一种用于线切割加工的碰数装置和方法与流程

本发明涉及线切割加工技术领域，特别是一种用于线切割加工的碰数装置和方法。

背景技术

线切割加工，全称电火花线切割加工(wire-cutelectricaldischargemachining，wedm)，是模具制造加工工程中一种重要的方法。在进行精密线切割加工前，需要通过碰数或其他方式取得待加工的工件安装在机床上的精确位置，这是工件是否能达到精密加工的必须条件之一。

目前，进行线切割加工前的碰数方式主要有两种：火花碰数和水流碰数。在进行火花碰数时，在电极丝中通以电流，通过预设程序移动机床机头，进而带动电极丝向待碰数的工件表面移动，当电极丝与工件表面接触时，放电产生电火花，操作人员通过观察火花是否均匀来控制放电时间，以保证碰数准确。但是，由于电极丝放电会在工件表面产生烧蚀痕迹，火花碰数不适用于表面精度要求高的工件的加工。并且，在进行火花碰数前，需要利用风枪将机头和工件吹干，耗费时间多，效率偏低。再者，放电时间需要操作人员的精准控制，对操作人员的经验和操作水平的要求较高。水流碰数适用于表面精度要求较高的工件。在水流碰数的过程中，通过机头上水管释放水流对电极丝和工件表面进行冲洗，去除电极丝和工件表面杂质以及隔绝空气中的杂质，根据预设程序移动机头，进而带动电极丝向待碰数的工件表面移动，当电极丝与工件表面接触时，机头停止移动，此时，读取碰数的相对坐标值。但是，由于水流碰数时电极丝与工件表面为线接触(或多点接触)，当工件表面存在毛刺或杂质时，极易因电极丝与毛刺或杂质接触而错误判断为电极丝已与工件表面接触，影响碰数进度，降低碰数精确度，进而导致分中有误差，甚至会导致工件的报废。再者，为了保证碰数精确度，无论是在进行火花碰数还是水流碰数之前，通常需要利用磨床对工件进行机械打磨，或利用砂纸、油石等对工件进行人工打磨，去除工件表面毛刺，这无疑又增加了人工成本。而对于对工件表面要求较高而不能去除毛刺，或者工件硬度较高而不易去除毛刺的情形，火花碰数和水流碰数都不能达到良好的碰数效果。

因此，亟需一种对工件表面无损伤、满足高精度要求的同时，降低对操作人员的要求，提高操作效率的用于线切割加工的碰数方式。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的用于线切割加工的碰数装置和方法。

根据本发明实施例的一方面，提供了一种用于线切割加工的碰数装置，包括：

装夹台，用于固定待加工的工件；

加工机头，包括位于所述装夹台上方的上机头和位于所述装夹台下方的下机头，所述上机头和所述下机头之间穿设有用于对所述工件进行加工的具有指定半径的电极丝；

圆棒放置单元，用于根据预定碰数规则将具有指定直径的圆棒放置于所述工件的指定方向上的待碰数的表面上，使所述圆棒与该表面接触，其中，所述圆棒的轴线与所述工件的该表面平行并且不与所述电极丝平行；

控制单元，与所述加工机头连接，用于根据预设程序控制所述加工机头的移动，直到所述电极丝与所述圆棒的侧面接触；

显示单元，与所述控制单元连接，用于获取并显示所述电极丝与所述圆棒接触时的相对坐标值；以及

处理单元，与所述显示单元连接，用于根据所述预定碰数规则对来自所述显示单元的所述相对坐标值进行处理，得到所述工件在所述指定方向上的加工零位。

可选地，所述碰数装置还包括：

冲洗水管，安装于所述上机头上，用于释放水流，对所述工件的该表面以及所述电极丝进行冲洗。

可选地，所述指定碰数规则是单边碰数或分中碰数。

可选地，当所述指定碰数规则是单边碰数时，

所述圆棒放置单元将具有指定直径的圆棒放置于所述工件的指定方向上的待碰数的一个表面上，使所述圆棒与该表面接触；

在所述电极丝与所述圆棒接触后，所述处理单元将来自所述显示单元的所述电极丝与所述圆棒接触时的相对坐标值与所述圆棒的直径以及所述电极丝的半径相加，得到校正后的坐标值，并将该校正后的坐标值设定为所述工件在所述指定方向上的加工零位。

可选地，当所述指定碰数规则是分中碰数时，

所述圆棒放置单元先将具有指定直径的圆棒放置于所述工件的指定方向上的第一表面上，使所述圆棒与所述第一表面接触；

在所述电极丝与所述圆棒接触后，所述处理单元将来自所述显示单元的所述电极丝与所述圆棒接触时的第一相对坐标值设为零；

所述圆棒放置单元再将所述圆棒放置于所述工件的该指定方向上的与所述第一表面相对的第二表面上，使所述圆棒与所述第二表面接触；

在所述电极丝与所述圆棒接触后，所述处理单元将来自所述显示单元的所述电极丝与所述圆棒接触时的第二相对坐标值除以2，得到所述工件在所述方向上的中点的坐标值，并将该中点的坐标值设定为所述工件在所述指定方向上的加工零位。

可选地，所述圆棒是光滑针规。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种用于线切割加工的碰数方法，包括：

将待加工的工件固定在装夹台上；

在加工机头上穿设用于对所述工件进行加工的具有指定半径的电极丝，其中，所述加工机头包括位于所述装夹台上方的上机头和位于所述装夹台下方的下机头，所述电极丝穿设于所述上机头和所述下机头之间；

根据预定碰数规则将具有指定直径的圆棒放置于所述工件的指定方向上的待碰数的表面上，使所述圆棒与该表面接触，其中，所述圆棒的轴线与所述工件的该表面平行并且不与所述电极丝平行；

根据预设程序控制所述加工机头进行移动，直到所述电极丝与所述圆棒的侧面接触；

获取并显示所述电极丝与所述圆棒接触时的相对坐标值；

根据所述预定碰数规则对获取的所述相对坐标值进行处理，得到所述工件在所述指定方向上的加工零位。

可选地，所述上机头上安装有冲洗水管；

所述方法还包括：

在将所述工件固定在所述装夹台上之后，打开所述冲洗水管，释放水流，对所述工件的待碰数的表面进行冲洗；

在所述加工机头移动，直到所述电极丝与所述圆棒的侧面接触，以及在所述电极丝与所述圆棒接触的过程中，打开所述冲洗水管，释放水流，对所述电极丝进行冲洗。

可选地，所述指定碰数规则是单边碰数或分中碰数。

可选地，当所述指定碰数规则是单边碰数时，

将具有指定直径的圆棒放置于所述工件的指定方向上的待碰数的一个表面上，使所述圆棒与该表面接触；

在所述电极丝与所述圆棒接触后，将获取的所述电极丝与所述圆棒接触时的相对坐标值与所述圆棒的直径以及所述电极丝的半径相加，得到校正后的坐标值，并将该校正后的坐标值设定为所述工件在所述指定方向上的加工零位。

可选地，当所述指定碰数规则是分中碰数时，

将具有指定直径的圆棒放置于所述工件的指定方向上的第一表面上，使所述圆棒与所述第一表面接触；

在所述电极丝与所述圆棒接触后，将获取的所述电极丝与所述圆棒接触时的第一相对坐标值设为零；

再将所述圆棒放置于所述工件的该指定方向上的与所述第一表面相对的第二表面上，使所述圆棒与所述第二表面接触；

在所述电极丝与所述圆棒接触后，将获取的所述电极丝与所述圆棒接触时的第二相对坐标值除以2，得到所述工件在所述方向上的中点的坐标值，并将该中点的坐标值设定为所述工件在所述指定方向上的加工零位。

可选地，所述圆棒是光滑针规。

本发明实施例提出的用于线切割加工的碰数装置和方法，通过在装夹好的工件的待碰数表面放置与该表面接触的圆棒，然后根据预设程序控制加工机头带动电极丝移动，直到电极丝与圆棒的侧面接触，此时，获取电极丝与圆棒接触时的相对坐标值，并根据预定碰数规则对所获取的相对坐标值进行处理，得到工件在指定方向上的加工零位。首先，由于圆心到圆的切线的距离是固定的，通过利用圆棒与工件表面接触，再与电极丝接触，将常规碰数中电极丝与工件表面的多点接触转换为了电极丝与圆棒的点接触，极大地减少了因工件表面的毛刺或杂质引起的接触误判，提高了碰数的精确度和可靠性。同时，由于利用圆棒与电极丝接触取代了工件表面直接与电极丝接触，可以省略掉碰数前对工件去毛刺的工序，提高了碰数的效率。其次，由于无需放电产生火花，不会对工件表面产生损伤，可满足工件表面的高精度要求；并且，无需操作人员观察火花进行放电时间控制，降低了对操作人员的要求；再者，无需对机头和工件进行吹干，节省了吹干工序耗费的时间和人力，进一步提高了效率，并降低了成本。本发明特别适用于对工件表面精度要求较高而不能去除毛刺，或者工件硬度较高而不易去除毛刺的情形。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一实施例的用于线切割加工的碰数装置的结构示意图；

图2示出了根据本发明一实施例的圆棒被放置于工件的y轴方向的待碰数表面上的放置位置示意图；

图3是图2中所示的圆棒与电极丝接触时的x轴方向的示意图；以及

图4示出了根据本发明一实施例的用于线切割加工的碰数方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种用于线切割加工的碰数装置。图1示出了根据本发明一实施例的用于线切割加工的碰数装置的结构示意图。如图1所示，该碰数装置至少可以包括装夹台110、加工机头120、圆棒放置单元130、控制单元140、显示单元150以及处理单元160。

现介绍本发明实施例的碰数装置的各组成或器件的功能以及各部分间的连接关系：

装夹台110，用于固定待加工的工件111。

加工机头120，包括位于装夹台110上方的上机头121和位于装夹台110下方的下机头122，上机头121和下机头122之间穿设有用于对工件111进行加工的具有指定半径的电极丝123。

圆棒放置单元130，用于根据预定碰数规则将具有指定直径的圆棒131放置于工件111的指定方向上的待碰数的表面上，使圆棒131与该表面接触，其中，圆棒131的轴线与工件111的该表面平行并且不与电极丝123平行。

控制单元140，与加工机头120连接，用于根据预设程序控制加工机头120的移动，直到电极丝123与圆棒131的侧面接触。

显示单元150，与控制单元140连接，用于获取并显示电极丝123与圆棒131接触时的相对坐标值。

处理单元160，与显示单元150连接，用于根据预定碰数规则对来自显示单元150的相对坐标值进行处理，得到工件111在指定方向上的加工零位。

需要说明的是，图1中所示的位置关系仅是示意性的，在实际操作中，根据实际应用的需要，可以对各部件的位置进行调整。

本发明实施例中，加工机头120可以是电火花数控机床的机头，其上穿设的电极丝123可以是黄铜丝、钼丝等，本发明对此不作限制。

上文提及，在现有的碰数方法中，电极丝与工件表面为线接触(或多点接触)，当工件表面存在毛刺或杂质时，极易因电极丝与毛刺或杂质接触而错误判断为电极丝已与工件表面接触，影响碰数进度，降低碰数精确度，导致碰数误差。为改善此种情况，本发明实施例通过圆棒放置单元130根据预定碰数规则在工件111的指定方向上的待碰数表面放置圆棒131，使圆棒131与工件111的待碰数表面接触，并且使圆棒131的轴线与工件111的该表面平行并且不与电极丝123平行。其中，圆棒131为具有光滑侧面的圆柱体，为了消除工件表面毛刺的影响，所选用的圆棒131的直径应大于毛刺从工件表面突出的长度。通过这种方式，能够将碰数过程中电极丝123与工件111表面的多点接触转换为电极丝123与圆棒131的点接触，从而避免因工件表面的毛刺或杂质引起的接触误判。

本发明实施例中，以工件111固定于装夹台110上后，工件111的底面作为z轴的基准面，即，z轴的加工零位。此时，上文提及的指定方向可以包括工件的x轴和/或y轴方向。为保证碰数的精确度，应选择工件待碰数表面上较平整的位置放置圆棒131，并使圆棒131的轴线方向与电极丝123相交，优选圆棒131的轴线方向与电极丝123垂直。图2示出了根据本发明一实施例的圆棒131被放置于工件111的y轴方向的待碰数表面上时圆棒131的放置位置示意图，其中，电极丝123还未移动至与圆棒131接触。图3示出了图2中所示的圆棒131与电极丝123接触时的x轴方向的示意图。需要说明的是，为了简化以突出圆棒131的放置位置以及圆棒131与电极丝123的接触方式，图2和图3中未示出该碰数装置的其他部件。

进一步地，为了保证圆棒的尺寸精度，可以采用标准的光滑针规作为圆棒进行碰数。针规是由白钢、工具钢、陶瓷、钨钢轴承钢等或其他材料制成的硬度较高的具有标准特定尺寸的圆棒，直径范围可以从0.10mm至30.00mm，产品精度能够达到±0.001mm，根据直径的大小，长度分别为25mm、30mm、40mm和50mm。为了便于后续的坐标数据处理，优选选用直径尺寸为整数值的光滑针规，例如，直径为10.00mm、15.00mm或20.00mm的光滑针规。

上文提及的指定碰数规则可以是单边碰数或分中碰数。

在一个可选实施例中，当指定碰数规则是单边碰数时，圆棒放置单元130将具有指定直径的圆棒131放置于固定在装夹台110上的工件111的指定方向上的待碰数的一个表面上，使圆棒131与该表面接触，其中，圆棒131的轴线与工件111的该表面平行并且不与电极丝123平行。

在控制单元140根据预设程序控制加工机头120移动，进而带动电极丝123移动至与圆棒131的侧面接触后，显示单元150获取并显示电极丝123与圆棒131接触时的相对坐标值。进而，处理单元160将来自显示单元150的电极丝123与圆棒131接触时的相对坐标值与圆棒131的直径以及电极丝123的半径相加，得到校正后的坐标值，并将该校正后的坐标值设定为工件111在指定方向上的加工零位。

在另一个可选实施例中，当指定碰数规则是分中碰数时，圆棒放置单元130先将具有指定直径的圆棒131放置于固定在装夹台110上的工件111的指定方向上的待碰数的第一表面上，使圆棒131与第一表面接触，其中，圆棒131的轴线与工件111的第一表面平行并且不与电极丝123平行。

在控制单元140根据预设程序控制加工机头120移动，进而带动电极丝123移动至与圆棒131的侧面接触后，显示单元150获取并显示电极丝123与圆棒131接触时的第一相对坐标值。进而，处理单元160将来自显示单元150的电极丝123与圆棒131接触时的第一相对坐标值设为零，即，相对坐标清零。

然后，圆棒放置单元130再将圆棒131放置于工件111的该指定方向上的与第一表面相对的第二表面上，使圆棒131与第二表面接触，其中，圆棒131的轴线与工件111的第二表面平行并且不与电极丝123平行。

在控制单元140根据预设程序控制加工机头120移动，进而带动电极丝123移动至与圆棒131的侧面接触后，显示单元150获取并显示电极丝123与圆棒131接触时的第二相对坐标值。进而，处理单元160将来自显示单元150的电极丝123与圆棒131接触时的第二相对坐标值除以2，得到工件111在该指定方向上的中点的坐标值，并将该中点的坐标值设定为工件111在该指定方向上的加工零位。

在实际操作中，为了降低出错概率，提高碰数精度，通常对于工件在指定方向上的每一待碰数表面，在放置圆棒后，使电极丝与圆棒于圆棒侧面的不同位置点进行2-3次碰数接触，优选2次。若获取的不同接触点的相对坐标值之间的偏差小于±0.002mm，则认为相对坐标值读数准确，此时，可以以首次的相对坐标值读数，或以多次的相对坐标值读数的平均值作为最终获取的相对坐标值，进而处理单元160根据预定碰数规则对最终获取的相对坐标值进行处理，得到工件在指定方向上的加工零位。

在实际应用中，可以根据待加工工件的轮廓特征以及加工要求，对工件的x轴方向和y轴方向选取适合的碰数方式。例如，对工件的x轴方向根据单边碰数规则进行碰数，而对工件的y轴方向则根据分中碰数规则进行碰数，或者对工件的x轴方向和y轴方向都根据分中碰数规则进行碰数，等等。

在本发明的一个可选实施例中，参见图1，该碰数装置还可以包括冲洗水管170。冲洗水管170安装于上机头121上，用于释放水流，对工件111的待碰数表面以及电极丝123进行冲洗。

具体地，在将工件111固定在装夹台110上之后，打开冲洗水管170，对工件111的待碰数表面进行冲洗，以去除工件111的待碰数表面上的杂质。在加工机头120移动，直到电极丝123与圆棒131的侧面接触，以及在电极丝123与圆棒131接触的过程中，打开冲洗水管170，对电极丝123进行冲洗，去除电极丝表面杂质以及隔绝空气中的杂质，消除杂质的影响，进一步提高碰数的精确度。

为解决上述技术问题，本发明实施例还提供了一种用于线切割加工的碰数方法。图4示出了根据本发明一实施例的用于线切割加工的碰数方法的流程图。参见图4，该碰数方法可以包括以下步骤s402至步骤s412。

步骤s402，将待加工的工件固定在装夹台上。

步骤s404，在加工机头上穿设用于对工件进行加工的具有指定半径的电极丝，其中，加工机头包括位于装夹台上方的上机头和位于装夹台下方的下机头，电极丝穿设于上机头和下机头之间。

步骤s406，根据预定碰数规则将具有指定直径的圆棒放置于工件的指定方向上的待碰数的表面上，使圆棒与该表面接触，其中，圆棒的轴线与工件的该表面平行并且不与电极丝平行。

步骤s408，根据预设程序控制加工机头进行移动，直到电极丝与圆棒的侧面接触。

步骤s410，获取并显示电极丝与圆棒接触时的相对坐标值。

步骤s412，根据预定碰数规则对获取的相对坐标值进行处理，得到工件在指定方向上的加工零位。

本发明实施例中，加工机头可以是电火花数控机床的机头，其上穿设的电极丝可以是黄铜丝、钼丝等，本发明对此不作限制。

上文中提及的圆棒为具有光滑侧面的圆柱体。为了消除工件表面毛刺的影响，所选用的圆棒的直径应大于毛刺从工件表面突出的长度。通过这种方式，能够将碰数过程中电极丝与工件表面的多点接触转换为电极丝与圆棒的点接触，从而避免因工件表面的毛刺或杂质引起的接触误判。

本发明实施例中，以工件固定于装夹台上后，工件的底面作为z轴的基准面，即，z轴的加工零位。此时，上文提及的指定方向可以包括工件的x轴和/或y轴方向。为保证碰数的精确度，应选择工件待碰数表面上较平整的位置放置圆棒，并使圆棒的轴线方向与电极丝相交，优选圆棒的轴线方向与电极丝垂直。

进一步地，为了保证圆棒的尺寸精度，可以采用标准的光滑针规作为圆棒进行碰数。为了便于后续的坐标数据处理，优选选用直径尺寸为整数值的光滑针规，例如，直径为10.00mm、15.00mm或20.00mm的光滑针规。

在一个可选实施例中，指定碰数规则可以是单边碰数或分中碰数。

进一步地，当指定碰数规则是单边碰数时，

将具有指定直径的圆棒放置于工件的指定方向上的待碰数的一个表面上，使圆棒与该表面接触，其中，圆棒的轴线与工件的该表面平行并且不与电极丝平行。

在加工机头在控制单元的控制下移动并带动电极丝与圆棒接触后，将获取的电极丝与圆棒接触时的相对坐标值与圆棒的直径以及电极丝的半径相加，得到校正后的坐标值，并将该校正后的坐标值设定为工件在该指定方向上的加工零位。

当指定碰数规则是分中碰数时，

将具有指定直径的圆棒放置于工件的指定方向上的第一表面上，使圆棒与第一表面接触，其中，圆棒的轴线与工件的第一表面平行并且不与电极丝平行。

在加工机头在控制单元的控制下移动并带动电极丝与圆棒接触后，将获取的电极丝与圆棒接触时的第一相对坐标值设为零。

再将圆棒放置于工件的该指定方向上的与第一表面相对的第二表面上，使圆棒与第二表面接触，其中，圆棒的轴线与工件的第二表面平行并且不与电极丝平行。

在加工机头在控制单元的控制下移动并带动电极丝与圆棒接触后，将获取的电极丝与圆棒接触时的第二相对坐标值除以2，得到工件在该指定方向上的中点的坐标值，并将该中点的坐标值设定为工件在该指定方向上的加工零位。

为了降低出错概率，提高碰数精度，对于工件在指定方向上的每一待碰数表面，在放置圆棒后，使电极丝与圆棒于圆棒侧面的不同位置点进行2-3次碰数接触，优选2次。若获取的不同接触点的相对坐标值之间的偏差小于±0.002mm，则认为相对坐标值读数准确，此时，可以以首次的相对坐标值读数，或以多次的相对坐标值读数的平均值作为最终获取的相对坐标值，进而处理单元根据预定碰数规则对最终获取的相对坐标值进行处理，得到工件在指定方向上的加工零位。

在一个可选实施例中，上机头上还安装有冲洗水管。此时，该碰数方法还包括以下步骤：

在将工件固定在装夹台上之后，打开冲洗水管，释放水流，对工件的待碰数的表面进行冲洗，以去除工件的待碰数表面上的杂质。

在加工机头移动，直到电极丝与圆棒的侧面接触，以及在电极丝与圆棒接触的过程中，打开冲洗水管，释放水流，对电极丝进行冲洗，去除电极丝表面杂质以及隔绝空气中的杂质，消除杂质的影响，进一步提高碰数的精确度。

根据上述任意一个优选实施例或多个优选实施例的组合，本发明实施例能够达到如下有益效果：

本发明实施例提出的用于线切割加工的碰数装置和方法，通过在装夹好的工件的待碰数表面放置与该表面接触的圆棒，然后根据预设程序控制加工机头带动电极丝移动，直到电极丝与圆棒的侧面接触，此时，获取电极丝与圆棒接触时的相对坐标值，并根据预定碰数规则对所获取的相对坐标值进行处理，得到工件在指定方向上的加工零位。首先，由于圆心到圆的切线的距离是固定的，通过利用圆棒与工件表面接触，再与电极丝接触，将常规碰数中电极丝与工件表面的多点接触转换为了电极丝与圆棒的点接触，极大地减少了因工件表面的毛刺或杂质引起的接触误判，提高了碰数的精确度和可靠性。同时，由于利用圆棒与电极丝接触取代了工件表面直接与电极丝接触，可以省略掉碰数前对工件去毛刺的工序，提高了碰数的效率。其次，由于无需放电产生火花，不会对工件表面产生损伤，可满足工件表面的高精度要求；并且，无需操作人员观察火花进行放电时间控制，降低了对操作人员的要求；再者，无需对机头和工件进行吹干，节省了吹干工序耗费的时间和人力，进一步提高了效率，并降低了成本。本发明特别适用于对工件表面精度要求较高而不能去除毛刺，或者工件硬度较高而不易去除毛刺的情形。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：在本发明的精神和原则之内，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案脱离本发明的保护范围。