TWI786638B - 線切割機快速尋邊方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提出一種線切割機快速尋邊方法，以帶電的線電極快速靠近工件邊緣，並降低線電極的線張力，透過檢知線電極與工件兩端的電壓或脈衝變化，先以較低的線張力讓該線電極與工件做快速的相對運動接近，及反向脫離運動，由該檢測電壓變化找到初步靠邊的位置；再以較高的線張力讓該線電極與工件做低速的相對運動接近，再反向脫離運動，由該檢測電壓變化找到靠邊的位置。上述的方法更可應用於快速尋圓型中心、槽寬度或板幅寬度的尋邊操作，達成大幅度縮短尋邊時間，及工件的高精度尋邊的功效。

Description

線切割機快速尋邊方法
本發明線切割機快速尋邊方法，係一種可應用於線切割放電加工機，尤其能以通電的線電極快速靠近工件邊緣，透過檢知線電極的電壓或脈衝變化，得以尋邊確認工件要進行加工的工作座標基準點的方法。
線切割放電加工機器在加工前常需要執行尋邊的程序，以便找到被加工產品的座標基準原點，一般線切割放電加工機在做尋邊定位程序時，通常以慢速的進給率移動上、下機頭同步靠近工件，上、下機頭夾持的線電極，則維持加工狀態線張力、送線速度，由作為加工刀具的線電極(通常為銅絲)與被加工的工件表面碰觸，以便通過觀察電火花的大小和均勻度來判斷，是否正確尋找到了工件的邊沿，以及工件在工作台板上的垂直度情況，例如中華民國發明專利號I226271線切割放電加工機尋邊校垂直方法，揭示一種不需要尋邊器或垂直校正器，即可進行尋邊校垂直的方法，藉由一個已知高度的偵測參考點，選定線切割放電加工機的上機頭至少於三個不同高度的四個不同位置，做四次靠邊動作，讓切割線與偵測參考點做接觸；取得四次靠邊動作間的接觸位移量的數據資料；利用數學三角形相似關係，建立聯立方程式；可以算出上、下機頭的高度位置，以及與垂直點的誤差量，完成校垂直作業。該發明的尋邊校垂直方法，線電極的反 覆移動行為需要耗費許多時間，而且放電火花燒蝕工件造成損壞，及工件碰觸線電極(銅絲)時刮落銅粉，造成銅黏貼污染的缺失。
又如，日本專利特許出願公開號平3-121721線放電加工方法，說明書中所揭示，該發明其目的在於，計算相對的兩邊平行的被加工物的中心座標，使可自動運動工作台移動，使加工用電極或相當於觸摸感測器的接觸檢測設備進入該中心座標，藉以通過上述的中心座標開始加工，從被加工物的中心確定尺寸的加工，其目的為獲得一種線放電加工方法，該方法能夠執行與工件四個側面的確定距離的加工。以往的電火花線切割加工裝置，僅從初始孔的中心開始加工，而不能進行從被加工物的中心尺寸確定的加工、即與工件四個側面的距離確定的加工問題。該發明的線放電加工方法，使加工用電極或相當於觸摸感測器的接觸檢測設備進入該中心座標，慢速反覆移動行為需要耗費許多時間。
另有，如中國大陸實用新型專利授權公告號CN 210099153U線切割防電火花紋尋邊器，揭示習知的尋邊操作方式，以帶電的鉬絲或銅絲，在X軸上選定一邊碰一下座標為零，再選另一邊用鉬絲或銅絲碰一下得出數值，取其一半為X軸中點，然後按同樣方法找出Y軸中點，這樣工件在XY平面的加工中心就得到了確定，即分中原理，從而得到數控機器加工工作的座標原點；然而在這個過程中難以避免放電火花對產品表面燒蝕損壞，嚴重影響產品的外觀品質，因此該發明開發出一種便於更換、且能代替工件承受電火花燒蝕的防電火花紋的尋邊器，包括至少一個由導磁且導電的材料製作而成的尋邊裝置。該發明線切割防電火花紋尋邊器，就需要額外增加至少一個由導磁且導電的材料製作而成的尋邊裝置，也沒有揭露 相關快速尋邊的流程操作。
此外，如沙迪克Sodick株式會社出版的線切割放電加工機標准版Ver.1.5操作說明中，執行幅中心(在測量工件寬度的中心以及工件的寬度)、孔中心(確定孔的中心位置)、溝中心等功能操作說明，要靠操作者移到接近中心位置，操作者手動輸入估計的快進量、接觸感知返回量等數值，並提醒操作者注意：為了防止工件與導絲接觸，「快進量」、「接觸感知返回量」應輸入較小的值，需要操作者人工估計快進量，並迴避工件與線電極相互接觸的狀況，在尋邊的動作行為時，線電極與工件的相互運動都極為緩慢。
綜合上述，習知技術沒有揭露有關於以線電極快速尋邊，無法快速並自動偵測尋邊，使不同形狀的工件中心座標得以確認，在尋邊的動作行為都花費許多時間，以及習知技術使用以通電的線電極去碰觸工件的尋邊或校垂直的過程中，無法避免因放電火花燒蝕工件表面造成損壞，及工件碰觸線電極(銅絲)時刮落金屬粉(銅粉)，造成銅黏貼污染工件的缺失。
本發明的線切割機快速尋邊方法，要解決一般線切割放電加工機在做尋邊定位時，尋邊速度慢造成校模時間太久，以及因放電火花燒蝕工件造成損壞，及工件碰觸線電極(銅絲)時刮落銅粉，造成銅黏貼污染，或尋邊速度慢造成校模時間太久的缺失。本發明提出一種線切割機快速尋邊方法，以通電的線電極快速靠近工件邊緣，並降低線電極的線張力、送線速度，透過檢知線電極的電壓或脈衝變化，檢測線電極的電壓可以是直流電壓、交流電壓、脈衝電壓，使線電極快速移動至工件邊緣進行尋邊座 標定位，達成大幅度縮短尋邊時間，達成工件的高精度尋邊定位工作座標的功效。
1:工件
2a:下機頭
2b:上機頭
3:線電極
4:快速尋邊碰觸點
5:快速尋邊脫離點
6:慢速尋邊碰觸點
7:慢速尋邊脫離點
20:開始尋邊功能
21:是否啟動快速尋邊自動偵測？
22:降低線張力
23:線電極與工件快速相對運動接近
24:線電極與工件反向脫離運動
25:調高線張力
26:慢速度線電極與工件相對運動接近
27:慢速度線電極與工件反向脫離運動
28:產生靠邊的位置
29:完成
50:開始尋圓弧型中心
51:是否啟動快速尋邊自動偵測？
52:降低線張力
53:由圓弧型內PN點，線電極與工件快速相對運動接近
54:線電極與工件反向脫離運動
55:調高線張力
56:慢速度線電極與工件相對運動接近
57:慢速度線電極與工件反向脫離運動
58:高精度n個P點靠邊位置，產生圓心座標、圓半徑
59:完成尋圓弧型中心
561:慢速度由圓弧型內PN點，線電極與工件相對運動接近
571:慢速度線電極與工件反向脫離運動
581:高精度n個P點靠邊位置，產生圓心座標、圓半徑
591:完成尋圓弧型中心
60:開始尋槽寬
61:是否啟動快速尋邊自動偵測？
62:降低線張力
63:在X-方向以快速運動方式，線電極與工件相對運動接近
64:線電極與工件反向脫離
65:產生X-初步靠邊位置
631:在X+方向以快速運動方式，線電極與工件相對運動接近
641:線電極與工件反向脫離
651:產生X+初步靠邊位置
66:調高線張力
67:X-與X+方向，慢速度線電極與工件相對運動接近，反向脫離
68:產生在X-與X+方向靠邊位置、槽寬距離
69:完成
【圖1】快速尋邊運動立體示意圖(a)、平面示意圖(b)
【圖2】本發明方法中快速尋邊定位流程圖
【圖3】本發明方法中快速N點尋圓弧型中心流程圖(a)、 尋圓弧型中心座標示意圖(b)
【圖4】本發明方法中快速尋槽寬流程圖(a)、 尋槽寬座標示意圖(b)
【圖5】本發明方法中尋槽寬座標旋轉示意圖
如圖1快速尋邊運動立體示意圖(a)、平面示意圖(b)，工件1放至於XY水平的工作檯面上，工件1的側面應垂直於工作檯面，線電極3被夾持於下機頭2a與上機頭2b之間，也是應垂直於工作檯面，下機頭2a與上機頭2b同步移動向工件1的側邊靠近，直至線電極3碰觸工件1側面，找到線電極3與工件1恰為碰觸的位置座標，即為進行尋邊的操作流程。進行尋邊功能時，在線電極3與工件1之間施予一檢測電壓V，以較低的線張力讓該線電極3與工件1做快速的相對運動接近，直至該檢測電壓V降低，才停止相對運動，因線電極3為可撓性，在與工件1快速相對運動時，發生的快速尋邊碰觸點4會超越工件的側邊；再使該線電極3與該工件1反向脫離運動，直至該檢測電壓V恢復，才停止相對運動，產生快速尋邊脫離點5，亦為初步靠 邊的位置。以較高的線張力讓該線電極3與工件1做低速的相對運動接近，直至該檢測電壓V降低，才停止相對運動，產生慢速尋邊碰觸點6；再使該線電極3與該工件1反向脫離運動，直至該檢測電壓V恢復才停止相對運動，產生慢速尋邊脫離點7，即為靠邊的位置。一般習知技術中為避免線電極3碰觸工件1時，線電極3可能發生斷線、刮落電極線金屬粉，及能精確找到線電極3與工件1恰為碰觸的位置座標，在尋邊的動作行為時，線電極3的移動都極為緩慢。
如圖2本發明方法中快速尋邊定位流程圖，由開始尋邊功能20進入判斷步驟21是否啟動快速尋邊自動偵測？若為否時，則直接到步驟26慢速度線電極與工件相對運動接近，並接著依序執行步驟27直到步驟29完成；若為是時，則進行步驟22降低線電極3的線張力；進行步驟23使線電極3與工件1快速相對運動接近，線電極3與工件1碰觸時兩者之間的檢測電壓V降低；進行步驟24使線電極3與工件1反向脫離運動，直至線電極3與工件1間的檢測電壓V恢復，才停止相對運動，此時產生初步靠邊的位置；進行步驟25調高線張力，亦即為調高線電極3在下機頭2a與上機頭2b之間的線張力；進行步驟26使線電極3與工件1以慢速度進行相對運動接近，線電極3與工件1碰觸時兩者之間的檢測電壓V降低；進行步驟27慢速度線電極與工件反向脫離運動，直至線電極3與工件1間的檢測電壓V恢復，才停止相對運動，此時產生靠邊的位置28；則此尋邊操作流程完成29。在不同的實施例中也可重複執行多次上述的步驟26使線電極3與工件1以慢速度進行相對運動接近，及步驟27慢速度線電極與工件反向脫離運動，並依次遞減步驟26及步驟27該線電極3與工件1的相對運動速度，最後得到靠邊的位置28，以 提升尋邊精度。
如圖3本發明方法中快速N點尋圓弧型中心流程圖(a)、尋圓弧型中心座標示意圖(b)所示，為圓弧形狀的內孔，由開始尋圓弧型中心50開始，進入判斷步驟51是否啟動快速尋邊自動偵測？若為否時，則至步驟561以慢速度由圓弧型內PN點，N≧3，線電極3與工件1相對運動接近，及步驟571慢速度線電極3與工件1反向脫離運動，重複至少共三次流程步驟561至流程步驟571，得到步驟581高精度n≧3個P點靠邊位置，及可以產生圓心座標、圓半徑；到步驟591完成尋圓弧型中心；若為是時，則進行步驟52降低線電極3的線張力；進行步驟53使線電極3由圓弧型內P1點與工件1快速相對運動接近；進行步驟54使線電極3與工件1反向脫離運動，快速相對脫離運動可得到初步靠邊位置座標；進行步驟55調高線張力，亦即為調高線電極3在下機頭2a與上機頭2b之間的線張力；進行步驟56慢速度線電極3與工件1相對運動接近，線電極3與工件1碰觸時兩者之間的檢測電壓V降低；進行步驟57慢速度線電極3與工件1反向脫離運動，直至線電極3與工件1間的檢測電壓V恢復，才停止相對運動，此時產生靠邊的位置，如圖3(b)中P11點。操流程回到進行步驟53，使線電極3由圓弧型內P1點至PN點，重複至少共三次流程步驟53至流程步驟57，可以產生至少三個靠邊的位置的記錄，如圖3(b)中P11,P21,P31點；進行到步驟58高精度n≧3個P點靠邊位置，及可以產生圓心座標、圓半徑；到步驟59完成尋圓弧型中心。(在圓弧形狀的工件時，以上的流程步驟53，亦可使線電極3由圓弧型外至少三個點P'1點至P'N點，如圖3(b)中P'1,P'2,P'3點與工件1快速相對運動接近或脫離，得到靠邊位置，如圖3(b)中P11,P21,P31點。)
如圖4本發明方法中快速尋槽寬流程圖(a)、尋槽寬座標示意圖(b)，在槽孔內開始尋槽寬60進入判斷步驟61是否啟動快速尋邊自動偵測？若為否時，則至步驟67 X-與X+方向，慢速度線電極3與工件1相對運動接近，反向脫離；若為是時，則進行步驟62降低線電極3的線張力；進行步驟63使線電極3在Y軸固定，X-方向以快速運動方式與工件1快速相對運動接近，因為快速相對運動亦會使線電極3與工件1移動到碰觸，兩者之間的檢測電壓V降低；進行步驟64使線電極3與工件1互相反向脫離；在步驟65直至線電極3與工件1間的檢測電壓V恢復，才停止相對脫離運動，產生X-初步靠邊位置；步驟62後，或/也先可進行步驟631使線電極3在X+方向以快速運動方式與工件1快速相對運動至碰觸，因為快速相對運動亦會使線電極3與工件1移動到碰觸，兩者之間的檢測電壓V降低；進行步驟641使線電極3與工件1互相反向脫離；進行步驟651直至線電極3與工件1間的檢測電壓V恢復，才停止相對脫離運動，產生X+初步靠邊位置；進行步驟66調高線張力，亦即為調高線電極3在下機頭2a與上機頭2b之間的線張力；使該線電極3分別快速定位至該X-、X+初步靠邊位置，進行步驟67使線電極3與工件1分別在X-與X+方向，進行慢速度線電極3與工件1相對運動接近，反向脫離；步驟68可以得到產生在X-與X+方向靠邊位置、槽寬距離，亦為如圖4(b)中產生高精度尋邊在X-、X+方向靠邊位置、槽寬距離；則可完成尋槽寬流程69。(以上的流程步驟也可以由X軸固定，由Y-、Y+方向進行兩邊的尋邊操作，產生高精度尋邊在Y-、Y+方向的靠邊位置、槽寬距離。)在尋工件的板幅寬度時，可以由如圖4(b)中由板幅外的X'-與X'+方向，進行上述快速尋邊方法步驟。
對於尋接觸邊面非與X、Y座標垂直，或尋邊接觸面位置不良，存在凹凸等狀況，控制器可對X、Y移動尋邊軸向作角度旋轉，如圖5本發明方法中尋槽寬座標旋轉示意圖中，當溝槽的位置為傾斜，並非與機台座標X軸或Y軸互相垂直時，溝槽的X'Y'座標系統相對於機台XY座標系統是旋轉一個θ角度，可由線切割放電加工機控制器功能設定，使機台XY座標系統旋轉一個θ角度，與溝槽的X'Y'座標系統重合，即可同樣執行如圖4方法的快速尋槽寬流程，亦為可以由Y軸固定，由X-、X+方向進行兩邊的尋邊操作，產生高精度尋邊在X-、X+方向靠邊位置、距離；也可以由X軸固定，由Y-、Y+方向進行兩邊的尋邊操作，產生高精度尋邊在Y-、Y+方向靠邊位置、距離。
20:開始尋邊功能
21:是否啟動快速尋邊自動偵測？
22:降低線張力
23:線電極與工件快速相對運動接近
24:線電極與工件反向脫離運動
25:調高線張力
26:慢速度線電極與工件相對運動接近
27:慢速度線電極與工件反向脫離運動
28:產生靠邊的位置
29:完成

Claims (10)

  1. 一種線切割機快速尋邊方法，透過檢知線電極與工件兩端的電壓變化，進行尋邊功能，該方法包括至少以下步驟：啟動尋邊功能後，在線電極與工件之間施予一檢測電壓，該檢測電壓可以為交流電壓或直流電壓或脈衝電壓；先執行一高速步驟：以較低的線張力讓該線電極與該工件做快速的相對運動接近，直至該檢測電壓降低才停止相對運動，再使該線電極與該工件反向脫離運動，直至該檢測電壓恢復才停止相對運動；再執行慢速步驟：以較高的線張力讓該線電極與該工件做低速的相對運動接近，直至該檢測電壓降低才停止相對運動，再使該線電極與該工件反向脫離運動，直至該檢測電壓恢復才停止相對運動；該慢速步驟中，反向脫離運動的停止位置即為靠邊的位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，該尋邊功能係為進行尋圓弧型中心，係以線電極在工件的圓弧內部運動至少不同三點尋圓中心，該尋圓弧型中心步驟，使該線電極分別在工件圓弧上至少不同三點，執行該高速步驟與該慢速步驟，即為在該圓上得到至少三點該靠邊位置，可以產生高精度尋邊定位圓心座標、圓半徑。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中使該線電極分別在工件的圓弧型外部運動至少三點進行該尋圓弧型中心，該尋圓弧型中心步驟，使該線電極分別在圓上至少不同三點，執行該高速步驟與該慢速步驟，即為在該圓上得到至少三點該靠邊位置，可以產生高精度尋邊定位圓心座標、圓半徑。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該尋邊功能，是為由內部尋槽寬度；該線電極與該工件快速相對運動至碰觸，係為固定Y軸的X-、X+方向，分別執行上述的高速步驟，產生X-、X+初步靠邊位置；使該線電極分別快速定位至該X-、X+初步靠邊位置，分別執行上述的慢速步驟，分別在該X-、X+方向接觸點，產生靠邊位置與寬度距離。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法， 其中該線電極、該工件快速相對運動至碰觸，係為固定X軸的Y-、Y+方向，分別執行上述的高速步驟，產生Y-、Y+初步靠邊位置；使該線電極分別快速定位至該Y-、Y+初步靠邊位置，分別執行上述的慢速步驟，分別在該Y-、Y+方向接觸點，產生靠邊位置與寬度距離。
  6. 如申請專利範圍第4或5項所述之方法，該尋邊功能，是為由外部尋板幅寬度。
  7. 如申請專利範圍第2、3、4、5項中之任一項所述之方法，該尋邊功能係在多點處進行尋邊時，先在多點處重複該高速步驟後，得到多點處初步靠邊位置；再陸續快速移到各該初步靠邊位置重複該慢速步驟，獲得每一點的靠邊位置。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之方法，該尋邊功能係在多點處進行尋邊時，先在多點處重複該高速步驟後，得到多點處初步靠邊位置；再陸續快速移到各該初步靠邊位置重複該慢速步驟，獲得每一點的靠邊位置。
  9. 如申請專利範圍第4或5項所述之方法，機台的座標系統可以相對工件座標系統旋轉一個角度，使該機台的座標系統與該工件座標系統吻合，以進行該線電極依該機台的座標系統與該工件的尋邊功能。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之方法，機台的座標系統可以相對工件座標系統旋轉一個角度，使該機台的座標系統與該工件座標系統吻合，以進行該線電極依該機台的座標系統與該工件的尋邊功能。
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