专利名称：电火花线切割机和电火花线切割加工方法
技术领域：
本发明涉及一种电火花线切割机和一种电火花线切割加工方法，更具体来说，涉及一种能够正确处理由于待加工工件放置倾斜而造成的加工误差的电火花线切割机和电火花线切割加工方法。
2.相关技术的描述通常，在一个电火花线切割机中，放置并固定在工件台上的工件可以在XY平面上移动，电压施加在线电极和工件两端，从而执行电火花线切割加工。线电极具有上线和下线引导装置。通常，作为电火花线切割加工对象的工件具有一个水平下表面，用于与工件台的安装表面接触，而且工件表面(整个上表面或者部分上表面)与下表面平行。例如，如果工件是直角的平行六面体形，它一个表面的整体形成下表面，且它的整个平行于下表面的上表面形成工件表面。
如果工件放置并固定在工件台上，它的下表面与安装表面密切接触，工件的下表面和工件表面都与XY平面平行延伸。如果加工时上下引导装置保持在XY平面的同一位置处，那么，加工表面与XY平面垂直。被称为垂直加工就是由此而来。如果上下引导装置在XY平面上发生相对位移，而且执行的是一种锥形加工，那么被加工的表面就相对XY平面有一个给定角度。
如果工件实际地放置在工件台上，无论如何，由于安装表面被矿泥和类似物污染，或者细粉尘粘在工件的下表面上，它的下表面在台子的安装表面上有时就是不平坦的，这样工件的放置姿势就相对XY平面倾斜。而且，在使用机器期间，由于工件和引导装置之间的碰撞，长期发生变形等，工件台自身也可能相对于XY面倾斜。
如果电火花线切割加工在这种情况下执行，将产生下面的问题(a)和(b)。
(a)被加工表面的角度误差如果垂直加工在是利用上下引导装置保持在出现前述放置姿势误差的XY平面内的同一位置处来执行，例如，不能获得垂直的被加工表面，在某些情况下，甚至在锥形加工中不能获得所需的倾斜角度。这种现象就是被加工表面角度误差。
(b)被加工形状的变形误差工件的倾斜使得由加工程序指定的加工点发生细小改变，而由于改变沿着加工线发生就会引起变形误差。例如，即使执行圆形加工也会得到一个不规则的圆形加工线。如果工件的倾斜非常小，这种形状误差可能可以被忽略。但是，如果工件倾斜很大或者需要很高的加工精度，那么这就是不可忽略的。
通常，为了避免这些问题，操作者必须非常注意地放置工件，使之相对XY平面绝对水平。而且，需要付出很多劳动来清除工件台上和安装表面上的脏东西，或者保持工件台自身水平或正确的倾斜度。并没有任何简单的惯用技术来将操作者从这种劳动的负担中解脱出来。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够正确处理前述误差问题从而提高加工精度的电火花线切割机和电火花线切割加工方法。
本发明的一种电火花线切割机，通过在工件和线电极之间施加电压，同时在XY平面内相对于线电极移动工件来执行电火花线切割加工。工件具有上表面和平行于上表面的下表面，并且线电极在上线引导装置和下线引导装置之间延伸。
根据本发明的一方面，电火花线切割机包括具有工件安装表面的工件台，工件安装于工件安装表面上以使工件的上表面面对上引导装置；检测安装在所述工件台的工件的上表面上的不在一条直线上的至少三个点的位置的装置；基于检测到的至少三个点的位置，确定工件上表面相对于XY平面的倾斜方向的装置；调整XY平面上的上线引导装置和下线引导装置的相对位置，以使线电极沿着与确定的倾斜方向平行的方向延伸的装置；和将具有调整后的相对位置的上线引导装置和下线引导装置之间的线电极的延伸方向作为与XY平面垂直的方向来执行电火花线切割加工的装置。
使用该电火花线切割机的电火花线切割加工方法包括步骤将工件安装在工件台的工件安装表面上，以使工件的上表面面对上引导装置；检测安装在所述工件台的工件的上表面上的不在一条直线上的至少三个点的位置；基于检测到的至少三个点的位置，确定工件上表面相对于XY平面的倾斜方向；调整XY平面上的上线引导装置和下线引导装置的相对位置，以使线电极沿着与确定的倾斜方向平行的方向延伸；将具有调整后的相对位置的上线引导装置和下线引导装置之间的线电极的延伸方向作为与XY平面垂直的方向来执行电火花线切割加工。
根据本发明的另一方面，电火花线切割机包括具有工件安装表面的工件台，工件安装于工件安装表面上以使工件的上表面面对上引导装置；检测安装在所述工件台的工件的上表面上的不在一条直线上的至少三个点的位置的装置；基于检测到的至少三个点的位置，确定工件上表面相对于XY平面的倾斜方向的装置；调整XY平面上的上线引导装置和下线引导装置的相对位置，以使线电极沿着与确定的倾斜方向平行的方向延伸的装置；和将具有调整后的相对位置的上线引导装置和下线引导装置之间的线电极的延伸方向作为与XY平面垂直的方向来执行电火花线切割加工，并且基于确定的倾斜方向和由加工程序指定的XY平面上的加工点的位置来校正上线引导装置和下线引导装置中至少一个的位置，以获得与由加工程序指定的XY平面上的加工形状相同的加工形状的装置。
使用该电火花线切割机的电火花线切割加工方法包括步骤将工件安装在工件台的工件安装表面上，以使工件的上表面面对上引导装置；检测安装在所述工件台的工件的上表面上的不在一条直线上的至少三个点的位置；基于检测到的至少三个点的位置，确定工件上表面相对于XY平面的倾斜方向；调整XY平面上的上线引导装置和下线引导装置的相对位置，以使线电极沿着与确定的倾斜方向平行的方向延伸；将具有调整后的相对位置的上线引导装置和下线引导装置之间的线电极的延伸方向作为与XY平面垂直的方向来执行电火花线切割加工，并且基于确定的倾斜方向和由加工程序指定的XY平面上的加工点的位置来校正上线引导装置和下线引导装置中至少一个的位置，以获得与由加工程序指定的XY平面上的加工形状相同的加工形状。
如果工件不是相对于XY平面水平放置，电火花线切割加工就会通过利用倾斜检测结果来补偿误差(a)或者误差(a)和(b)而执行。结果，能够很容易地提高电火花线切割加工的操作有效性和加工精度。
图1表示根据本发明一个实施例的电火花线切割机的主要部件的构造；图2表示一个示例，其中工件放置姿势误差导致误差；图3a和3b表示工件放置姿势误差的测量，其中，图3a表示工件表面上的三个测量点之间的关系、工件放置姿势倾斜度和线电极的延伸方向，图3b表示在三个点处的测量示例，具有在上引导装置上用于接触检测的接触；图4表示根据三个测量点处的测量结果确定上引导装置位置调整量的方法；图5是一个流程图，表示根据实施例的上引导装置位置调整的工序步骤；图6大体表示工件(未图示)相对于XY平面在OP方向倾斜的状态；图7是沿直线L方向看图6的正面图；图8是沿直线L方向看图6的另一个正面图；图9是图6的XY平面视图；图10是在锥形加工中从直线L看过去，线电极和上下线引导装置之间的位置关系的正面图；图11是图10中的E4/E5/E6/E7部分的放大视图；图12是上引导装置的偏离矢量和它的正确矢量之间关系的XY(或UV)平面视图；图13是一个流程图，表示在下引导装置位置校正中，补偿加工形状变形误差的过程；和图14是一个流程图，表示在上引导装置位置校正中，补偿加工形状变形误差的过程。
具体实施例方式
图1是本发明实施例的电火花线切割机的外形示意图。电火花线切割机的与加工有关的这些部分，以与传统机器相同的方式构造。标记1表示工件台，其上放置和固定待加工工件30。工件台1具有一个安装表面2，它的平面度高度精准。在加工的时候，工件30放置和固定在工件台上，使得它的下表面32与安装表面2接触。工件30具有与下表面32平行的整个上表面31。工件30假定为具有一个与下表面32平行的表面(平坦区)。在这个示例中，工件30的形状是直角的平行六面体，整个上表面31与下表面32平行。但是也可以只有上表面的部分区域是与下表面平行的。
标记7表示线电极，从线供应部件12通过引导辊11等供给，使工件30受到电火花线切割加工。在加工时，线电极7通过连接操作在上下引导装置5和6之间拉伸，并施加电压使得电极7和工件30之间放电。标记14表示线卷取部分，它具有拖拽和卷取线电极7的功能，该线电极7由引导辊11以给定张力供给。
加工部分是一个线性部分，线电极7从此处穿透工件30。在这个例子中，它由上表面31上的加工点33(或者通过下表面32上的一个点，如后所述)代表。为了沿着工件30上的预定路径(也称作加工线，通常由加工程序指定)移动加工点33，工件台1可以通过一个X轴驱动机械装置3和一个Y轴驱动机械装置4在XY平面内移动，其中驱动机械装置具有伺服电动机作为它们各自的驱动源。标记34表示加工点33的一个移动路径(加工线)。此外，如后所述，下引导装置6，而不是工件台1，可以通过X轴和Y轴驱动机械装置3和4在XY平面内移动。
而且，上引导装置5的XYZ坐标可以通过一个Z轴驱动机械装置8、一个U轴驱动机械装置9和一个V轴驱动机械装置10来调整。通常，在加工的时候，Z坐标的调整用于将上引导装置5和工件上表面31之间的距离调整为一个合适的值。除了这个，根据本发明的实施例，Z坐标调整可以用于测量工件30的倾斜度(放置姿势误差)。另一方面，U轴和V轴驱动机械装置9和10通常用于调整前述锥形加工的角度。但是，在本发明中，它们也可以用于根据前述的测量结果调整上引导装置的位置从而补偿工件30的放置姿势误差。用于测量和补偿工件30的放置姿势误差的调整和校正的细节将在后面描述。
标记20表示传统配置的电子单元，它与电源一体化，除了给包括CPU、CNC、存储器和输入/输出设备(用于外部设备)的控制器供应所需电压和电流之外，还给包括线电极的电子元件供应所需电压和电流。CNC控制伺服电动机分别驱动X、Y、Z、U和V轴。输入/输出(I/O)设备执行给放电(未图示)提供电源的控制、供线控制、显示器(固定在操作面板21上)的显示控制等。而且，电子单元20具有监视X、Y、Z、U和V轴的负载电流并将它们以传统方式显示于显示屏上的功能，和监视用于工件30的线电极7的电压、放电电流等的功能，以及类似功能等。而且，如下所述，电子单元20还可以具有将电压施加到上引导装置5本身(整个或部分)并检测从上引导装置5流向工件30的电流的功能。
众所周知的电火花线切割加工方式将被非常简单地描述。X、Y、Z、U和V轴各自的位置由CNC根据存储在控制器的存储器中的加工程序来伺服控制。另一方面，给定的放电电压和电流供给线电极7，由此沿着预定的切割线或切割面加工工件30。通常，如前所述，加工点33的XY坐标由于X和Y轴发生位移而位移。而且，Z轴用于放置姿势误差的测量，而U和V轴用于根据测量结果调整上引导装置的位置。
此外，众所周知，工件台1设置在一个加工箱(未图示)中，该加工箱用工作流体填充，工件30在工作流体中放电加工。另外设有由电子单元20控制的、用于使工作流体通过恒温箱、净化器(离子交换树脂)等循环流通从而控制工作流体的温度和洁净度的装置。由于与本发明不是特别相关，这些元件的详细描述将被省略。
当工件30放置在工件台1上接受线切割加工时，由于“背景技术”部分已经在先描述过，它的位置有时会出现误差，不再水平(以使上下表面31和32在XY平面内)。这种误差引起前述加工表面角度误差(a)或加工形状变形误差(b)。为方便解释，将首先描述与角度误差(a)相关的项目和它的补偿方法。
图2表示工件30倾斜放置在工件台1上的情况。在这种状态下，工件台1的安装表面2上有矿泥40，而且矿泥40位于工件30的右手端部。在这种情况下，虽然很微小，但是工件30的下表面32绕着右手端部就从安装表面2上举起，从而无法与安装表面2靠紧。因此，上下表面31和32相对于XY平面倾斜一个微小角度。如果没有注意到或忽视了这点而执行加工，那么加工精度自然就会下降。
如果上下引导装置5和6各自的XY坐标为垂直加工而精确地排列，例如，线电极7平行于Z轴(或与XY平面成直角)延伸。但是，电极7不能与工件30的上表面31垂直，这样锥形加工就不可避免地执行，加工表面以对应于工件放置姿势误差的角度倾斜。加工点33也受到对应于工件放置姿势误差的偏移误差。
因此，根据本发明的实施例，利用本发明的方法来测量工件放置姿势误差，并能够根据测量的结果调整XY平面内的上下引导装置的相对位置。通过这样做就可以避免上述情况。工件放置姿势误差也可能是在线连接之后测量。但是，为了避免线电极的妨碍，测量都是在线连接之前做。
工件首次放置和固定在工件台1上后，测量上表面31上的“至少三个不在一条直线上的点”的三维坐标(X、Y、Z坐标)。在这个例子中，是测量图3a中的三个点O、A和B的三维位置。在图3a中，基于假定线电极7以与上表面31成直角地穿过点O附近的拉伸方向(其中上下引导装置5和6的XY位置不一致)示为相对于Z轴方向夸大地倾斜。符号Nincl代表从上表面31上的点O起始的单位标准矢量(与拉伸方向平行)。
当上引导装置5接触工件30时，可以通过测量该位置处的U、V、Z轴的数据而得到三(或更多)点各自的位置。U和V轴之间、X和Y轴之间的坐标值关系预先存储在电子单元20的存储器中，如果需要可以转换。例如，U和V轴分别与X和Y轴平行，在这个例子中，坐标值之间的关系可以通过增加或减少它们的恒定值而转换。
上引导装置5和工件30可以彼此接触，例如通过操作操作面板21而仅仅逐渐手动推进Z轴，就可以使得上引导装置5逐渐伸向工件30的上表面31。
上引导装置5和工件30之间的接触可以用方法(1)和(2)检测。方法(1)中，在上引导装置5和工件30之间预先供应一个非常低的电流，通过电子单元20来监视和检测上引导装置5接触到工件30时而引起的电压的变化。方法(2)中，Z轴电动机的负载电流由电子单元20监视，当负载电流增加时就能够自动检测出工件30和上引导装置5之间的接触。
使用方法(1)时，上引导装置5的整个或部分用金属做成，由电子单元20施加一个用于检测接触的低电压(参看图1中的虚线)。如图3b所示，如果触头51是从上引导装置5的下表面凸出一个微小距离而形成的，而且用于检测接触的低电压施加到触头51上，就可以更加精确地检测接触。
然后，根据上表面(工件)31上的三点O、A和B各自的XYZ坐标来计算矢量OA和OB的外积，据此可以得到一个垂直于上表面31的标准矢量。将结果值按照相同矢量的标准平分获得单位标准矢量Nincl。单位标准矢量的XYZ分量由Xn、Yn和Zn给出。如果必要，可以测量工件表面(在这个例子中是上表面31)上的四个或更多位置。在这个例子中，多个单位标准矢量从多个外积矢量中获得，结果值的平均值用作检测得到的工件30的倾斜度。通过这些，可以提高检测倾斜度的精度。
然后，根据检测得到的倾斜度可以得到上下引导装置5和6各自的XY坐标之间的相对偏离。尤其是，如图4所示，可以确定为了平行于单位标准矢量Nincl，拉伸线电极7如何调整上下引导装置5和6的XY坐标。当在本发明的实施例中下引导装置6不可动时，上引导装置5可通过U和V轴在XY平面内移动。这样，计算出将上引导装置从图4中标记5指示的位置也即是UV位置(U0、V0)位移到校正位置(Uc、Vc)的位移量Δshift(ΔU，ΔV)，其中连接上下引导装置5和6的线(线电极拉伸方向)平行于Z轴。位移量Δshift是二维矢量，ΔU和ΔV分别是它的U和V分量。值U0和V0作为互相垂直的U和V轴的加工位置的参数存储在电子单元20的存储器中。
位移量Δshift(ΔU、ΔV)根据下面的公式计算ΔU＝d*Xn …[1]ΔV＝d*Yn …[2]。
从这些等式可以看出，位移量依赖于(或正比于)上下引导装置之间的距离“d”。因此，为了实际加工就要得到上下引导装置之间的距离d。通常，上引导装置5被构造为可以由伺服电动机(Z轴驱动机械装置8)驱动而垂直移动，这样上下引导装置之间的距离可以从Z轴的机械位置而很容易地计算出来。例如，上引导装置5位于一个任意的参考Z位置Z0，利用适当地长度测量装置(与引导距离d相关的刻度)预先测量该位置处的距离d0。当上引导装置5位于任意位置“z”时，除非下引导装置6的Z坐标发生变化，所得距离d将在下文中由下面的等式给出。
d＝d0+(z-z0) …[3]如果通过这个刻度得到的d0和z0预先作为参数存储在电子单元20的存储器中，那么，加工时d就可以很容易地从Z轴驱动机械装置8的坐标值中计算得出。
以这种方式得到的位移量Δshift(ΔU、ΔV)作为上引导装置的位置校正值存储在电子单元20的存储器中。
在加工操作时，上引导装置5的UV位置以下面的方式控制。
如前所述，值U0和V0作为互相垂直的U和V轴的机械位置参数存储，而且是存储于电子单元20的存储器中。但是，这种设置是基于一种没有工件放置姿势误差的假设。如果出现前述的放置姿势误差，那么，U和V轴的坐标成为(U0+ΔU，V0+ΔV)，该坐标通过给作为机械位置参数存储的坐标(U0，V0)加上位移量(ΔU，ΔV)而得到，被认为是一个垂直位置(用于补偿放置姿势误差)。据此，此后放置姿势误差就自动校正。
如果用于加工的加工程序有指示，例如将U和V坐标的值分别设置为U1和V1，那么U和V坐标被就改变(调整)为(U1+ΔU，V1+ΔV)。如果这样做，就可以完成预定的垂直加工或锥形加工，就好像工件30并没有出现放置姿势误差。这样，就解决了上述问题(a)。
图5是解释上述过程的基本步骤的流程图。步骤要点如下。在检测上引导装置和工件表面的接触时，使用系统中的前面提及的例子，监视Z轴伺服电动机的负载电流。用三点O、A和B作为测量点。通常，上表面31上的三点O、A和B可以自由选择，只要它们不位于同一条直线上即可。
步骤S1操作操作面板21，通过X和Y轴的手动供给，将上引导装置移动到第一测量点O的上方。
步骤S2操作操作面板21，通过手动供给使上引导装置5靠近并接触工件表面(上表面)31，并停止它。如前所述，通过从显示屏上监视Z轴伺服电动机的负载电流来检测接触。当负载电流突然增加时停止手动供给。
步骤S3将接触时的X、Y和Z轴各自的值作为表示第一测量点O的三维坐标值存储下来。
步骤S4操作操作面板21，通过X、Y和Z轴的手动供给，将上引导装置5移动到第二测量点A的上方。
步骤S5操作操作面板21，通过手动供给，使上引导装置5靠近并接触工件表面(上表面)31，并停止它。以与步骤S2相同的方式检测接触。
步骤S6将接触时的X、Y和Z轴各自的值作为表示第二测量点A的三维坐标值存储下来。
步骤S7操作操作面板21，通过X、Y和Z轴的手动供给，将上引导装置5移动到第三测量点B的上方。
步骤S8操作操作面板21，通过手动供给，使上引导装置5靠近并接触工件表面(上表面)31，并停止它。以与步骤S2和S5相同的方式检测接触。
步骤S9将接触时的X、Y和Z轴各自的值作为表示第三测量点B的三维坐标值存储下来。
步骤S10得到矢量OA和OB的外积，通过将结果值标准平分计算出单位标准矢量Nincl并将其存储。
步骤S11利用前述等式计算得到位移量Δshift(ΔU、ΔV)并将其存储。
步骤S12连接线电极7，执行加工。执行该步骤时，U和V轴分别被位移ΔU和ΔV，并被控制。
上面是补偿加工表面角度误差(问题(a))的描述。但是，如前所述，在有些情况下可能需要补偿加工形状变形误差(问题(b))。尤其是，由加工程序指定的加工点的位置(加工形状)会由于工件放置倾斜的误差而发生变形。现在将参考图6-14描述与加工形状变形误差相关的项目和它的补偿方法。
首先，图6大体表示工件30相对于XY平面沿方向OP倾斜的状态。工件本身在图6中未图示。可以说，在这个例子中，工件从它原来的水平位置绕着XY平面上的与OP垂直的直线L旋转一个工件倾斜角度T，其中OP与工件的上表面31垂直。在图6中，(Xn，Yn，Zn)表示与前述的矢量Nincl同样的单位矢量，也即是，工件倾斜方向上的单位矢量。而且，(Xm，Ym，0)表示XY平面上的单位矢量，与直线L垂直。根据几何关系，(Xm，Ym)通过下式得到COS(T)＝Zn…[4]
SIN(T)＝{(1-(Zn)2)}1/2…[5]TAN(T)＝{(1-(Zn)2)}1/2/Zn …[6]Xm＝Xn/SIN(T) …[7]Ym＝Yn/SIN(T) …[8]图7和8是正面图，表示从直线L的方向看图6的情况。
在这些附图中，线电极和上下引导装置各自的现有位置凸出在包括OPQ的平面上。根据前述的调整方法校正线电极，以使它沿着工件倾斜方向OP延伸。为了便于解释，工件的下表面被认为是一个程序表面(其上由加工程序指定XY位置)，而且，下引导装置由X和Y轴直接驱动。
点A是由加工程序指定的位置，从点A到直线L的垂直距离假定为R。如图7的直线所示，如果工件平行于位于点A的线电极而放置，线电极就在直线AB上(参见图7和8)。但是，如果假定线电极沿方向OP倾斜，它就在直线BCD上。程序表面上或者倾斜工件的下表面上的加工点就是直线OQ上的点C，而不是离点O的距离为R的点F。
这样，如果通过上述调整方法校正线电极，使之与倾斜放置的工件的倾斜方向平行延伸，程序表面上的倾斜工件的加工形状在倾斜方向上就有些变形。如上所述，如果加工程序指定的是一个圆形，实际加工将是一个椭圆形。为了在倾斜工件的加工表面上得到一个指定的形状，线电极必须在穿过点F的直线EFG上。
这样，当工件倾斜时，位于不倾斜的工件上的下引导装置所在的点B应当位移到点E。在这个例子中，下引导装置的位置必须校正一个距离BE。如果工件台和下引导装置之间的距离是H，就有下面的等式(9)和(10)OD＝R+H*TAN(T) …[9]S＝BE＝OG-OD＝R(1/COS(T)-1)-H*TAN(T) …[10]此处必须决定右手侧的R来计算校正量S。
图9是同一情况的XY平面图。示于这个附图中的平面可以认为是下引导装置的位移平面。如果由加工程序指定的点A(或点B)的坐标值是(X，Y)，从点A下垂到直线L的长度R是
R＝X*Xm+Y*Ym …[11]如果下引导装置的位置确定了，那么，根据工件的倾斜方向和下引导装置的位置就能够很容易地依据前述的等式(10)得到这个位置的校正量S。
校正方向垂直于直线L，且XY平面内的校正矢量(Sx，Sy)由下式给出Sx＝S*Xm …[12]Sy＝S*Ym …[13]这样，通过获得每次内插期间的校正矢量和校正下引导装置的位置，即便是工件在水平方向受到放置误差，也可以执行高精度的电火花线切割加工。而且，如果有必要，运行加工程序时，每次内插期间只执行图13的流程图中的过程。基本步骤如下。
步骤S101执行传统的内插处理。更具体来说，根据加工程序通过执行内插计算获得目前的下引导装置的指令位置(Xj，Yj)。
步骤S102通过计算目前的下引导装置的指令位置(Xj，Yj)和最后的下引导装置的指令位置(Xi，Yi)之间的差值得到目前下引导装置的指令增量(ΔXj，ΔYj)。
步骤S103获得从目前下引导装置指令位置(Xj，Yj)到直线L的距离Rj。
步骤S104获得目前下引导装置校正量Sj。
步骤S105获得下引导装置校正矢量(Sxj，Syj)。
步骤S 106通过计算下引导装置校正矢量(Sxj，Syj)和最后的下引导装置校正矢量(Sxi，Syi)之间的差值获得目前下引导装置校正矢量增量(ΔSxj，ΔSyj)。
步骤S107将下引导装置指令增量(ΔXj，ΔYj)和下引导装置校正矢量增量(ΔSxj，ΔSyj)相加，其结果输出给伺服控制系统，用于驱动X和Y轴伺服电动机。
步骤S108为下一次运算更新(并存储)下引导装置的指令位置和下引导装置的校正矢量。
通常，实际上用于加工形状的变形补偿可以通过按照前述方式计算下引导装置(X和Y轴)的校正而完成。但是，在大角度的锥形加工中，每次内插期间，相似的校正必须同时间接地施加到上引导装置(U和V轴)，从而控制锥形角度。现在将参考附图10、11、12和14描述这个校正。在下面的描述中，将分别在表示点的符号后面添加标记，并将斜线(/)插入到符号之间以区别这些点。
图10是正面图，表示锥形加工时，从直线L(参见图6和相关描述)看线电极和上下线引导装置之间的位置关系。
更具体来说，图10是线电极和上下线引导装置各自的位置都在包含OPQ的平面内的视图。如果点A(离O的距离为R)是如上所述由加工程序指定的，当工件水平放置时线电极在直线B/A/B5上。另一方面，如果指定锥形加工，线电极就在与点A的直线B/A/B5有倾斜夹角的直线B1/A/B6上。
如图6所示，如果工件被放置的与水平方向的倾斜交角为T，线电极就在通过点F(离O的距离为R)的直线E/F/E5上。而且，在锥形加工中，线电极在通过点F的直线E1/F/E6上并以与直线E/F/E5相同的角度倾斜。在这种情况下，得到下引导装置的校正量B/E或B1/E1，作为前面提及的下引导装置(X和Y轴)的校正量。上引导装置的位置由与线电极的垂直状态的偏移量(U，V)控制。
偏移量的校正量可以通过分析偏移量B4/B6和E4/E6之间的关系得到。工件上表面的水平偏移量B2/B3等于工件倾斜放置时的偏移量E2/E3，而且三角形B1/B4/B6和E1/E4/E6基本彼此全等。因此，通过点E4并平行于工件的偏移量E4/E7和B4/B6相等。
图11是图10所示部分E4/E5/E6/E7的放大视图。如果偏移量B4/B6或E4/E7的距离和偏移量E4/E6相对于偏移量B4/B6的校正量分别是T和W，E4/E6的长度就是T+W，校正量可以表示为W＝T(1/COS(T)-1) …[14]。
图12是XY(或UV)平面图，表示上引导装置的偏移矢量和以这种方式计算得到的校正矢量。在图12中，T表示垂直于上引导装置的偏移矢量和直线L的方向分量。通过下式获得单位矢量的内积，该单位矢量垂直于上引导装置的偏移量(U，V)和直线LT＝U*Xm+V*Ym …[15]。
由于上引导装置的校正矢量(Wu，Wv)垂直于直线L，我们就有Wu＝T*Xm…[16]Wv＝T*Ym…[17]。
相应的，上引导装置的校正矢量可以根据工件的倾斜方向和上引导装置的校正矢量来校正，这样即使工件是倾斜的也可以得到高精度的锥形加工。这样，加工程序再现执行时，每次内插期间只需要间接执行图14的流程图所示的过程。基本步骤如下。
步骤S201在结合步骤S101执行处理的过程中，根据加工程序，通过执行内插计算而得到目前上引导装置的偏移矢量(Uj，Vj)。
步骤S202通过计算目前上引导装置的偏移矢量(Uj，Vj)和最后的上引导装置的偏移矢量(Ui，Vi)之间的差值得到目前上引导装置的指令增量(ΔUj，ΔVj)。
步骤S203获得垂直于直线L的目前上引导装置偏移矢量(Uj，Vj)的垂直偏移量Tj。
步骤S204获得目前上引导装置校正量Wj。
步骤S205获得上引导装置校正矢量。
步骤S206通过计算上引导装置校正矢量(Wuj，Wvj)和最后的上引导装置校正矢量(Wui，Wvi)之间的差值获得目前上引导装置校正增量(ΔWuj，ΔWvj)。
步骤S207将上引导装置指令增量(ΔUj，ΔVj)和上引导装置校正矢量增量(ΔWuj，ΔWvj)相加，其结果输出给伺服控制系统，用于驱动U和V轴伺服电动机。
步骤S208为下一次运算更新(并存储)上引导装置偏移矢量和上引导装置校正矢量。
如上所述，加工形状的变形补偿可以通过与下引导装置(X和Y轴)的校正同时且并行的上引导装置(U和V轴)的校正来高水平地完成。
权利要求
1.一种电火花线切割机，通过在工件和线电极之间施加电压，同时在XY平面内相对于线电极移动工件来执行电火花线切割加工，工件具有上表面和平行于上表面的下表面，并且线电极在上线引导装置和下线引导装置之间延伸，所述电火花线切割机包括具有工件安装表面的工件台，工件安装于工件安装表面上以使工件的上表面面对上引导装置；检测安装在所述工件台的工件的上表面上的不在一条直线上的至少三个点的位置的装置；基于检测到的至少三个点的位置，确定工件上表面相对于XY平面的倾斜方向的装置；调整XY平面上的上线引导装置和下线引导装置的相对位置，以使线电极沿着与确定的倾斜方向平行的方向延伸的装置；和将具有调整后的相对位置的上线引导装置和下线引导装置之间的线电极的延伸方向作为与XY平面垂直的方向来执行电火花线切割加工的装置。
2.一种电火花线切割加工方法，通过在工件和线电极之间施加电压，同时在XY平面内相对于线电极移动工件来执行电火花线切割加工，工件具有上表面和平行于上表面的下表面，并且线电极在上线引导装置和下线引导装置之间延伸，所述电火花线切割加工方法包括步骤将工件安装在工件台的工件安装表面上，以使工件的上表面面对上引导装置；检测安装在所述工件台的工件的上表面上的不在一条直线上的至少三个点的位置；基于检测到的至少三个点的位置，确定工件上表面相对于XY平面的倾斜方向；调整XY平面上的上线引导装置和下线引导装置的相对位置，以使线电极沿着与确定的倾斜方向平行的方向延伸；将具有调整后的相对位置的上线引导装置和下线引导装置之间的线电极的延伸方向作为与XY平面垂直的方向来执行电火花线切割加工。
3.一种电火花线切割机，通过在工件和线电极之间施加电压，同时根据加工程序在XY平面内相对于线电极移动工件来执行电火花线切割加工，工件具有上表面和平行于上表面的下表面，并且线电极在上线引导装置和下线引导装置之间延伸，所述电火花线切割机包括具有工件安装表面的工件台，工件安装于工件安装表面上以使工件的上表面面对上引导装置；检测安装在所述工件台的工件的上表面上的不在一条直线上的至少三个点的位置的装置；基于检测到的至少三个点的位置，确定工件上表面相对于XY平面的倾斜方向的装置；调整XY平面上的上线引导装置和下线引导装置的相对位置，以使线电极沿着与确定的倾斜方向平行的方向延伸的装置；和将具有调整后的相对位置的上线引导装置和下线引导装置之间的线电极的延伸方向作为与XY平面垂直的方向来执行电火花线切割加工，并且基于确定的倾斜方向和由加工程序指定的XY平面上的加工点的位置来校正上线引导装置和下线引导装置中至少一个的位置，以获得与由加工程序指定的XY平面上的加工形状相同的加工形状的装置。
4.一种电火花线切割加工方法，通过在工件和线电极之间施加电压，同时根据加工程序在XY平面内相对于线电极移动工件来执行电火花线切割加工，工件具有上表面和平行于上表面的下表面，并且线电极在上线引导装置和下线引导装置之间延伸，所述电火花线切割加工方法包括步骤将工件安装在工件台的工件安装表面上，以使工件的上表面面对上引导装置；检测安装在所述工件台的工件的上表面上的不在一条直线上的至少三个点的位置；基于检测到的至少三个点的位置，确定工件上表面相对于XY平面的倾斜方向；调整XY平面上的上线引导装置和下线引导装置的相对位置，以使线电极沿着与确定的倾斜方向平行的方向延伸；将具有调整后的相对位置的上线引导装置和下线引导装置之间的线电极的延伸方向作为与XY平面垂直的方向来执行电火花线切割加工，并且基于确定的倾斜方向和由加工程序指定的XY平面上的加工点的位置来校正上线引导装置和下线引导装置中至少一个的位置，以获得与由加工程序指定的XY平面上的加工形状相同的加工形状。
全文摘要
电火花线切割机和电火花线切割加工方法，其中工件放置姿势误差可以得到补偿。工件被放置和固定在工件台上之后，利用与上表面的接触检测，上引导装置测量工件上表面内不位于同一条直线上的三个或更多三维位置。获得单位标准矢量Nincl(Xn，Yn，Zn)，计算从原来放置的垂直坐标(U0，V0)偏移到校正坐标(Uc，Vc)的偏移量Δshift(ΔU、ΔV)。在加工时，将偏移量Δshift(ΔU、ΔV)加到坐标(U0，V0)上，补偿加工表面的角度误差，而且由于工件的倾斜而引起的加工点位置的偏离由于校正上下线引导装置而间接得到补偿。这样，加工形状就不再变形，工件放置姿势误差就可以得到补偿。
文档编号B23Q15/20GK1775442SQ20051011531
公开日2006年5月24日 申请日期2005年11月14日 优先权日2004年11月15日
发明者木下三男, 宫岛敬一郎 申请人:发那科株式会社