CN115070146A - 一种电火花线切割机及其电火花线切割机反向插补系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电火花线切割机及其电火花线切割机反向插补系统，包括控制组件、驱动组件、工作台、脉冲电源、配置在所述工作台上方的电极丝；驱动组件配置为驱动工作台进行横向或纵向移动；控制组件被配置为通过执行其内部存储的计算机程序以实现如下步骤：获取当前偏差判别函数，根据当前偏差判别函数确定上一次插补的进给方向；获取上一次偏差判别函数，并对上一次偏差判别函数的数值进行恢复，生成原始偏差判别函数；根据原始偏差判别函数和进给方向的反方向，生成上一个加工点位坐标值；根据坐标值，控制驱动组件移动至上一个加工点位。此外，电火花线切割机系统突发掉电时，现有移动电极丝的方法需重新计算插补值，操作复杂。

Description

一种电火花线切割机及其电火花线切割机反向插补系统

技术领域

本发明涉及电火花线切割技术领域，具体涉及一种电火花线切割机及其电火花线切割机反向插补系统。

背景技术

电火花线切割机作为特种加工方式中的重要分支之一，其加工的都是高硬度、高强度的新型材料，以制造高精密零件；由于电火花线切割机的线切割加工是靠放电时的电热作用去除材料，加工过程中与被加工材料的力学性能无关，而工具电极与工件表面之间不产生直接接触，因此没有机械切削力，在加工过程中可以通过控制电参数等实现数字化控制，易于加工复杂形状的精密工件，特别是在难加工材料方面有着传统切削无法比拟的优点，在模具制造、成型刀具加工、精密微细机械等行业占有重要地位。

在电火花线切割机使用的过程中，一旦电火花线切割机系统突发掉电，即使重新对电火花线切割机系统上电开机，电火花线切割机床无动作，其工具电极丝仍然停留在上一次的断点位置。针对这一问题，现大多采用以下三种操作方法进行处理：1、将电极丝取下后，定位到机械原点，即将电极丝从储丝筒上取下，X轴和Y轴以最近的线路回机械原点，但是，此方法需要将电极丝重新穿丝，才能再次进行加工，操作复杂；2、电极丝沿切割路径反向回切入点，但此方法需要重新计算插补值，操作复杂；3、回退一段距离，重新上电后再次切割，此方法为了调整好放电间隙，避免短路或断丝，也会回退一段距离，也需要重新计算插补值，操作复杂。

有鉴于此，提出本申请。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电火花线切割机及其电火花线切割机反向插补系统，旨在解决现有技术中的电火花线切割机在断电后，重新上电后无法快速继续工作的问题。

本发明提供了一种电火花线切割机反向插补系统,包括控制组件、驱动组件、工作台、脉冲电源、以及配置在所述工作台上方的电极丝；

其中，所述控制组件的电源端、所述驱动组件的电源端、所述电极丝与所述脉冲电源电气连接，所述控制组件的输出端与所述驱动组件的输入端电气连接，所述驱动组件的输出轴与所述工作台连接；

其中，所述驱动组件配置为驱动所述工作台进行横向移动或纵向移动；

其中，所述控制组件被配置为通过执行其内部存储的计算机程序以实现如下步骤：

获取当前的偏差判别函数，并根据当前的所述偏差判别函数确定上一次的插补的进给方向；

获取上一次的偏差判别函数，并对上一次的偏差判别函数的数值进行恢复，生成原始偏差判别函数；

根据所述原始偏差判别函数和所述进给方向的反方向，生成上一个加工点位的坐标值；

根据所述坐标值，控制所述驱动组件驱动所述工作台移动至上一个加工点位。

优选地，获取当前的偏差判别函数，并根据当前的所述偏差判别函数确定上一次的插补的进给方向，具体为：

获取当前的偏差判别函数，根据所述偏差判别函数确定上一步的插补类型和象限类型；

当上一步插补的进给方向为X轴方向时，根据所述插补类型和所述象限类型，生成第一偏差判别函数；

当上一步插补的进给方向为Y轴方向时，根据所述插补类型和所述象限类型，生成第二偏差判别函数；

根据所述象限类型以及与所述象限类型对应的计算公式，对所述第一偏差判别函数和所述第二偏差判别函数进行反推计算，生成上一次的插补的进给方向。

优选地，根据所述象限类型以及与所述象限类型对应的计算公式，对所述第一偏差判别函数和所述第二偏差判别函数进行反推计算，具体为：

当偏差不小于零时，根据所述计算公式，生成偏差判别函数与上一次的偏差判别函数之间的第一关系式；

当偏差小于零时，根据所述计算公式，生成偏差判别函数与上一次的偏差判别函数之间的第二关系式；

根据所述象限类型、所述第一关系式、所述第二关系式、所述第一偏差判别函数和所述第二偏差判别函数，生成上一次的插补的进给方向。

优选地，所述控制组件包括控制器，所述脉冲电源的输出端与所述控制器的电源端电气连接，所述控制器的输出端与所述驱动组件的输入端电气连接。

优选地，所述驱动组件包括驱动器、第一驱动电机、以及第二驱动电机，所述驱动器的输入端与所述控制器的输出端电气连接，所述驱动器的输出端与所述第一驱动电机的输入端、所述第二驱动电机的输入端电气连接，所述第一驱动电机的电源端、所述第二驱动电机的电源端与所述脉冲电源的输出端电气连接，所述第一驱动电机的输出轴、所述第二驱动电机的输出轴与所述工作台连接。

优选地，所述第一驱动电机配置为带动所述工作台沿X轴方向移动，所述第二驱动电机配置为带动所述工作台沿Y轴方向移动。

优选地，所述第一驱动电机为直线电机。

优选地，所述第二驱动电机为直线电机。

本发明还提供了一种电火花线切割机，包括如上任意一项所述的一种电火花线切割机床反向插补系统。

综上所述，本实施例提供的一种电火花线切割机及其电火花线切割机反向插补系统，当所述电火花线切割机反向插补系统突发掉电时，所述控制组件会根据获取到的当前的偏差判别函数确定上一次的插补的进给方向和判别函数值，并根据得到的上一次的插补的进给方向的反方向和判别函数值生成上一个加工点位的坐标值，所述控制组件将计算得到的坐标值数据作为驱动组件的控制信号，控制所述工作台沿X轴方向或者Y轴方向运动，直至所述工作台移动至上一加工点位为止；从而解决现有技术中的电火花线切割机使用的过程中，一旦电火花线切割机系统突发掉电，即使重新对电火花线切割机系统上电开机，电火花线切割机床无动作，其工具电极丝仍然停留在上一次的断点位置；现有解决这一问题的方法，由于需要重新计算插补值，进而导致电火花线切割机操作复杂的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电火花线切割机反向插补系统的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的电火花线切割机反向插补系统的流程示意图。

图3是本发明实施例提供的直线插补的进给与偏差计算的关系列表示意图。

图4是本发明实施例提供的直线反向插补列表示意图。

图5是本发明实施例提供的圆弧插补的进给与偏差计算的关系列表示意图。

图6是本发明实施例提供的圆弧反向插补列表示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

请参阅图1，本发明的第一实施例提供了一种电火花线切割机反向插补系统,包括控制组件1、驱动组件、工作台2、脉冲电源3、以及配置在所述工作台2上方的电极丝4；

其中，所述控制组件1的电源端、所述驱动组件的电源端、所述电极丝4与所述脉冲电源3电气连接，所述控制组件1的输出端与所述驱动组件的输入端电气连接，所述驱动组件的输出轴与所述工作台2连接；

其中，所述驱动组件配置为驱动所述工作台2进行横向移动或纵向移动；

作为特种加工方式中的重要分支之一，电火花线切割机加工的都是高硬度、高强度的新型材料，以制造高精密零件；由于线切割加工是靠放电时的电热作用去除材料，加工过程中与被加工材料的力学性能无关，而工具电极与工件表面之间不产生直接接触，因此没有机械切削力，在加工过程中可以通过控制电参数等实现数字化控制，易于加工复杂形状的精密工件，特别是在难加工材料方面有着传统切削无法比拟的优点，在模具制造、成型刀具加工、精密微细机械等行业占有重要地位。

电火花线切割加工的原理是采用连续移动的金属丝作为工具电极，使其和工件之间留有0.01mm左右的放电间隙，两者之间构成正负电极，然后进行脉冲性火花放电，对工件进行电腐蚀，并使用绝缘工作液对其进行清洗，以保证间隙持续放电，从而得到所要零件的形状。根据电极丝的运行速度，将电火花线切割机床进行划分,可以得到两大类型：一类是快走丝，一般走丝速度在8至12m/s，另一类是慢走丝，一般走丝速度低于0.2m/s，慢走丝线切割机床比快走丝线切割机床加工精度高。其中，电火花线切割机床有直线、圆弧插补算法，对于直线插补，要知道终点相对于起点的坐标和插补总步长，对于圆弧插补，要知道是顺圆还是逆圆、起点相对于圆心坐标、插补总步长。

插补计算的精度直接关系到加工精度，是工控机对电极丝中心轨迹其中一段直线(曲线)的起点和终点之间的空间进行数据密化，得到若干个中间点的坐标值的过程。一段直线(曲线)轨迹经过插补计算后的数据作为电机的控制信号，就可以控制X轴和Y轴运动方向，将其发送给单片机，再从单片机发送给执行元件。在电火花线切割机使用的过程中，一旦电火花线切割机系统突发掉电，即使重新对电火花线切割机系统上电开机，电火花线切割机床无动作，其工具电极丝仍然停留在上一次的断点位置。针对这一问题，现大多采用以下三种操作方法进行处理：1、将电极丝取下后，定位到机械原点，即将电极丝从储丝筒上取下，X轴和Y轴以最近的线路回机械原点，但是，此方法需要将电极丝重新穿丝，才能再次进行加工，操作复杂；2、电极丝沿切割路径反向回切入点，但此方法需要重新计算插补值，操作复杂；3、回退一段距离，重新上电后再次切割，此方法为了调整好放电间隙，避免短路或断丝，也会回退一段距离，也需要重新计算插补值，操作复杂。

请参阅图2，其中，所述控制组件1被配置为通过执行其内部存储的计算机程序以实现如下步骤：

S101，获取当前的偏差判别函数，并根据当前的所述偏差判别函数确定上一次的插补的进给方向；

具体地，在本实施例中，获取当前的偏差判别函数，根据所述偏差判别函数确定上一步的插补类型和象限类型；

当上一步插补的进给方向为X轴方向时，根据所述插补类型和所述象限类型，生成第一偏差判别函数；

当上一步插补的进给方向为Y轴方向时，根据所述插补类型和所述象限类型，生成第二偏差判别函数；

根据所述象限类型以及与所述象限类型对应的计算公式，对所述第一偏差判别函数和所述第二偏差判别函数进行反推计算，生成上一次的插补的进给方向。

其中，根据所述象限类型以及与所述象限类型对应的计算公式，对所述第一偏差判别函数和所述第二偏差判别函数进行反推计算，具体为：

当偏差不小于零时，根据所述计算公式，生成偏差判别函数与上一次的偏差判别函数之间的第一关系式；

当偏差小于零时，根据所述计算公式，生成偏差判别函数与上一次的偏差判别函数之间的第二关系式；

根据所述象限类型、所述第一关系式、所述第二关系式、所述第一偏差判别函数和所述第二偏差判别函数，生成上一次的插补的进给方向。

请参阅图3至图4，其中，起点坐标为(X_s,Y_s)，终点坐标为(X_e,Y_e)，F 为偏差函数，S表示顺弧，N表示逆弧，I:IV表示象限。在本实施例中，以第一象限的直线插补为例，设经过正常插补计算后偏差判别函数为F_n+1，则上一次的偏差判别函数为F_n，按照第一象限的单步追踪的计算公式,：

若上一步进给ΔX，则F_n+1＝F_n-Y_e，若上一步进给ΔY，则F_n+1＝F_n+X_e。假设上一步进给为ΔX，则有F_n＝F_n+1+Y_e；若假设为真，则有：关系式(1) F_nt＝F_n+1+Y_e＝(F_n-Y_e)+Y_e＝F_n，其中，F_at为假设为真时的偏差判别函数。若假设为假，则有：关系式(2)F_nf＝F_n+1+Y_e＝(F_n+X_e)+Y_e，其中，F_af为假设为假时的偏差判别函数。

根据第一象限单步追踪法的计算公式：

若F_n≥0，向X轴正向进给一步，F_n＝F_n+1-Y_e≥-Y_e；

若F_n<0，向Y轴正向进给一步，F_n+1＝F_n+X_e<X_e；

则F_n+1应满足下列条件：关系式(3)-Y_e≤F_n+1<X_e，

同理，F_n也应该满足：关系式(4)-Y_e≤F_n<X_e。

由于F_nt＝F_n，所以-Y_e≤F_nt<X_e，F_nf＝F_n+X_e+Y_e，由于第一象限Y_e≥0，因此，F_nf≥X_e+Y_e-Y_e＝X_e，所以，-Y_e≤F_nt<X_e≤F_nf。

据此：若F_n+1+Y_e-X_e<0，则可判断上次进给方向为X轴正向；若 F_n+1+Y_e-X_e≥0，则可判断上次进给方向为Y轴正向。

S102，获取上一次的偏差判别函数，并对上一次的偏差判别函数的数值进行恢复，生成原始偏差判别函数；

具体地，在本实施例中，以上述第一象限的直线插补为例，若 F_n+1+Y_e-X_e<0，则可判断上次进给方向为X轴正向，可得关系式(5) F_n＝F_n+1+Y_e。若F_n+1+Y_e-X_e≥0。若F_n+1+Y_e-X_e≥0，则可判断上次进给方向为 Y轴正向，可得关系式(6)F_n＝F_n+1-X_e。

S103，根据所述原始偏差判别函数和所述进给方向的反方向，生成上一个加工点位的坐标值；

S104，根据所述坐标值，控制所述驱动组件驱动所述工作台移动至上一个加工点位。

具体地，在本实施例中，以上述第一象限的直线插补为例，根据当前的偏差判别函数能够严格判别前一次插补的进给方向，并恢复偏差判别函数的数值；只要把前次进给方向的反方向作为本次进给的方向，就可以沿原路严格回退，其他象限亦可类似推出。依照同样原理，可以得到圆弧的反向插补公式，如图5至图6所示。

具体地，在本实施例中，当所述电火花线切割机反向插补系统突发掉电时，所述控制组件1会根据获取到的当前的偏差判别函数确定上一次的插补的进给方向和判别函数值，并根据得到的上一次的插补的进给方向的反方向和判别函数值生成上一个加工点位的坐标值，所述控制组件1将计算得到的坐标值数据作为驱动组件的控制信号，控制所述工作台2沿X轴方向或者Y轴方向运动，直至所述工作台2移动至上一加工点位为止；从而解决现有技术中的电火花线切割机使用的过程中，一旦电火花线切割机系统突发掉电，即使重新对电火花线切割机系统上电开机，电火花线切割机床无动作，其工具电极丝仍然停留在上一次的断点位置；现有解决这一问题的方法，由于需要重新计算插补值，进而导致电火花线切割机操作复杂的问题。

请参阅图2，在本发明一个可能的实施例中，所述控制组件1包括控制器11，所述脉冲电源3的输出端与所述控制器11的电源端电气连接，所述控制器11的输出端与所述驱动组件的输入端电气连接。

具体地，在本实施例中，电火花线切割机的加工过程是一个微变的瞬态物理过程，采用电极丝为阳极，工件为阴极，机床工作时，在两者之间加载一定的脉冲电压，使之形成一定范围的电场，该电场的强度是两者距离的反比，是所施加电压的正比，因此可知，当两极间的距离不断减小时，两极间电场强度也将持续增大，而在两极之间的距离最小处电场强度将为最大值，当电极和工件之间的电场强度增大到一定程度时，将会从阴极发射出电子来，使电离迅速由阴极向阳极伸展开来，形成放电通道。其中，当所述控制器11计算得出上一次的插补的进给方向和判别函数值后，会将该数据作为控制信号传输给所述驱动组件。

在本发明一个可能的实施例中，所述驱动组件包括驱动器5、第一驱动电机6、以及第二驱动电机7，所述驱动器5的输入端与所述控制器11的输出端电气连接，所述驱动器5的输出端与所述第一驱动电机6的输入端、所述第二驱动电机7的输入端电气连接，所述第一驱动电机6的电源端、所述第二驱动电机7的电源端与所述脉冲电源3的输出端电气连接，所述第一驱动电机6的输出轴、所述第二驱动电机7的输出轴与所述工作台2 连接。

所述第一驱动电机6配置为带动所述工作台2沿X轴方向移动，所述第二驱动电机7配置为带动所述工作台2沿Y轴方向移动。

具体地，在本实施例中，所述电火花线切割机床反向插补系统为二轴联动，其插补只需在XY平面内计算，设起点坐标为(X_s,Y_s)，终点坐标为 (X_e,Y_e)，F为偏差函数，S表示顺弧，N表示逆弧，I:IV表示象限。所述驱动器5在接收到所述控制器11传输的控制信号后，所述驱动器5会驱动所述第一驱动电机6或者驱动所述第二驱动电机7进行运动，当控制信号为X轴方向移动信号时，所述第一驱动电机6会驱动所述工作台2沿着X 轴的方向进行移动；当控制信号为Y轴方向移动信号时，所述第二驱动电机7会驱动所述工作台2沿着Y轴的方向进行移动。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的移动方向，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。

在本发明一个可能的实施例中，所述第一驱动电机6可以为直线电机。所述第二驱动电机7可以为直线电机。

具体地，在本实施例中，直线电机也称线性电机，线性马达，直线马达，直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置，目前直线电机在实际工业应用中的稳定增长，应用广泛。相对于旋转电机，直线电机具有结构更简单、定位精度高、反应速度快、工作安全可靠、寿命长的优点。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的第一驱动电机和第二驱动电机，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。

综上，反向插补技术作为电火花线切割机中非常重要的控制技术，它的计算精度直接关系到机床的加工精度和零件的表面质量。在电火花线切割加工中，采用所述电火花线切割机床反向插补系统，在进行插补计算时，将线切割零件的所有二维轮廓以直线或圆弧逼近的形式进行考虑，并实际应用于直线电机驱动模块，在不考虑其它因素影响的情况下，加工误差不超过一个脉冲当量，完全能够满足机床的加工要求。

本发明的第一实施例提供了一种电火花线切割机，包括如上任意一项所述的一种电火花线切割机床反向插补系统。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电火花线切割机反向插补系统,其特征在于，包括控制组件、驱动组件、工作台、脉冲电源、以及配置在所述工作台上方的电极丝；

其中，所述控制组件的电源端、所述驱动组件的电源端、所述电极丝与所述脉冲电源电气连接，所述控制组件的输出端与所述驱动组件的输入端电气连接，所述驱动组件的输出轴与所述工作台连接；

其中，所述驱动组件配置为驱动所述工作台进行横向移动或纵向移动；

其中，所述控制组件被配置为通过执行其内部存储的计算机程序以实现如下步骤：

获取当前的偏差判别函数，并根据当前的所述偏差判别函数确定上一次的插补的进给方向；

获取上一次的偏差判别函数，并对上一次的偏差判别函数的数值进行恢复，生成原始偏差判别函数；

根据所述原始偏差判别函数和所述进给方向的反方向，生成上一个加工点位的坐标值；

根据所述坐标值，控制所述驱动组件驱动所述工作台移动至上一个加工点位。

2.根据权利要求1所述的一种电火花线切割机床反向插补系统,其特征在于，获取当前的偏差判别函数，并根据当前的所述偏差判别函数确定上一次的插补的进给方向，具体为：

获取当前的偏差判别函数，根据所述偏差判别函数确定上一步的插补类型和象限类型；

当上一步插补的进给方向为X轴方向时，根据所述插补类型和所述象限类型，生成第一偏差判别函数；

当上一步插补的进给方向为Y轴方向时，根据所述插补类型和所述象限类型，生成第二偏差判别函数；

根据所述象限类型以及与所述象限类型对应的计算公式，对所述第一偏差判别函数和所述第二偏差判别函数进行反推计算，生成上一次的插补的进给方向。

3.根据权利要求2所述的一种电火花线切割机床反向插补系统,其特征在于，根据所述象限类型以及与所述象限类型对应的计算公式，对所述第一偏差判别函数和所述第二偏差判别函数进行反推计算，具体为：

当偏差不小于零时，根据所述计算公式，生成偏差判别函数与上一次的偏差判别函数之间的第一关系式；

当偏差小于零时，根据所述计算公式，生成偏差判别函数与上一次的偏差判别函数之间的第二关系式；

根据所述象限类型、所述第一关系式、所述第二关系式、所述第一偏差判别函数和所述第二偏差判别函数，生成上一次的插补的进给方向。

4.根据权利要求1所述的一种电火花线切割机床反向插补系统,其特征在于，所述控制组件包括控制器，所述脉冲电源的输出端与所述控制器的电源端电气连接，所述控制器的输出端与所述驱动组件的输入端电气连接。

5.根据权利要求4所述的一种电火花线切割机床反向插补系统,其特征在于，所述驱动组件包括驱动器、第一驱动电机、以及第二驱动电机，所述驱动器的输入端与所述控制器的输出端电气连接，所述驱动器的输出端与所述第一驱动电机的输入端、所述第二驱动电机的输入端电气连接，所述第一驱动电机的电源端、所述第二驱动电机的电源端与所述脉冲电源的输出端电气连接，所述第一驱动电机的输出轴、所述第二驱动电机的输出轴与所述工作台连接。

6.根据权利要求5所述的一种电火花线切割机床反向插补系统,其特征在于，所述第一驱动电机配置为带动所述工作台沿X轴方向移动，所述第二驱动电机配置为带动所述工作台沿Y轴方向移动。

7.根据权利要求5所述的一种电火花线切割机床反向插补系统,其特征在于，所述第一驱动电机为直线电机。

8.根据权利要求5所述的一种电火花线切割机床反向插补系统,其特征在于，所述第二驱动电机为直线电机。

9.一种电火花线切割机,其特征在于，包括如权利要求1至8任意一项所述的一种电火花线切割机床反向插补系统。

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