CN112935437B - 电火花线切割加工方法和装置 - Google Patents

电火花线切割加工方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN112935437B
CN112935437B CN202011433784.9A CN202011433784A CN112935437B CN 112935437 B CN112935437 B CN 112935437B CN 202011433784 A CN202011433784 A CN 202011433784A CN 112935437 B CN112935437 B CN 112935437B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wire
discharge
wear
workpiece
wedm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011433784.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112935437A (zh
Inventor
R·迪坎普利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ajay Chameles Co ltd
Original Assignee
Ajay Chameles Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ajay Chameles Co ltd filed Critical Ajay Chameles Co ltd
Publication of CN112935437A publication Critical patent/CN112935437A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112935437B publication Critical patent/CN112935437B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • 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
    • 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
    • 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
    • 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
    • B23H1/022—Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits or other abnormal discharges for shaping the discharge pulse train
    • 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
    • B23H11/00—Auxiliary apparatus or details, not otherwise provided for
    • 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
    • B23H7/14—Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply
    • B23H7/20—Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply for programme-control, e.g. adaptive
    • 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
    • B23H7/26—Apparatus for moving or positioning electrode relatively to workpiece; Mounting of electrode
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
    • 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
    • B23H2500/00—Holding and positioning of tool electrodes
    • B23H2500/20—Methods or devices for detecting wire or workpiece position
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/42—Servomotor, servo controller kind till VSS
    • G05B2219/42162—Model reference adaptive control MRAC, correction fictive-real error, position
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/45—Nc applications
    • G05B2219/45221—Edm, electrical discharge machining, electroerosion, ecm, chemical

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Abstract

电火花线切割加工方法和装置。本发明涉及一种用于控制电火花线切割加工（WEDM）工艺的方法，其中，在制程内调整走丝速度VW，同时进行切割。根据本发明的用于控制电火花线切割加工（WEDM）工艺的所述方法包括以下步骤：确定每次放电沿金属丝和工件的啮合线的位置；确定在金属丝处由每次放电激发的凹坑的大小；基于每次放电沿金属丝和工件的啮合线的位置，和基于发生在每次放电沿金属丝和工件的啮合线的每个确定位置处的凹坑的大小，和基于当前走丝速度，创建实时金属丝磨损模型；以及连续将金属丝磨损模型与一个或多个金属丝磨损极限进行比较，并且根据实际金属丝磨损模型和一个或多个金属丝磨损极限的所述比较调整走丝速度。

Description

电火花线切割加工方法和装置
技术领域
本发明涉及一种对工件进行电火花线切割加工的方法和装置，其中，走丝速度是在制程中调整的。此外，本发明涉及一种在减少丝消耗和防止断丝的情况下对工件进行电火花线切割加工的方法和装置。
背景技术
电火花线切割加工工艺（称为WEDM）是通用的和非常准确的。借助于金属丝电极（金属丝）在工件中切割出所需的轮廓。根据加工程序的指令，金属丝和工件相对于彼此移动。工艺是通过将脉冲电压施加到间隙来进行的，从而激发工件和金属丝之间的放电。工件材料是在放电脉冲（也称为放电、火花或脉冲）的作用下被去除的。以这种方式，在工件中切割出所需的轮廓。
在商业中使用的金属丝电极有20 μm到360 μm之间的直径。工件和金属丝之间的间隙宽度为约5 μm到50 μm。放电的无序分布导致工件上的材料去除，也会导致金属丝电极上的材料去除。另外，上电流馈电触点和下电流馈电触点之间的金属丝电极跨距由于金属丝电极的电阻而受到电流的加热，但是金属丝的主要热量输入通常是由放电本身激发的。另一方面，热量是在环境中，在加工流体（介电流体）中，在工件中和在金属丝中消散的。金属丝侧材料去除或金属丝磨损会影响金属丝几何结构以及其承受热机械载荷的能力。因此，在WEDM工艺期间，金属丝通过行进金属丝不断更新，使金属丝沿其轴线前进。因此，金属丝的更新主要用于补偿金属丝磨损，但是也用于避免由于高脉冲电流造成的电/热过载，并且促进腐蚀碎片从间隙中排出。
金属丝张力和走丝速度是设定参数，这些设定参数是根据工件材料和高度、金属丝类型以及与实际加工工艺一起使用的其他加工参数来选择的。通常，在商用的WEDM机床中，走丝速度是为给定通过预先设置的，并且是恒定的。金属丝张力的值基本上也是恒定的。在火花脉冲能量比较高的主切和第一裁切中，通常设置走丝速度的值是为了避免任何情况下的断丝。
众所周知，在WEDM机床的操作中，金属丝电极代表相当大的成本。通常取决于原材料价格的价格在大致10欧元/公斤的黄铜线到大致20欧元/公斤的涂覆金属丝的范围内。金属丝电极是以范围通常在30 mm/s到300 mm/s的退出速度从线轴馈送的。
WEDM机床的一些制造商已经提出了金属丝节省策略。例如，日本专利申请JP2000141133A公开了一种丝切割电火花加工装置，其中，在金属丝处理的电源关闭的情况下，在试运行时设置预定义的低走丝速度。
日本专利申请JP2003053628A公开了一种丝切割电火花加工装置，该装置包括具有高金属丝消耗的高加工速度操作模式和具有较小的金属丝消耗的低加工速度操作模式。如果估计用剩余的金属丝在高加工速度操作模式下无法完成工作，则控制单元切换到小的金属丝消耗模式。
也已经尝试在运行时控制金属丝电极的馈送速度。日本专利申请JP54156295A公开了一种丝切割电火花加工装置，其中，将腐蚀电压与短路电压水平进行比较，并且根据这种比较调整走丝速度。因此，这种方法观察瞬时工艺条件，以控制走丝速度。
日本专利申请JP57096727A公开了一种火花腐蚀丝切割装置，该装置存储金属丝磨损信息，并且在该装置中，根据加工电流和工件的厚度计算走丝速度。然而，本公开案不建议对走丝速度执行制程内调整。
日本专利申请JP57121418A公开了一种火花腐蚀丝切割装置，在该装置中，金属丝速度是受控的，而最合适的金属丝速度值是由金属丝电极特性（诸如直径和类型）的规格以及提供给金属丝的电流强度决定的 走丝速度是在开环中计算和编程的。
这些现有技术公开内容不观察金属丝的真正恶化，这种恶化是由于在通过电火花加工工艺进行工件切割的同时去除金属丝侧的材料而造成的。因此，走丝速度不是基于对金属丝磨损的直接评估来调整的。为了以安全的方式操作WEDM机床，特别是避免丝断，因此金属丝消耗在很大程度上通常是过度的。另一方面，由于放电的无序分布以及加工过程中加工条件的变化，真正的线程可能用已知的方法来监视。
日本专利申请JP62287937A公开了一种火花腐蚀丝形成装置，其中，金属丝电极沿支撑导杆的外围行进，其中，走丝速度是根据控制程序所确定的处理条件指令来控制的。
日本专利申请JP10235521A公开了一种火花腐蚀丝形成装置，其中，金属丝电极沿支撑导杆的外围行进，其中，走丝速度是根据单位时间内的放电脉冲数来控制的。
最后两个提到的文件涉及火花腐蚀丝形成装置，该火花腐蚀丝形成装置是非常特殊的机床，其中，金属丝和工件的啮合受限于短线。不要把它们与通用的电火花线切割机床混淆。这些装置无法用于生产冲头和模型，因为它们没有在一对金属丝引导头之间拉伸的行进金属丝电极。
瑞士专利申请CH657554A公开了一种方法，该方法通过确定每次放电沿金属丝和工件的啮合线的位置和通过开发由放电位置的每次放电提供的热量的模拟模型（分别是热量根据时间函数在周围环境中的传播）监测电极金属丝的热应力或约束，并且如果达到预定应力水平，则获得修改加工参数的信号。在这里不考虑改变走丝速度。
欧洲专利申请EP3446820的公开内容包括实施例，该实施例教导基于发生在行进金属丝的每个位置的放电的累计次数，通过控制WEDM工艺，防止由于金属丝表面上的侵蚀坑和因此对金属丝横截面造成的削弱而导致的丝断。监测由于行进金属丝的每个位置的放电的累计次数而造成的行进金属丝的恶化，并且如果确定竖直部分中的连续放电的次数超过连续放电的预定义最大次数，则调整至少一个工艺参数。要调整的工艺参数包括调整走丝速度。然而，在这种方法中，必须预先确定放电次数的预定义最大值，这可能是费力的。
进一步地，研究WEDM切割参数对金属丝电极磨损的影响，特别是对已经形成在金属丝上的凹坑的大小的影响。（Tosun, N.，Cogun, C.，2003.An investigation on wirewear in WEDM（对WEDM中的金属丝磨损的研究）材料加工技术杂志134, 273–278，doi.org/10.1016/S0924-0136(02)01045-2）。
本发明的范围是提供一种用于电火花线切割加工的改进方法和改进装置，这确保了金属丝消耗减少的安全工艺。
发明内容
本发明公开了一种用于控制电火花线切割加工（WEDM）的方法，其中，基于由于放电而导致的金属丝的真正恶化在制程内调整走丝速度。
本发明的第一目的涉及一种用于控制电火花线切割加工（WEDM）工艺的方法，其中，在制程内调整走丝速度，其特征在于，方法包括：
- 确定多次放电沿金属丝和工件的啮合线的位置，
- 确定在金属丝处由所述多次放电激发的凹坑的大小，
- 基于以下项创建实时金属丝磨损模型
- 所述多次放电沿金属丝和工件的啮合线的位置，以及
- 发生在沿金属丝和工件的啮合线的每个确定位置处的凹坑的大小，以及
- 当前走丝速度，以及
- 连续将金属丝磨损模型与一个或多个金属丝磨损极限进行比较，以及
- 根据实际金属丝磨损模型和一个或多个金属丝磨损极限的比较调整走丝速度。
因此，根据本发明，考虑到由于放电过程形成的凹坑而导致的磨损和考虑到它们沿与工件的啮合线的真实分布，在制程内调整走丝速度。具体地，考虑到由行进金属丝以当前走丝速度实现的金属丝更换，结合放电位置信息和放电凹坑的大小创建金属丝磨损模型。这提供了反映金属丝电极的真正金属丝几何结构的实时金属丝磨损模型。通过了解实际金属丝磨损，可以根据某些规则和/或优先级调整走丝速度。
本发明的另一个目的涉及一种用于控制WEDM工艺的方法，其中，通过创建金属丝电极的实时温度模型，在制程内调整走丝速度，该实时温度模型是基于
- 由每次所述放电沿金属丝和工件之间的啮合线的确定位置处的多次放电激发的加热，以及
- 上电流馈电线和下电流馈电线之间的金属丝的电阻加热，该电阻加热是由于每次放电沿金属丝和工件的啮合线的位置与上电流馈电线之间的金属丝的电阻而导致的，并且是由于每次放电沿金属丝和工件的啮合线的位置与下电流馈电线之间的金属丝的电阻而导致的，以及
- 与加工流体的对流热交换，以及
- 通过金属丝行进进行的金属丝更换，
然而，考虑到实际金属丝磨损模型，确定实时金属丝温度模型。
因此，根据本发明的这个目的，考虑到热输入和输出，在制程内调整走丝速度，这会影响金属丝抵抗机械拉紧的能力。
本发明的进一步的目的涉及一种用于控制WEDM工艺的方法，其中，在制程内调整走丝速度，其中，将从实时温度模型获得的金属丝的温度与一个或多个阈值温度进行比较，并且基于与所述一个或多个温度阈值的比较，实时调整至少一个电工艺参数。
在发明内容中，利用金属丝磨损模型来监测由于放电而导致的金属丝的恶化，并且利用金属丝热模型来监测金属丝的温度。考虑到金属丝磨损模型和考虑到金属丝加热，在制程内调整走丝速度。在减少金属丝消耗的情况下，有效避免金属丝过载。以这种方式，安全地、更有效地并且有益地进行电火花线切割加工工艺。
本发明的这些和其他方面通过参照以下附图和权利要求将变得显而易见。
附图说明
现在通过示例并且参照附图描述本发明以及其某些实施例。在很大程度上被简化并且不符合比例的图如下示出：
图1：电火花线切割机床的工作区的略图；
图2：用于确定放电位置的可能方案；
图3：电火花线切割机床的工作区和走丝电路的略图；
图4：金属丝磨损的略图；
图5：金属丝磨损对工件高度和时间的图表；
图6：金属丝磨损轮廓的图表；
图7：最终的金属丝直径随时间的变化的图表；
图8：图示了对走丝速度的调整的流程图。
具体实施方式
首先，参照图1和图3描述根据本发明的电火花线切割机床的相关部件。电火花线切割机床包括工作台12，在该工作台12上安装有工件2，以进行加工。金属丝电极1由上金属丝引导装置22和下金属丝引导装置32引导，这些金属丝引导装置分别并入上头部20和下头部30中。上头部20和下头部30各自进一步包括冲洗喷嘴23、33，通过该冲洗喷嘴，将加工流体从上面和/或从下面指向工件，进入切割切口4，和/或将加工流体从所述切口吸入。加压冲洗流体是借助于泵（未示出）提供的，并且是通过上冲洗流体管24和下冲洗流体管34单独提供的。上冲洗流体电路和下冲洗流体电路中的压力是借助于电子冲洗压力表25、35测量的。
上头部20和下头部30分别包括上电流馈电线21和下电流馈电线31，通常是滑动触点，通过该滑动触点，将放电电流提供给行进金属丝电极。借助于电缆将放电脉冲从WEDM发电机5馈送到金属丝1；提供上电缆26和下电缆36，以将发电机单独连接到上电流馈电线21和下电流馈电线31。放电沿行进金属丝1和工件2的啮合线发生在电极间距离或间隙3中。发电机5优选地设计为与工作槽13集成，例如，如EP2842678B1中所公开的。包括上电缆26和上电流馈电线21的部分被称为上电流馈电路径，而包括下电缆36和下电流馈电线31的部分被称为下电流馈电路径。上电流馈电路径和下电流馈电路径通常可能各自都分别包括一个以上的电缆和一个以上的通道，以在工作区中实现高脉冲电流和对称电流馈电。
电火花线切割机床进一步包括走丝电路，该走丝电路用于精确地纵向馈送新金属丝电极，该金属丝电极具有所需的纵向金属丝张力δW和金属丝拉紧力FW以及所需的纵向走丝速度VW。现在参照图3描述已知的示例性走丝电路和示例性金属丝拉紧和馈送方法。金属丝电极1是借助于拖动辊60从金属丝供应线轴50放卷的，该拖动辊与放卷电机M2联接。未卷绕的金属丝由第一对转动引导辊61、62引导，通过这些转动引导辊，将金属丝引导到走丝路径上的所需位置。所述电机M2的速度是根据调节辊80的位置或放置在未卷绕部分和馈送部分之间的等效装置来控制的。调节辊80的位置是由角编码器81测量的。中间偏转辊71用于改变行进方向。金属丝是借助于制动辊70馈送到加工区的，该制动辊联接到制动电机M1。金属丝是借助于带（未示出）而被压在制动辊70上的，该带位于所述制动辊70上并且是借助于两个附加拉紧辊73、74而被拉紧的。螺纹车床（未示出）用于将金属丝尖端从上头部20馈送到下头部30。金属丝行进通过工件，并且是借助于下偏转辊90偏离的。金属丝是借助于夹紧辊对91、92来拉动的，该夹紧辊对联接到电极M3并且由电机M3驱动。最后，金属丝被收集在金属丝收集箱100中。在加工操作中，金属丝速度是通过电机M3的转速来设置的，这决定了夹紧辊对91、92的圆周速度。加工区中的金属丝张力由制动辊70处的制动电机M1所生成的转矩决定。
如前所述，在传统的WEDM机床中，在特定的主切或裁切过程中，将走丝速度VW设置为恒定值。通常，一些参考工况的合适值是由制造商根据经验确定的，而通常选择这些值是为了安全地处理给定加工应用的最坏情况。走丝速度的这些值包括在加工技术数据库或表格中。机床为给定的工况和加工目标建议合适的参数设置。然而，金属丝电极的磨损往往远未成为关键。不必要地消耗了大量金属丝。走丝速度VW可以由有经验的用户调整，但是用户没有关于金属丝磨损的反馈，因此，这种操纵可能导致断丝。
本发明的主要目的涉及一种用于控制电火花线切割加工（WEDM）工艺的方法，其中，在制程内调整走丝速度VW，同时进行切割。根据本发明的用于控制电火花线切割加工工艺的方法包括：在制程内调整走丝速度，其特征在于，方法包括以下步骤
- 确定多次放电沿金属丝和工件的啮合线的位置，
- 确定在所述金属丝处由所述多次放电激发的凹坑的大小，
- 基于以下项创建实时金属丝磨损模型
○ 所述多次放电沿金属丝和工件的啮合线的位置，
○ 发生在沿金属丝和工件的啮合线的每个所述确定位置处的凹坑的大小，以及
○ 当前走丝速度，
以及连续将金属丝磨损模型与一个或多个金属丝磨损极限进行比较，并且根据实际金属丝磨损模型和一个或多个金属丝磨损极限的比较调整走丝速度。
根据本发明，至少部分地放弃了预设恒定走丝速度VW的先前规则。考虑到放电对金属丝造成的恶化，在制程内调整走丝速度。金属丝磨损模型根据竖直位置Z和时间表示金属丝磨损。具体地，在第一实施例中，结合实时放电位置信息、放电凹坑的大小信息和走丝速度创建金属丝磨损模型。如示例性图5、图6和图7所示，可以使用金属丝磨损模型来生成各种图表和其他重要的输出值。将金属丝磨损模型或一个或多个导出值与一个或多个金属丝磨损极限进行比较。术语“实时”指的是金属丝磨损模型反映了由每次放电激发的磨损，并且在每次放电或通常在1 ms到500 ms的范围内不断更新，优选地是每50 ms或更少进行一次更新。平稳地调整走丝速度，以避免不稳定的金属丝张力。
根据本发明，确定“多次放电”的位置，以创建金属丝磨损模型。所述“多次放电”包括所有放电的代表性部分，优选地是所有放电的至少50%。这意味着，方法不需要所有放电来创建重要的金属丝磨损模型，然而，模型的准确性是通过考虑放电的可能高的部分来改进的。
优选地，为每个金属丝电极直径和金属丝类型预定义金属丝磨损极限。例如，金属丝磨损极限是借助于参考最终直径来指示的。在这里，将从金属丝磨损模型得出的最终直径值与参考最终直径进行比较，以调整走丝速度。换言之，参考最终直径是设定值。例如，将0.2 mm铜丝的参考最终直径设置为0.17 mm，并且在制程内调整走丝速度，以达到0.17 mm的最终直径的目标，尽可能好地利用金属丝电极。
参考最终直径（或其他类型的金属丝磨损极限）是借助于实验确定的或是基于电极材料规格计算出来的。商用金属丝电极的抗拉强度由制造商指示，并且范围在基于铜的金属丝的400N/mm2到1000 N/mm2之间。因此，例如，考虑到足够的安全裕度，可以基于屈服强度（弹性极限Re；Rp0.2）或基于抗拉强度Rm计算参考最终直径。考虑到基材、层结构、涂层、扩散等，可能设置金属丝磨损极限；此外，金属丝磨损极限取决于设定的金属丝张力和金属丝温度。
可能使用校正因子在一定程度上调整金属丝磨损极限；例如，参考最终直径可能会随着当前加工的高临界性、成本和/或紧迫性而增加，或如果当前加工不是特别具有挑战性，则它可能会降低以进一步减少金属丝消耗。
基于每次放电沿金属丝和工件的啮合线的位置，实时计算金属丝磨损模型，其中，所述位置是实时得出的，例如使用部分放电方法。在这种方法中，基于通过上电流馈电路径和下电流馈电路径流到金属丝电极1的局部放电电流I20和I30，确定每次放电沿金属丝和工件的啮合线的位置。
如图1所示，测量局部放电电流I20和I30，例如使用环形电流互感器29、39，这些环形电流互感器具有穿过环形线圈29的上载流电缆26和穿过环形线圈39的下载流电缆36。单独测量流过上电流馈电线和下电流馈电线的局部电流I20、I30，然后通过差动电流放大器进行比较。在均匀的金属丝电阻的假设下，局部放电电流I20和I30与在放电位置上方和下方的对应金属丝部分的长度的局部电阻成反比，换言之，与放电离对应电流馈电线的距离成正比。
在现有技术中（例如在EP3446820A1的段落[0030]中）描述局部放电电流方法和计算放电位置的方法。本文在段落[0016]中进一步描述了一种可行的方式来记录放电的位置，即用多个离散的竖直部分S表示金属丝电极，将每次放电都分配给与放电位置对应的竖直部分以及对发生在每个竖直部分中的放电进行合计。图2示出了将工件高度HWP分成多个NS不同的竖直部分S，从工件的下边缘（Z=0）开始以及将放电分配给对应的竖直部分的规定。将每次放电分配给金属丝的对应的确定竖直部分Sj，并且将对应的竖直部分Sj的放电计数器加1。从上头部20到下头部30，走丝方向通常是竖直的。当金属丝已经行进通过竖直部分时，通过将计数的放电次数从这个竖直部分转移到相邻的竖直部分来考虑走丝速度。例如，一旦金属丝电极已经行进了与部分的长度对应的距离，便将发生在最上面的竖直部分50的放电转移到相邻的竖直部分49。以这种方式，将每次放电分配给行进金属丝的正确位置。
通过将所述放电位置与在金属丝处由每次放电激发的凹坑结合来计算金属丝磨损模型。换言之，通过每次放电去除的材料的数量位于沿金属丝的发生放电的位置。在下面进一步描述了确定在金属丝处由每次放电激发的凹坑的大小的某些优选方法。
在优选实施例中，通过考虑不同的脉冲能量，并且更精确地，通过根据它们对应的能量确定在金属丝处由单独放电激发的凹坑的大小，来改进金属丝磨损模型。WEDM工艺通常是使用具有至少两种不同的脉冲能量的放电脉冲来进行的。这意味着，在相同的切割过程中使用具有不同能量的放电脉冲，其中，第一种类型的脉冲被称为正常能量脉冲（有时被称为“正常脉冲”），并且第二种类型的脉冲被称为减小能量脉冲（有时被称为“短脉冲”）。在这里，实时监测电极间的情况，即间隙导电率，并且根据当前间隙情况选择性地释放放电脉冲，意味着只考虑基本的间隙状态：正常的能量脉冲、减少的能量脉冲或根本没有放电脉冲。通常，正常的能量脉冲具有全电流振幅和放电脉冲持续时间，而减小能量脉冲具有减小电流振幅和放电脉冲持续时间。“全电流振幅”通常是特定加工技术的正常电流值，如技术数据库中所存储的。随着能量脉冲的减少，电流振幅相对于所述正常电流值减少。
根据本实施例，用于控制WEDM工艺（在该工艺中，在制程内调整走丝速度）的方法包括：持续监测间隙情况，以及通过使用至少两种不同的脉冲能量（包括正常的能量脉冲和减小能量脉冲）将脉冲能量调整为当前间隙情况来进行工艺，以及考虑到每次放电的脉冲能量，确定在金属丝处由每次放电激发的凹坑的大小。
在简单的分类方案中，基于间隙状态释放有助于有效材料去除和金属丝磨损的脉冲。在优选实施例中，只考虑两种不同的脉冲能量，即正常放电和短放电。在开放间隙情况下，通常不会释放放电脉冲。
以这种方式，考虑实际工艺情况（正常放电和短放电的比率）和它们对金属丝磨损的影响，并且金属丝磨损模型更准确，使得对走丝速度的调整得到改进。分类可能识别更多间隙状态，并且选择性地释放具有预定脉冲能量的专用放电脉冲。
在第一所描述的实施例中，创建实时金属丝磨损模型，该实时金属丝磨损模型包括每次放电沿金属丝和工件的啮合线的位置。以这种方式，金属丝磨损模型反映火花的实际分布，这种分布通常是混乱的，并且包括局部放电集群，包括相同位置的连续放电。此外，它提供了实时磨损的全貌，包括主金属丝部分的中间位置处的金属丝磨损。然而，整体金属丝磨损通常相当恒定。因此，假设放电的主要均匀分布，可以停止测量每次放电沿金属丝和工件的啮合线的位置。
因此，在本发明的优选实施例中，在制程内调整走丝速度，其特征在于，方法包括：
- 确定放电次数（在给定时间内）和放电脉冲能量，
- 基于以下项创建金属丝磨损模型
○放电次数和放电类型，而放电类型的特征在于对应的放电脉冲能量，
○在金属丝处由对应类型的放电激发的凹坑的大小，
○当前走丝速度，以及
- 连续将金属丝磨损模型与一个或多个金属丝磨损极限进行比较，以及
- 根据实际金属丝磨损模型和一个或多个金属丝磨损极限的比较调整走丝速度。
利用这个实施例，简化了金属丝磨损模型。金属丝磨损模型根据时间表示金属丝磨损。金属丝的磨损是基于工艺参数获得的，并且包括对放电脉冲能量的区别，使得整体金属丝磨损被正确识别。走丝速度被相应控制。在放电位置检测不可用或由于某种原因不适用的情况下，例如，在借助于局部电流方法放电位置没有被安全地检测到的情况下，这种方法被有利地使用。
凹坑的大小由制造商根据多个加工参数设置分析地（使用公式）或以数值的方式或实验性地或结合理论和实验确定。为免生疑问，在本申请中，凹坑的大小大体上与通过一次放电从金属丝去除的材料的数量对应。
在本发明的实施例中，在金属丝电极1处通过放电激发的凹坑的大小是基于金属丝类型、工件材料和基于工艺参数分析地或以数值的方式确定的，所述工艺参数包括以下项中的一个或多个，
- 脉冲能量We，
- 走丝速度Vw，
- 加工流体冲洗压力pf，
- 开放间隙电压Uo，
- 加工流体的导电率。
金属丝磨损模型考虑了金属丝不断更新，其中，作为边界条件，未使用的金属丝进入切割切口4。优选地，在表示金属丝和工件的啮合线的阵列中，通过转移在每次放电中合计的放电次数对金属丝电极行进速度Vw进行建模。以这种方式，金属丝磨损模型用沿金属丝电极和工件的啮合线的真实凹坑分布，即金属丝电极位于工件的顶表面和低表面之间的部分，反映了在每一个瞬间金属丝的真实磨损状况和由于在金属丝处通过放电产生的磨损而产生的金属丝的几何形状。
如前所述，可能分析地或以数值的方式确定凹坑的大小。凹坑的大小取决于各种参数，包括脉冲能量We。脉冲能量We与放电脉冲电流振幅ie、放电电压ue和放电脉冲持续时间te如下成正比：We=ue ie te。可以通过回归分析建立相关工艺参数和金属丝磨损之间的关系，以确定金属丝磨损的方程。
然而，分析或数值方法无法充分考虑间隙的实际情况、火花顺序的应用、部分重叠的凹坑等，使得在给定的加工条件下，可能需要识别或确认通过单次放电在金属丝上生成的凹坑的平均体积。
在根据本发明的用于控制WEDM工艺的优选方法中，在金属丝处通过放电激发的凹坑的大小以前是针对不同的加工参数设置和针对不同的金属丝类型，利用在温度的加工条件下进行的加工测试根据经验确定的。
确定金属丝磨损的经验实验室测试是在各种加工参数设置下执行的，优选地根据金属丝类型（材料、涂层）、金属丝直径、工件材料、工件高度、放电脉冲能量、放电脉冲频率P、伺服电压、走丝速度Vw。测量总金属丝磨损，并且然后为每个测试加工设置计算通过每次放电在金属丝去除的材料。可能推断出中间加工条件的值。
确定在金属丝处由放电激发的凹坑（分别是金属丝磨损）的大小的经验方法包括在预定和稳定加工条件（包括实现稳定加工的理想冲刷条件）下执行初步的实验室加工测试（实验），并且然后测量金属丝的磨损。理想冲刷条件包括冲刷喷嘴位于工件的（平整）表面附近。因此，通过对多个预定参数设置的所使用的金属丝进行物理测量来识别金属丝磨损。
识别由于金属丝处的放电而产生的磨损的经验方法包括确定重量损失，作为合适长度的新金属丝部分和相同长度的所使用的金属丝部分的重量差。表示凹坑总数的体积损失很容易从重量损失得出。然后，通过将总体积损失除以放电次数来计算凹坑的大小。通过将重量损失除以金属丝的初始重量来获得金属丝磨损比率。在上面引用的太阳报中公开了这种方法。
替代经验方法由对金属丝电极的剩余厚度的测量组成。通常，通过停止工艺和采取一段所使用的金属丝，离线进行这种测量。在所使用的金属丝的部分处测量金属丝磨损，该部分已经行进通过下金属丝引导头部，但是优选地不是进一步通过夹紧辊或走丝电路的其他元件变形的。确定金属丝磨损的简单方式包括测量磨损金属丝的最薄剩余厚度，例如，使用千分尺200，如图4所示。这是近似值，然而它是足够的和不重要的，因为在这种方法中，稍微高估了金属丝磨损。剩余金属丝厚度测量优选地在沿所使用的的金属丝段的多个纵向位置重复，并且被平均。
通过使用光学3D测量系统（例如Alicona的InfiniteFocus）来测量所使用的金属丝的部分，可能实现对金属丝磨损的进一步离线测量。这种测量更精确，并且提供进一步的信息，包括可以被利用来更好地表征金属丝磨损的形貌。
为了方便这些实验室加工测试，可能使用集成在走丝电路中的金属丝直径传感器确定所使用的金属丝的剩余金属丝大小。例如，考虑到图3，光学金属丝直径传感器102可能安装在下金属丝引导头部30和夹紧辊91、92之间。以这种方式，快速而精确地确定磨损金属丝的剩余横截面，其优点是不需要中断工艺来获得一段所使用的的金属丝。顺便提一下，金属丝磨损传感器代表确定金属丝磨损的替代解决方案，其优点是可以测量任何金属丝，而不需要额外的努力。然而，金属丝磨损传感器以及相关电路系统代表附加成本。采集会有一定的延迟（不是实时的），因为传感器必须安装在走丝电路的下游。此外，这种金属丝磨损传感器会暴露在加工颗粒中，并且因此可能很容易发生故障。因此，在商用产品中，最好嵌入不需要任何专用传感器的方法。
在本发明的实施例中，基于加工参数（包括脉冲能量）和基于金属丝电极材料和工件材料，借助于机器学习算法确定在金属丝处由放电激发的凹坑的大小。
在这里，使用机器学习算法来分析加工工艺数据，以不断改进控制金属丝放卷速度的方法或放大所述方法的应用领域。可能自动收集相关的加工工艺，例如从在工业中部署的机群。
如前所述，WEDM工艺通常是使用具有至少两种不同的脉冲能量（包括正常放电脉冲和减小能量脉冲）的放电脉冲来进行的。正常的放电脉冲和减小能量脉冲的示例性比率是50%/50%，并且减小能量脉冲的脉冲能量通常略低于正常的能量脉冲，例如50%。此外，凹坑的大小通常与放电能量成正比。因此，正常的能量脉冲和减小能量脉冲以及对应的脉冲能量的出现对金属丝磨损的正确确定是非常重要的。
在优选实施例中，使用两种不同的放电脉冲能量（包括正常的能量放电和减少的能量放电）来进行WEDM工艺，并且以前是通过在稳定的加工条件下进行多次加工测试来确定在金属丝处由放电产生的凹坑的大小，其中，每次加工测试都包括至少两种不同的加工参数设置，以实现正常能量放电次数和减小能量放电次数之间的不同比例，并且在每次加工测试中，对正常能量放电次数和减小放电脉冲数进行计数，并且在每次加工测试之后测量金属丝磨损，并且通过比较在多次加工测试中实现的正常能量放电次数和减小能量放电次数以及金属丝磨损来确定由正常能量放电生成的凹坑的大小和由减小能量放电生成的凹坑的大小。
首先，针对不同的材料、加工高度、加工脉冲能量等，使用合适的加工参数设置进行加工测试。然后，使用不同的加工参数设置来重复每次测试，以在正常放电脉冲和正常放电脉冲之间产生不同的比例，星期因此实现不同的金属丝磨损。例如，这是通过重复测试不同的脉冲暂停或脉冲频率来实现的。
这个实施例包括对每次加工测试中的正常能量脉冲的总数和减小能量脉冲的总数进行计数，以及确定正常能量脉冲和减小能量脉冲的比率。例如，使用上述方法中的一种来测量金属丝磨损（测量剩余直径或称重）。切割切口的出口处的总金属丝磨损是由金属丝沿工件行进过程中产生的正常能量脉冲和减小能量脉冲的和引起的。通过结合加工测试结果，知道以正常能量脉冲和减小能量脉冲的不同比率在多次测试中产生的金属丝磨损，可能得出去除的材料的平均数量或平均由每种放电脉冲类型生成的凹坑的大小。可归因于正常能量脉冲的凹坑的大小和由减小能量脉冲产生的凹坑的大小针对多个加工参数设置被存储在数据库中。
在相应的加工参数设置情况下由每种放电类型生成的凹坑的大小与加工参数设置相关联地存储在技术参数数据库中。在操作中，实时区分去除有效放电（短/正常）的类型，使得考虑到正常能量放电和减小能量放电的电流发生，可以实时精确地计算金属丝磨损。
与纯分析方法相比，根据本发明的方法以被加工颗粒污染的切口中的多次放电顺序为在金属丝处通过每次放电去除的材料的数量提供可靠值，这反映了真实加工。通过与前面说明的放电位置检测相结合，进一步增强了金属丝磨损模型。
在进一步的实施例中，从实时金属丝磨损模型得出当前啮合的金属丝部分的金属丝电极横截面积（在垂直于金属丝轴向的方向上）。这可能包括持续确定当前啮合的金属丝部分的最小且最弱的金属丝电极横截面积以及其沿金属丝和工件的啮合线的位置。进一步地，可能确定沿金属丝和工件的啮合线的一个或多个预定义位置处的横截面积，例如在金属丝电极从工件的下表面的出口处或在半工件高度处。
图5至图7示出了不同的图表，这些图表基于金属丝磨损模型图示了金属丝磨损。图5是根据腐蚀开始时的Z位置和时间图示了金属丝半径。金属丝直径为0.2 mm，并且工件高度为20 mm。
图6是图示了金属丝半径轮廓的图表，即根据Z位置的金属丝电极的半径。
图7是图示了最终金属丝直径的图表，即工件出口处金属丝的直径。在这里，不根据金属丝磨损调整走丝速度，使得由于工艺条件的改变，最终金属丝直径有相当大的变化。
根据本发明的方面，基于以下项创建金属丝的实时温度模型
- 由每次所述放电沿金属丝1和工件2之间的啮合线的确定位置处的多次放电激发的加热，以及
- 每次所述放电沿金属丝和工件的啮合线的位置与上电流反馈线21之间的金属丝的电阻加热，和每次所述放电沿金属丝和工件的啮合线的位置与下电流反馈线31之间的金属丝的电阻加热，以及
- 与加工流体的对流热交换，以及
- 在走丝速度下进行的金属丝更换，
然而，考虑到实际金属丝磨损模型，确定实时金属丝温度模型。
因此，考虑到基本热流和金属丝持续更换的事实，创建金属丝的实时温度模型。利用放电位置检测来识别在金属丝处通过每次放电激活的局部热输入的位置。位置检测还用于通过对应的上电流馈电支路和下电流馈电支路中的电阻加热计算热输入。大部分热量被转移到加工流体。热量通过与加工流体的强制对流换热从金属丝逸出，该加工流体从上面和从下面注入切割切口4和/或发生WEDM工艺的槽中。辐射热量可以忽略不计。如前所述，所使用的的金属丝的形状的特征是横截面沿金属丝和工件的啮合线逐渐减小。上电流馈电线21和下电流馈电线31之间的行进金属丝的相关截面的形状是从金属丝磨损模型知道的，并且在工件之前和之后形成恒定的横截面的边界条件。利用所述模型，可能适当地考虑由于减小的横截面而导致的金属丝的不均匀电阻率，并且因此增加加热。以这种方式，大大提高了金属丝的实时温度模型的准确性。
在这里，再次适当地考虑每个放电脉冲的能量以及由于每个放电脉冲而导致的热输入，特别是区分正常能量放电和减小能量放电。以这种方式，改进了热模型。
考虑到金属丝磨损、热输入和热分散，金属丝温度模型提供了关于金属丝的位置依赖温度的实时信息。因此，根据进一步的方面，基于从实时金属丝温度模型得出的金属丝的温度与一个或多个温度阈值的比较，在制程内调整走丝速度。以这种方式，针对上电流馈电线21和下电流馈电线31之间的每个位置，实时检测临界金属丝温度。在一些实施例中，阈值取决于位置，例如利用喷嘴所提供的冲洗不太有效的中心区中的下限或在啮合线的下部中，其中，金属丝磨损更加明显。
根据本发明，考虑到金属丝磨损模型和温度模型，在操作中，调整走丝速度，同时进行切割。然而，金属丝速度无法立即改变，因为金属丝速度的快速改变会对金属电极的稳定性产生负面影响，对工艺的稳定性产生负面影响并且最终对加工准确性产生负面影响。因此，对走丝速度的每次调整都顺利进行。因此，根据进一步的方面，基于实际金属丝磨损模型与金属丝磨损极限的比较和/或基于实际金属丝温度模型和所述一个或多个温度阈值的比较，同时或提前调整除了走丝速度之外的至少另一个工艺参数。
根据与所述一个或多个温度阈值和/或金属丝磨损极限的比较实时调整的至少一个其他工艺参数包括电工艺参数和/或非电（机械）工艺参数。电工艺参数可以有利地实时调整，以在工艺条件突变的情况下快速反应，然而，优选地将非电工艺参数从实际值顺利地调整到期望值，并且避免任何不稳定。可能被调整的电工艺参数包括：脉冲暂停、脉冲频率、脉冲能量。
图8是图示了发明WEDM工艺的流程图，其中，基于金属丝磨损在制程内调整走丝速度，其中，另一个参数被同时调整。加工工艺是在选定的加工参数设置下执行的，设置包括合适的电流I、脉冲时间te（放电脉冲持续时间）、开路电压Uo和走丝速度。在加工工艺的过程中，测量局部电流，并且实施得出放电位置。基于存储在控制单元的数据库中的预定参考值，确定实际放电脉冲的能量，并且确定实际放电的凹坑的大小。实时生成和更新金属丝磨损模型。将实际金属丝磨损与金属丝磨损极限进行比较，并且基于比较调整走丝速度。同时，调整一个或多个其他参数以及加工偏移量和金属丝磨损补偿。
因此，本发明的优选实施例的特征在于，基于实际金属丝磨损模型和/或实际金属丝温度模型，在制程内调整至少一个其他工艺参数连同走丝速度，然而，要在制程内调整的至少一个其他工艺参数包括：
a. 电工艺参数，包括
i. 脉冲频率fp
ii. 脉冲暂停时间to
iii. 脉冲时间ti
iv. （峰值）放电电流I
v. 开放间隙电压Uo，
vi. 伺服馈送率
b. 和/或非电工艺参数，包括
i. 金属丝张力
ii. 冲刷类型
iii. 冲刷压力。
对放电位置的监测可能包括确定在行进金属丝电极的某个位置发生持续放电。将持续放电次数与最大持续放电次数进行比较。在一个实施例中，这种比较用作早期指标，并且被包括以做出关于走丝速度调整和/或对至少一个其他工艺参数的调整的决定。
根据本发明，在制程内控制走丝速度。通常，如果实际金属丝磨损模型超过第一金属丝磨损极限，则走丝速度增加，并且如果实际金属丝磨损模型低于第一金属丝磨损极限或低于第二金属丝磨损极限，则走丝速度减小。使走丝速度变化平稳。优选地，由走丝速度控制回路施加的金属丝加速度是预先确定的和恒定的，以避免工艺不稳定。
优选地，走丝速度由建模金属丝磨损的第一PID控制器所确定的增量值调整。通过施加合适的恒定加速度和加加速度，使目标走丝速度和测量到的走丝速度之间的差最小化，新计算出的目标走丝速度值输入走丝速度的第二PID控制器，该控制器控制走丝速度。
在某些实施例中，加工开始时使用的初始走丝速度是恒定的走丝速度，该恒定的走丝速度是根据实际工况从技术数据库中选择的。在某些实施例中，以恒定的走丝速度制造入口切割和/或出口切割。在某些实施例中，通过使用加工路径的这个部分来确定合适的走丝速度，在入口切割处调整走丝速度。在某些实施例中，然后保持走丝速度基本恒定，特别是在没有台阶的直线轮廓部分中。
金属丝轴线和工件表面之间的加工偏移量对应于金属丝半径加横向间隙宽度。在制程内调整走丝速度和/或一个或多个参数可能影响所述加工偏移量。为了避免或至少限制几何错误的发生、切割表面处的条纹和间断，走丝速度的增加或减小可能同时调整伺服馈送率和开放间隙电压中的至少一个，以保持当前加工偏移量。可替代地，变化的走丝速度可能同时调整加工偏移量，其中，基于走丝速度，相对于切割方向横向调整上金属丝引导装置和下金属丝引导装置的位置。
因此，在本发明的实施例中，用于控制WEDM工艺的方法的特征在于，基于走丝速度的变化，同时调整电极金属丝和工件表面之间的偏移量。
同样，由于工件底部的金属丝的变化的横截面，加工工艺过程中的金属丝磨损的变化可能影响切割表面的垂直性。例如，金属丝磨损补偿是从DE9218090U知道的。利用这种金属丝磨损补偿，金属丝电极在垂直于切割方向的方向上稍微横向倾斜，以补偿金属丝磨损。这是通过上金属丝引导装置和下金属丝引导装置的横向位移来实现的。因此，在本发明的实施例中，基于金属丝磨损的变化，在制程内调整金属丝磨损补偿。
基于金属丝磨损模型确定被执行以避免几何错误的金属丝磨损变化和对策。在一些实施例中，没有被上述措施消除的剩余几何错误可以通过连续裁切来补偿，其中，首先，优选地通过伺服控制馈送和/或横向伺服控制之下进行一次或多次裁切，以根据沿加工路径发现的材料的数量修正速度和/或轨迹。
如前所述，参考权利要求2的主题，根据测量到的局部放电电流I20和I30计算放电位置。其他方法是可能的，但是与局部放电电流方法相比不太可靠。假设上电流馈电线和下电流馈电线之间的金属丝电极的均匀电阻/阻抗，计算放电位置。在现实中，这是既不考虑走丝方向上的逐渐金属丝磨损，也不考虑对金属丝温度的影响的近似值。导体的电阻不仅与其长度成正比，而且与其横截面和温度成正比。图4是上电流馈电线21和下电流馈电线31之间的金属丝的部分的金属丝磨损的简化表示。金属丝磨损确定金属丝的横截面的逐渐减小，特别是沿金属丝和工件的啮合线。但是，下工件表面和下电流馈电线之间的金属丝的部分也有减小的横截面，并且因此有增加的电阻。在电流馈电线21和31处测量用于确定放电位置的局部电流I20和I30。因此，通过考虑金属丝磨损模型和增加的电阻，更精确地确定放电位置。因此，考虑到最新确定或另一个最近的金属丝磨损模型，重新计算放电位置。
此外，金属丝电极的温度也受到金属丝的横截面的逐渐减小的影响，因为电阻加热取决于导体的横截面。相反，金属丝温度影响电阻，这决定了放电位置测量。因此，考虑到最新确定或另一个最近的金属丝温度模型和结果局部电阻，现在重新计算放电位置。
有利地，从金属丝磨损模型和/或金属丝温度模型得出校正局部电阻，并且考虑到局部电阻，计算放电位置。以这种方式，改进了放电位置检测的准确性。因此，在优选实施例中，从金属丝磨损模型和/或金属丝温度模型得出校正局部电阻，并且基于所述校正局部电阻，重新计算放电沿金属丝和工件的啮合线的位置。
有利地，使用校正局部电阻的简化模型来减少计算量。校正局部电阻的简化模型不一定实时更新。
知道真实几何金属丝磨损情况实现WEDM的各种改进和优化。具体地，根据本发明，基于金属丝电极的实时磨损和基于其磨损极限，调整走丝速度VW。调整走丝速度VW通常是为了减少金属丝消耗。
此外，考虑到金属丝磨损模型和/或金属丝温度模型，可以按照不同的方式设置金属丝张力。金属丝张力可以设置到更高的值，因为金属丝电极的情况是被不断监测的。以这种方式，改进了加工准确性。
对走丝速度的调整必须平稳，以避免不稳定的金属丝张力，因为它可能激发对工件的冲击和/或断丝 在一些实施例中，金属丝力传感器安装在走丝电路中，以执行金属丝拉紧力的实时测量和稳定化。金属丝力传感器提供实时反馈信号，通过该实时反馈信号，可以更准确地调整金属丝力。优选地，这种金属丝力传感器是压电传感器或应变计传感器。优选地，所述传感器（未示出）设置在走丝电路的部分中，位于上金属丝引导头部20和制动辊70之间。总之，借助于金属丝张力传感器测量金属丝拉紧力，并且在闭环中调整金属丝拉紧力。例如，这是通过调整电机M1处的电流来实现的。
根据本发明的方法，其中，在制程内调整走丝速度，走丝速度优选地用于主切（也称为粗切），但是方法也可能与第一裁切一起使用。有时以一定角度使用减少的加工电流策略，使得几何结构被更精确地加工。根据本发明，减小的加工电流通常会导致走丝速度减小。然而，无论是在正常加工能量的情况下，还是在以减少的加工能量切割角度的情况下，走丝速度都不会优选地以一定角度减小。因此，在一些实施例中，走丝速度优选地在拐角截面之前增加，并且在拐角截面之后减小。同样的规则也可能适用于其他关键过渡（诸如入口切割和出口切割）、到阶梯轮廓部分的过渡、到锥形轮廓部分的过渡等。
优选地，用户可以决定是否使用预定义的恒定走丝速度以常规方式执行加工，或是否以自适应走丝速度操作。WEDM的用户界面和控制单元被进一步调整，以提供关于完成当前加工所需的金属丝电极的长度和关于实际线轴上可用的剩余数量的信息。因此，控制单元可能显示警告消息或以其他方式警告用户（例如通过SMS通知）或自动改变走丝速度，以减少金属丝消耗和安全地完成当前加工。
附图标记列表
1 金属丝电极
2 工件
3 间隙、电极间的距离
4 切割切口
5 WEDM发电机
10 电火花线切割机床（WEDM）
12 工作台
13 工作槽
20、30 上头部和下头部
21、31 上电流馈电线和下电流馈电线
22、32 上金属丝引导装置和下金属丝引导装置
23、33 上冲刷喷嘴和下冲刷喷嘴
24、34 上冲刷流体管和下冲刷流体管
25、35 上电子冲刷压力计和下电子冲刷压力计
26、36 上电流电缆和下电流电缆
29、39 上环形电流互感器和下环形电流互感器
50 金属丝线轴
60 拖动辊
61、62 转动引导辊
70 制动辊
71 偏转辊
73、74 拉紧辊
80 调节辊
81 调节辊角编码器
90 下偏转辊
91、92 夹紧辊
100 金属丝收集槽
200 千分尺
M1 制动电机
M2 放卷电机
M3 拖动电机
I20、I30 局部放电电流
HWP 工件高度
VW 走丝速度
S 竖直部分
Di 放电脉冲
ZDi、ZLi 来自WP中心，分布来自WP底部的放电位置
ZFL、ZFU 从下电流馈电线到下WP表面和上WP表面的距离

Claims (15)

1.用于控制电火花线切割加工(WEDM)工艺的方法，其中，在制程内调整走丝速度，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a.确定多次放电沿金属丝和工件的啮合线的位置，
b.确定由所述多次放电在所述金属丝激发的凹坑的大小，
c.基于以下项创建实时金属丝磨损模型
i.所述多次放电沿所述金属丝和所述工件的所述啮合线的位置，以及
ii发生在沿金属丝和工件的所述啮合线的每个确定位置处的所述凹坑的大小，以及
iii.当前走丝速度，
d.连续将所述金属丝磨损模型与一个或多个金属丝磨损极限进行比较，以及
e.根据实际金属丝磨损模型和所述一个或多个金属丝磨损极限的比较调整所述走丝速度。
2.根据权利要求1所述的用于控制WEDM工艺的方法，其特征在于，基于通过上电流馈电路径和下电流馈电路径流到金属丝的局部放电电流(I20、I30)，确定每次放电沿金属丝和工件的啮合线的位置。
3.根据权利要求1或2所述的用于控制WEDM工艺的方法，其特征在于，持续监测间隙情况，以及通过使用包括正常能量脉冲和减小能量脉冲的至少两种不同的脉冲能量将所述脉冲能量调整为当前间隙情况来进行所述WEDM工艺，以及考虑到每次放电的所述脉冲能量，确定在所述金属丝处由每次放电激发的凹坑的大小。
4.用于控制电火花线切割加工(WEDM)工艺的方法，其中，在制程内调整走丝速度，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a.确定放电次数和放电脉冲能量，
b.基于以下项创建金属丝磨损模型
i.所述放电次数和放电类型，而所述放电类型的特征在于对应的放电脉冲能量，
ii在所述金属丝处由对应类型的放电激发的凹坑的大小
iii.当前走丝速度，以及
c.连续将金属丝磨损模型与一个或多个金属丝磨损极限进行比较，以及
d.根据实际金属丝磨损模型和一个或多个金属丝磨损极限的所述比较调整所述走丝速度。
5.根据权利要求1或2所述的用于控制WEDM工艺的方法，其特征在于，在所述金属丝处通过放电激发的凹坑的大小是基于所述金属丝类型、所述工件材料和基于工艺参数分析地或以数值的方式确定的，所述工艺参数包括以下项中的一个或多个，
a.脉冲能量We
b.走丝速度Vw，
c.加工流体冲洗压力pf，
d.开放间隙电压Uo，
e.加工流体的导电率。
6.根据权利要求1或2所述的用于控制WEDM工艺的方法，其特征在于，在金属丝处通过放电激发的凹坑的大小以前是针对不同的加工参数设置和针对不同的金属丝类型，用在稳定的加工情况下进行的加工测试根据经验确定的。
7.根据权利要求1或2所述的用于控制WEDM工艺的方法，其特征在于，基于包括脉冲能量的加工参数和基于金属丝电极材料和工件材料，借助于机器学习算法确定在金属丝处由放电激发的凹坑的大小。
8.根据权利要求1或2所述的用于控制WEDM工艺的方法，其特征在于，WEDM工艺是使用包括正常能量放电和减小能量放电的两种不同的放电脉冲能量来进行的，并且在金属丝处由放电脉冲产生的凹坑的大小以前是通过在稳定的加工情况下进行多次加工测试根据经验确定的，其中
a.每次加工测试都包括至少两种加工参数设置，以实现正常能量放电次数和减小能量放电次数之间的不同比例，以及
b.在每次加工测试中，都对正常能量放电次数和减小放电脉冲数进行计数，以及
c.在每次加工测试之后测量金属丝磨损，以及
d.通过比较在多次加工测试中实现的正常能量放电次数和减小能量放电次数以及金属丝磨损，确定由正常能量放电生成的凹坑的大小和由减小能量放电生成的凹坑的大小。
9.根据权利要求1或2所述的用于控制WEDM工艺的方法，其特征在于，基于以下项创建金属丝电极的实时温度模型，
a.由每次所述放电沿金属丝和工件之间的啮合线的确定位置处的多次放电激发的加热，以及
b.每次所述放电沿金属丝和工件的啮合线的位置与上电流反馈线之间的金属丝的电阻加热，和每次所述放电沿金属丝和工件的啮合线的位置与下电流反馈线之间的金属丝的电阻加热，以及
c.与加工流体的对流热交换，以及
d.在走丝速度下进行的金属丝更换，
然而，考虑到实际金属丝磨损模型，确定实时金属丝温度模型。
10.根据权利要求7所述的用于控制WEDM工艺的方法，其特征在于，基于从实时金属丝温度模型得出的金属丝的温度与一个或多个温度阈值的比较，在制程内调整走丝速度。
11.根据权利要求1或2所述的用于控制WEDM工艺的方法，其特征在于，基于实际金属丝磨损模型和/或实际金属丝温度模型，在制程内调整至少一个其他工艺参数，然而，要在制程内调整的至少一个其他工艺参数包括：
a.电工艺参数，包括
i.脉冲频率fp
ii脉冲暂停时间to
iii.脉冲时间ti
iv.放电电流I
v.开放间隙电压Uo
vi.伺服馈送率
b.和/或非电工艺参数，包括
i.金属丝张力
ii冲刷类型
iii.冲刷压力。
12.根据权利要求1或2所述的用于控制WEDM工艺的方法，其特征在于，基于走丝速度的变化，调整电极金属丝和工件表面之间的偏移量。
13.根据权利要求1或2所述的用于控制WEDM工艺的方法，其特征在于，基于金属丝磨损的变化调整金属丝磨损补偿。
14.根据权利要求1或2所述的用于控制WEDM工艺的方法，其特征在于，从金属丝磨损模型和/或金属丝温度模型得出校正局部电阻，并且基于所述校正局部电阻，计算放电沿金属丝和工件的所述啮合线的位置。
15.根据权利要求1或2所述的用于控制WEDM工艺的方法，其特征在于，借助于金属丝张力传感器测量金属丝拉紧力，并且在闭环中调整所述金属丝拉紧力。
CN202011433784.9A 2019-12-10 2020-12-10 电火花线切割加工方法和装置 Active CN112935437B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19214637.1 2019-12-10
EP19214637.1A EP3834977B1 (en) 2019-12-10 2019-12-10 Method for wire electrical discharge machining

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112935437A CN112935437A (zh) 2021-06-11
CN112935437B true CN112935437B (zh) 2023-10-27

Family

ID=68841026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011433784.9A Active CN112935437B (zh) 2019-12-10 2020-12-10 电火花线切割加工方法和装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11772176B2 (zh)
EP (1) EP3834977B1 (zh)
CN (1) CN112935437B (zh)
ES (1) ES2917604T3 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4194130A1 (fr) * 2021-12-10 2023-06-14 Thermocompact Procédé et dispositif pour usinage optimisé par éléctroérosion à fil
EP4201570A1 (en) 2021-12-23 2023-06-28 Agie Charmilles SA Method and device for electrical discharge machining
CN117464109B (zh) * 2023-12-27 2024-05-31 泰州市斯派特数控机床制造有限公司 一种具有调节功能的线切割加工机床

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57121418A (en) * 1981-01-08 1982-07-28 Mitsubishi Electric Corp Wire-cut spark erosion machine
JP2000141133A (ja) * 1998-11-12 2000-05-23 Hitachi Via Mechanics Ltd ワイヤ放電加工機
CN203371140U (zh) * 2013-04-19 2014-01-01 上海大量电子设备有限公司 一种智能控制高频脉冲电源
CN108723531A (zh) * 2018-07-06 2018-11-02 南京航空航天大学 电火花线切割脉间或脉宽pid控制恒电流概率脉冲电源
CN109365934A (zh) * 2018-12-05 2019-02-22 南京航空航天大学无锡研究院 一种电火花线切割的电机弹簧走丝机构
EP3446820A1 (en) * 2017-08-22 2019-02-27 Agie Charmilles SA Wire electrical discharge machining method

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54156295A (en) 1978-05-30 1979-12-10 Mitsubishi Electric Corp Wire-cut electric discharge machining device
US4320280A (en) * 1979-03-30 1982-03-16 Inoue-Japax Research Incorporated Traveling-wire EDM method
JPS5796727A (en) 1980-12-09 1982-06-16 Mitsubishi Electric Corp Wirecut electric discharge machining device
CH657554A5 (fr) 1984-07-17 1986-09-15 Charmilles Technologies Procede et dispositif pour surveiller les contraintes thermiques d'un fil-electrode sur une machine a electro-erosion.
JP2565683B2 (ja) 1986-06-06 1996-12-18 株式会社ソディック 放電加工装置
DE9218090U1 (de) 1992-01-15 1993-10-21 Agie Ag Ind Elektronik Draht-Elektroerosionsvorrichtung
JPH10235521A (ja) 1997-02-27 1998-09-08 Fuji Xerox Co Ltd 放電加工装置および放電加工方法
JP2003053628A (ja) 2001-08-20 2003-02-26 Brother Ind Ltd ワイヤ放電加工機、プログラム
JP2004142027A (ja) * 2002-10-24 2004-05-20 Fanuc Ltd ワイヤ放電加工機
ES2660512T3 (es) 2013-08-29 2018-03-22 Agie Charmilles Sa Máquina de electroerosión por hilo
JP6490118B2 (ja) * 2017-01-26 2019-03-27 ファナック株式会社 数値制御装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57121418A (en) * 1981-01-08 1982-07-28 Mitsubishi Electric Corp Wire-cut spark erosion machine
JP2000141133A (ja) * 1998-11-12 2000-05-23 Hitachi Via Mechanics Ltd ワイヤ放電加工機
CN203371140U (zh) * 2013-04-19 2014-01-01 上海大量电子设备有限公司 一种智能控制高频脉冲电源
EP3446820A1 (en) * 2017-08-22 2019-02-27 Agie Charmilles SA Wire electrical discharge machining method
CN109420809A (zh) * 2017-08-22 2019-03-05 阿杰·查米莱斯股份有限公司 电火花线切割加工方法
CN108723531A (zh) * 2018-07-06 2018-11-02 南京航空航天大学 电火花线切割脉间或脉宽pid控制恒电流概率脉冲电源
CN109365934A (zh) * 2018-12-05 2019-02-22 南京航空航天大学无锡研究院 一种电火花线切割的电机弹簧走丝机构

Also Published As

Publication number Publication date
US20210170513A1 (en) 2021-06-10
EP3834977A1 (en) 2021-06-16
CN112935437A (zh) 2021-06-11
ES2917604T3 (es) 2022-07-11
US11772176B2 (en) 2023-10-03
EP3834977B1 (en) 2022-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112935437B (zh) 电火花线切割加工方法和装置
TWI759529B (zh) 線放電加工方法
Puri et al. An analysis and optimisation of the geometrical inaccuracy due to wire lag phenomenon in WEDM
US5808263A (en) Method and apparatus for electroerosive machining
EP2272613B1 (en) Wire-cut electric discharge machine with function to suppress local production of streaks during finish machining
CN105728872B (zh) 具有张力监视功能的线放电加工机
EP2607005B1 (en) Wire electric discharge machining apparatus having function of automatically selecting automatic wire connecting parameter
WO2012053568A1 (ja) ワイヤ放電加工装置
Kumar et al. Parametric effect on wire breakage frequency and surface topography in WEDM of pure titanium
JP2001525259A (ja) ワークピースの放電加工方法及び放電加工装置
EP3560647B1 (en) Wire electrical discharge machine and wire electrical discharge machining method
CN105269096A (zh) 在自动接线时调整加工液的液面位置的线放电加工装置
EP1319459B1 (en) Wire electric-discharge machining apparatus
JP5190973B1 (ja) ワイヤカット放電加工方法およびワイヤカット放電加工装置
JP2010240761A (ja) ワイヤカット放電加工方法
GB2462419A (en) Method and apparatus for improving roll texturing using electrical discharge machining
EP4389334A1 (en) Method and device for wire electrical discharge machining
US5824986A (en) Method and apparatus for wire erosion
CN115515743B (zh) 用于在机器人支持焊接方法期间确定接触管磨损的方法
TWI433744B (zh) 線切割放電加工裝置
Ruidas et al. WIRE TOOL VIBRATION IN WIRE CUT ELECTRIC DISCHARGE MACHINING (WEDM)
Firouzabadi et al. Effects of Roughing Parameters in WEDM on Groove Width and Gap

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant