專利名稱：具有形變補償裝置的電火花線切割加工機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有形變補償裝置的電火花線切割加工機，尤其是關于一
種利用在伸臂上設置應變片(Strain Gauge)來進行切割路徑補償?shù)碾娀鸹ň€切割加工機。
背景技術：
產(chǎn)品的精密化以及功能的自動化，已成為未來工具類機械的發(fā)展趨勢；針對超精密加工技術市場，其所應用的產(chǎn)品市場逐年成長，未來對于個人移動3C產(chǎn)品、光電通信、生物醫(yī)學零部件的超精密模具或零部件加工勢必有強烈需求，因此超精密加工市場前途大為看好；然而，當產(chǎn)品的加工精度需求進入到超精密等級時，相關產(chǎn)品的設計將被精密加工的制造能力所牽制，若要制造高精度的產(chǎn)品，則必須整合多種工藝方式，花費大幅成本方得以實現(xiàn)。
電火花線切割加工(WEDM， Wire Electrical Discharge Machining)為非傳統(tǒng)加工方式之一，其加工原理為通過導電的線電極進行切削，在導電工件與線電極在極為靠近的狀況下施加電壓而造成火花放電現(xiàn)象，利用該現(xiàn)象發(fā)生時的高熱熔化加工物以達到切削加工的目的；因此，電火花線切割加工提供實現(xiàn)超高硬度材料進行精密加工的絕佳選擇。
隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電火花線切割加工機的市場也逐漸擴大，使得整體生產(chǎn)量隨之上升，而在機床生產(chǎn)的過程中最常發(fā)生的問題即為機床批量生產(chǎn)穩(wěn)定性問題。該問題源自各機床從鑄件制作、零部件制造至整機裝配的過程極為復雜，整個生產(chǎn)過程會經(jīng)過多道程序，也需要大量人力投入其中，因此很容易在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)瑕疵，進而導致最終機床精確度與期望不同。電火花線切割加工機在第一刀加工時需要進行高壓沖水以利排渣的順暢，但是沖水的壓力高達20kg/cr^且直接施于上下機頭，此時下伸臂因為較為細小且距離支點較遠，因此很容易出現(xiàn)下垂的現(xiàn)象，導致下機頭端點的位置出現(xiàn)偏移的現(xiàn)象。電火花線切割加工采用線電極進行放電切削，控制器在計算線電極的加工路徑時，先以上下機頭的端點連線作為線電極目前在空間中的姿態(tài)，再依照使用的線電極半徑進行路徑補償修正。若在加工中上下機頭的位置因形變而發(fā)生偏移，則線電極行走的路徑將與預期不同而造成加工精度不準確的問題。目前現(xiàn)有對于此問題的處理方式為加大下伸臂粗度以提升剛性并降低形變的程度，該方法僅能減少形變問題的發(fā)生，并無法隨著沖水壓力、環(huán)境溫度、伸臂長度進行即時現(xiàn)場形變測量，進而補償修正因形變所造成的路徑偏移。
常用的電火花線切割加工機，其伸臂結構有以下缺點
(1) 高壓沖水時會使機頭承受極大的壓力，所產(chǎn)生的力矩將使伸臂產(chǎn)生形變 一般在進行高速加工時為確保排渣良好，需要對工件進行高壓沖水以利排渣，而沖水的部位是由上下機頭(如圖1的機頭IO與機頭12)中的噴流機構
擔任。高壓沖水時會使上下機頭承受一極大的反作用力，該壓力可達20kg/cm2，
再加上支點與力臂所產(chǎn)生的力矩將使伸臂產(chǎn)生形變。尤其是下伸臂(如圖1的
伸臂14)因機頭與支點的距離較遠，且伸臂的截面積較小，因此所產(chǎn)生的形變
更為嚴重。
(2) 不同的沖水水壓、伸臂材質與長度皆會影響形變量上下伸臂的形變主要是因為伸臂受到力矩(機頭施力x力臂長度)的影響而發(fā)生形變，因此不
同的沖水壓力與力臂長度其產(chǎn)生的力矩也不同，因此所造成的形變量亦不同。此外，伸臂材質為影響材料剛性的主要因素之一，材質剛性越強其受到相同外力時的形變量相對較小。
(3) 無法得知目前伸臂的形變量，亦無法針對該問題進行線場補償修正目前電火花線切割加工機并無任何偵測方式可以針對伸臂的形變加以監(jiān)控，因此無法確認形變量的大小或進行補償修正。
因此，本發(fā)明的發(fā)明人研究出一種具有形變補償裝置的電火花線切割加工機，其可改善公知技術中因為沖水壓力造成切割路徑偏移的缺點。

發(fā)明內容
本發(fā)明主要目的為提供一種具有形變補償裝置的電火花線切割加工機，利用應變片來進行伸臂的形變測量并據(jù)以反饋控制，進而達成切割路徑補償?shù)哪康摹?br> 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種具有形變補償裝置的電火花線切割加工機，包含
一可移動的伸臂；
一測量單元，安裝于該伸臂上以測量該伸臂的形變量；以及 一控制單元，與該測量單元電連接并控制該伸臂的移動；
其中，該控制單元儲存有一伸臂形變量與位置誤差值的對照表，故可根據(jù) 該伸臂的形變量對該伸臂進行反饋位移控制。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明更提供一種電火花線切割加工機伸臂形變補償方
法，包含步驟
(a) 提供一電火花線切割加工機，具有可移動的伸臂、安裝于該伸臂上
以測量形變量的測量單元，以及與該測量單元電連接并控制該伸臂移動的控制
單元；
(b) 該測量單元測量該伸臂在作業(yè)時所產(chǎn)生的形變量并產(chǎn)生一信號；
(c) 該控制單元接收該信號并根據(jù)儲存的伸臂形變量與位置誤差值的對 照表求得該伸臂的位置誤差值；以及
(d) 該控制單元根據(jù)該位置誤差值對該伸臂進行反饋位移控制。 本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明提供的具有形變補償裝置的電火花線切割
加工機通過對伸臂進行反饋位移控制，可對形變的伸臂進行現(xiàn)場位移補正，使 得機頭可回到原切割路徑上，因此可提高切割時的精準度，確保加工精確度。 下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的 限定。


圖l為公知的電火花線切割加工機的示意圖2為本發(fā)明的電火花線切割加工機的示意圖3A為電火花線切割加工機的伸臂在正常狀態(tài)下的示意圖3B為電火花線切割加工機的伸臂在形變狀態(tài)下的示意圖，，
圖4為機頭路徑偏差的示意圖5A為本發(fā)明電火花線切割加工機的元件連接示意圖； 圖5B為本發(fā)明電火花線切割加工機的元件連接示意圖，其顯示為另一實 施例；圖6為本發(fā)明所使用的精密阻抗變化轉換放大電路的電路圖7為本發(fā)明所使用的伸臂形變量與位置誤差對照表的制作流程圖；以及
圖8為本發(fā)明所使用的伸臂形變補償方法的流程圖。
其中，附圖標記
2-電火花線切割加工機
10-機頭
12-機頭
14-伸臂
20-機頭
22-機頭
24-上伸臂
26-下伸臂
50-微型處理器
52-伸臂
54-應變片
56-阻抗變化轉換放大電路
58-存儲器
200-應變片
202-應變片
204-應變片
580-伸臂形變量與位置誤差值的對照表 600-運算區(qū)
具體實施例方式
為使對本發(fā)明的目的、構造、特征、及其功能有進一步的了解，將參照跗 圖并配合實施例詳細說明如下，但以下附圖及實施例僅為輔助說明，本發(fā)明并 不限于附圖及實施例。
圖2為本發(fā)明具有形變補償裝置的電火花線切割加工機的示意圖，本發(fā)明 的具有形變補償裝置的電火花線切割加工機2主要通過設于上伸臂24上的機 頭20與下伸臂26上的機頭22對料件進行切割，該上伸臂24與下伸臂26可自由移動。
在尚未進行切割前，該機頭20與機頭22彼此相對，可在兩個機頭間的線
電極與工件間施加電壓而造成火花放電并利用其高熱熔化料件以達到切削加
工的目的；然而在切割時，為使排渣順利，故上下機頭20與22的周圍會噴出 強力水柱(圖中未示出)來進行排渣，故會使得上下伸臂24與26受一強大的 反作用力而形變(請參見圖3A與圖3B)，而上下伸臂24與26的形變會使 得機頭20與22相應地產(chǎn)生偏移，故使得料件的切割路徑產(chǎn)生誤差，造成料件 切割時的精確度下降。
圖4為上述機頭路徑偏差的簡要示意圖，其中原本相對應的上下機頭20 與22由于伸臂形變使得位置產(chǎn)生偏移，因此不但在X方向上產(chǎn)生位移偏差a， 更在Y方向上分別產(chǎn)生位移偏差b與位移偏差c，故使得切割精度下降。
為改善上述問題，如圖2所示，在本實施例中在下伸臂26上設有多個應 變片(Strain Gauge)200、 202與204，當下伸臂26發(fā)生形變時會牽動上方貼附 的應變片200、 202與204使之產(chǎn)生形變，應變片200、 202與204的形變將影 響其本身的電阻性，而后再利用一阻抗變化轉換放大電路(如圖6所示)將電阻 變化轉換成電壓變化。在本發(fā)明的實施例中，僅在下伸臂22上設置應變片200、 202與204;然而本發(fā)明可同時在上下伸臂上設置應變片來進行形變測量，此 類應用變化視使用者的需求而采用，在此不再贅述。
此外，本發(fā)明更在電火花線切割加工機中設置有一微型處理器50，如圖 5A的元件連接關系示意圖所示。其中應變片54先與一阻抗變化轉換放大電路 56電連接后，再連接至該微型處理器50，該微型處理器50又與伸臂52電連 接以控制伸臂52的移動，此外該微型處理器50更與一存儲器58電連接，該 存儲器58則儲存一伸臂形變量與位置誤差值的對照表580 (其產(chǎn)生方式將陳 述如后)，故可根據(jù)該伸臂的形變量對該伸臂進行反饋位移控制。
當然，該本發(fā)明的使用元件亦可有其他變化，如圖5B所示，意即該伸臂 52分別與微型處理器50及應變片54電連接，該微型處理器50與應變片54 亦互相電連接，其中該微型處理器50直接設置有阻抗變化轉換放大電路56 且儲存有該伸臂形變量與位置誤差值的對照表580。
圖6為本發(fā)明中所使用的精密阻抗變化轉換放大電路的電路圖。精密阻抗 變化轉換放大電路中有關運算部份(如圖6中的運算區(qū)600)是由多種元件電路所組成，可針對各元件間的電壓偏移、^^度偏移進行補償，同時可完成抑制噪 聲與實現(xiàn)阻抗匹配的功能，其整體功能等同于精密運算放大器。
當伸臂發(fā)生形變時會同時造成上方貼附的應變片形變，此時應變片本身的 阻抗會出現(xiàn)變化，該阻抗的變化通過精密阻抗變化轉換放大電路后將使得輸出 電壓隨的改變。
請參照圖7，該圖為本發(fā)明中的伸臂形變量與位置誤差對照表的制作流程 圖，其中
步驟71-首先，對電火花線切割加工機的伸臂施予一力量，使伸臂產(chǎn)生形 變，該機頭會隨著產(chǎn)生一位置變化量；
步驟72-當伸臂形變時，該應變片會根據(jù)該形變量對應產(chǎn)生一輸出電壓變
化；
步驟73-將該機頭位置變化量與該輸出電壓變化量記錄后，重復步驟71;
以及
步驟74-將得到的多組數(shù)據(jù)形成伸臂形變量與位置誤差值的對照表。 再請參照圖8，該圖為本發(fā)明的伸臂形變補償方法的流程圖，其中包含 步驟81-該應變片測量該伸臂在作業(yè)時所產(chǎn)生的形變量并產(chǎn)生一電壓變化
步驟82-該微型處理器接收該電壓變化量后，從伸臂形變量與位置誤差值 對照表中根據(jù)電壓變化量求得伸臂的位置誤差值；以及
步驟83-該微型處理器根據(jù)位置誤差值對伸臂進行反饋位移控制。
如此，本發(fā)明具有形變補償裝置的電火花線切割加工機由于可對伸臂進行 反饋位移控制，故可將因水柱沖擊反作用力而形變的伸臂進行位移補正，使得 機頭可回到原切割路徑上，因此可提高切割時的精準度，確保加工精確度不會 因為伸臂形變而降低。
當然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質的情 況下，熟悉本領域的技術人員可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這 些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1. 一種具有形變補償裝置的電火花線切割加工機，其特征在于，包含一可移動的伸臂；一測量單元，安裝于該伸臂上以測量該伸臂的形變量；以及一控制單元，與該測量單元電連接并控制該伸臂的移動；其中，該控制單元與儲存有一伸臂形變量與位置誤差值的對照表的記憶單元電連接，故可根據(jù)該伸臂的形變量對該伸臂進行反饋位移控制。
2. 根據(jù)權利要求1所述的具有形變補償裝置的電火花線切割加工機，其特 征在于，該測量單元包含至少一應變片。
3. 根據(jù)權利要求2所述的具有形變補償裝置的電火花線切割加工機，其特 征在于，該測量單元更包含一阻抗變化轉換放大電路。
4. 根據(jù)權利要求2所述的具有形變補償裝置的電火花線切割加工機，其特 征在于，該控制單元更包含一阻抗變化轉換放大電路。
5. —種電火花線切割加工機伸臂形變補償方法，其特征在于，包含步驟(a) 提供一電火花線切割加工機，其具有可移動的伸臂、安裝于該伸臂上 以測量形變量的測量單元，以及與該測量單元電連接并控制該伸臂移動的控制 單元；(b) 該測量單元測量該伸臂在作業(yè)時所產(chǎn)生的形變量并產(chǎn)生一信號；(c) 該控制單元接收該信號并根據(jù)儲存的伸臂形變量與位置誤差值的對 照表求得該伸臂的位置誤差值；以及(d) 該控制單元根據(jù)該位置誤差值對該伸臂進行反饋位移控制。
6. 根據(jù)權利要求5所述的電火花線切割加工機伸臂形變補償方法，其特征 在于，該測量單元包含至少一應變片。
7. 根據(jù)權利要求6所述的電火花線切割加工機伸臂形變補償方法，其特征 在于，該測量單元更包含一阻抗變化轉換放大電路。
8. 根據(jù)權利要求6所述的電火花線切割加工機伸臂形變補償方法，其特征 在于，該控制單元更包含一阻抗變化轉換放大電路。
9. 根據(jù)權利要求7或8所述的電火花線切割加工機伸臂形變補償方法，其 特征在于，該應變片在形變時產(chǎn)生阻抗變化，該阻抗變化轉換放大電路將該阻抗變化轉為輸出電壓變化，該控制單元接收該輸出電壓變化并根據(jù)對照表求得 該伸臂的位置誤差值。
10. 根據(jù)權利要求5所述的電火花線切割加工機伸臂形變補償方法，其特征在于，該伸臂形變量與位置誤差的對照表依下列步驟制作(al)對該伸臂施予不同力量使其產(chǎn)生數(shù)種形變并記錄位置誤差值； (a2)該測量單元根據(jù)該數(shù)種形變對應產(chǎn)生數(shù)種信號；以及 (a3)該控制單元記錄該位置誤差值與相應的信號以形成伸臂形變量與位 置誤差值的對照表。
11. 根據(jù)權利要求10所述的電火花線切割加工機伸臂形變補償方法，其 特征在于，該測量單元包含至少一應變片。
12. 根據(jù)權利要求11所述的電火花線切割加工機伸臂形變補償方法，其 特征在于，該測量單元更包含一阻抗變化轉換放大電路。
13. 根據(jù)權利要求11所述的電火花線切割加工機伸臂形變補償方法，其 特征在于，該控制單元更包含一阻抗變化轉換放大電路。
14. 根據(jù)權利要求12或13所述的電火花線切割加工機伸臂形變補償方 法，其特征在于，該應變片在形變時產(chǎn)生阻抗變化，該阻抗變化轉換放大電路 將該阻抗變化轉為輸出電壓變化，該控制單元接收該輸出電壓變化并根據(jù)對照 表求得該伸臂的位置誤差值。
全文摘要
一種具有形變補償裝置的電火花線切割加工機，包含一可移動的伸臂；一測量單元，安裝于該伸臂上以測量該伸臂的形變量；以及一控制單元，與該測量單元電連接并控制該伸臂的移動；其中，該控制單元儲存有一伸臂形變量與位置誤差值的對照表，故可根據(jù)該伸臂的形變量對該伸臂進行反饋位移控制。
文檔編號B23H7/00GK101462188SQ20071030184
公開日2009年6月24日 申請日期2007年12月18日 優(yōu)先權日2007年12月18日
發(fā)明者李祥國, 林洋鑫, 林瑞寬 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院