CN114101825B - 一种基于电火花成形机的多边形工件找中方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电火花成形机的多边形工件找中方法，所述电火花成形机预设软件控制系统，所述多边形工件找中方法包括以下步骤：S1、将工件摆放于工作台；S2、将工件进行位置校准后固定；S3、将电火花成形机上的电极替换为基准球，并控制其移动至工件范围内的上方，并记录基准球当前的坐标值A1(X1,Y1)；S4、再次记录基准球当前的坐标值A2(X2,Y2)；S5、设定夹角A及夹角B的数值；S6、找到两个交点P1及P2；S7、找到两个交点Q1及Q2；S8、计算得出线段P1_P2及Q1_Q2中垂线的交点坐标值。本方法，可对多边形数控刀片模具快速且精确找中，有效解决了在使用电火花成形机进行多边形模具加工时找中效率慢的问题，可以大大缩短工件的整体加工周期。

Description

一种基于电火花成形机的多边形工件找中方法

技术领域

本发明涉及电火花成形机床数控加工技术领域，具体涉及一种基于电火花成形机的多边形工件找中方法。

背景技术

数控刀片模具加工是数控刀具行业生产的关键环节，模具制造水平直接决定了刀片的质量，由于装备制造业对加工精度要求的不断提高，刀片模具的精度便成为高精度加工的关键。数控刀片模具一般为多边形结构，分为多边形外形件及多边形内孔件。这类模具对表面质量有很高的要求，且这类模具的表面有复杂花纹，更难达成高精度的加工要求。一般采用电火花成形机加工其表面，将其表面粗糙度(Ra)加工至0.3μm以下，一般需要4-5个电极才能加工，且部分模具对同心要求较高需要控制在3μm以内。

因使用电极数量较多，数控刀片模具的加工效率尤为重要，但找中心测量占据整个加工周期很大一部分，提升测量效率可大幅度缩减整个加工周期，从而提高效率。行业内主要有两种测量找中方法，但均有不足。

1.使用千分表进行模具外形的反复测量，将测量出的结果通过计算机进行计算，得出刀片模具的中心点坐标，通过向数控系统输入中心点坐标的数值进行移动，从而将电极对准模具中心。

2.通过进口电加工机床的外形测量功能进行模具测量，但因刀片模具种类的繁杂性，进口电加工机床无法提供针对性的测量功能，需结合使用多项测量功能进行模具中心的定位，操作过于繁琐且针对性不足，效率低下。

因此，如何对上述数控刀片模具进行快速而精确的找中，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

为解决上述问题，本申请公开了一种基于电火花成形机的多边形工件找中方法，可以对各类型的多边形数控刀片模具快速且精确找中，有效解决了在使用电火花成形机进行多边形模具加工时找中效率慢的问题，可以大大缩短工件的整体加工周期，并且为后续刀片模具行业的加工效率提升提供了新的思路。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种基于电火花成形机的多边形工件找中方法，所述电火花成形机预设软件控制系统，所述多边形工件找中方法包括以下步骤：

S1、将工件摆放于工作台；

S2、将工件进行位置校准后固定；

S3、将电火花成形机上的电极替换为基准球，并控制其移动至工件范围内的上方，并记录基准球当前的坐标值A1(X1，Y1)；

S4、在水平面内移动基准球位置或保持基准球不动，再次记录基准球当前的坐标值A2(X2，Y2)；

S5、根据工件的形状，设定第一方向线α与X轴或Y轴的夹角A的数值及第二方向线β与X轴或Y轴的夹角B的数值；

S6、控制基准球至A1点，并控制基准球分别沿所述第一方向线α的两个方向水平移动，再控制基准球向下移动，直至基准球碰触到工件的边缘，以此方式逐一找到所述第一方向线α与工件边缘的两个交点P1及P2，并记录两个交点的坐标值；

S7、控制基准球至A2点，并控制基准球分别沿所述第二方向线β的两个方向水平移动，再控制基准球向下移动，直至基准球碰触到工件的边缘，以此方式逐一找到所述第二方向线β与工件边缘的两个交点Q1及Q2，并记录两个交点的坐标值；

S8、计算得出线段P1_P2及Q1_Q2中垂线的交点坐标值，该坐标值即为所找多边形工件的内心坐标，控制电极定位至该点即可开始工件的加工。

在上述技术方案的基础上，本发明还包括以下进一步的优选方案。

进一步，所述软件控制系统中预先存储多种常用工件的类型，每种类型下预存有对应于该类型下的夹角A及夹角B的数值，步骤S5中，通过选择对应类型的工件进行夹角A及夹角B的设定。

进一步，所述第一方向线α通过如下方程式确定：

所述第二方向线β通过如下方程式确定：

进一步，步骤S6中，根据交点P1及P2的坐标值，通过所述软件控制系统计算出所述线段P1_P2的中点坐标值(j，k)；

所述线段P1_P2中垂线通过如下方程式确定：

步骤S7中，根据交点Q1及Q2的坐标值，通过所述软件控制系统计算出所述线段Q1_Q2的中点坐标值(m，n)；

所述线段Q1_Q2中垂线通过如下方程式确定：

进一步，步骤S8中，线段P1_P2及Q1_Q2中垂线的交点坐标值通过如下表达式求解得出：

进一步，步骤S5中，还包括设定基准球的初始水平移动距离及初始下移距离。

进一步，所述工件为多边形外形件；

所述初始水平移动距离为预估值，该值大于A1点沿第一方向线α到工件轮廓交点距离的最大值与基准球半径之和，同时，该值也大于A2点沿第二方向线β到工件轮廓交点距离的最大值与基准球半径之和；

所述初始下移距离也为预估值，该值大于基准球下表面与工件上表面间距与基准球半径之和。

进一步，所述工件为多边形内孔件；

所述初始水平移动距离为预估值，该值小于A1点沿第一方向线α到工件轮廓交点距离的最小值与基准球半径之差，同时，该值也小于A2点沿第二方向线β到工件轮廓交点距离的最小值与基准球半径之差；

所述初始下移距离也为预估值，该值小于基准球下表面与工件上表面间距。

进一步，步骤S2中，将工件进行位置校准包括以下步骤：

S2-1、选取工件基准边：

S2-2、将所述基准边工作台X轴做平行校准。

进一步，重复采用上述方法，取每次计算得出的线段P1_P2及Q1_Q2中垂线的交点坐标值的平均值作为最终坐标值。

采用本发明公开的工件找中方法的有益技术效果为：

1、本发明有效解决了电火花成形机在进行多边形模具加工时找中效率慢的问题，提升了加工效率与找中精度。

2、通过本发明公开的方法，可以为电火花成形机的控制系统提供软件设计思想，更进一步的提高工件的加工效率。

3、本发明公开的方法，具有很强的扩展性，可适用于多种多边形工件在加工中的找中问题。

附图说明

图1为一种多边形外形件的找中示意图；

图2为图1所示多边形外形件的平面示意图；

图3为一种多边形内孔件的找中示意图；

图4为图3所示多边形内孔件的平面示意图；

图5为各种典型多边形外形件的外形及典型夹角示意图；

图6为各种典型多边形内孔件的外形及典型夹角示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，需要说明的是，附图仅为为说明本发明所提供的示意图，而非真正的实物投影图；另外，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组合。所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

需要说明的是，对于多边形模具工件来说，包括多边形外形件和多边形内孔件，如图1、图2所示，为一种典型类型的多边形外形件，这种工件也可以看作是开放式工件，工件上表面为待加工平面，加工时用电极在该平面上刻蚀出所需形状；图3、图4所示为一种典型类型的多边形内孔件，这种工件为沉孔形工件，该沉孔的孔形为多边形造型，孔底面为待加工平面，加工时，通过电极沉入孔内，在孔底面的表面刻蚀出所需形状。多边形外形件和多边形内孔件最常见多边形均包括三角形、四边形、五边形、六边形形状，并且对于每种多边形均有其特殊性，一般为各边均相等。对于三角形工件来说，一般为正三角形，四边形工件为菱形，五边形工件为正五边形，六边形为正六边形或六个边均长度相等的轴对称六边形。

下面以一种六边形工件为例，详细说明本发明提出的找中方法。

一种基于电火花成形机的多边形工件找中方法，所述电火花成形机预设软件控制系统，通过该软件控制系统，可以控制电极自由移动。所述多边形工件找中方法包括以下步骤：

S1、将工件1摆放于工作台；

S2、将工件1进行位置校准后固定，对于校准方法，具体来说，可以包括：

S2-1、选取工件基准边：

S2-2、将所述基准边工作台X轴做平行校准。

如图2所示，选取GZ边所在的竖直面作为基准面，通过拉平校准的方式使其与X轴平行，之后将工件用吸盘固定即可。对于多边形内孔件或其它外形的工件，方法相同，均需先确定某一个边所在的面作为基准面，将其与X轴进行平行校准后固定。

对于步骤S2，是后面各步操作的基础，图形基准边与X轴平行度越高，图形外形精度越高，则测量精度越高。

S3、将电火花成形机上的电极替换为基准球2，并控制其移动至工件范围内的上方，并记录基准球当前的坐标值A1(X1，Y1)，本申请中所说的基准球当前的坐标值，指的是在当前水平面内的坐标系下的投影点所在的位置的坐标，另外，控制基准球移动可以有两种方式，一是基准球不动，移动工作台，使得基准球相对于工件而“移动”，二是工作台不动，移动基准球至工件上方；因为电火花成形机带有软件控制系统，其系统内部预先设置控制程序及所需算法，通过控制系统发出指令，可以控制电极或基准球移动至任何坐标位置，并且当电极或基准球移动到任何位置时，系统也可以准确获知当前所在的坐标值。A1点的位置为大致工件中心的上方即可，该点的坐标值可以通过软件系统的方式预先存储记录。

S4、在水平面内移动基准球位置或保持基准球不动，再次记录基准球当前的坐标值A2(X2，Y2)；与A1点类似，可以稍微移动基准球2的位置，改变A1的坐标值，也可以保持不动，此时A2的坐标值与A1的坐标值相同，因为两个坐标值是否相同，不影响后续的操作，所以为提升效率，可以记录两次坐标值，分别存储至A1点和A2点即可。

S5、根据工件的形状，设定第一方向线α与X轴或Y轴的夹角A的数值及第二方向线β与X轴或Y轴的夹角B的数值；实际应用中，可以将夹角A及夹角B均设置为两条方向线与X轴的夹角，便于统一计算，可以参考图1至图4的示例。

S6、控制基准球至A1点，并控制基准球分别沿所述第一方向线α的两个方向水平移动，再控制基准球向下移动，直至基准球碰触到工件的边缘，以此方式逐一找到所述第一方向线α与工件边缘的两个交点P1及P2，并记录两个交点的坐标值；

S7、控制基准球至A2点，并控制基准球分别沿所述第二方向线β的两个方向水平移动，再控制基准球向下移动，直至基准球碰触到工件的边缘，以此方式逐一找到所述第二方向线β与工件边缘的两个交点Q1及Q2，并记录两个交点的坐标值；

S8、计算得出线段P1_P2及Q1_Q2中垂线的交点坐标值。

在上述方法中，对于不同类型的多边形工件，夹角A、夹角B有不同设定值，但是设定规则相同，设定规则为：通过夹角A确定的第一方向线α与多边形的两条边相交形成的线段中垂线必须通过工件的中心(内心)，通过夹角B确定的第二方向线β与多边形的两条边相交形成的线段中垂线也必须通过工件的中心(内心)，对于同一个工件，夹角A、夹角B必须不相同。以图1、及图2所示的多边形为例，根据这种工件的外形特点，六个边相等，三个锐角的顶角∠K、＝∠G＝∠T，并且度数已知，该模具常用的角度一般为80°或75°，另外三个顶角为钝角且也相同，因此，该类型的多边形中心一定为三个锐角顶角的角平分线的交点，也是三个钝角顶角的角平分线的交点，也可以为任意两个顶角的角平分线的交点。如图2所示，对于夹角A，因为该多边形的对称性，顶角∠K的角平分线肯定垂直平分线段GT，而该多边形又为关于∠K的角平分线对称轴对称图形，所以平行于线段GT的直线与多边形的两个边形成的线段的垂直平分线均为∠K的角平分线，相应的也都通过工件中心。根据此原理，第一方向线α与多边形的两个边交点为P1、P2，只要确保线段P1_P2平行于GT，此时很容易获知夹角A的值即为线段GT与底边GZ的夹角值；再通过基准球2沿第一方向线α移动后触碰到工件边缘的方式，可以根据基准球的实时坐标位置计算获知点P1、P2的坐标值，进而通过算法即可计算出中点E的坐标，进而再计算出通过E点且垂直于第一方向线α的直线方程式；同样的原理，再计算得出通过W点且垂直于第二方向线β的直线方程式；两个直线方程式均得知后再计算出其交点坐标值，即为所找的工件1的中心点坐标值，由系统记录该数值即可。

上述夹角A、夹角B的值可以根据工件的外形特点预先计算后通过数据库的形式存储与软件控制系统，如图5、图6给出了常用的各种多边形工件的示例，因为对于刀片模具类的工件来说，其外形均为规则形状，本发明也正是巧妙的利用了这一特点，解决了快速找中的问题。

具体来说，所述软件控制系统中预先存储多种常用工件的类型，如图5、图6所示，每种类型下预存有对应于该类型下的夹角A及夹角B的数值，可将常用的多边形类型以数据库的形式存储于软件控制系统，加工工件时，只需选择相应类型的工件即可直接确认夹角A、夹角B的数值。因此在步骤S5中，当数据库建立后，可以通过选择对应类型的工件进行夹角A及夹角B的设定。

当夹角A及夹角B确定，并且点A1、点A2坐标值也已确定后即可计算出第一方向线α及第二方向线β的表达式；所述第一方向线α通过如下方程式确定：

所述第二方向线β通过如下方程式确定：

在步骤S6中，根据交点P1及P2的坐标值，通过所述软件控制系统计算出所述线段P1_P2的中点E的坐标值(j，k)；

所述线段P1_P2中垂线EF通过如下方程式确定：

步骤S7中，根据交点Q1及Q2的坐标值，通过所述软件控制系统计算出所述线段Q1_Q2的中点坐标值(m，n)；

所述线段Q1_Q2中垂线RW通过如下方程式确定：

进一步，步骤S8中，线段P1_P2及Q1_Q2中垂线的交点坐标值通过如下表达式求解得出：

作为一种优选的实施方式，为了进一步提升效率，在步骤S5中，还包括设定基准球的初始水平移动距离及初始下移距离。

具体来说，当所述工件为多边形外形件时，如图1、图2所示的工件；

所述初始水平移动距离记为D，该值实际为预估值，其大小满足大于A1点沿第一方向线α到工件轮廓交点距离的最大值与基准球半径之和，同时，该值也大于A2点沿第二方向线β到工件轮廓交点距离的最大值与基准球半径之和；也就是说，需要预先设定一个快速移动的距离，使得机床可以控制基准球2快速移出工件上方，以便下一步向下移动后不会碰触到工件顶面。

所述初始下移距离记为H，也为预估值，该值大于基准球下表面与工件上表面间距与基准球半径之和。也即水平移动后，需要继续向下移动，使得基准球可以到达工件表面以下的位置，然后再工件中央的方向移动，直到碰触到工件边缘。

当所述工件为多边形内孔件时，如图3、图4所示，原理类似，具体为：所述初始水平移动距离D也为预估值，该值小于A1点沿第一方向线α到工件轮廓交点距离的最小值与基准球半径之差，同时，该值也小于A2点沿第二方向线β到工件轮廓交点距离的最小值与基准球半径之差；要确保下移时基准球在孔形内部。

所述初始下移距离H也为预估值，该值小于基准球下表面与工件上表面间距。下移距离H要确保不能触碰到工件的孔底面。

按上述方式设定合适的初始水平移动距离及下移距离作为快移参数值后，可以显著提高工作效率。

当采用软件控制系统进行操作时，当工件固定到位后，只需人工进行人机交互形式的点选操作，所以为了提高精确性，可以重复采用上述方法，取每次计算得出的线段P1_P2及Q1_Q2中垂线的交点坐标值的平均值作为最终坐标值，经实际验证，多次测量后取平均值可以显著提高精确度。

综上所述，本发明针对三角形、六边形、多边形等多边形工件制定了成熟的测量方法与中心点坐标算法，通过机床数控系统实现控制，通过多次测量取平均值可以准确确定复杂多边形工件中心。将此找中方法应用于电火花成形机，可以快速高效的完成多边形找外形中心及多边形找内孔中心功能，并且可以应用于软件算法中，可以将行业常见的形状系列全部建库，通过一键选取，简化用户计算测量角度的步骤，解决电火花成形机加工复杂多边形工件找正困难这一痛点，从而显著提高加工效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包括于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种基于电火花成形机的多边形工件找中方法，其特征在于，所述电火花成形机预设软件控制系统，所述多边形工件找中方法包括以下步骤：

S1、将工件摆放于工作台；

S2、将工件进行位置校准后固定；

S3、将电火花成形机上的电极替换为基准球，并控制其移动至工件范围内的上方，并记录基准球当前的坐标值A1(X1，Y1)；

S4、在水平面内移动基准球位置或保持基准球不动，再次记录基准球当前的坐标值A2(X2，Y2)；

S5、根据工件的形状，设定第一方向线α与X轴或Y轴的夹角A的数值及第二方向线β与X轴或Y轴的夹角B的数值；所述夹角A与所述夹角B设定规则为：通过夹角A确定的第一方向线α与多边形的两条边相交形成的线段中垂线必须通过工件的内心，通过夹角B确定的第二方向线β与多边形的两条边相交形成的线段中垂线也必须通过工件的内心，对于同一个工件，夹角A、夹角B必须不相同；

S6、控制基准球至A1点，并控制基准球分别沿所述第一方向线α的两个方向水平移动，再控制基准球向下移动，直至基准球碰触到工件的边缘，以此方式逐一找到所述第一方向线α与工件边缘的两个交点P1及P2，并记录两个交点的坐标值；

S7、控制基准球至A2点，并控制基准球分别沿所述第二方向线β的两个方向水平移动，再控制基准球向下移动，直至基准球碰触到工件的边缘，以此方式逐一找到所述第二方向线β与工件边缘的两个交点Q1及Q2，并记录两个交点的坐标值；

S8、计算得出线段P1_P2及Q1_Q2中垂线的交点坐标值。

2.根据权利要求1所述的一种基于电火花成形机的多边形工件找中方法，其特征在于，所述软件控制系统中预先存储多种常用工件的类型，每种类型下预存有对应于该类型下的夹角A及夹角B的数值，步骤S5中，通过选择对应类型的工件进行夹角A及夹角B的设定。

3.根据权利要求1所述的一种基于电火花成形机的多边形工件找中方法，其特征在于，

所述第一方向线α通过如下方程式确定：

所述第二方向线β通过如下方程式确定：

。

4.根据权利要求3所述的一种基于电火花成形机的多边形工件找中方法，其特征在于，

步骤S6中，根据交点P1及P2的坐标值，通过所述软件控制系统计算出所述线段P1_P2的中点坐标值(j，k)；

所述线段P1_P2中垂线通过如下方程式确定：

步骤S7中，根据交点Q1及Q2的坐标值，通过所述软件控制系统计算出所述线段Q1_Q2的中点坐标值(m，n)；

所述线段Q1_Q2中垂线通过如下方程式确定：

5.根据权利要求4所述的一种基于电火花成形机的多边形工件找中方法，其特征在于，

步骤S8中，线段P1_P2及Q1_Q2中垂线的交点坐标值通过如下表达式求解得出：

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种基于电火花成形机的多边形工件找中方法，其特征在于，

步骤S5中，还包括设定基准球的初始水平移动距离及初始下移距离。

7.根据权利要求6所述的一种基于电火花成形机的多边形工件找中方法，其特征在于，

所述工件为多边形外形件；

所述初始水平移动距离为预估值，该值大于A1点沿第一方向线α到工件轮廓交点距离的最大值与基准球半径之和，同时，该值也大于A2点沿第二方向线β到工件轮廓交点距离的最大值与基准球半径之和；

所述初始下移距离也为预估值，该值大于基准球下表面与工件上表面间距与基准球半径之和。

8.根据权利要求6所述的一种基于电火花成形机的多边形工件找中方法，其特征在于，

所述工件为多边形内孔件；

所述初始水平移动距离为预估值，该值小于A1点沿第一方向线α到工件轮廓交点距离的最小值与基准球半径之差，同时，该值也小于A2点沿第二方向线β到工件轮廓交点距离的最小值与基准球半径之差；

所述初始下移距离也为预估值，该值小于基准球下表面与工件上表面间距。

9.根据权利要求1所述的一种基于电火花成形机的多边形工件找中方法，其特征在于，

步骤S2中，将工件进行位置校准包括以下步骤：

S2-1、选取工件基准边；

S2-2、将所述基准边工作台X轴做平行校准。

10.根据权利要求1所述的一种基于电火花成形机的多边形工件找中方法，其特征在于，重复采用上述方法，取每次计算得出的线段P1_P2及Q1_Q2中垂线的交点坐标值的平均值作为最终坐标值。

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