CN101670472B - 线切割电化学放电加工进给控制方法与装置 - Google Patents

Abstract

一种线切割电化学放电加工进给控制方法。该方法是利用线电极在加工中的张力变化作为判定接触加工事件发生的依据。当发生接触加工时，则要退刀以使线电极与工件重新分离而再继续加工。每当发生接触加工并完成退刀后会自动做减速，如此可以逼近到理论上的理想速度。

Description

线切割电化学放电加工进给控制方法与装置

技术领域

本发明是有关于电化学放电加工，且特别有关于一种线切割电化学放电加工进给控制方法与装置。

背景技术

非导电的硬脆材料因其具有如高耐热、耐变形、耐腐蚀性的优异性质近年被广泛用于微机电***(Micro-Electro Mechanical System，简称为MEMS)或生物芯片。然而，在非导电的硬脆材料加工上，若以传统加工法来对材料进行加工，因其材料本身所具有的硬脆特性，常有材料移除率突然增大的情形，会导致加工精度差或材料表面脆裂而难以控制加工情况的问题发生，故发展高加工进给速度与高精度的加工法是必要的。

一般线切割放电加工不受材料强度、硬度等性质的影响，可以进行复杂路径轨迹切割加工，只要被加工材料是具导电性均可以利用线切割放电加工(Wire Electrical Discharge Machining，简称为WEDM)来达到加工的目的，不过对于非导电性的硬脆材质则无法利用传统的线切割放电加工完成，但结合电化学放电与线切割加工方法可以解决上述问题。

已知的电化学放电加工进给方法包括砝码配重进给与定速进给加工法。

图1是显示砝码配重进给法的示意图。

“砝码配重进给法”是将砝码110外挂于一外加工槽120上，由外加工槽120与滑轨机构130的搭配，使得内加工槽140受到砝码的重力作用造成自动进给的效果。这样的进给方式是将工件强迫性的顶住线电极来做加工，使线电极与工件间没有间隙，故又称为接触加工。由于线电极与工件在接触的地方会排除气泡进而排除放电的发生，使得加工必须先将周围未接触的工件消除才能使接触的地方崩溃而完成一小段的加工，如此将会造成非常不平整且粗糙的表面。因此，砝码配重进给法的缺点为加工表面不平整及加工进给速度不快。

“定速进给加工法”是令线电极或工件以固定速移动方式来进行加工，即设定一个较慢的加工进给速度进行加工。当加工进给速度大于初始进给速度时，线电极将不会发生与工件接触的情况，结果可以得到一个非常平整的加工表面。理论上若能设定一个理想的加工进给速度，则可获得平整的加工表面及最快的加工进给速度，但却需要操作者长期的监督。一旦发生接触事件就必须降速，否则就变成接触加工而会得到非常粗糙的表面且降低加工进给速度，最后可能导致断线。因此，定速加工法的缺点为不能自动化加工。

发明内容

本发明提出了一种线切割电化学放电加工进给控制方法与装置，用以解决进给控制的问题并避免线电极与工件做接触式的加工，进而达到自动化复杂轨迹切割加工，提升加工效率与精度。

基于上述目的，本发明实施例揭露了一种线切割电化学放电加工进给控制方法。执行一加工操作，设定一工件的一第一伺服进给速度等于一预设初速度。设定一定时器并启动的，以计算该工件接触到一线电极的时间。读取一输入值，并且判断该线电极与该工件是否有接触。若该线电极与该工件有接触，则执行一退刀操作使该线电极与该工件分离一预设距离。令该第一伺服进给速度等于一第二伺服进给速度以继续该加工操作。若该线电极与该工件没有接触，则判断该定时器是否到达一预设接触时间。若未到达该预设接触时间，则令该工件以该第一伺服进给速度继续该加工操作。若到达该预设接触时间，则令该第一伺服进给速度等于该第三伺服进给速度以继续该加工操作。

本发明实施例更揭露了一种线切割电化学放电加工进给控制方法。执行一加工操作，设定一工件的一第一伺服进给速度等于一预设初速度以及一初始输入值。于一实施例中，初始输入值为线张力设定值。设定一定时器并启动的，以计算该工件接触到一线电极的时间。读取一第一输入值，去除该第一输入值的噪声而产生一第二输入值，并且判断该第二输入值是否大于该初始输入值与一边界值的一和值。于一实施例中，第一输入值及第二输入值分别为第一线张力设定值及第二线张力设定值。若该第二输入值大于该初始输入值与该边界值的该和值，则执行一退刀操作使该线电极与该工件分离一预设距离。令该第一伺服进给速度等于一第二伺服进给速度以继续该加工操作。若该第二输入值不大于该初始输入设定值与该边界值的该和值，则判断该定时器是否到达一预设接触时间。若未到达该预设接触时间，则令该工件以该第一伺服进给速度继续该加工操作。若到达该预设接触时间，则令一第一伺服进给速度等于该第三伺服进给速度以继续该加工操作。

本发明实施例更揭露了一种线切割电化学放电加工进给控制装置，包括一速度控制机构、一张力控制机构、一线电极、一线张力计、一工件以及一控制器。该线电极沿着该速度控制机构张力控制机构设置。该控制器设定该工件的一第一伺服进给速度等于一预设初速度，读取该线张力计自该线电极取得的一输入值，判断该线电极与该工件是否有接触，若该线电极与该工件有接触，则执行一退刀操作使该线电极与该工件分离一预设距离，令该第一伺服进给速度等于一第二伺服进给速度以继续加工该工件，若该线电极与该工件没有接触，则判断一定时器是否到达一预设接触时间，若未到达该预设接触时间，则令该工件以该第一伺服进给速度继续加工该工件，以及若到达该预设接触时间，则令该第一伺服进给速度等于一第三伺服进给速度以继续加工该工件。于一实施例中，输入值为线张力值。

附图说明

有关本发明为达上述目的，所采用的技术手段及其它功效，以下列举一较佳实施例并配合附图详细说明如后，其中：

图1是显示砝码配重进给法的示意图。

图2是显示本发明实施例的线切割电化学放电加工进给控制装置的结构示意图。

图3A是显示本发明另一实施例的线切割电化学放电加工进给控制装置的结构示意图，其利用一线接触判断电路辅助控制器。

图3B是显示本发明实施例的线接触判断电路的结构示意图。

图4是显示本发明实施例的速度加速与减速的控制方法步骤流程图。

图5是显示本发明实施例的利用一控制方法以加速逼进最佳速度的伺服控制程序的步骤流程图。

图6是显示本发明实施例的利用一线张力计来执行加速与减速的伺服控制程序的步骤流程图。

具体实施方式

为了让本发明的目的、特征、及优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图2至图6，做详细的说明。本发明说明书提供不同的实施例来说明本发明不同实施方式的技术特征。其中，实施例中的各元件的配置是为说明之用，并非用以限制本发明。且实施例中图中标号的部分重复，是为了简化说明，并非意指不同实施例之间的关联性。

本发明实施例揭露了一种线切割电化学放电加工进给控制方法与装置。

本发明实施例的线切割电化学放电加工进给控制方法与装置可让线电极保持非常靠近被加工物，使得线电极上可产生完整的气泡覆盖并使极间产生绝缘，接着由高电压在气泡层产生放电现象来进行线切割电化学放电加工，以在加工过程中进行自动进给控制，并可同时提升加工效率及获得良好的表面粗度及精度。

图2是显示本发明实施例的线切割电化学放电加工进给控制装置的结构示意图，该加工装置包括一放电电源210、一线速度控制机构220、一线张力控制机构230、一线张力计235、一辅助电极240、一线导电装置250、沿着线速度控制机构220以及线张力控制机构230设置的一线电极260、放置于电解液中并利用线电极260进行加工的一工件270以及一控制器280。线速度控制机构220包括一压线轮221与一线速度控制轮223。线张力控制机构230包括一压线轮231、一线张力控制轮233与一线轴237。控制器280设定该工件的一伺服进给速度等于一预设初速度，并读取该线张力计235的一输入值(例如，线张力值或判断信号)，以判断该线电极与该工件是否有接触，并利用一控制方法控制工件270的伺服控制进给速度与方向。图中的双箭头表示该工件的伺服控制进给方向。

图3A是显示本发明另一实施例的线切割电化学放电加工进给控制装置的结构示意图，该加工装置包括一放电电源310、一线速度控制机构320、一线张力控制机构330、一线张力计335、一辅助电极340、一线导电装置350、沿着线速度控制机构320以及线张力控制机构330设置的一线电极360、放置于电解液中并利用线电极360进行加工的一工件370、一控制器380以及一线接触判断电路390。线接触判断电路390是电性连接于控制器380与线张力计335之间，以硬件电路辅助控制器380判断该线电极360与该工件370是否有接触。

图3B是显示本发明实施例的线接触判断电路的结构示意图。如图3B所示，线接触判断电路390可使用硬件电路实现，其包括一低通滤波器(LowPass Filter)410与一比较器430。线接触判断电路390将自线张力计335取得的一线张力计值450，经一低通滤波器410除去高频噪声并接到比较器的一端，接着根据一线张力设定值450与一张力变动容计值470来产生另一比较信号，再由比较器430判断是否发生接触事件。线接触判断电路390可以软件或硬件的方式实作，故在实作上并非一定有实体的硬件电路，而可以是储存在一储存单元(未显示)中的程序代码。如图6所示，可使用软件的方法取代图3的线接触判断电路390。

图4是显示本发明实施例的速度加速与减速的控制方法步骤流程图。

首先，设定一初始条件，即一工件的伺服进给速度(V)等于预设初速度(步骤S401)。设定一定时器(Timer)并启动之，以计算该工件接触到一线电极的时间(步骤S402)，接着读取一输入值(例如，线张力值或判断信号)(步骤S403)，以判断该线电极与该工件是否有接触(步骤S404)。若该线电极与该工件有接触，表示该工件的伺服进给速度太快，则退刀使该线电极与该工件分离一预设距离(步骤S405)，然后利用一控制方法产生该工件的第二伺服进给速度以取代目前伺服进给速度(即，V1＝V2)(步骤S406)，以逐步逼近该伺服进给速度到理想速度。回到步骤S402，再重复上述步骤。本实施例中产生该工件的第二伺服进给速度的控制方法可为预设递减值(即，先令V2＝V1-m后，再令V1＝V2)。该控制方法亦可为查表法、比例积分微分(Proportional-Integral-Derivative，PID)控制、适应控制、类神经控制或模糊控制。

若该线电极与该工件没有接触，则判断该定时器是否到达一预设接触时间(例如，60秒)(步骤S407)，即预设该工件接触该线电极的所需时间。若未到达该预设接触时间，则维持该工件的原伺服进给速度，然后回到步骤S403继续读取另一输入值(例如，线张力值或判断信号)。若到达该预设接触时间，表示该工件的伺服进给速度可能未达上限，故利用该控制方法产生该工件的第三伺服进给速度以取代目前伺服进给速度(即，V1＝V3)(步骤S408)，然后回到步骤S402。本实施例中产生该工件的第三伺服进给速度的控制方法可为预设递增值(即，先令V3＝V1+n后，再令V1＝V3)。该控制方法亦可为查表法、比例积分微分(Proportional-Integral-Derivative，PID)控制、适应控制、类神经控制或模糊控制。

图5是显示本发明实施例的利用一控制方法以加速逼进最佳速度的伺服控制程序的步骤流程图。

首先，设定一初始条件，即一工件的伺服进给速度(V)等于预设初速度(步骤S501)。设定一定时器并启动之，以计算该工件接触到一线电极的时间(例如，60秒)(步骤S502)，接着读取一输入值(例如，线张力值或判断信号)(步骤S503)，以判断该线电极与该工件是否有接触(步骤S504)。若该线电极与该工件有接触，则退刀使该线电极与该工件分离一预设距离(步骤S505)。

该线电极与该工件有接触表示该工件的伺服进给速度太快，为了加快逼近该伺服进给速度到理想速度，可利用一控制方法产生该工件的第二伺服进给速度以取代目前伺服进给速度(即，V1＝V2)。本实施例中产生该工件的第二伺服进给速度的该控制方法为(步骤S506～S511)：

记录每次接触事件发生时的间隔时间与该工件的位置(步骤S506)，以计算出第二伺服进给速度。例如，从接触事件发生的间隔时间，代入一个曲线公式或表格中以计算速度修正倍率(又可称为衰减倍率)(步骤S507)，再计算出新的加工速度。

例如，假设欲控制接触事件发生的时间目标在60秒以后，则可得一衰减公式如下：

衰减倍率(d)＝60秒/接触事件的间隔时间(t)…公式(1)。

利用此公式，以10秒一个单位，可产生一个衰减倍率表，如表1所示：

表1：衰减倍率表

间隔时间(t)	10	20	30	40	50	60	＞60
								衰减倍率(d)	6	3	2	1.5	1.2	1	1

根据该衰减倍率表中的衰减倍率可得到另一公式，即：

新的伺服进给速度V2＝V1/衰减倍率(d)…公式(2)。

因此，当接触间隔时间在10秒内时，则V2＝V1/6，当接触间隔在10～20时，V2＝V1/3，以此类推。判断该工件的伺服进给速度的修正量(V1-V1/d)是否小于或等于一预设最小修正量(m)(步骤S508)。当衰减倍率太小而使该伺服进给速度的修正量(V1-V1/d)小于该预设最小修正量(m)时，则使用步骤S406所述的速度修正公式后(即，令V2＝V1-m)(步骤S509)，再令V1＝V2(步骤S511)。当该伺服进给速度的修正量大于该预设最小修正量，则将公式(2)的计算结果做为新的伺服进给速度后(即，令V2＝V1/d)(步骤S510)，再令V1＝V2(步骤S511)。

该衰减倍率表可由经验法则或其它如模糊(Fuzzy)、比例微积分(Proportional Integral Derivative，简称为PID)等控制方法产生。

若该线电极与该工件没有接触，则判断该定时器是否到达一预设接触时间(步骤S512)，即预设该工件接触该线电极的所需时间。若未到达该预设接触时间，则维持该工件的原伺服进给速度，然后回到步骤S503继续读取另一输入值(例如，线张力值或判断信号)。若到达该预设接触时间，表示该工件的伺服进给速度可能未达上限，故利用该控制方法产生该工件的第三伺服进给速度以取代目前伺服进给速度(即，V1＝V3)(步骤S513)，然后回到步骤S502。本实施例中产生该工件的第三伺服进给速度的控制方法可为预设递增值(即，先令V3＝V1+n后，再令V1＝V3)。该控制方法亦可为查表法、比例积分微分(Proportional-Integral-Derivative，PID)控制、适应控制、类神经控制或模糊控制。

图6是显示本发明实施例的利用一线张力计来执行加速与减速的伺服控制程序的步骤流程图。

设定初始条件，包括给定一初始线张力设定值(WTs)与一伺服进给速度(V)等于一预设初速度(步骤S601)。设定一定时器并启动之，以计算该工件接触到一线电极的时间(例如，60秒)(步骤S602)。接着读取一输入值(例如，线张力值(WTin)或判断信号)(步骤S603)，并且以数字低通滤波器去除该输入值的噪声(Noise)而产生另一输入值(例如，线张力值(WTreal)或判断信号)，其中WTreal＝(WTin+WTreal×9)/10(步骤S604)。上述线张力值的噪声亦可用统计方法来去除。需注意到，该公式WTreal＝(WTin+WTreal×9)/10仅是为一实施例，其并非用以限制本发明。

判断去除噪声后的线张力值是否大于该初始线张力设定值与一边界值(K)的和(步骤S605)，亦即判断该线电极与该工件是否有接触。若该线电极与该工件没有接触，则判断该定时器是否到达一预设接触时间(例如，60秒)(步骤S606)，即预设该工件接触该线电极的所需时间。若未到达该预设接触时间，则维持该工件的原伺服进给速度，然后回到步骤S603继续读取另一线张力值。若到达该预设接触时间，表示该工件的伺服进给速度可能未达上限，故利用一控制方法产生该工件的第三伺服进给速度，(即，V1＝V3)(步骤S607)，然后回到步骤S602。

若该线电极与该工件有接触，表示该工件的伺服进给速度太快，则退刀使该线电极与该工件分离一预设距离(步骤S608)，然后利用该控制方法产生该工件的第二伺服进给速度(即V1＝V2)(步骤S609)，以逐步逼近该伺服进给速度到理想速度，然后回到步骤S602，再重复上述步骤。

需注意到，本实施例利用一控制方法产生该第二伺服进给速度与该第三伺服进给速度。该控制方法可为一简单的预设递增值、预设递减值、查表法、比例积分微分(PID)控制、适应控制、类神经控制或模糊控制。

需注意到，本发明使用以硬件实作的一低通滤波器去除该线张力值的噪声，或以软件实作的一数字滤波器做去除该线张力值的噪声。

需注意到，本发明使用一外部硬件电路对该线张力值进行滤波处理再利用一比较器产生该判断信号。

若不欲一直引发接触事件而破坏该工件的加工表面，则可以用减速后的最终值当做最佳速度，并且不再进行加速处理，或者重设该定时器以在经过一段长时间后再进行一次增速处理，如此将可兼顾加工速度及加工品质。

本发明实施例的线切割电化学放电加工进给控制方法与装置自动找到最佳的加工速度，并且避免接触加工使表面粗度变差而可实现自动加工。利用线电极在加工中的张力变化作为判定接触加工事件发生的依据。当发生接触加工时，则要退刀以使线电极与工件重新分离而再继续加工。每当发生接触加工并完成退刀后会自动做减速，如此可以逼近到理论上的理想速度。若以初始速度开始加工且超过一时间间隔没有发生接触加工，则每隔一个时间间隔增加一固定速度，直到发生接触事件即可停止加速，并依前述程序进行减速处理，如此即可自动找出最佳的加工速度，并且兼顾加工工件的表面粗度。

本发明更提供一种记录媒体(例如光盘片、磁盘片与抽取式硬盘等等)，其是记录一计算机可读取的权限签核程序，以便执行上述的线切割电化学放电加工进给控制方法。在此，储存于记录媒体上的权限签核程序，基本上是由多个程序代码片段所组成的(例如建立组织图程序代码片段、签核表单程序代码片段、设定程序代码片段、以及部署程序代码片段)，并且这些程序代码片段的功能是对应到上述方法的步骤与上述***的功能方块图。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求范围所界定的为准。

Claims (18)

1.一种线切割电化学放电加工进给控制方法，包括下列步骤：

执行一加工操作，设定一工件的一第一伺服进给速度等于一预设初速度；

设定一定时器并启动之，以计算该工件接触到一线电极的时间；

读取一输入值；

判断该线电极与该工件是否有接触；

若该线电极与该工件有接触，则执行一退刀操作使该线电极与该工件分离一预设距离；

令该第一伺服进给速度等于一第二伺服进给速度以继续该加工操作；

若该线电极与该工件没有接触，则判断该定时器是否到达一预设接触时间；

若未到达该预设接触时间，则令该工件以该第一伺服进给速度继续该加工操作；以及

若到达该预设接触时间，则令该第一伺服进给速度等于一第三伺服进给速度以继续该加工操作。

2.如权利要求1所述的线切割电化学放电加工进给控制方法，其中，利用一控制方法产生该第二伺服进给速度与该第三伺服进给速度。

3.如权利要求2所述的线切割电化学放电加工进给控制方法，其中，产生该第二伺服进给速度与该第三伺服进给速度的该控制方法为一预设递增值、预设递减值、查表法、比例积分微分控制、适应控制、类神经控制或模糊控制。

4.如权利要求2所述的线切割电化学放电加工进给控制方法，其中，产生该第二伺服进给速度的该控制方法包括下列步骤：

记录每次接触事件发生时的间隔时间与该工件的位置；

根据该接触事件发生的间隔时间，以计算一衰减倍率；

当该第一伺服进给速度减去该第一伺服进给速度除以该衰减倍率的值小于一预设最小修正量时，则令该第二伺服进给速度等于该第一伺服进给速度减去该预设最小修正量；

当该第一伺服进给速度减去该第一伺服进给速度除以该衰减倍率的值不小于一预设最小修正量时，则令该第二伺服进给速度等于该第一伺服进给速度除以该衰减倍率。

5.如权利要求1所述的线切割电化学放电加工进给控制方法，其中，该输入值为一线张力值或一判断信号。

6.如权利要求5所述的线切割电化学放电加工进给控制方法，其中，可使用以硬件实作的一低通滤波器去除该线张力值的噪声，或以软件实作的一数字滤波器做去除该线张力值的噪声。

7.如权利要求5所述的线切割电化学放电加工进给控制方法，其中，使用一外部硬件电路对该线张力值进行滤波处理再利用一比较器产生该判断信号。

8.一种线切割电化学放电加工进给控制方法，包括下列步骤：

执行一加工操作，设定一工件的一第一伺服进给速度等于一预设初速度以及一初始输入值；

设定一定时器并启动之，以计算该工件接触到一线电极的时间；

读取一第一输入值；

去除该第一输入值的噪声而产生一第二输入值；

判断该第二输入值是否大于该初始输入值与一边界值的一和值；

若该第二输入值大于该初始输入值与该边界值的该和值，则执行一退刀操作使该线电极与该工件分离一预设距离；

令该第一伺服进给速度等于一第二伺服进给速度以继续该加工操作；

若该第二输入值不大于该初始输入值与该边界值的该和值，则判断该定时器是否到达一预设接触时间；

若未到达该预设接触时间，则令该工件以该第一伺服进给速度继续该加工操作；以及

若到达该预设接触时间，则令该第一伺服进给速度等于一第三伺服进给速度以继续该加工操作。

9.如权利要求8所述的线切割电化学放电加工进给控制方法，其中，利用一数字低通滤波器去除该第一输入值的噪声而产生该第二输入值。

10.如权利要求8所述的线切割电化学放电加工进给控制方法，其中，利用一统计方法去除该第一输入值的噪声而产生该第二输入值。

11.一种线切割电化学放电加工进给控制装置，包括：

一线速度控制机构；

一线张力控制机构；

一线电极，其沿着该线速度控制机构以及该线张力控制机构设置；

一线张力计，其设置于该线速度控制机构与该张力控制机构之间，用以自该线电极取得一输入值；以及

一工件；

一控制器，其设定该工件的一第一伺服进给速度等于一预设初速度，并读取该输入值，以判断该线电极与该工件是否有接触，若该线电极与该工件有接触，则执行一退刀操作使该线电极与该工件分离一预设距离，令该第一伺服进给速度等于一第二伺服进给速度以继续加工该工件，若该线电极与该工件没有接触，则判断一定时器是否到达一预设接触时间，若未到达该预设接触时间，则令该工件以该第一伺服进给速度继续加工该工件，以及若到达该预设接触时间，则令该第一伺服进给速度等于该第三伺服进给速度以继续加工该工件。

12.如权利要求11所述的线切割电化学放电加工进给控制装置，其中，该控制器利用一控制方法产生该第二伺服进给速度与该第三伺服进给速度。

13.如权利要求12所述的线切割电化学放电加工进给控制装置，其中，该控制方法为预设递增值、预设递减值、查表法、比例积分微分控制、适应控制、类神经控制或模糊控制。

14.如权利要求12所述的线切割电化学放电加工进给控制装置，其中，产生该第二伺服进给速度的该控制方法包括下列步骤：

记录每次接触事件发生时的间隔时间与该工件的位置；

根据该接触事件发生的间隔时间，以计算一衰减倍率；

当该第一伺服进给速度减去该第一伺服进给速度除以该衰减倍率的值小于一预设最小修正量时，则令该第二伺服进给速度等于该第一伺服进给速度减去该预设最小修正量；

当该第一伺服进给速度减去该第一伺服进给速度除以该衰减倍率的值不小于一预设最小修正量时，则令该第二伺服进给速度等于该第一伺服进给速度除以该衰减倍率。

15.如权利要求11所述的线切割电化学放电加工进给控制装置，其中，该输入值为一线张力值或一判断信号。

16.如权利要求15所述的线切割电化学放电加工进给控制装置，其中，可使用以硬件实作的一低通滤波器去除该线张力值的噪声，或以软件实作的一数字滤波器做去除该线张力值的噪声。

17.如权利要求15所述的线切割电化学放电加工进给控制装置，其中，使用一外部硬件电路对该线张力值进行滤波处理再利用一比较器产生该判断信号。

18.如权利要求14所述的线切割电化学放电加工进给控制装置，其还包括电性连接于该控制器与该线张力计间的一线接触判断电路，其中该线接触判断电路辅助该控制器判断该线电极与该工件是否有接触。

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