航空航天和醫(yī)療器械領(lǐng)域都極努力地推動電火花機(EDM)在線測量的發(fā)展,原因在于這些行業(yè)的工廠需要嚴(yán)格按照工藝認(rèn)證要求進行運作。在這個過程中,他們必須記錄下包括電火花線切割在內(nèi)的所有制造及加工過程。
對于醫(yī)療器械制造廠,EDM線切割可以滿足批量不斷變小、加工的需求,而航空制造廠則采用EDM線切割切割大尺寸的重型復(fù)雜部件。但是,將這些類型的工件取下機床進行檢驗和驗證顯著提高了出錯的風(fēng)險,因此延長了部件整個加工周期。
EDM線切割機裝配了在線測量裝置后,工廠可以在EDM加工前后進行檢驗、確認(rèn)部件,無需從機器上取下部件。同樣,最近開發(fā)的EDM線切割機接觸式探頭在線測量系統(tǒng)使得機床可以讀出探頭數(shù)據(jù)、理解邏輯語句。這意味著機床可以測量布滿工作臺的經(jīng)過切割的零部件,標(biāo)識出那些可以移除的處于公差范圍內(nèi)的零部件,還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,未來裝配了氣動夾頭夾持接觸式探頭后,整個流程可以不需要操作工的干預(yù)。
需要注意的是,實際上,通過利用線電極材料的電脈沖,EDM線切割機一直都能進行在線探測。但是,當(dāng)機床利用這種電極,工廠只能進行有限的測量,如找到中心、邊緣和角落。這個過程不能標(biāo)識壁的平直度或測量部件的其他輪廓。
同樣,采用電極絲測量,探頭(電極絲)和工件之間會存在一個縫隙,。這種探測方式的精度相當(dāng)高(可達(dá)±0.0001),但是會有其他一些變數(shù),如部件上的毛刺、臟污和其他可能落在電極絲和工件之間的顆粒,使結(jié)果產(chǎn)生偏頗,從而造成讀數(shù)誤差。
對于精密的工業(yè)加工,工廠主要采用EDM線切割在線測量驗證工件的切割正確性,并滿足關(guān)鍵部件輪廓參考點。不幸的是,這種探測/測量水平不可能用EDM電極線來作為探頭,主要原因在于電極線只能測量部件輪廓的最高點。
另外,即便利用電極線探頭可以實現(xiàn)這種先進的探測,但在航空和醫(yī)療領(lǐng)域,都不能接受這種測量方法。主要是因為當(dāng)測,EDM電極線產(chǎn)生的電脈沖/火花會在部件上形成印記,從而影響部件的整體性。
另一方面,使用圓形藍(lán)寶石球這種傳統(tǒng)探頭,接觸點會很細(xì)小,不會對工件產(chǎn)生任何損害。而且,由于接觸點非常細(xì)小,正好接觸到殘渣或障礙物的可能性也非常低。
除了航空和醫(yī)療行業(yè)的嚴(yán)格要求外,由于EDM電極絲探測的天然局限,使得很多EDM制造商,包括阿奇夏米爾,努力開發(fā)新的產(chǎn)品,將準(zhǔn)確接觸的探頭結(jié)合到EDM絲線切割工藝中。另外,在線接觸式探測與傳統(tǒng)工具機甚至是辛克型電火花成型加工相結(jié)合并沒有任何新意,但是將其用到EDM線切割上則是一種新的能力。完成任務(wù)所需的所有單個技術(shù)組件都已經(jīng)具備,但是需要多年的開發(fā)才能準(zhǔn)確地知道,如何才能將這種探頭融入到EDM線切割中,進行有效的在線接觸式測量。
EDMOEM制造商們克服了兩大障礙。一個是機械方面的難題,即如何裝配夾具,把探頭夾持在EDM頭部;在控制方面,探頭的功能必須與機床的CNC系統(tǒng)整合。
機械挑戰(zhàn)
大多數(shù)EDM頭部的設(shè)計不能支撐很大的重量,在頭部一側(cè)裝配實際的工具夾具會產(chǎn)生不平衡,影響EDM線切割加工。幸運的是,有些品牌如GF阿奇夏米爾推出的EDM線切割機床,帶有很堅實穩(wěn)固的頭部,可裝配夾具,。
機械方面的另一個難題是,需要能夠伺服驅(qū)動Z軸,這在EDM線切割中并不需要。在線接觸式測量需要機器可以Z軸伺服驅(qū)動,這樣探頭可以往下測量工件,結(jié)束后向上退出。但是,最重要的是,這種方式可以沿著Z軸方向,對任何點進行測量和記錄,測量壁厚即用這種方式進行。
包括阿奇夏米爾在內(nèi)的大多數(shù)EDMOEM廠商,都可以通過在設(shè)備上配置Z軸伺服驅(qū)動能力來解決這個難題。因為許多這些廠商已經(jīng)開發(fā)出辛克型EDM用伺服驅(qū)動系統(tǒng),對這些Z軸系統(tǒng)以及如何使用探測器有了廣泛的了解。另外,這些現(xiàn)有的知識也有助于將傳統(tǒng)測量技術(shù)應(yīng)用于EDM線切割機的CNC系統(tǒng)。
控制難題
在線接觸式測量技術(shù)要求EDM線切割機的CNC系統(tǒng)有能力補償接觸式探針與機器頭部兩個不同中心線的位置。業(yè)內(nèi)很多機器都有這種補償能力,因此也就不成問題。
針對這一問題,阿奇夏米爾開發(fā)出補償糾正功能。通俗而言,在標(biāo)定后,機器的控制系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確知道電火花絲線中心線和X-Y軸線上探測器的中心位置。在探測器進入位,控制系統(tǒng)就可以對這個距離進行補償。
對于EDM線切割在線測量控制系統(tǒng)而言,主要的挑戰(zhàn)是,設(shè)備對部件輪廓的關(guān)鍵,缺乏特定的周期。
阿奇夏米爾的解決方案是,在機器的控制系統(tǒng)內(nèi)部采用宏程序B編程。這種程序命令機器按照規(guī)定的位置移動,在X、Y、Z軸上進行測量,采集原來與EDM線切割工藝不相關(guān)的關(guān)鍵點的數(shù)據(jù)。
利用探測到的數(shù)據(jù),機器可以數(shù)學(xué)方程生成報告,驗證部件切割前實際定位是否正確。,在切割后,所需測量部件關(guān)鍵點的尺寸或公差符合要求。
宏程序B編程使用了邏輯語句,EDM線切割機的CNC可以讀出“如果-那么”這樣的程序語句。如,如果特定工件的幾乎尺寸還沒有按照規(guī)定切削到位,CNC就會命令機器返回到那個部位進行重新切割,直至達(dá)到規(guī)定要求。
你知道嗎?
EDM可以加工任何硬度的導(dǎo)電材料,加工精度可達(dá)0.001mm,不需要進行機械動作。由于具有這樣的特性,EDM成為模具和工具制造的關(guān)鍵技術(shù)之一。
這種系統(tǒng)內(nèi)的高度邏輯不僅讓用戶了解到部件已經(jīng)按照規(guī)定尺寸切削完畢,可以移除,而且機器還可以按照測量的數(shù)據(jù)進行自我修正。機器的這種能力堪稱為最重大的成就,對“無人”生產(chǎn)將產(chǎn)生重大影響,并會持續(xù)推動EDM線切割在線測量需求的發(fā)展。
自動接觸測量
目前,機械夾具一般由人工安裝,用以夾持EDM線切割機的在線測量探頭。但是,采用了氣動卡盤后,可采用機器人更換工具,將探測器自動裝卸到EDM線切割機上。
現(xiàn)今大多數(shù)工廠都會安排工人進行部件審核。一名機器操作工將裝上探測器,測量部件,取下探測器,啟動開車按鈕,繼續(xù)切割。切割后,再裝上探測器,運行宏程序B編程,對部件的關(guān)鍵點進行測量。然后機器會標(biāo)識出,哪些部件符合規(guī)格要求,哪些需要再次切割。
就技術(shù)而言,完成無人EDM線切割工作,包括自動在線進行常規(guī)測量在內(nèi)的所需組件都已成為必備。但是,目前還很少有行業(yè)需要達(dá)到那種先進的水平。
光學(xué):另一種方法
除了接觸式測量,還有其他在線測量方法。如光學(xué)系統(tǒng)。它不“接觸”部件,而是記錄部件的圖像,進行檢驗。這樣的系統(tǒng)對于精密制造領(lǐng)域需要測量精細(xì)部位的部件特別有利。
采用阿奇夏米爾的光學(xué)系統(tǒng)后,制造廠商可以方便快捷地測量部件。在光學(xué)器系統(tǒng)前,配置了那種非常復(fù)雜精細(xì)的夾具,用來夾住部件,進行準(zhǔn)確測量。另外,還需要確定部件的位置,而采用EDM電極絲測量會比實際切割部。舉例來說,如果切割花費了3,測量可能需要10。而采用了光學(xué)系統(tǒng)后,一瞬間的圖像就可以標(biāo)識清楚部件的軸向度、中心、切割起始點。
不管是光學(xué)系統(tǒng),還是機械系統(tǒng),都有各自的優(yōu)點。光學(xué)系統(tǒng)可以快速測量已經(jīng)切割好的部件(300點/秒),而探頭測量方法則需要實際移動并接觸到那些測量點。但是,探頭測量方法可以測量部件頂部、中部和底部的腔。光學(xué)系統(tǒng)只能記錄部件的二維圖像,不能測量諸如有角度的側(cè)壁等部位。