CN116197473A - 预测和调整线弓的切割方法及线切割机 - Google Patents

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CN116197473A CN202211722995.3A CN202211722995A CN116197473A CN 116197473 A CN116197473 A CN 116197473A CN 202211722995 A CN202211722995 A CN 202211722995A CN 116197473 A CN116197473 A CN 116197473A
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王兆蕊
仇健
吴仁标
周健
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Qingdao Gaoce Technology Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种预测和调整线弓的切割方法及线切割机，涉及精加工设备技术领域。本发明的预测和调整线弓的切割方法，通过建立线弓弧长或线弓弧长变化量与张力机构的物理参数之间的函数关系，通过张力机构的物理参数变化预测线弓弧长及线弓弧长变化量，进而可调整进给速度或者线速，使线弓弧长减小或增大，以达到最佳切割条件。因此无需再费时费力地对切割区线参数进行检测，并且由于未采用近似等价于三角形斜边的计算方法，而是基于张力机构的几何模型来进行计算，因此获得的线弓弧长及线弓弧长变化量更精确。

Description

预测和调整线弓的切割方法及线切割机
技术领域
本发明涉及精加工设备技术领域，特别地涉及一种预测和调整线弓的切割方法及线切割机。
背景技术
在采用切割线进行切割的过程中，由于切割线受到被切割工件的阻力，在切割进给方向会产生线弓，过大的线弓会对切割质量及切割效率产生影响。因为线弓过大，会使切割表面的线痕更加明显，并且大线弓会使切割线损耗加大，从而降低切割线的切割能力，使切割时间增长，甚至过大的线弓还会使导致断线发生，因此线弓的大小直接影响切割质量及效率，是切割过程中重要参数之一。
在切割线切割晶硅的过程中，由于切割区域喷淋切削液，并且切割所产生的硅粉，导致整个切割区域的环境条件恶劣，同时高速线切，使得对线弓的检测手段受限，检测存在难度。目前对线弓的在线检测主要是基于对线弓角度的测量，因此测量存在一定困难；并且根据线弓角及设备参数计算线弓高度的过程中是将线弓弧边近似等价于三角形斜边进行计算，而实际上在工件内部线弓弧形呈不对称的圆弧状，因此通过线弓角等价三角形方法计算得到的线弓不够准确。
发明内容
本发明提供一种预测和调整线弓的切割方法及线切割机，用于至少解决上述的一个技术问题。
根据本发明的第一个方面，本发明提供一种预测和调整线弓的切割方法，所述切割方法应用于线切割机，所述线切割机包括张力机构，包括以下操作步骤：
基于张力机构的几何模型，建立线弓弧长或线弓弧长变化量与张力机构的物理参数之间的函数关系；
根据所述函数关系获得当前线弓弧长；
根据获得的当前线弓弧长调整进给速度或切割线的线速度，以使线弓弧长在预设线弓弧长的范围内。
通过建立线弓弧长或线弓弧长变化量与张力机构的物理参数之间的函数关系，根据张力机构的物理参数可获得线弓弧长，从而可及时调整线弓弧长，使得线弓弧长在切割过程可维持在预定的线弓条件下进行切割，因此能够获得冷却润滑效果较好、切割表面的线痕小、切割质量好。其中，采用较小的线弓弧长进行切割时，对切割线的损耗减小，还可延长切割线的切割能力及使用时间，同时可防止线弓过大导致断线。
本发明技术方案的进一步优化，所述张力机构为直线导轨型张力机构，所述张力机构的物理参数包括砝码的位移。根据上述函数关系式，通过砝码位移的变化，可预测线弓弧长及线弓弧长变化量，进而可调整进给速度或者线速。
本发明技术方案的进一步优化，根据张力机构的几何模型，通过所述线切割机中张力轮、导向轮、第一切割轮和第二切割轮的位置关系形成的预测线弓几何模型，获得所述线弓弧长与张力机构的物理参数之间的函数关系式为：
Figure BDA0004028847130000021
其中，l为线弓弧长；
H为砝码的位移；
F为切割线的张力；
L为切割线拉伸前的长度；
E为切割线的弹性模量；
A为切割线的横截面面积；
d为张力轮的直径；
α为直线导轨与水平方向的夹角；
x0为切割开始前切割线上张力达到预设值时，张力轮移动后中心点的横坐标；
L1为第一切割轮的中心点、第二切割轮的中心点以及导向轮的中心点所形成的矩形中其中一个短边的边长；
L2为第一切割轮的中心点、第二切割轮的中心点以及导向轮的中心点所形成的矩形中其中一个长边的边长；
L3为第一切割轮的中心点、第二切割轮的中心点以及导向轮的中心点所形成的矩形中另一个短边的边长。
本发明技术方案的进一步优化，切割线上张力达到预设值时，张力轮中心点的横坐标x0满足以下关系式：
Figure BDA0004028847130000031
Figure BDA0004028847130000032
(L2-x0)2+y0 2＝L20 2；
其中，y0为切割线上张力达到预设值时，张力轮中心点的纵坐标；
L10为张力轮移动后的中心点与第一切割轮的中心点之间的距离；
L20为张力轮移动后的中心点与导向轮的中心点之间的距离。
本发明技术方案的进一步优化，所述张力机构为摆杆式张力机构，所述张力机构的物理参数包括砝码的位移、张力摆杆的的位置及张力连杆的位置。根据上述函数关系式，通过砝码位移的变化，可预测线弓弧长及线弓弧长变化量，进而可调整进给速度或者线速。
本发明技术方案的进一步优化，根据张力机构的几何模型，通过所述线切割机中张力轮、导向轮、第一切割轮和第二切割轮的位置关系形成的预测线弓几何模型，获得所述线弓弧长与张力机构的物理参数之间的函数关系式为：
Figure BDA0004028847130000033
其中，
Figure BDA0004028847130000034
或者
所述线弓弧长与张力机构的物理参数之间的函数关系式为：
Figure BDA0004028847130000041
其中，
Figure BDA0004028847130000042
其中，F为切割线的张力；
H为砝码的位移；
L为切割线拉伸前的长度；
E为切割线的弹性模量；
A为切割线的横截面面积；
L1为第一切割轮的中心点、第二切割轮的中心点以及导向轮的中心点所形成的矩形中其中一个短边的边长；
L2为第一切割轮的中心点、第二切割轮的中心点以及导向轮的中心点所形成的矩形中其中一个长边的边长；
L3为第一切割轮的中心点、第二切割轮的中心点以及导向轮的中心点所形成的矩形中另一个短边的边长；
α0为切割线上张力达到设定的张力后，张力摆杆与水平方向的夹角；
a为张力摆杆和张力连杆相连的中心点的横坐标，
b为张力摆杆和张力连杆相连的中心点的纵坐标；
r为张力摆杆的半径；
R为张力连杆的半径。
本发明技术方案的进一步优化，所述张力机构为摆杆式张力机构，所述张力机构的物理参数包括砝码的位移和张力摆杆的位置。
本发明技术方案的进一步优化，根据张力机构的几何模型，通过所述线切割机中张力轮、导向轮、第一切割轮和第二切割轮的位置关系形成的预测线弓几何模型，获得所述线弓弧长与张力机构的物理参数之间的函数关系式为：
Figure BDA0004028847130000051
其中，其中，F为切割线的张力；
H为砝码的位移；
L为切割线拉伸前的长度；
E为切割线的弹性模量；
A为切割线的横截面面积；
L1为第一切割轮的中心点、第二切割轮的中心点以及导向轮的中心点所形成的矩形中其中一个短边的边长；
L2为第一切割轮的中心点、第二切割轮的中心点以及导向轮的中心点所形成的矩形中其中一个长边的边长；
α0为环形切割线挂线后调整砝码的重量使切割线上的张力达到预设值时，张力摆杆与水平方向的夹角；
α为在切割过程中张力摆杆的转动角度，且张力摆杆沿顺时针转动时，α为负值，张力摆杆沿逆时针转动时，α为正值；
a为张力摆杆和张力连杆相连的中心点的横坐标，
b为张力摆杆和张力连杆相连的中心点的纵坐标；
r为张力摆杆的半径。
本发明技术方案的进一步优化，根据获得的当前线弓弧长调整进给速度或者切割线的线速度，以使线弓弧长在预设线弓弧长的范围内包括以下子步骤：
S311：判断当前线弓弧长是否在预设线弓弧长的范围内，若是，则执行S312；若否，则执行S313；
S312：继续切割；
S313：调整进给速度或切割线的线速度，并重复步骤S311直至切割完成。
本发明技术方案的进一步优化，根据获得的当前线弓弧长调整进给速度或者切割线的线速度，以使线弓弧长在预设线弓弧长的范围内包括以下子步骤：
S321：判断当前线弓弧长是否小于或等于预设线弓弧长，若是，则执行S322；若否，则执行S323；
S322：继续切割。
S323：调整进给速度或切割线的线速度，并重复步骤S311直至切割完成。本发明技术方案的进一步优化，线弓弧长变化量△l满足以下关系式：
△l＝l-L4；
其中，L4为第一切割轮的中心点与第二切割轮的中心点之间的距离。
根据本发明的第二个方面，本发明提供一种用于实现上述的预测和调整线弓的切割方法的线切割机，包括张力机构。
本发明技术方案的进一步优化，线切割机还包括切割机构，所述切割机构包括张力轮、导向轮、第一切割轮、第二切割轮和切割线，所述导向轮、所述第一切割轮和所述第二切割轮的圆心分别在一个矩形的四个顶点处；所述切割线依次经过所述张力轮、所述第一切割轮、所述第二切割轮和所述导向轮以形成环形切割线切割系统其中，所述张力机构与所述张力轮相连。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过建立线弓弧长或线弓弧长变化量与张力机构的物理参数之间的函数关系，通过张力机构的物理参数变化预测线弓弧长及线弓弧长变化量，进而可调整进给速度或者线速，使线弓弧长减小或增大，以达到最佳切割条件。因此无需再费时费力地对切割区线参数进行检测，并且由于未采用近似等价于三角形斜边的计算方法，而是基于张力机构的几何模型来进行计算，因此获得的线弓弧长及线弓弧长变化量更精确。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。
图1是本发明的实施例中切割区线长变化示意图；
图2是本发明的实施例中，张力机构为直线型张力机构时建立的预测线弓几何模型；
图3是本发明的实施例中，张力机构为摆杆式张力机构时建立的预测线弓几何模型；
图4本发明的实施例中预测和调整线弓的切割方法的流程图。
附图标记：
11-张力轮；12-导向轮；13-第一切割轮；14-第二切割轮；
21-砝码；22-张力摆杆；23-张力连杆；
31-工件。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
根据本发明的第一个方面，本发明提供一种预测和调整线弓的切割方法，其采用环形切割线作为切割工具去除材料。将在切割过程中，切割线受阻力所引起的切割区的切割线由直线变成弧线时的线弧长及此时由工件到切割轮的切割线长定义为线弓弧长，所产生的弧长引起的切割区线长变化定义为线弓弧长变化量，如图1所示。其中，本发明所述的切割线可以是金刚线，环形切割线可以是环形金刚线。
本发明的预测和调整线弓的切割方法，通过建立线弓弧长的函数，可计算获得当前线弓弧长，将其与预设的线弓弧长进行比较，从而可调整进给速度或者切割线的线速度，使得线弓可减小或增大，从而达到最佳切割条件。
实施例1
本发明的预测和调整线弓的切割方法应用于线切割机，该线切割机可以包括张力机构，包括以下操作步骤：
S1：基于张力机构的几何模型，建立线弓弧长或线弓弧长变化量与张力机构的物理参数之间的函数关系。其中，张力机构为直线导轨型张力机构，张力机构的物理参数包括砝码21的位移H。
如图2所示，线切割机的导向轮12、第一切割轮13和第二切割轮14的中心点分别在一个矩形(如图2中虚线所示)的三个顶点处，该矩形的另一个顶点为图2所示的A点。其中，导向轮12位于第二切割轮14的上方，且二者的中心点位于同一条竖直线上，第一切割轮13和第二切割轮14的中心点则位于同一条水平线上；此外，与第一切割轮13的中心点位于同一条竖直线上、且与导向轮12的中心点位于同一条水平线上的点为A点。因此，依次连接A点、导向轮12的中心点、第二切割轮14中心点以及第一切割轮13的中心点可形成一个矩形(如图2中虚线所示)。
线切割机的张力轮11的圆心的初始位置可以在图2所示的A点，也可以不在图2所示的A点。切割线(金刚线)依次卷绕在张力轮11、导向轮12、第一切割轮13和第二切割轮14的外壁上以形成环形切割线切割系统。其中，张力轮11、导向轮12、第一切割轮13和第二切割轮14的位置关系可形成预测线弓几何模型。
在切割工件31的过程中，切割线(具体地，第一切割轮13和第二切割轮14之间的切割线)受工件阻力作用产生线弓，导致张力轮11在直线导轨内移动(例如张力轮11的圆心从初始位置移动到B点)，从而带动与张力轮11相连的砝码21移动，即砝码21产生位移H。因此通过建立线弓弧长与砝码21的位移的函数关系式，根据砝码21的位移即可得到线弓弧长及由线弓所引起的线弓弧长变化。
具体来说，基于环线在自然状态下的线长固定，切割运动过程中切割线受张力而伸长的过程与材料力学中的轴向拉伸相似，满足胡克定律。因此，以上述矩形的一个顶点A(0,0)为原点建立坐标系。形成环形切割线切割系统后，调整砝码21的重量，使切割线上的张力达到设定的张力后，张力轮11的中心点移动至点B，点B的坐标为(x0,y0)，此时开始进行切割。因此，x0为切割开始前切割线上张力达到预设值时，张力轮移动后中心点的横坐标，其可以是一个常量，可通过下文所述的关系式关系式(1-2)、(1-3)、(1-4)、(1-5)计算获得。
切割过程中，切割线弓产生，使得砝码21上下移动，可获得线弓弧长l与砝码21的位移H之间的函数关系式为：
Figure BDA0004028847130000081
其中，F为切割线的张力；L为切割线拉伸前的长度；E为切割线的弹性模量；A为切割线的横截面面积；d为张力轮11的直径；α为直线导轨与水平方向的夹角。
如图2所示，L1为第一切割轮13的中心点、第二切割轮14的中心点以及导向轮12的中心点所形成的矩形中其中一个短边的边长；L2为第一切割轮13的中心点、第二切割轮14的中心点以及导向轮12的中心点所形成的矩形中其中一个长边的边长；L3为第一切割轮13的中心点、第二切割轮14的中心点以及导向轮12的中心点所形成的矩形中另一个短边的边长。其中，L1可以等于L3，L2可以等于第一切割轮13的中心点与第二切割轮14的中心点之间的距离，即L4。
其中，砝码21的位移H可以通过位移传感器获得，因此获得张力轮11中心点的横坐标x0即可通过上述函数关系式(1-1)计算获得线弓弧长l。
切割线上张力达到预设值时，张力轮11中心点的横坐标x0满足以下关系式：
Figure BDA0004028847130000091
x0 2+(y0+L1)2＝L10 2 (1-3)
(L2-x0)2+y0 2＝L20 2 (1-4)
L10+L20＝n (1-5)
通过联立上述关系式(1-2)、(1-3)、(1-4)、(1-5)，可得到x0值，即：
Figure BDA0004028847130000092
其中，a＝(2L1tanα+2L2)2-4n2[1+(tanα)2]；
b＝8n2L2-4(L1tanα+L2)(n2+L2 2-L1 2)；
c＝(n2+L2 2-L1 2)2-4n2L2 2；
Figure BDA0004028847130000093
如图2所示，L10为张力轮11移动后的中心点与第一切割轮13的中心点之间的距离；L20为张力轮11移动后的中心点与导向轮12的中心点之间的距离。
因此，根据设备的固有参数(L1、L2、L3、L4、L10、L20、F、L、E、A、d、α)，可确定切割线上张力达到预设值时，张力轮11中心点的横坐标x0的唯一解，从而可根据砝码21的位移H获得线弓弧长l。
此外，线弓弧长变化量△l满足以下关系式：
△l＝l-L4；
其中，L4为第一切割轮13的中心点与第二切割轮14的中心点之间的距离。
因此，根据线弓弧长l可获得线弓弧长变化量△l。
S2：根据上述函数关系(1-1)获得当前线弓弧长。
S3：根据获得的当前线弓弧长调整工件31的进给速度或切割线的线速度，以使线弓弧长在预设线弓弧长的范围内。
在一个可选的实施方式中，步骤S3中采用实时调整的方法来调整工件31的进给速度或切割线的线速度。
具体来说，如图4所示，步骤S3包括以下子步骤。
S311：判断当前线弓弧长是否在预设线弓弧长的范围内，若是，则执行S312；若否，则执行S313。
S312：继续切割。
S313：增大或减小进给速度(或者增大或减小切割线的线速度)，并重复步骤S311直至切割完成。
其中，当前线弓弧长在预设线弓弧长的范围内，可以是当前线弓弧长等于预设的一个固定值，或者当前线弓弧长不超出规定的某一范围。
因此通过实时调整的方法，可在切割过程中根据线弓弧长的变化进行实时调整工件31的进给速度或切割线的线速度，从而使线弓弧长始终保持在基准值。使线弓弧长始终保持在基准值进行切割时，冷却润滑效果较好、切割线痕小，能够得到较好的切割质量。此外，设定较小的线弓对切割线的损耗减小，能够延长切割线的切割能力及使用时间，同时还可起到防止线弓过大导致断线的情况。
在一个可选的实施方式中，步骤S3中采用阶段调整的方法来调整工件31的进给速度或切割线的线速度。其中，进给速度是指第一切割轮13和第二切割轮14带动切割线在进给方向上的移动速度。
具体来说，如图4所示，步骤S3包括以下子步骤。
S321：判断当前线弓弧长是否小于或等于预设线弓弧长，若是，则执行S322；若否，则执行S323。
S322：继续切割。
S323：调整进给速度或切割线的线速度，并重复步骤S311直至切割完成。
因此，通过阶段调整的方法，当线弓弧长变化不超出拟定范围内时，维持当前进给及线速度的条件继续切割；当线弓弧长的变化量超出范围后需要调整进给速度或切割线的线速度(例如减小进给速度或者增大切割线的线速度)，来使得线弓弧长回到预定的范围内，从而使切割过程维持在预定的线弓弧长进行条件下切割。
实施例2
本发明的预测和调整线弓的切割方法包括以下操作步骤：
S1：基于张力机构的几何模型，建立线弓弧长或线弓弧长变化量与张力机构的物理参数之间的函数关系。其中，张力机构为摆杆式张力机构，张力机构的物理参数包括砝码21的位移H、张力摆杆22的位置及张力连杆23的位置。张力摆杆22的位置例如可以是张力摆杆22的半径r，张力摆杆22和张力连杆23相连的中心点的横坐标a及纵坐标b。张力连杆23的位置例如可以是张力连杆23的半径R。
如图3所示，线切割机的导向轮12、第一切割轮13和第二切割轮14的中心点分别在一个矩形(如图3中虚线所示)的三个顶点处，该矩形的另一个顶点为图3所示的A点。其中，导向轮12位于第二切割轮14的上方，且二者的中心点位于同一条竖直线上，第一切割轮13和第二切割轮14的中心点则位于同一条水平线上；此外，与第一切割轮13的中心点位于同一条竖直线上、且与导向轮12的中心点位于同一条水平线上的点为A点。因此，依次连接A点、导向轮12的中心点、第二切割轮14中心点以及第一切割轮13的中心点可形成一个矩形(如图3中虚线所示)。
线切割机的张力轮11的圆心的初始位置可以在图3所示的A点，也可以不在图3所示的A点。切割线(金刚线)依次卷绕在张力轮11、导向轮12、第一切割轮13和第二切割轮14的外壁上以形成环形切割线切割系统。其中，张力轮11、导向轮12、第一切割轮13和第二切割轮14的位置关系可形成预测线弓几何模型。
在切割工件31的过程中，切割线(具体地，第一切割轮13和第二切割轮14之间的切割线)受工件阻力作用产生线弓，导致张力轮11摆动(例如从如图2所示A点摆动到B点)，从而带动与张力轮11相连的砝码21移动，即砝码21产生位移H。因此通过建立线弓弧长与砝码21的位移的函数关系式，根据砝码21的位移即可得到线弓弧长及由线弓所引起的线弓弧长变化。
以上述矩形的一个顶点A(0,0)为原点建立坐标系。形成环形切割线切割系统后，调整砝码21重量使线上张力达到预设值后，张力轮11的中心点摆动至点B，点B的坐标为(x0,y0)，此时开始进行切割，切割过程中，切割线弓产生，使得砝码21摆动，张力摆杆22与张力连杆23连接处的中心点O的坐标为(a,b)，可获得线弓弧长l的函数关系式为：
Figure BDA0004028847130000121
其中：
Figure BDA0004028847130000122
则取“+”；/>
Figure BDA0004028847130000123
则取“-”。
换言之，若
Figure BDA0004028847130000124
则线弓弧长l的函数关系式为以下关系式(2-2)：
Figure BDA0004028847130000125
若
Figure BDA0004028847130000126
则线弓弧长l的函数关系式为以下关系式(2-3)：
Figure BDA0004028847130000127
其中，F为切割线的张力；H为砝码的位移；L为切割线拉伸前的长度；E为切割线的弹性模量；A为切割线的横截面面积。
如图3所示，L1为第一切割轮13的中心点、第二切割轮14的中心点以及导向轮12的中心点所形成的矩形中其中一个短边的边长；L2为第一切割轮13的中心点、第二切割轮14的中心点以及导向轮12的中心点所形成的矩形中其中一个长边的边长；L3为第一切割轮13的中心点、第二切割轮14的中心点以及导向轮12的中心点所形成的矩形中另一个短边的边长。其中，L1可以等于L3，L2可以等于第一切割轮13的中心点与第二切割轮14的中心点之间的距离，即L4。
α0为切割线上张力达到设定的张力后，张力摆杆22与水平方向的夹角，可通过设备固有参数及张力值计算得到。
r为张力摆杆22的半径，即图3中线段OB的长度；R为张力连杆23的半径。
砝码21的位移H可以通过位移传感器获得，因此，根据设备的固有参数(L1、L2、L3、L4、F、L、E、A、α0、r、R)可获得线弓弧长l。
此外，线弓弧长变化量△l满足以下关系式：
△l＝l-L4；
其中，L4为第一切割轮13的中心点与第二切割轮14的中心点之间的距离。
因此，根据线弓弧长l可获得线弓弧长变化量△l。
S2：根据上述函数关系(2-1)获得当前线弓弧长。
S3：根据获得的当前线弓弧长调整工件31的进给速度或切割线的线速度，以使线弓弧长在预设线弓弧长的范围内。其中，进给速度是指第一切割轮13和第二切割轮14带动切割线在进给方向上的移动速度。
在一个可选的实施方式中，步骤S3中采用实时调整的方法来调整工件31的进给速度或切割线的线速度。
具体来说，如图4所示，步骤S3包括以下子步骤。
S311：判断当前线弓弧长是否在预设线弓弧长的范围内，若是，则执行S312；若否，则执行S313。
S312：继续切割。
S313：调整进给速度或切割线的线速度(例如增大或减小进给速度，增大或减小切割线的线速度)，并重复步骤S311直至切割完成。
其中，当前线弓弧长在预设线弓弧长的范围内，可以是当前线弓弧长等于预设的一个固定值，或者当前线弓弧长不超出规定的某一范围。
因此通过实时调整的方法，可在切割过程中根据线弓弧长的变化进行实时调整工件31的进给速度或切割线的线速度，从而使线弓弧长始终保持在基准值。使线弓弧长始终保持在基准值进行切割时，冷却润滑效果较好、切割线痕小，能够得到较好的切割质量。此外，设定较小的线弓对切割线的损耗减小，能够延长切割线的切割能力及使用时间，同时还可起到防止线弓过大导致断线的情况。
在一个可选的实施方式中，步骤S3中采用阶段调整的方法来调整工件31的进给速度或切割线的线速度。
具体来说，如图4所示，步骤S3包括以下子步骤。
S321：判断当前线弓弧长是否小于或等于预设线弓弧长，若是，则执行S322；若否，则执行S323；
S322：继续切割。
S323：调整进给速度或切割线的线速度，并重复步骤S311直至切割完成。
因此，通过阶段调整的方法，当线弓弧长变化不超出拟定范围内时，维持当前进给及线速度的条件继续切割；当线弓弧长的变化量超出范围后需要调整进给速度或切割线的线速度(例如减小进给速度或者增大切割线的线速度)，来使得线弓弧长回到预定的范围内，从而使切割过程维持在预定的线弓弧长进行条件下切割。
实施例3
本实施例3中张力机构与上述实施例2相同，即为摆杆式张力机构，张力机构的物理参数包括砝码21的位移H和张力摆杆22的位置。张力摆杆22的位置例如可以是张力摆杆22的半径r，张力摆杆22和张力连杆23相连的中心点的横坐标a及纵坐标b。
与上述实施例2所不同的是，本实施例3中根据张力机构的几何模型，通过线切割机中张力轮11、导向轮12、第一切割轮13和第二切割轮14的位置关系形成的预测线弓几何模型，获得所述线弓弧长与张力机构的物理参数之间的函数关系式为可获得线弓弧长l的函数关系式为：
Figure BDA0004028847130000141
其中，F为切割线的张力；H为砝码的位移；L为切割线拉伸前的长度；E为切割线的弹性模量；A为切割线的横截面面积。
L1为第一切割轮13的中心点、第二切割轮14的中心点以及导向轮12的中心点所形成的矩形中其中一个短边的边长；L2为第一切割轮13的中心点、第二切割轮14的中心点以及导向轮12的中心点所形成的矩形中其中一个长边的边长。其中，L1可以等于L3，L2可以等于第一切割轮13的中心点与第二切割轮14的中心点之间的距离，即L4。
α0为环形切割线挂线后调整砝码21的重量使切割线上的张力达到预设值时，张力摆杆22与水平方向的夹角，α0可通过设备固有参数计算得到。
α为在切割过程中张力摆杆22的转动角度，且张力摆杆22沿顺时针转动时，α为负值，张力摆杆22沿逆时针转动时，α为正值。
a为张力摆杆22的中心点的横坐标，b为张力摆杆22的中心点的纵坐标；r为张力摆杆22的半径，即图3中线段OB的长度。
本实施例3与上述实施例2相同的步骤将不再赘述。
根据本发明的第二个方面，本发明提供一种用于实现上述的预测和调整线弓的切割方法的线切割机，其包括切割机构和张力机构。如图2和图3所示，切割机构包括张力轮11、导向轮12、第一切割轮13、第二切割轮14和切割线。导向轮12、第一切割轮13和第二切割轮14的圆心分别在一个矩形的三个顶点处。切割线依次经过张力轮11、第一切割轮13、第二切割轮14和导向轮12以形成环形切割线切割系统。张力机构与张力轮11相连，用于调节切割线的张力。张力机构可是直线导轨型或摆杆式张力机构。
此外，本发明的线切割机还包括切割进给机构(工件进给机构)、用于支撑切割进给机构的底座、设置在底座上用于支撑切割机构的立柱。
在开始切割时，驱动电机带动第一切割轮13转动，进而带动绕设在轮系上的环形切割线高速运动对工件进行切割。
本发明的技术特征说明如下。
切割线切割：是指利用电镀切割线实现材料去除达到切割目的加工方法。
线弓弧长：是指切割过程中切割线受阻力所引起的切割区切割线由直线变成弧线时的线弧长及此时由工件到切割轮的切割线长。
线弓：是指切割进给量-线弧顶点到工件切入边的距离。
线弓角：是指切割轮与工件之间的切割线与水平方向的夹角。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (13)

1.一种预测和调整线弓的切割方法，所述切割方法应用于线切割机，所述线切割机包括张力机构，其特征在于，包括以下操作步骤：
基于张力机构的几何模型，建立线弓弧长或线弓弧长变化量与张力机构的物理参数之间的函数关系；
根据所述函数关系获得当前线弓弧长；
根据获得的当前线弓弧长调整进给速度或切割线的线速度，以使线弓弧长在预设线弓弧长的范围内。
2.根据权利要求1所述的预测和调整线弓的切割方法，其特征在于，所述张力机构为直线导轨型张力机构，所述张力机构的物理参数包括砝码的位移。
3.根据权利要求2所述的预测和调整线弓的切割方法，其特征在于，根据张力机构的几何模型，通过所述线切割机中张力轮、导向轮、第一切割轮和第二切割轮的位置关系形成的预测线弓几何模型，获得所述线弓弧长与张力机构的物理参数之间的函数关系式为：
Figure FDA0004028847120000011
其中，l为线弓弧长；
H为砝码的位移；
F为切割线的张力；
L为切割线拉伸前的长度；
E为切割线的弹性模量；
A为切割线的横截面面积；
d为张力轮的直径；
α为直线导轨与水平方向的夹角；
x0为切割开始前切割线上张力达到预设值时，张力轮移动后中心点的横坐标；
L1为第一切割轮的中心点、第二切割轮的中心点以及导向轮的中心点所形成的矩形中其中一个短边的边长；
L2为第一切割轮的中心点、第二切割轮的中心点以及导向轮的中心点所形成的矩形中其中一个长边的边长；
L3为第一切割轮的中心点、第二切割轮的中心点以及导向轮的中心点所形成的矩形中另一个短边的边长。
4.根据权利要求3所述的预测和调整线弓的切割方法，其特征在于，切割线上张力达到预设值时，张力轮中心点的横坐标x0满足以下关系式：
Figure FDA0004028847120000021
x0 2+(y0+L1)2＝L10 2；
(L2-x0)2+y0 2＝L20 2；
其中，y0为切割线上张力达到预设值时，张力轮中心点的纵坐标；
L10为张力轮移动后的中心点与第一切割轮的中心点之间的距离；
L20为张力轮移动后的中心点与导向轮的中心点之间的距离。
5.根据权利要求1所述的预测和调整线弓的切割方法，其特征在于，所述张力机构为摆杆式张力机构，所述张力机构的物理参数包括砝码的位移、张力摆杆的的位置及张力连杆的位置。
6.根据权利要求5所述的预测和调整线弓的切割方法，其特征在于，根据张力机构的几何模型，通过所述线切割机中张力轮、导向轮、第一切割轮和第二切割轮的位置关系形成的预测线弓几何模型，获得所述线弓弧长与张力机构的物理参数之间的函数关系式为：
Figure FDA0004028847120000022
其中，
Figure FDA0004028847120000023
或者
所述线弓弧长与张力机构的物理参数之间的函数关系式为：
Figure FDA0004028847120000031
其中，
Figure FDA0004028847120000032
其中，F为切割线的张力；
H为砝码的位移；
L为切割线拉伸前的长度；
E为切割线的弹性模量；
A为切割线的横截面面积；
L1为第一切割轮的中心点、第二切割轮的中心点以及导向轮的中心点所形成的矩形中其中一个短边的边长；
L2为第一切割轮的中心点、第二切割轮的中心点以及导向轮的中心点所形成的矩形中其中一个长边的边长；
L3为第一切割轮的中心点、第二切割轮的中心点以及导向轮的中心点所形成的矩形中另一个短边的边长；
α0为切割线上张力达到设定的张力后，张力摆杆与水平方向的夹角；
a为张力摆杆和张力连杆相连的中心点的横坐标，
b为张力摆杆和张力连杆相连的中心点的纵坐标；
r为张力摆杆的半径；
R为张力连杆的半径。
7.根据权利要求5所述的预测和调整线弓的切割方法，其特征在于，所述张力机构为摆杆式张力机构，所述张力机构的物理参数包括砝码的位移和张力摆杆的位置。
8.根据权利要求7所述的预测和调整线弓的切割方法，其特征在于，根据张力机构的几何模型，通过所述线切割机中张力轮、导向轮、第一切割轮和第二切割轮的位置关系形成的预测线弓几何模型，获得所述线弓弧长与张力机构的物理参数之间的函数关系式为：
Figure FDA0004028847120000041
其中，F为切割线的张力；
H为砝码的位移；
L为切割线拉伸前的长度；
E为切割线的弹性模量；
A为切割线的横截面面积；
L1为第一切割轮的中心点、第二切割轮的中心点以及导向轮的中心点所形成的矩形中其中一个短边的边长；
L2为第一切割轮的中心点、第二切割轮的中心点以及导向轮的中心点所形成的矩形中其中一个长边的边长；
α0为环形切割线挂线后调整砝码的重量使切割线上的张力达到预设值时，张力摆杆与水平方向的夹角；
α为在切割过程中张力摆杆的转动角度，且张力摆杆沿顺时针转动时，α为负值，张力摆杆沿逆时针转动时，α为正值；
a为张力摆杆和张力连杆相连的中心点的横坐标，
b为张力摆杆和张力连杆相连的中心点的纵坐标；
r为张力摆杆的半径。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的预测和调整线弓的切割方法，其特征在于，根据获得的当前线弓弧长调整进给速度或者切割线的线速度，以使线弓弧长在预设线弓弧长的范围内包括以下子步骤：
S311：判断当前线弓弧长是否在预设线弓弧长的范围内，若是，则执行S312；若否，则执行S313；
S312：继续切割；
S313：调整进给速度或切割线的线速度，并重复步骤S311直至切割完成。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的预测和调整线弓的切割方法，其特征在于，根据获得的当前线弓弧长调整进给速度或者切割线的线速度，以使线弓弧长在预设线弓弧长的范围内包括以下子步骤：
S321：判断当前线弓弧长是否小于或等于预设线弓弧长，若是，则执行S322；若否，则执行S323；
S322：继续切割；
S323：调整进给速度或切割线的线速度，并重复步骤S311直至切割完成。
11.根据权利要求1所述的预测和调整线弓的切割方法，其特征在于，线弓弧长变化量△l满足以下关系式：
△l＝l-L4；
其中，L4为第一切割轮的中心点与第二切割轮的中心点之间的距离。
12.一种用于实现权利要求1-11中任一项所述的预测和调整线弓的切割方法的线切割机，其特征在于，包括张力机构。
13.根据权利要求11所述的线切割机，其特征在于，还包括切割机构，所述切割机构包括张力轮、导向轮、第一切割轮、第二切割轮和切割线，所述导向轮、所述第一切割轮和所述第二切割轮的圆心分别在一个矩形的三个顶点处；所述切割线依次经过所述张力轮、所述第一切割轮、所述第二切割轮和所述导向轮以形成环形切割线切割系统，其中，所述张力机构与所述张力轮相连。
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