专利名称：具有形变补偿装置的电火花线切割加工机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有形变补偿装置的电火花线切割加工机，尤其是关于一
种利用在伸臂上设置应变片(Strain Gauge)来进行切割路径补偿的电火花线切割加工机。
背景技术：
产品的精密化以及功能的自动化，已成为未来工具类机械的发展趋势；针对超精密加工技术市场，其所应用的产品市场逐年成长，未来对于个人移动3C产品、光电通信、生物医学零部件的超精密模具或零部件加工势必有强烈需求，因此超精密加工市场前途大为看好；然而，当产品的加工精度需求进入到超精密等级时，相关产品的设计将被精密加工的制造能力所牵制，若要制造高精度的产品，则必须整合多种工艺方式，花费大幅成本方得以实现。
电火花线切割加工(WEDM， Wire Electrical Discharge Machining)为非传统加工方式之一，其加工原理为通过导电的线电极进行切削，在导电工件与线电极在极为靠近的状况下施加电压而造成火花放电现象，利用该现象发生时的高热熔化加工物以达到切削加工的目的；因此，电火花线切割加工提供实现超高硬度材料进行精密加工的绝佳选择。
随着产业的发展，电火花线切割加工机的市场也逐渐扩大，使得整体生产量随之上升，而在机床生产的过程中最常发生的问题即为机床批量生产稳定性问题。该问题源自各机床从铸件制作、零部件制造至整机装配的过程极为复杂，整个生产过程会经过多道程序，也需要大量人力投入其中，因此很容易在生产过程中出现瑕疵，进而导致最终机床精确度与期望不同。电火花线切割加工机在第一刀加工时需要进行高压冲水以利排渣的顺畅，但是冲水的压力高达20kg/cr^且直接施于上下机头，此时下伸臂因为较为细小且距离支点较远，因此很容易出现下垂的现象，导致下机头端点的位置出现偏移的现象。电火花线切割加工采用线电极进行放电切削，控制器在计算线电极的加工路径时，先以上下机头的端点连线作为线电极目前在空间中的姿态，再依照使用的线电极半径进行路径补偿修正。若在加工中上下机头的位置因形变而发生偏移，则线电极行走的路径将与预期不同而造成加工精度不准确的问题。目前现有对于此问题的处理方式为加大下伸臂粗度以提升刚性并降低形变的程度，该方法仅能减少形变问题的发生，并无法随着冲水压力、环境温度、伸臂长度进行即时现场形变测量，进而补偿修正因形变所造成的路径偏移。
常用的电火花线切割加工机，其伸臂结构有以下缺点
(1) 高压冲水时会使机头承受极大的压力，所产生的力矩将使伸臂产生形变 一般在进行高速加工时为确保排渣良好，需要对工件进行高压冲水以利排渣，而冲水的部位是由上下机头(如图1的机头IO与机头12)中的喷流机构
担任。高压冲水时会使上下机头承受一极大的反作用力，该压力可达20kg/cm2，
再加上支点与力臂所产生的力矩将使伸臂产生形变。尤其是下伸臂(如图1的
伸臂14)因机头与支点的距离较远，且伸臂的截面积较小，因此所产生的形变
更为严重。
(2) 不同的冲水水压、伸臂材质与长度皆会影响形变量上下伸臂的形变主要是因为伸臂受到力矩(机头施力x力臂长度)的影响而发生形变，因此不
同的冲水压力与力臂长度其产生的力矩也不同，因此所造成的形变量亦不同。此外，伸臂材质为影响材料刚性的主要因素之一，材质刚性越强其受到相同外力时的形变量相对较小。
(3) 无法得知目前伸臂的形变量，亦无法针对该问题进行线场补偿修正目前电火花线切割加工机并无任何侦测方式可以针对伸臂的形变加以监控，因此无法确认形变量的大小或进行补偿修正。
因此，本发明的发明人研究出一种具有形变补偿装置的电火花线切割加工机，其可改善公知技术中因为冲水压力造成切割路径偏移的缺点。
发明内容
本发明主要目的为提供一种具有形变补偿装置的电火花线切割加工机，利用应变片来进行伸臂的形变测量并据以反馈控制，进而达成切割路径补偿的目的。
为实现上述目的，本发明提供一种具有形变补偿装置的电火花线切割加工机，包含
一可移动的伸臂；
一测量单元，安装于该伸臂上以测量该伸臂的形变量；以及 一控制单元，与该测量单元电连接并控制该伸臂的移动；
其中，该控制单元储存有一伸臂形变量与位置误差值的对照表，故可根据 该伸臂的形变量对该伸臂进行反馈位移控制。
为实现上述目的，本发明更提供一种电火花线切割加工机伸臂形变补偿方
法，包含步骤
(a) 提供一电火花线切割加工机，具有可移动的伸臂、安装于该伸臂上
以测量形变量的测量单元，以及与该测量单元电连接并控制该伸臂移动的控制
单元；
(b) 该测量单元测量该伸臂在作业时所产生的形变量并产生一信号；
(c) 该控制单元接收该信号并根据储存的伸臂形变量与位置误差值的对 照表求得该伸臂的位置误差值；以及
(d) 该控制单元根据该位置误差值对该伸臂进行反馈位移控制。 本发明的有益效果在于，本发明提供的具有形变补偿装置的电火花线切割
加工机通过对伸臂进行反馈位移控制，可对形变的伸臂进行现场位移补正，使 得机头可回到原切割路径上，因此可提高切割时的精准度，确保加工精确度。 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的 限定。
图l为公知的电火花线切割加工机的示意图2为本发明的电火花线切割加工机的示意图3A为电火花线切割加工机的伸臂在正常状态下的示意图3B为电火花线切割加工机的伸臂在形变状态下的示意图，，
图4为机头路径偏差的示意图5A为本发明电火花线切割加工机的元件连接示意图； 图5B为本发明电火花线切割加工机的元件连接示意图，其显示为另一实 施例；图6为本发明所使用的精密阻抗变化转换放大电路的电路图7为本发明所使用的伸臂形变量与位置误差对照表的制作流程图；以及
图8为本发明所使用的伸臂形变补偿方法的流程图。
其中，附图标记
2-电火花线切割加工机
10-机头
12-机头
14-伸臂
20-机头
22-机头
24-上伸臂
26-下伸臂
50-微型处理器
52-伸臂
54-应变片
56-阻抗变化转换放大电路
58-存储器
200-应变片
202-应变片
204-应变片
580-伸臂形变量与位置误差值的对照表 600-运算区
具体实施例方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，将参照跗 图并配合实施例详细说明如下，但以下附图及实施例仅为辅助说明，本发明并 不限于附图及实施例。
图2为本发明具有形变补偿装置的电火花线切割加工机的示意图，本发明 的具有形变补偿装置的电火花线切割加工机2主要通过设于上伸臂24上的机 头20与下伸臂26上的机头22对料件进行切割，该上伸臂24与下伸臂26可自由移动。
在尚未进行切割前，该机头20与机头22彼此相对，可在两个机头间的线
电极与工件间施加电压而造成火花放电并利用其高热熔化料件以达到切削加
工的目的；然而在切割时，为使排渣顺利，故上下机头20与22的周围会喷出 强力水柱(图中未示出)来进行排渣，故会使得上下伸臂24与26受一强大的 反作用力而形变(请参见图3A与图3B)，而上下伸臂24与26的形变会使 得机头20与22相应地产生偏移，故使得料件的切割路径产生误差，造成料件 切割时的精确度下降。
图4为上述机头路径偏差的简要示意图，其中原本相对应的上下机头20 与22由于伸臂形变使得位置产生偏移，因此不但在X方向上产生位移偏差a， 更在Y方向上分别产生位移偏差b与位移偏差c，故使得切割精度下降。
为改善上述问题，如图2所示，在本实施例中在下伸臂26上设有多个应 变片(Strain Gauge)200、 202与204，当下伸臂26发生形变时会牵动上方贴附 的应变片200、 202与204使之产生形变，应变片200、 202与204的形变将影 响其本身的电阻性，而后再利用一阻抗变化转换放大电路(如图6所示)将电阻 变化转换成电压变化。在本发明的实施例中，仅在下伸臂22上设置应变片200、 202与204;然而本发明可同时在上下伸臂上设置应变片来进行形变测量，此 类应用变化视使用者的需求而采用，在此不再赘述。
此外，本发明更在电火花线切割加工机中设置有一微型处理器50，如图 5A的元件连接关系示意图所示。其中应变片54先与一阻抗变化转换放大电路 56电连接后，再连接至该微型处理器50，该微型处理器50又与伸臂52电连 接以控制伸臂52的移动，此外该微型处理器50更与一存储器58电连接，该 存储器58则储存一伸臂形变量与位置误差值的对照表580 (其产生方式将陈 述如后)，故可根据该伸臂的形变量对该伸臂进行反馈位移控制。
当然，该本发明的使用元件亦可有其他变化，如图5B所示，意即该伸臂 52分别与微型处理器50及应变片54电连接，该微型处理器50与应变片54 亦互相电连接，其中该微型处理器50直接设置有阻抗变化转换放大电路56 且储存有该伸臂形变量与位置误差值的对照表580。
图6为本发明中所使用的精密阻抗变化转换放大电路的电路图。精密阻抗 变化转换放大电路中有关运算部份(如图6中的运算区600)是由多种元件电路所组成，可针对各元件间的电压偏移、^^度偏移进行补偿，同时可完成抑制噪 声与实现阻抗匹配的功能，其整体功能等同于精密运算放大器。
当伸臂发生形变时会同时造成上方贴附的应变片形变，此时应变片本身的 阻抗会出现变化，该阻抗的变化通过精密阻抗变化转换放大电路后将使得输出 电压随的改变。
请参照图7，该图为本发明中的伸臂形变量与位置误差对照表的制作流程 图，其中
步骤71-首先，对电火花线切割加工机的伸臂施予一力量，使伸臂产生形 变，该机头会随着产生一位置变化量；
步骤72-当伸臂形变时，该应变片会根据该形变量对应产生一输出电压变
化；
步骤73-将该机头位置变化量与该输出电压变化量记录后，重复步骤71;
以及
步骤74-将得到的多组数据形成伸臂形变量与位置误差值的对照表。 再请参照图8，该图为本发明的伸臂形变补偿方法的流程图，其中包含 步骤81-该应变片测量该伸臂在作业时所产生的形变量并产生一电压变化
步骤82-该微型处理器接收该电压变化量后，从伸臂形变量与位置误差值 对照表中根据电压变化量求得伸臂的位置误差值；以及
步骤83-该微型处理器根据位置误差值对伸臂进行反馈位移控制。
如此，本发明具有形变补偿装置的电火花线切割加工机由于可对伸臂进行 反馈位移控制，故可将因水柱冲击反作用力而形变的伸臂进行位移补正，使得 机头可回到原切割路径上，因此可提高切割时的精准度，确保加工精确度不会 因为伸臂形变而降低。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情 况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这 些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1. 一种具有形变补偿装置的电火花线切割加工机，其特征在于，包含一可移动的伸臂；一测量单元，安装于该伸臂上以测量该伸臂的形变量；以及一控制单元，与该测量单元电连接并控制该伸臂的移动；其中，该控制单元与储存有一伸臂形变量与位置误差值的对照表的记忆单元电连接，故可根据该伸臂的形变量对该伸臂进行反馈位移控制。
2. 根据权利要求1所述的具有形变补偿装置的电火花线切割加工机，其特 征在于，该测量单元包含至少一应变片。
3. 根据权利要求2所述的具有形变补偿装置的电火花线切割加工机，其特 征在于，该测量单元更包含一阻抗变化转换放大电路。
4. 根据权利要求2所述的具有形变补偿装置的电火花线切割加工机，其特 征在于，该控制单元更包含一阻抗变化转换放大电路。
5. —种电火花线切割加工机伸臂形变补偿方法，其特征在于，包含步骤(a) 提供一电火花线切割加工机，其具有可移动的伸臂、安装于该伸臂上 以测量形变量的测量单元，以及与该测量单元电连接并控制该伸臂移动的控制 单元；(b) 该测量单元测量该伸臂在作业时所产生的形变量并产生一信号；(c) 该控制单元接收该信号并根据储存的伸臂形变量与位置误差值的对 照表求得该伸臂的位置误差值；以及(d) 该控制单元根据该位置误差值对该伸臂进行反馈位移控制。
6. 根据权利要求5所述的电火花线切割加工机伸臂形变补偿方法，其特征 在于，该测量单元包含至少一应变片。
7. 根据权利要求6所述的电火花线切割加工机伸臂形变补偿方法，其特征 在于，该测量单元更包含一阻抗变化转换放大电路。
8. 根据权利要求6所述的电火花线切割加工机伸臂形变补偿方法，其特征 在于，该控制单元更包含一阻抗变化转换放大电路。
9. 根据权利要求7或8所述的电火花线切割加工机伸臂形变补偿方法，其 特征在于，该应变片在形变时产生阻抗变化，该阻抗变化转换放大电路将该阻抗变化转为输出电压变化，该控制单元接收该输出电压变化并根据对照表求得 该伸臂的位置误差值。
10. 根据权利要求5所述的电火花线切割加工机伸臂形变补偿方法，其特征在于，该伸臂形变量与位置误差的对照表依下列步骤制作(al)对该伸臂施予不同力量使其产生数种形变并记录位置误差值； (a2)该测量单元根据该数种形变对应产生数种信号；以及 (a3)该控制单元记录该位置误差值与相应的信号以形成伸臂形变量与位 置误差值的对照表。
11. 根据权利要求10所述的电火花线切割加工机伸臂形变补偿方法，其 特征在于，该测量单元包含至少一应变片。
12. 根据权利要求11所述的电火花线切割加工机伸臂形变补偿方法，其 特征在于，该测量单元更包含一阻抗变化转换放大电路。
13. 根据权利要求11所述的电火花线切割加工机伸臂形变补偿方法，其 特征在于，该控制单元更包含一阻抗变化转换放大电路。
14. 根据权利要求12或13所述的电火花线切割加工机伸臂形变补偿方 法，其特征在于，该应变片在形变时产生阻抗变化，该阻抗变化转换放大电路 将该阻抗变化转为输出电压变化，该控制单元接收该输出电压变化并根据对照 表求得该伸臂的位置误差值。
全文摘要
一种具有形变补偿装置的电火花线切割加工机，包含一可移动的伸臂；一测量单元，安装于该伸臂上以测量该伸臂的形变量；以及一控制单元，与该测量单元电连接并控制该伸臂的移动；其中，该控制单元储存有一伸臂形变量与位置误差值的对照表，故可根据该伸臂的形变量对该伸臂进行反馈位移控制。
文档编号B23H7/00GK101462188SQ20071030184
公开日2009年6月24日 申请日期2007年12月18日 优先权日2007年12月18日
发明者李祥国, 林洋鑫, 林瑞宽 申请人:财团法人工业技术研究院