电火花线切割在线测量的发展

2014-10-17 09:43:04来源: newmaker
航空航天和医疗器械领域都极努力地推动电火花机(EDM)在线测量的发展,原因在于这些行业的工厂需要严格按照工艺认证要求进行运作。在这个过程中,他们必须记录下包括电火花线切割在内的所有制造及加工过程。

对于医疗器械制造厂,EDM线切割可以满足批量不断变小、形状日益复杂的工件进行精确加工的需求,而航空制造厂则采用EDM线切割切割大尺寸的重型复杂部件。但是,将这些类型的工件取下机床进行检验和验证显著提高了出错的风险,因此延长了部件整个加工周期。

EDM线切割机装配了在线测量装置后,工厂可以在EDM加工前后进行检验、确认部件,无需从机器上取下部件。同样,最近开发的EDM线切割机接触式探头在线测量系统使得机床可以读出探头数据、理解逻辑语句。这意味着机床可以测量布满工作台的经过切割的零部件,标识出那些可以移除的处于公差范围内的零部件,还可以送回那些需要重新切割,使之符合公差要求的部件。另外,未来装配了气动夹头夹持接触式探头后,整个流程可以不需要操作工的干预。

需要注意的是,实际上,通过利用线电极材料的电脉冲,EDM线切割机一直都能进行在线探测。但是,当机床利用这种电极丝进行测量时,工厂只能进行有限的测量,如找到中心、边缘和角落。这个过程不能标识壁的平直度或测量部件的其他轮廓。

同样,采用电极丝测量,探头(电极丝)和工件之间会存在一个缝隙,使得接触时能产生电火花。这种探测方式的精度相当高(可达±0.0001"),但是会有其他一些变数,如部件上的毛刺、脏污和其他可能落在电极丝和工件之间的颗粒,使结果产生偏颇,从而造成读数误差。

对于精密的工业加工,工厂主要采用EDM线切割在线测量验证工件的切割正确性,并满足关键部件轮廓参考点。不幸的是,这种探测/测量水平不可能用EDM电极线来作为探头,主要原因在于电极线只能测量部件轮廓的最高点。

另外,即便利用电极线探头可以实现这种先进的探测,但在航空和医疗领域,都不能接受这种测量方法。主要是因为当测量关键部件时,EDM电极线产生的电脉冲/火花会在部件上形成印记,从而影响部件的整体性。

另一方面,使用圆形蓝宝石球这种传统探头,接触点会很细小,不会对工件产生任何损害。而且,由于接触点非常细小,正好接触到残渣或障碍物的可能性也非常低。

除了航空和医疗行业的严格要求外,由于EDM电极丝探测的天然局限,使得很多EDM制造商,包括阿奇夏米尔,努力开发新的产品,将准确接触的探头结合到EDM丝线切割工艺中。另外,在线接触式探测与传统工具机甚至是辛克型电火花成型加工相结合并没有任何新意,但是将其用到EDM线切割上则是一种新的能力。完成任务所需的所有单个技术组件都已经具备,但是需要多年的开发才能准确地知道,如何才能将这种探头融入到EDM线切割中,进行有效的在线接触式测量。
EDM OEM制造商们克服了两大障碍。一个是机械方面的难题,即如何装配夹具,把探头夹持在EDM头部;在控制方面,探头的功能必须与机床的CNC系统整合。

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机械挑战

大多数EDM头部的设计不能支撑很大的重量,在头部一侧装配实际的工具夹具会产生不平衡,影响EDM线切割加工。幸运的是,有些品牌如GF阿奇夏米尔推出的EDM线切割机床,带有很坚实稳固的头部,可装配夹具,同时不会牺牲机床性能。

机械方面的另一个难题是,需要能够伺服驱动Z轴,这在EDM线切割中并不需要。在线接触式测量需要机器可以Z轴伺服驱动,这样探头可以往下测量工件,结束后向上退出。但是,最重要的是,这种方式可以沿着Z轴方向,对任何点进行测量和记录,测量壁厚即用这种方式进行。

包括阿奇夏米尔在内的大多数EDM OEM厂商,都可以通过在设备上配置Z轴伺服驱动能力来解决这个难题。因为许多这些厂商已经开发出辛克型EDM用伺服驱动系统,对这些Z轴系统以及如何使用探测器有了广泛的了解。另外,这些现有的知识也有助于将传统测量技术应用于EDM线切割机的CNC系统。

控制难题

在线接触式测量技术要求EDM线切割机的CNC系统有能力补偿接触式探针与机器头部两个不同中心线的位置。业内很多机器都有这种补偿能力,因此也就不成问题。

针对这一问题,阿奇夏米尔开发出补偿纠正功能。通俗而言,在标定后,机器的控制系统能够准确知道电火花丝线中心线和X-Y轴线上探测器的中心位置。在探测器进入位置进行测量时,控制系统就可以对这个距离进行补偿。

对于EDM线切割在线测量控制系统而言,主要的挑战是,设备对部件轮廓的关键点进行测量时,缺乏特定的周期。

阿奇夏米尔的解决方案是,在机器的控制系统内部采用宏程序B编程。这种程序命令机器按照规定的位置移动,在X、Y、Z轴上进行测量,采集原来与EDM线切割工艺不相关的关键点的数据。

利用探测到的数据,机器可以数学方程生成报告,验证部件切割前实际定位是否正确。报告同时显示,在切割后,所需测量部件关键点的尺寸或公差符合要求。

宏程序B编程使用了逻辑语句,EDM线切割机的CNC可以读出“如果-那么”这样的程序语句。如,如果特定工件的几乎尺寸还没有按照规定切削到位,CNC就会命令机器返回到那个部位进行重新切割,直至达到规定要求。

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你知道吗?

EDM可以加工任何硬度的导电材料,加工精度可达0.001mm,不需要进行机械动作。由于具有这样的特性,EDM成为模具和工具制造的关键技术之一。

这种系统内的高度逻辑不仅让用户了解到部件已经按照规定尺寸切削完毕,可以移除,而且机器还可以按照测量的数据进行自我修正。机器的这种能力堪称为最重大的成就,对“无人”生产将产生重大影响,并会持续推动EDM线切割在线测量需求的发展。

自动接触测量

目前,机械夹具一般由人工安装,用以夹持EDM线切割机的在线测量探头。但是,采用了气动卡盘后,可采用机器人更换工具,将探测器自动装卸到EDM线切割机上。

现今大多数工厂都会安排工人进行部件审核。一名机器操作工将装上探测器,测量部件,取下探测器,启动开车按钮,继续切割。切割后,再装上探测器,运行宏程序B编程,对部件的关键点进行测量。然后机器会标识出,哪些部件符合规格要求,哪些需要再次切割。

就技术而言,完成无人EDM线切割工作,包括自动在线进行常规测量在内的所需组件都已成为必备。但是,目前还很少有行业需要达到那种先进的水平。

光学:另一种方法

除了接触式测量,还有其他在线测量方法。如光学系统。它不“接触”部件,而是记录部件的图像,进行检验。这样的系统对于精密制造领域需要测量精细部位的部件特别有利。

采用阿奇夏米尔的光学系统后,制造厂商可以方便快捷地测量部件。在光学器系统前,配置了那种非常复杂精细的夹具,用来夹住部件,进行准确测量。另外,还需要确定部件的位置,而采用EDM电极丝测量会比实际切割部件所花费的时间更长。举例来说,如果切割花费了3小时,测量可能需要10小时。而采用了光学系统后,一瞬间的图像就可以标识清楚部件的轴向度、中心、切割起始点。

不管是光学系统,还是机械系统,都有各自的优点。光学系统可以快速测量已经切割好的部件(300点/秒),而探头测量方法则需要实际移动并接触到那些测量点。但是,探头测量方法可以测量部件顶部、中部和底部的腔。光学系统只能记录部件的二维图像,不能测量诸如有角度的侧壁等部位。(end)

关键字:电火花  线切割  在线测量

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2014/1017/article_9738.html
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