CN113478034B - 一种线切割加工方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种线切割机床和线切割加工方法,线切割机床包括机床主体以及安装至所述机床主体的探测模块和控制模块;所述机床主体和所述探测模块均与所述控制模块电连接,所述探测模块设置为在所述控制模块的控制下测量待加工工件的实际形状,所述控制模块设置成根据所述探测模块的测量数据控制所述机床主体对待加工工件进行切割加工。
Description
技术领域
本申请涉及但不限于机床加工技术,特别是一种线切割加工方法。
背景技术
线切割机床,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,例如:钼丝、铜丝等)作电极,对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。
在实际生产加工中,使用线切割机床批量切割加工刀具时,得到的刀具成品精度较低,成品质量不稳定。而国外高精度加工设备售价不菲,造成刀具制作成本居高不下。
发明内容
本申请实施例提供了一种线切割加工方法,能够较大幅度地提高线切割机床的加工精度。
本申请实施例提供了一种线切割加工方法,使用线切割机床,所述线切割机床包括机床主体以及安装至所述机床主体的探测模块和控制模块;所述机床主体和所述探测模块均与所述控制模块电连接,所述探测模块设置为在所述控制模块的控制下测量待加工工件的实际形状,所述控制模块设置成根据所述探测模块的测量数据控制所述机床主体对待加工工件进行切割加工;
线切割加工方法使用前述的线切割机床,包括如下步骤:
控制模块根据待加工工件的理论形状以及测量指令,得到测量点的信息;具体包括:获得理论形状的长度,根据理论形状的长度和测量指令,得出测量点的信息,所述待加工工件的理论形状包括曲线和直线;
控制模块控制探测模块在测量点处测量待加工工件的实际形状;
控制模块根据探测模块的测量数据,控制线切割机床的机床主体进行切
割加工。
其中,所述获得理论形状的长度,包括对理论形状中的曲线进行线性化处理,获得曲线的长度,对预设形状中的圆弧部分进行线性化处理时,具体步骤为:
圆弧对应的半径为R,精度误差要求小于Ac,线性化处理后的直线段的线性段长度L,根据勾股定理L/2=sqrt(R2-(R-Ac)2),然后计算出角度分割值α=2*arcsin(L/2R),利用α对该圆弧夹角进行分割处理,把圆弧转换成多个小直线段;
计算线性化后的测量轨迹周长L总,L总=∑Li(i=1~N,N为线性段的数量),Li=sqrt((Xi-Xi-1)2+(Yi-Yi-1)2);其中,Xi、Yi,Xi-1、Yi-1为线性段的端点坐标;
计算测量单元长度D=L总/M,M为测量点的数量;
用测量单元长度D对预设形状进行分割,逐个得到测量点;如果该段图元的长度大于测量单元长度,用测量单元长度沿该线段进行分割,得到分割点;如果该图元的长度小于测量单元长度,那么进行累计,当累计长度达到测量单元长度时计算新的分割点,以此类推直到分割完整个预设形状;
根据计算出的测量点产生测量程序进行测量,系统自动记录刀具的实际形状。
相比于一些技术,本申请具有以下有益效果:
本申请实施例提供的线切割机床,在对待加工工件进行切割前,探测模块对每个待加工工件进行精确测量,得出每个待加工工件的实际形状尺寸,避免了同一批待加工工件各自间存在尺寸误差,导致最终加工的成品存在较大误差的情况。通过设置探测模块,可在待加工工件预设形状(即理论形状)的基础上,进一步得到各待加工工件的精确尺寸,提高了加工后的成品的精度。
本申请实施例提供的线切割加工方法,在切割模块进行切割加工前,对待加工工件进行精确尺寸(形状)测量,以测量得到的精确尺寸(而非预设尺寸)为依据对待加工工件进行切割加工,大大提高了成品的精度,且整体提高了成品的质量,避免个别成品因初始尺寸误差较大导致加工后质量不符合标准。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案,并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为本申请实施例所述的线切割机床的结构示意图一;
图2为图1中A部结构的放大图;
图3为本申请实施例所述的线切割机床的结构示意图二;
图4为图3中B部结构的放大图;
图5为本申请实施例所述的对圆弧部分进行线性化处理的示意图;
图6为本申请实施例所述的线切割加工方法的流程示意图。
图示说明:
1-机床主体,2-第一旋转轴,3-Z轴,4-探测模块,5-待加工工件。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
金刚石刀具在制作过程中采用的焊接工艺会造成刀面微小变形,而且变形量在每个刀具、每个刀齿上都不同,很难控制。特别是长度大于50mm的金刚石刀具由于受到金刚石材料长度的限制要采取拼接,这种情况下的变形会更大。而对金刚石刀具(或其他工件)的后续加工,均是以刀具的标准尺寸(预设形状,或者说是理论形状)为依据进行切割,由于切割前的金刚石刀具本身就与标准尺寸存在误差,因此,加工后的成品刀具,也会存在较大的误差,甚至导致成品质量不合格。
本申请实施例提供了一种线切割机床,如图1至图4所示,线切割机床包括机床主体1以及安装至机床主体1的探测模块4和控制模块;机床主体1和探测模块4均与控制模块电连接,探测模块4设置为在控制模块的控制下测量待加工工件5的实际形状,控制模块设置成根据探测模块4的测量数据控制机床主体1对待加工工件5进行切割加工。
机床主体1还包括夹具模块和刀具模块;刀具模块设置成对待加工工件5进行切割加工;夹具模块包括基座和旋转机构,基座设置成可在水平面内移动,旋转机构安装在基座上,且旋转机构的旋转轴线为水平线,旋转机构设置成安装待加工工件5;刀具模块和夹具模块均与控制模块电连接。
待加工工件5(例如:金刚石刀具)通过夹具模块固定在机床主体1上,便于后续的测量及切割加工。切割装置用于对待加工工件5进行切割,切割装置主要用于切割部分是电极丝,例如:钼丝。探测模块4用于测量待加工工件5的实际形状(精准尺寸),并将该数据发送至控制模块,控制模块以该数据(而非预设尺寸)为依据调整待加工工件5或刀具模块的位置,以准确切割待加工工件5,提高成品的精度。在实际加工中,由于不再调整线切割丝的加工轨迹,因此,额外调整待加工工件5的位置,以消除待加工工件5由于自身形状尺寸存在误差而导致的成品误差。
本申请实施例提供的线切割机床,在对待加工工件5进行切割前,探测模块4对每个待加工工件5进行精确测量,得出每个待加工工件5的实际形状尺寸,避免了同一批待加工工件5各自间存在尺寸误差,导致最终加工的成品存在较大误差的情况。通过设置探测模块4,可在待加工工件5预设形状的基础上,进一步得到各待加工工件5的精确尺寸,提高了加工后的成品的精度。
在一示例性实施例中,控制模块包括探测位置获取和分配系统、数据采集及记录系统、以及CAM系统;探测位置获取和分配系统设置成基于待加工工件5的理论形状以及接收到的测量指令生成测量点的信息,测量指令包括测量点的数量;探测模块4设置成根据测量点的信息进行探测;数据采集及记录系统设置成采集并记录探测模块4的测量数据;CAM系统设置成基于测量数据产生控制机床主体1进行加工的程序。
探测位置获取和分配系统根据待加工工件5预设形状(例如:刀具CAD图纸)和测量指令自动获取探测点(测量点);探测模块4根据探测点对待加工工件5进行测量,得到待加工工件5的数据(实际形状);数据采集及记录系统将该数据记录并发送至CAM系统,CAM系统根据该数据及待加工工件5预设形状数据自动生成加工程序。
应当理解的是,测量指令可以是预设的指令,也可以是人工输入的指令。
在一示例性实施例中,探测模块4包括测量探针,测量探针设置为与待加工工件5的边缘接触,以测量待加工工件5的实际形状,如图4所示;或者,探测模块4包括测距装置,测距装置设置为检测与待加工工件5的边缘之间的距离,以测量待加工工件5的实际形状。
探测模块4可采用探针触点的方式测量待加工工件5的实际形状,也可以采用测距装置的方式(例如:电感知)测量待加工工件5的实际形状。
在一示例性实施例中,如图1和图3所示,机床主体1包括可在竖直方向移动的安装座(即Z轴3),探测模块4安装在安装座上。
在实际加工中,安装座即为Z轴3,探测模块4安装在Z轴3上;Z轴3带动探测模块4沿竖直方向移动,以测量待加工工件5的实际形状。
Z轴3带动探测模块4沿竖直方向运动,以测量得到待加工工件5的实际形状(精确尺寸)。应当理解的是,除上述“Z轴3带动探测模块4运动”的方式外,也可采用探测模块4不动,待加工工件5转动的方式,实现探测模块4对待加工工件5实际形状的测量。
夹具模块包括基座和旋转机构,基座设置成可在水平面内移动,旋转机构安装在基座上,且旋转机构的旋转轴线为水平线,旋转机构设置成安装待加工工件5。在前述探测模块4测量待加工工件5实际形状的两种方式中,基座均可带动待加工工件5在水平面上移动。
在实际生产中,基座可以包括第一直线轴(又称X轴)和第二直线轴(又称Y轴);第一直线轴和第二直线轴设置为调整待加工工件5在水平面上的位置;旋转机构可以包括第一旋转轴2(又称A轴),第一旋转轴2设置为转动待加工工件5;第一旋转轴2与第一直线轴平行;待加工工件5安装在第一旋转轴2末端。
待加工工件5安装在夹具模块上,夹具模块可带动待加工工件5在水平面上移动,以及绕第一旋转轴2轴线转动。在得出待加工工件5的实际形状后,可以通过上述第一直线轴、第二直线轴和第一旋转轴2,带动待加工工件5进行适应性位置调整,以消除切割过程中实际形状与预设形状不同而导致的误差。夹具模块具有联动插补功能。
本申请实施例还提供了一种线切割加工方法,如图6所示,线切割加工方法使用前述的线切割机床,包括如下步骤:控制模块根据待加工工件5的理论形状以及测量指令,得到测量点的信息;控制模块控制探测模块4在测量点处测量待加工工件5的实际形状;控制模块根据探测模块4的测量数据,控制线切割机床的机床主体1进行切割加工。
控制模块根据待加工工件5的预设形状以及测量指令,计算得出多个测量点,测量点的数量可以根据实际需要增减。探测模块4在每个测量点处进行测量,每个测量点处的测量数据结合得到待加工工件5的实际形状,在预设形状的基础上,得到精确的实际形状尺寸。控制模块根据测量得到的待加工工件5的实际形状,控制切割模块进行切割加工。
本申请实施例提供的线切割加工方法,通过在切割前对刀具进行精确尺寸测量,补偿刀具制作中因变形带来的误差,提高刀具的加工精度。
本申请实施例提供的线切割加工方法,在切割模块进行切割加工前,对待加工工件5进行精确尺寸测量,以测量得到的精确尺寸(而非预设尺寸)为依据对待加工工件5进行切割加工,大大提高了成品的精度,且整体提高了成品的质量,避免个别成品因初始尺寸误差较大导致加工后质量不符合标准。
在一示例性实施例中,控制模块根据待加工工件5的理论形状以及测量指令,得到测量点的信息,包括:获得理论形状的长度;根据理论形状的长度和测量指令,得出测量点的信息。
其中,测量指令包括测量点的数量,根据理论形状的长度和测量指令,得出测量点的信息,包括:根据理论形状的长度和测量点的数量,得出测量单元长度;根据测量单元长度得出测量点的位置信息。
根据测量单元长度得出测量点的位置信息:以测量单元的长度分割理论形状,进而得到理论形状上的测量点的信息。
将预设形状进行线性化处理,分割为多个线性段;确定测量点的数量;各个线性段长度相加得到切割周长;根据切割周长和测量点的数量得出测量单元长度;根据测量单元长度得出各个测量点的位置。
应当注意的是,测量点之间的间距可以设置为固定值,也可以根据实际需要任意设定。
在一示例性实施例中,待加工工件5的理论形状包括曲线,获得理论形状的长度,包括:对理论形状中的曲线进行线性化处理以方便计算,并获得曲线的长度。
待加工工件5的理论形状包括曲线(例如:圆弧)和直线,对于其中的曲线部分进行线性化处理,以得到的线性化后的线条长度作为该部分曲线的长度。
对预设形状中的圆弧部分进行线性化处理时,线性段长度为弓高小于等于x的部分圆弧所对应的弦长,x=1um(即下文中的Ac=1um)。
以图5为例进行说明。
①圆弧对应的半径为R,精度误差要求小于Ac,直线段L即为线性化处理后的线性段长度,根据勾股定理可求得L/2=sqrt(R*R-(R-Ac)*(R-Ac))。在实际生产中,一般数控系统中最小弓高为1um,即Ac=1,则L/2=sqrt(2*R-1),然后计算出角度分割值为α=2.0*arcsin(sqrt(2*R-1)/R),然后用α对该圆弧夹角进行直线段分割处理,把圆弧转换程多个小直线段。
②计算线性化后的测量轨迹周长,L总=∑Li(i=1~N,N为线性段的数量),Li=sqrt((Xi-Xi-1)*(Xi-Xi-1)+(Yi-Yi-1)*(Yi-Yi-1))。
③计算测量单元长度D=L/M(M为测量点的数量)。测量单元长度D也可根据实际需要进行更改。
④用测量单元长度D对预设形状进行分割,逐个得到测量点。如果该段图元的长度大于测量单元长度,用测量单元长度沿该线段进行分割,得到分割点;如果该图元的长度小于测量单元长度,那么进行累计,当累计长度达到测量单元长度时计算新的分割点。以此类推直到分割完整个预设形状。
⑤根据④计算出的测量点产生测量程序进行测量,系统自动记录刀具的测量数据(实际形状)。
以下,对“以得到的实际形状为依据对金刚石刀具进行切割加工”进行说明:
通过在线测量得到沿切割轨迹刀具的多个角度值(待加工工件5的部分切削面可能并非是竖直方向上的,而是与竖直方向有一定的夹角),角度为Ai,i=1~n,对于每个切割图元点Pi(xi,yi),i=1~n,采用和测量点相同的分割算法对实际形状进行分割,计算出对应的Ai,对于长度大于分割单元长度的图元直接用对应的Ai,对于长度小于分割单元长度的图元,其对应的角度ai=(Ai-Ai-1)*Li/D,其中Li为当前图元长度,D为分割单元长度,产生对应的加工程序G01XxiYyiAai,其中xi,yi,ai为切割点的坐标。
在一示例性实施例中,待加工工件5为金刚石刀具;控制模块控制探测模块4在测量点处测量待加工工件5的实际形状,包括:探测模块4测量金刚石刀具圆周面上的刀齿的实际形状;探测模块4测量完一个刀齿的实际形状后,金刚石刀具转动,探测模块4继续测量金刚石刀具圆周面上的下一个刀齿的实际形状。
探测模块4测量金刚石刀具圆周面上的刀齿的实际形状,包括:探测模块4保持不动,金刚石刀具转动,使探测模块4完成对该刀齿的测量;或者,金刚石刀具不转动,探测模块4在垂直方向上移动,以完成对该刀齿的测量。
本申请实施例提供的提高电火花线切割机床加工金刚石刀具精度的方法,对刀具进行在线测量,测出每个刀齿的变形量,通过系统补偿以消除刀具本身制作带来的误差,提高刀具的切割加工精度。本申请实施例提供的线切割加工方法容易实现,全程自动处理,降低了对人员的要求,使得金刚石刀具的加工精度得到了明显的提高。
在本申请中的描述中,需要说明的是,“上”、“下”、“一端”、“一侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请实施例的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“连接”、“装配”、“安装”应做广义理解,例如,术语“连接”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请描述的实施例是示例性的,而不是限制性的,并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是,在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合,并在具体实施方式中进行了讨论,但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外,任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用,或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。
本申请包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合,以形成由权利要求限定的独特的技术方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它技术方案的特征或元件组合,以形成另一个由权利要求限定的独特的技术方案。因此,应当理解,在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此,除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外,实施例不受其它限制。此外,可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。
Claims (7)
1.一种线切割加工方法,其特征在于,使用线切割机床,所述线切割机床包括机床主体以及安装至所述机床主体的探测模块和控制模块;所述机床主体和所述探测模块均与所述控制模块电连接,所述探测模块设置为在所述控制模块的控制下测量待加工工件的实际形状,所述控制模块设置成根据所述探测模块的测量数据控制所述机床主体对待加工工件进行切割加工;
所述线切割加工方法包括如下步骤:
所述控制模块根据待加工工件的理论形状以及测量指令,得到测量点的信息,具体包括:获得理论形状的长度,根据理论形状的长度和测量指令,得出测量点的信息,所述待加工工件的理论形状包括曲线和直线;
所述控制模块控制所述探测模块在测量点处测量待加工工件的实际形状;
所述控制模块根据所述探测模块的测量数据,控制所述线切割机床的机床主体进行切割加工;
其中,所述获得理论形状的长度,包括对理论形状中的曲线进行线性化处理,获得曲线的长度,对理论形状中的圆弧部分进行线性化处理时,具体步骤为:
圆弧对应的半径为R,精度误差要求小于Ac(一般数控系统中最小弓高为1um,Ac=1um),线性化处理后的直线段的线性段长度L,根据勾股定理L/2=sqrt(R2-(R-Ac)2),然后计算出角度分割值α=2 *arcsin(L/2R),利用α对该圆弧夹角进行分割处理,把圆弧转换成多个小直线段;
计算线性化后的测量轨迹周长L总,L总=∑Li(i=1~N,N为线性段的数量),Li=sqrt((Xi-Xi-1)2 +(Yi-Yi-1)2);
计算测量单元长度D=L总/M,M为测量点的数量;
用测量单元长度D对理论形状进行分割,逐个得到测量点;如果图元的长度大于测量单元长度,用测量单元长度沿线段进行分割,得到分割点;如果该图元的长度小于测量单元长度,那么进行累计,当累计长度达到测量单元长度时计算新的分割点,以此类推直到分割完整个理论形状;根据测量单元长度得出测量点的位置信息;
根据计算出的测量点产生测量程序进行测量,系统自动记录刀具的实际形状。
2.根据权利要求1所述的线切割加工方法,其特征在于,所述控制模块包括探测位置获取和分配系统、数据采集及记录系统、以及CAM系统;
所述探测位置获取和分配系统设置成基于待加工工件的理论形状以及接收到的测量指令生成测量点的信息,所述测量指令包括测量点的数量;
所述探测模块设置成根据所述测量点的信息进行探测;
所述数据采集及记录系统设置成采集并记录所述探测模块的测量数据;
所述CAM系统设置成基于所述测量数据产生控制所述机床主体进行加工程序。
3.根据权利要求1所述的线切割加工方法,其特征在于,所述探测模块包括测量探针,所述测量探针设置为与待加工工件的边缘接触,以测量待加工工件的实际形状;
或者,所述探测模块包括测距装置,所述测距装置设置为检测与待加工工件的边缘之间的距离,以测量待加工工件的实际形状。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的线切割加工方法,其特征在于,所述机床主体包括可在竖直方向移动的安装座,所述探测模块安装在所述安装座上。
5.根据权利要求4所述的线切割加工方法,其特征在于,所述机床主体还包括夹具模块和刀具模块;
所述刀具模块设置成对待加工工件进行切割加工;
所述夹具模块包括基座和旋转机构,所述基座设置成可在水平面内移动,所述旋转机构安装在所述基座上,且所述旋转机构的旋转轴线为水平线,所述旋转机构设置成安装待加工工件;
所述刀具模块和所述夹具模块均与所述控制模块电连接。
6.根据权利要求1所述的线切割加工方法,其特征在于,待加工工件为金刚石刀具;
所述控制模块控制探测模块在测量点处测量待加工工件的实际形状,包括:
探测模块测量金刚石刀具圆周面上的刀齿的实际形状;
探测模块测量完一个刀齿的实际形状后,金刚石刀具转动,探测模块继续测量金刚石刀具圆周面上的下一个刀齿的实际形状。
7.根据权利要求6所述的线切割加工方法,其特征在于,所述探测模块测量金刚石刀具圆周面上的刀齿的实际形状,包括:
探测模块保持不动,金刚石刀具转动,使探测模块完成对该刀齿的测量;或者,
金刚石刀具不转动,探测模块在垂直方向上移动,以完成对该刀齿的测量。
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