TWI567516B - Machining Accuracy Control Method of Wire - cut Non - uniform Thickness Workpiece - Google Patents

Description

線切割非均厚工件的加工精度控制方法

本發明是有關於一種加工精度控制方法，特別是指一種線切割非均厚工件的加工精度控制方法。

加工精度的提升一直都是加工機所追尋的目標，而對線切割放電加工機而言，影響加工精度的主要因素是放電能量的大小，以及工件與電極材料的特性。尤其是對於具有不同段面（Step）的工件進行線切割時，因為該等段面之間的高度差異，而在各段面產生不同的加工擴槽量，如圖1所示，使得該工件的加工面崎嶇不平，造成加工精度下降。

因此，目前線切割放電加工機針對上述具有段差工件的加工精度控制方法，概可分成兩種。其中一種是透過預先修改的電腦數值控制（CNC）程式，使其能對應地在工件各段面上施加所設定的放電能量，讓工件各段面的加工擴槽量得以均一。不過，此種方法必須將工件的幾何外形，如厚度、區塊等資訊編寫為程式，耗費時間及人力成本，並且對於放電能量的調整若有誤差，便容易導致斷線，不僅增加線痕的產生，更造成加工效率的下降。另外一種則是先以較小的放電能量，以及較慢的加工速度先對工件進行切割，再依據各段面的加工誤差進行修整。可以想見，此方式的加工效率並不高，並且由於重複加工，使得工件的加工面發生變質，造成工件品質下降。

因此，本發明之目的，即在提供一種方便使用者操作，並讓放電加工機在線切割非均厚工件的同時，能夠維持良好加工效率、精度及品質的控制方法。

於是，本發明線切割非均厚工件的加工精度控制方法，適用於一能以一線電極對一具有不同段面之工件進行線切割的放電加工機，並包含下列步驟：

步驟A：初始設定該放電加工機的一控制參數及一加工路徑。

步驟B：該線電極依據該控制參數對該工件施加一放電能量，並且以一加工速度沿著該加工路徑進行線切割。同時，偵測該線電極與該工件之間的一極間電壓，以作為一槽寬控制系統的一回授值。

步驟C：當該線電極切割至該工件的段面交界時，該極間電壓產生改變，則該槽寬控制系統根據該回授值的變化量探知該工件的段差，同時調整該控制參數，以修正該放電能量及該加工速度，讓該放電加工機對該工件產生的一加工擴槽量能維持在一定的範圍內。

本發明之功效在於：藉由偵測該極間電壓，以回授控制該放電加工機的該放電能量與加工速度，讓該加工擴槽量能維持在一定的範圍內，以達到加工精度與加工效率的最佳化。

本發明線切割非均厚工件的加工精度控制方法，適用於一能以一線電極對一具有不同段面之工件進行線切割的放電加工機，且如圖2所示之步驟：

步驟S21：初始設定該放電加工機的一控制參數及一加工路徑。

步驟S22：該線電極依據該控制參數對該工件施加一放電能量，並且以一加工速度沿著該加工路徑進行線切割。同時，偵測該線電極與該工件之間的一極間電壓，以作為一槽寬控制系統的一回授值。

步驟S23：當該線電極切割至該工件的段面交界時，該極間電壓產生改變，則該槽寬控制系統根據該回授值的變化量探知該工件的段差，同時調整該控制參數，以修正該放電能量及該加工速度，讓該放電加工機對該工件產生的一加工擴槽量能維持在一定的範圍內。

要說明的是，在該步驟S22中，該槽寬控制系統是如圖3所示，為一閉迴路架構，並包括一迴路控制器。因此，藉由在該步驟S21中對該控制參數的設定，也就同時設定了屬於該控制參數的一參考值。並且，以該回授值與該參考值之間的差值，來作為一輸入該迴路控制器的誤差值，以進行回授調整輸入該放電加工機的控制參數，並藉此得到新的回授值。如此，透過該迴路控制器的回授控制，讓該誤差值的絕對值逐次減少且趨近於零，使該放電加工機對該工件產生的一加工擴槽量能維持在一定的範圍內，以提高其加工精度。

更進一步說明，由於該極間電壓是相關於該放電能量，同時該加工速度也等於該工件厚度與該線電極進給速度的乘積。所以，當切割至該工件較薄的段面時，該線電極進給速度應該要變快，但是為了避免過快的進給速度造成該線電極斷線，而必須降低其進給速度，從而改變了該加工速度。此時，若該放電能量維持不變，則該線電極對該段面將產生較大的加工擴槽量。因此，該放電能量與該加工速度應當相互配合調整，並由該槽寬控制系統進行統籌控制。

此外，該參考值是相關於一預設加工擴槽量，而該槽寬控制系統是以讓不同段面的加工擴槽量等同於該預設加工擴槽量為目標，並透過該迴路控制器修正該放電能量及該加工速度，以降低該工件的段差對該加工擴槽量的影響。其中，由於該加工擴槽量與該極間電壓的對應並非是線性關係，而是如圖4所示的一對應圖。該對應圖是依據實驗數據建構而成，為該放電加工機對該工件的加工特性，其橫軸表示線性的該極間電壓，縱軸表示線性的該加工擴槽量。所以，若該預設加工擴槽量對應在該縱軸上為A點，則透過該對應圖的交點C，再對應至該橫軸上的B點，即為該預設極間電壓。此外，對於控制非線性系統，必須考量到控制器的複雜性及運算速度是否能符合系統所需；因此，本發明的該迴路控制器針對該放電加工機的特性，可以採用比例－積分－微分控制器（Proportional-Integral-Derivative Controller，PID Controller）、模糊控制器（Fuzzy Controller），及類神經網路控制器（Neural Network Controller）之其中一者。

綜上所述，本發明藉由偵測該極間電壓，以探知該工件的段差，並以該槽寬控制系統來回授調整該放電加工機的該放電能量與加工速度，讓該工件各段面的加工擴槽量得以均一，達到良好的加工精度。並且，由於不需手動輸入該工件的相關外形參數，即能自動調校相關加工參數，不僅方便使用者操作，更能提升加工效率及品質，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

A‧‧‧預設加工擴槽量
B‧‧‧預設極間電壓
C‧‧‧交點
S21~S23‧‧‧步驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一示意圖，說明習知線切割放電加工機在一非均厚工件的各段面上產生不同的加工擴槽量； 圖2是一流程圖，說明本發明線切割非均厚工件的加工精度控制方法之步驟； 圖3是一方塊圖，說明該控制方法的回授迴路架構；及 圖4是一示意圖，說明加工擴槽量與極間電壓的對應關係，同時闡述如何透過一預設加工擴槽量來對應出一預設極間電壓。

S21~S23‧‧‧步驟

Claims (8)

1. 一種線切割非均厚工件的加工精度控制方法，適用於一能以一線電極對一具有不同段面之工件進行線切割的放電加工機；該方法包含下列步驟：步驟A：初始設定該放電加工機的一控制參數及一加工路徑；步驟B：該線電極依據該控制參數對該工件施加一放電能量，並且以一加工速度沿著該加工路徑進行線切割；同時，偵測該線電極與該工件之間的一極間電壓，以作為一槽寬控制系統的一回授值；其中，該槽寬控制系統為一閉迴路架構，並包括一迴路控制器；而且該迴路控制器是根據一相關於該回授值的誤差值，來調整該控制參數，以得到新的回授值，並讓該誤差值的絕對值逐次減少且趨近於零；步驟C：當該線電極切割至該工件的段面交界時，該極間電壓產生改變，則該槽寬控制系統根據該回授值的變化量探知該工件的段差，同時調整該控制參數，以修正該放電能量及該加工速度，讓該放電加工機對該工件產生的一加工擴槽量能維持在一定的範圍內。
2. 如請求項1所述的線切割非均厚工件的加工精度控制方法，其中，該誤差值是該回授值與一參考值之間的差值。
3. 如請求項2所述的線切割非均厚工件的加工精度控制方法，其中，該參考值是相關於一預設加工擴槽量；並且，該預設加工擴槽量是屬於該控制參數，而在該步驟A中進 行設定；以及，在該步驟C中，該槽寬控制系統是以讓該加工擴槽量等同於該預設加工擴槽量為目標，而透過該迴路控制器修正該放電能量及該加工速度，以降低該工件的段差對該加工擴槽量的影響。
4. 如請求項3所述的線切割非均厚工件的加工精度控制方法，其中，該預設加工擴槽量會透過一對應圖轉換成一預設極間電壓，並且以該預設極間電壓作為該參考值。
5. 如請求項4所述的線切割非均厚工件的加工精度控制方法，其中，該對應圖是依據實驗數據而建構，並且為該極間電壓與該加工擴槽量兩者之間的對應關係。
6. 如請求項1所述的線切割非均厚工件的加工精度控制方法，其中，該迴路控制器為比例-積分-微分控制器(Proportional-Integral-Derivative Controller，PID Controller)、模糊控制器(Fuzzy Controller)，及類神經網路控制器(Neural Network Controller)其中一者。
7. 如請求項1所述的線切割非均厚工件的加工精度控制方法，在該步驟B中，該極間電壓是相關於該放電能量。
8. 如請求項1所述的線切割非均厚工件的加工精度控制方法，在該步驟B中，該加工速度是該工件的厚度與該線電極的進給速度兩者乘積。