发明具有提升工件的加工精度的效果。

Description

一种电火花切割机及其使用方法

技术领域

本发明涉及切割机的技术领域，尤其是涉及一种电火花切割机及其使用方法。

背景技术

目前，电火花线切割机（Wire Electrical Discharge Machining简称WEDM），属电加工范畴，其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作电极，用脉冲电源提供能量，通过电火花的瞬时高温使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，腐蚀的碎屑通过专用的线切割工作液进行清除，以此对金属工件进行切割加工。

当采用电火花线切割方式时，工件厚度的大小直接影响着加工时放电和排屑的效果，对工件的切割速度和表面质量产生影响。当所加工的工件材料太厚时，工作液进入和流出加工区域较困难，对电蚀产物的排除、通道的消电离都不利，加工稳定性差。

参照图1，当所加工的工件材料为带有阶梯槽的板状工件时，电极丝在到达阶梯过渡部分时，由于切割厚度骤然增大，因此阶梯部分难以在短时间内切割完成，现有的处理方式是减缓电极丝平移的速度，以此提供足够的时间以熔化工件、清除电蚀产物，当过渡后再恢复切割速度。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：由于切割厚度骤然增大，因此工作液进入、流出加工区域较困难，导致电蚀产物难以排除干净，使得切割面较为粗糙，加工精度低下。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一目的是提供一种电火花切割机，能提升工件的加工精度。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：一种电火花切割机，包括机体，所述机体上设置有供工件放置的基座、用于切割工件的切割机构以及与基座连接的旋转机构，所述基座上设置有用于固定工件的定位机构，所述切割机构包括机头以及机头上的电极丝，当电极丝切割至工件的阶梯部分时旋转机构控制基座带动工件朝向工件阶梯部分的较高侧旋转，旋转角度小于90度。

通过采用上述技术方案，由于工件阶梯部分的切割厚度一般会超过工件其他位置的切割厚度，因此当电极丝切割至阶梯部分时控制基座以带动工件朝向工件阶梯部分的较高侧旋转，以此使电极丝的切割厚度减小，以此降低电极丝的负荷，预留充足时间以供工作液排除电蚀产物，从而提升加工精度。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述机体上位于工件上方与下方均设置有激光雷达，激光雷达用于测量工件上表面与下表面的点云以获取工件厚度，工件厚度即沿电极丝切割路径上的两个同一竖直方向上的采样点的点坐标的高度差；所述机体上设置有控制机头移动的控制装置，当电极丝移动至工件厚度大于设定极限阈值处时控制装置控制机头暂停。

通过采用上述技术方案，通过激光雷达获取工件上表面与下表面的点云，并取沿电极丝切割路径上的两个同一竖直方向上的采样点的点坐标的高度差为工件厚度，以此根据工件厚度以及电极丝的切割厚度极限的情况选择旋转操作或其他操作，当工件厚度超过电极丝的切割厚度极限，即设定极限阈值时需要执行旋转工件的操作，因此需要暂停机头以方便执行旋转工件的操作。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述控制装置上设置有速度控制模块，当电极丝移动至工件厚度小于或等于设定极限阈值且大于设定标准值处时速度控制模块控制机头的移动速度减小，设定极限阈值大于设定标准值。

通过采用上述技术方案，通过工件厚度，即电极丝的切割厚度，调节机头移动速度，以此降低电极丝的负荷，预留充足时间以供工作液排除电蚀产物，从而提升加工精度。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述机头移动速度V：V=VO-（H1-H0）*K，V0即机头移动的设定初速度，H1即电极丝当前所处位置的工件厚度，H0即设定标准值，K为常数。

通过采用上述技术方案，通过公式提升机头移动速度调节的精度，在保证预留充足时间以供工作液排除电蚀产物从而提升加工精度的同时提升切割效率。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述旋转机构包括与机体连接的六轴机械臂，六轴机械臂的一端连接有基座，当电极丝切割至工件的阶梯部分且阶梯部分的工件厚度大于设定极限阈值时六轴机械臂控制工件旋转，工件的转动轴线垂直于工件的切割截面且相交于工件与电极丝的交点。

通过采用上述技术方案，六轴机械臂可以控制基座自由转动，以此在电极丝切割至工件的阶梯部分且该阶梯部分的工件厚度大于设定极限阈值时控制工件旋转，减小电极丝的切割厚度，方便排除电蚀产物以提升加工精度；工件的转动轴线垂直于工件的切割截面且相交于工件与电极丝的交点，以此减少工件在旋转时与电极丝的直接接触，避免电极丝受损。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述定位机构包括水平滑移设置于基座上的定位支架以及设置于基座上的驱动定位支架滑动的驱动件，定位支架至少有两个且分布于工件的两侧，定位支架的一侧与工件可拆卸连接。

通过采用上述技术方案，定位支架与基座滑移连接，依据工件的长度或宽度的尺寸滑动定位支架以调节多个定位支架的位置，且多个定位支架分布于工件的两侧，以此提升工件支撑的稳定性。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述定位支架上转动设置有转动杆，转动杆上竖直滑移设置有夹片，所述转动杆上设置有气缸，气缸的缸体连接转动杆，气缸的活塞杆连接夹片，当夹片滑动时配合转动杆压紧工件。

通过采用上述技术方案，通过气缸可以使夹片配合转动杆夹紧工件，以此固定工件位置，再通过转动转动杆以选择夹片与工件的接触位置，以此在规避切割路径的同时选择合适的施力点，方便支撑工件并提升支撑时的稳定性。

本发明的第二目的是提供一种使用方法，能提升工件的加工精度。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：一种使用方法，其应用于上述第一发明目的中的一种电火花切割机，包括如下步骤：S1、通过定位机构将工件固定于基座上；

S2、通过六轴机械臂控制工件到达指定位置；

S3、使用工件上方与下方的激光雷达获取工件上表面与下表面的采样点的点坐标数据，取电极丝切割路径上的同一竖直方向上的两个采样点的高度差为工件厚度，得到多个与切割路径相对应的工件厚度的值；

S4、向电极丝供电以开启切割功能，控制机头以带动电极丝沿预设的切割路径移动并切割工件，若电极丝切割路径上存在工件厚度大于设定极限阈值处时在电极丝到达该处时控制六轴机械臂执行旋转操作；

若电极丝切割路径上存在工件厚度小于设定极限阈值且大于设定标准值处，或六轴机械臂执行旋转操作后电极丝切割路径上存在同一竖直方向上的两个采样点的高度差小于设定极限阈值且大于设定标准值处时在电极丝到达该处时控制机头减速；

S5、完成切割工序。

通过采用上述技术方案，通过工件厚度与设定极限阈值的比较控制六轴机械臂带动工件旋转，以此减小电极丝的切割厚度，方便排除电蚀产物以提升加工精度，若电极丝切割路径上存在工件厚度小于设定极限阈值且大于设定标准值处，或六轴机械臂执行旋转操作后电极丝切割路径上存在同一竖直方向上的两个采样点的高度差小于设定极限阈值且大于设定标准值处时则表示该处的切割厚度可以通过减速切割的方式实现，减少了六轴机械臂的工作量，降低了能耗。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤S4中，获取沿电极丝切割路径分布的位于工件上表面的采样点的高度，在工件厚度大于设定极限阈值处依据采样点的高度趋于递增或递减的情况控制六轴机械臂带动工件正转或反转。

通过采用上述技术方案，通过工件上表面的采样点的高度变化得到工件阶梯部分是上升趋势或是下降趋势，以此方便控制六轴机械臂带动工件正转或反转，以此减小电极丝的切割厚度，方便排除电蚀产物以提升加工精度。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤S4中，六轴机械臂执行旋转操作后激光雷达重新获取工件上表面与下表面的点云，当工件旋转后电极丝切割路径上的同一竖直方向上的两个采样点的高度差大于设定极限阈值时控制六轴机械臂以带动工件反向旋转复位。

通过采用上述技术方案，六轴机械臂执行旋转操作后由于工件的角度发生变化，此时工件脱离原始的平铺状态，因此需要重新获取工件的点云，当电极丝切割路径上的同一竖直方向上的两个采样点的高度差大于设定极限阈值时表示工件已经过阶梯部分，且需要再次反向旋转以使之复位至原始状态，以此方便继续切割其他区域。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

由于工件阶梯部分的切割厚度一般会超过工件其他位置的切割厚度，因此当电极丝切割至阶梯部分时控制基座以带动工件朝向工件阶梯部分的较高侧旋转，以此使电极丝的切割厚度减小，以此降低电极丝的负荷，预留充足时间以供工作液排除电蚀产物，从而提升加工精度；

通过激光雷达获取工件上表面与下表面的点云，并取沿电极丝切割路径上的两个同一竖直方向上的采样点的点坐标的高度差为工件厚度，以此根据工件厚度以及电极丝的切割厚度极限的情况选择旋转操作或其他操作，当工件厚度超过电极丝的切割厚度极限，即设定极限阈值时需要执行旋转工件的操作，因此需要暂停机头以方便执行旋转工件的操作；

六轴机械臂可以控制基座自由转动，以此在电极丝切割至工件的阶梯部分且该阶梯部分的工件厚度大于设定极限阈值时控制工件旋转，减小电极丝的切割厚度，方便排除电蚀产物以提升加工精度；工件的转动轴线垂直于工件的切割截面且相交于工件与电极丝的交点，以此减少工件在旋转时与电极丝的直接接触，避免电极丝受损。

附图说明

图1是背景技术中的工件的剖面示意图；

图2是本实施例的整体结构示意图；

图3是图2中A部分的局部放大示意图；

图4是本实施例的步骤流程图。

附图标记：1、机体；11、基座；12、控制装置；2、切割机构；21、机头；22、电极丝；3、旋转机构；31、六轴机械臂；4、定位机构；41、定位支架；411、液压缸；42、转动杆；43、夹片；44、气缸；45、支撑支架。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图2，为本发明公开的一种电火花切割机，用于切割带阶梯部分的板状金属工件并提升工件的加工精度，包括机体1，机体1上设置有供工件放置的基座11、用于切割工件的切割机构2以及与基座11连接的旋转机构3。旋转机构3包括与机体1连接的六轴机械臂31，六轴机械臂31的一端通过螺钉固定有基座11，基座11呈长方体状且位于切割机构2的一侧。

参照图2、图3，切割机构2包括机头21以及机头21上的电极丝22，且机体1上设置有控制机头21移动的控制装置12，控制装置12采用直角坐标滑台，机头21通过螺钉固定于直角坐标滑台上，直角坐标滑台用于带动机头21沿水平面自由滑动，以此对电极丝22的切割位置进行定位。且基座11上设置有定位机构4，六轴机械臂31通过基座11及基座11上的定位机构4支撑与固定工件，再通过直角坐标滑台带动机头21移动，以使供电后的电极丝22切割工件。

定位机构4包括水平滑移设置于基座11上的定位支架41以及设置于基座11上的驱动定位支架41滑动的驱动件，定位支架41至少有两个且分布于工件的两侧，驱动件包括与基座11通过螺钉固定的液压缸411，液压缸411的活塞杆与定位支架41焊接固定，以此依据工件的长度或宽度的尺寸滑动定位支架41以调节多个定位支架41的位置，以此适应工件的尺寸，提升适用性。基座11远离定位支架41的一侧设置有支撑支架45，支撑支架45与基座11焊接固定。工件上安装有治具，支撑支架45与定位支架41相互配合以夹紧工件的治具的两侧，以此稳固工件，避免工件在切割加工时松动而影响加工精度。

定位支架41与支撑支架45上均通过轴承转动设置有转动杆42，转动杆42上竖直滑移穿设有夹片43，转动杆42的转动轴线方向与夹片43的滑动方向一致。转动杆42上设置有气缸44，气缸44的缸体与转动杆42焊接固定，活塞杆穿过转动杆42与夹片43焊接固定，当气缸44伸缩时带动夹片43滑动，夹片43滑动时配合转动杆42压紧工件与治具，以此夹紧工件的上、下侧，提升加工精度。且转动杆42可转动，以此方便选择夹片43与工件或治具的接触位置，以此在规避切割路径的同时选择合适的施力点，方便支撑工件并提升支撑时的稳定性。

由于工件上存在阶梯部分，且阶梯部分相比其他区域较厚，使得电极丝22切割阶梯部分时与工件的接触面积增大，致使电极丝22的负荷增大，导致电蚀产物难以及时排除而使切割面趋于粗糙，降低了切割精度。在机体1上位于工件的正上方与正下方均设置激光雷达，激光雷达采用UST-10LX型号，且通过螺钉与机体1固定，且激光雷达位于机头21的一侧。

激光雷达用于测量工件上表面与下表面的点云以获取工件厚度，工件厚度即沿电极丝22切割路径上的两个同一竖直方向上的采样点的点坐标的高度差，工件厚度越大则电极丝22的负荷越大，切割精度越低。且直角坐标滑台通过电缸驱动，其上设置有速度控制模块，速度控制模块可以采用电缸驱动器，以此控制电缸的运转速度，进而控制机头21的移动速度，以此依据工件的厚度调节机头21移动速度以减小电极丝22的负荷，提升加工效率。

参照图3、图4，上述一种电火花切割机的具体使用方法如下：先将工件安装于治具上，再将治具与工件安装于基板上，通过液压缸411驱动定位支架41配合支撑支架45，夹紧治具的两侧，再通过气缸44驱动夹片43夹紧治具与工件，以此完成工件的定位。

之后操控六轴机械臂31控制工件到达机头21的侧下方；

再使用工件上方与下方的激光雷达获取工件上表面与下表面的采样点的点坐标数据，取电极丝22切割路径上的同一竖直方向上的两个采样点的高度差为工件厚度，得到多个与切割路径相对应的工件厚度的值；通过工件厚度的值沿电极丝22切割方向的变化情况可以判断阶梯部分的位置，当工件厚度的值骤升或骤减时表示此处有阶梯。

之后向电极丝22供电，开启切割功能，电极丝22竖直分布且与工件所在面垂直，控制机头21以带动电极丝22沿预设的切割路径移动并切割工件。若电极丝22切割路径上存在工件厚度大于设定极限阈值处时在电极丝22到达该处时控制装置12触发并控制机头21暂停移动，以此使电极丝22停止切割。

同时控制六轴机械臂31执行旋转操作，其中旋转操作具体步骤为：控制基座11朝向工件阶梯部分的较高侧旋转，旋转角度小于90度，工件的转动轴线垂直于工件的切割截面且相交于工件与电极丝22的交点以此减少工件在旋转时与电极丝22的直接接触，避免电极丝22受损。旋转期间激光雷达处于检测阶段，直至该处的竖直方向上的两个采样点的高度差小于或等于设定极限阈值时停止旋转。

且六轴机械臂31与控制装置12电连接并在六轴机械臂31执行旋转操作后向控制装置12发送电信号，控制装置12控制机头21开始移动以带动电极丝22继续切割工件。同时激光雷达重新获取工件上表面与下表面的点云，当工件旋转后电极丝22切割路径上的同一竖直方向上的两个采样点的高度差大于设定极限阈值时控制六轴机械臂31以带动工件反向旋转复位，旋转角度与上一次旋转操作的角度大小一致且方向相反。

且在工件厚度大于设定极限阈值处，依据工件上表面采样点沿切割方向的高度趋于递增或递减的情况控制六轴机械臂31带动工件正转或反转，当采样点沿切割方向的高度趋于递增时表示该阶梯部分为上升阶梯，六轴机械臂31带动工件转动以使较高侧下降，反之，当采样点沿切割方向的高度趋于递减时表示该阶梯部分为下降阶梯，六轴机械臂31带动工件反向转动，以此使较高侧下降，以此减小电极丝22的切割厚度，方便排除电蚀产物以提升加工精度。

若电极丝22切割路径上存在工件厚度小于设定极限阈值且大于设定标准值处，或六轴机械臂31执行旋转操作后电极丝22切割路径上存在同一竖直方向上的两个采样点的高度差小于设定极限阈值且大于设定标准值处时在电极丝22到达该处时速度控制模块控制机头21减速，其中，设定极限阈值大于设定标准值，以此通过减慢切割速度的方式降低电极丝22的负荷，预留充足时间以供工作液排除电蚀产物，从而提升加工精度。同时减少了六轴机械臂31旋转次数，减少了六轴机械臂31的工作量，降低了能耗。且机头21移动速度V：V=VO-（H1-H0）*K，V0即机头21移动的设定初速度，H1即电极丝22当前所处位置的工件厚度，H0即设定标准值，K为实验所得的常数。通过公式提升机头21移动速度调节的精度，在保证预留充足时间以供工作液排除电蚀产物从而提升加工精度的同时提升切割效率。

最后，电极丝22沿切割路径完成工件的切割，停机并取下工件，完成切割工序。

本实施例的实施原理为：由于工件阶梯部分的切割厚度一般会超过工件其他位置的切割厚度，因此当电极丝22切割至阶梯部分时控制基座11以带动工件朝向工件阶梯部分的较高侧旋转，以此使电极丝22的切割厚度减小，以此降低电极丝22的负荷，预留充足时间以供工作液排除电蚀产物，从而提升加工精度。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电火花切割机，其特征在于，包括机体（1），所述机体（1）上设置有供工件放置的基座（11）、用于切割工件的切割机构（2）以及与基座（11）连接的旋转机构（3），所述基座（11）上设置有用于固定工件的定位机构（4），所述切割机构（2）包括机头（21）以及机头（21）上的电极丝（22），当电极丝（22）切割至工件的阶梯部分时旋转机构（3）控制基座（11）朝向工件阶梯部分的较高侧旋转，且旋转角度小于90度。

2.根据权利要求1所述的一种电火花切割机，其特征在于，所述机体（1）上位于工件上方与下方均设置有激光雷达，激光雷达用于测量工件上表面与下表面的点云以获取工件厚度，工件厚度即沿电极丝（22）切割路径上的两个同一竖直方向上的采样点的点坐标的高度差；所述机体（1）上设置有控制机头（21）移动的控制装置（12），当电极丝（22）移动至工件厚度大于设定极限阈值处时控制装置（12）控制机头（21）暂停。

3.根据权利要求2所述的一种电火花切割机，其特征在于，所述控制装置（12）上设置有速度控制模块，当电极丝（22）移动至工件厚度小于或等于设定极限阈值且大于设定标准值处时速度控制模块控制机头（21）的移动速度减小，设定极限阈值大于设定标准值。

4.根据权利要求3所述的一种电火花切割机，其特征在于，所述机头（21）移动速度V：V=V0 -（H1-H0）*K，V0即机头（21）移动的设定初速度，H1即电极丝（22）当前所处位置的工件厚度，H0即设定标准值，K为常数。

5.根据权利要求3所述的一种电火花切割机，其特征在于，所述旋转机构（3）包括与机体（1）连接的六轴机械臂（31），六轴机械臂（31）的一端连接有基座（11），当电极丝（22）切割至工件的阶梯部分且阶梯部分的工件厚度大于设定极限阈值时六轴机械臂（31）控制工件旋转，工件的转动轴线垂直于工件的切割截面且相交于工件与电极丝（22）的交点。

6.根据权利要求1所述的一种电火花切割机，其特征在于，所述定位机构（4）包括水平滑移设置于基座（11）上的定位支架（41）以及设置于基座（11）上的驱动定位支架（41）滑动的驱动件，定位支架（41）至少有两个且分布于工件的两侧，定位支架（41）的一侧与工件可拆卸连接。

7.根据权利要求6所述的一种电火花切割机，其特征在于，所述定位支架（41）上转动设置有转动杆（42），转动杆（42）上竖直滑移设置有夹片（43），所述转动杆（42）上设置有气缸（44），气缸（44）的缸体连接转动杆（42），气缸（44）的活塞杆连接夹片（43），当夹片（43）滑动时配合转动杆（42）压紧工件。

8.一种使用方法，其应用于权利要求5所述的一种电火花切割机，其特征在于，包括如下步骤：S1、通过定位机构（4）将工件固定于基座（11）上；

S2、通过六轴机械臂（31）控制工件到达指定位置；

S3、使用工件上方与下方的激光雷达获取工件上表面与下表面的采样点的点坐标数据，取电极丝（22）切割路径上的同一竖直方向上的两个采样点的高度差为工件厚度，得到多个与切割路径相对应的工件厚度的值；

S4、向电极丝（22）供电以开启切割功能，控制机头（21）以带动电极丝（22）沿预设的切割路径移动并切割工件，若电极丝（22）切割路径上存在工件厚度大于设定极限阈值处时在电极丝（22）到达该处时控制六轴机械臂（31）执行旋转操作；

若电极丝（22）切割路径上存在工件厚度小于设定极限阈值且大于设定标准值处，或六轴机械臂（31）执行旋转操作后电极丝（22）切割路径上存在同一竖直方向上的两个采样点的高度差小于设定极限阈值且大于设定标准值处时在电极丝（22）到达该处时控制机头（21）减速；

S5、完成切割工序。

9.根据权利要求8所述的一种使用方法，其特征在于，所述步骤S4中，获取沿电极丝（22）切割路径分布的位于工件上表面的采样点的高度，在工件厚度大于设定极限阈值处依据采样点的高度趋于递增或递减的情况控制六轴机械臂（31）带动工件正转或反转。

10.根据权利要求8所述的一种使用方法，其特征在于，所述步骤S4中，六轴机械臂（31）执行旋转操作后激光雷达重新获取工件上表面与下表面的点云，当工件旋转后电极丝（22）切割路径上的同一竖直方向上的两个采样点的高度差大于设定极限阈值时控制六轴机械臂（31）以带动工件反向旋转复位。

Images