放電加工創新技術 微細電極加工成型裝置

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放電加工創新技術 微細電極加工成型裝置

On 四月 28, 2013, Posted by , in 技术创新, With No Comments

未來奈米科技、光電通訊、生醫科技對微細加工製作零組件或模具需求將會增加,故看好微細加工市場發展。微細加工的方法包括微雷射加工、電子光束加工、蝕刻等方法,而放電加工為非傳統加工方式,利用火花放電所產生的熱能熔化加工物,並沒有產生切削力,因此最適合微細加工之應用。

工研院致力於開發精細線加工系統技術、高效率放電電源系統技術與精度加工控制技術,藉由技術擴散,提供業界高科技線切割機電控制系統,以提升國產線切割機達A+等級。另外,建構切削製程技術研發系統,將可提高台灣切削加工技術,藉由研發技術成果移轉,提升切削加工業的國際競爭力。

工研院表示放電加工創成控制器應用技術計劃,將結合以往技術研發的創成放電加工技術,發展具備4軸CNC創成放電控制模組,期望提升產業價值,研發放電伺服進給控制技術、軌跡放電加工控制、3D曲面放電加工控制、電極尺寸偵測及補償功能、自動換管電極功能以及創成放電電源技術,其性能可達到如下:(1)平均加工尺寸精度誤差<10um(2)表面粗糙度Ra≦0.3um創成放電加工控制技術。

˙技術規格

研發創成放電加工技術間隙伺服控制、放電軌跡路徑加工控制、3D曲面放電加工控制、自動換電極功能、電極尺寸偵測及補償功能及創成放電電源(ON Time=500ns、Ip=0.5A、9段電容選擇)。

˙技術發展與突破之重點

結合CAD/CAM進行3D複雜曲面加工技術應用及微電極成形機構研發;另外,放電加工創成控制技術無需成形電極的加工設備,利用棒狀電極進行層層放電切削模具成形加工,若用雕模放電加工機需電極成形製作相較,可縮短為其1/6加工時間,尤其是進行微細加工時更顯出其功效。

微細電極加工成型裝置

由麥朝創、林瑞寬、蘇興川、楊景程研發的【微細電極加工成型裝置】,得到97年國家發明創作獎機械類銀牌,微細電極加工成型能力是進行微細放電加工前不可或缺的一道關鍵製程,該裝置可置於放電加工機台上,提供將主軸上電極加工至所需尺寸。

該裝置主要由主體平台、導線供應機構、導線支撐座及兩導引元件所組成,再配合工研院CNC EDM控制器內建專屬的智慧化微細電成型模組,構成智慧型電極自動成型系統,此系統具備線上量測功能,在電極修整過程中,視各道工序後的量測結果,自動調整加工進給量、導線移動速度和加工參數,提升微細電極精度。

自動穿線控制

由於在線切割放電加工中不可避免的時常會發生斷線情形,此時必須重新穿線才可繼續加工,不僅降低了加工效率、影響加工精度,更無法實現無人化的加工,由於自動穿線系統為線切割放電加工機重要模組,業者應該開發新式的線切割放電加工機自動穿線系統設計,以提昇線切割放電加工機附加價值。

機械硬體設計部分,提出多種具有專利價值之單元模組設計,如:收線馬達單元、剪線及馬達定位單元等設計。其剪線機能方面,以交流放電方式修剪電極,可有效改善加熱拉斷方式所造成線頭過細缺點,能有效控制斷點與銅線輪廓,硬體架構部分,採用外掛式模組設計,相容性高可應用於不同機台架構,與國外同性能機型比較,單元零件少,可降低成本,易於維修,市場發展潛力佳。

軟體控制部分,採用可程式控制器(PLC)與組合語言進行撰寫,穿線模擬部分則利用有限元素,進行流場分析以獲得引導管合理加工尺寸與形狀,預期能改善達到理想加工結果。

自動穿線功能方式

自動穿線功能除取代人工穿線外,最主要目的為達到全自動加工功能,使用者於開始加工後可及控制器控制所有動作流程,待全部加工完成後再取下完成品。若加工過程中發生斷線現象,控制器將會自動進行穿線動作並連續加工已達到全自動加工目標,如此可大幅增進整體加工效益且減少人力成本。

線切割放電加工機之自動穿線功能方式,共分為導引管方式、起始孔導引方式及水流導引方式,以下就此三種形式分別加以說明,目前較少使用導引管方式,致力於研發採用水流導引方式。

˙導引管方式

導引管方式使用導引管加上滾輪的反覆穿線,於過程中將銅線穿入下眼模,穿線前供給高壓空氣,利用空氣的高壓性可將銅線穿線處的雜質清除以方便穿線,此方式雖然能有效清除殘留在工件的細渣,但在加工上,仍有很多限制。因為此種穿線方式,在穿線時有穿線孔徑尺寸上的限制,而且導引管在製作上需考慮真直度的要求,所以不易加工。

因此開發導引管與上下V型導引塊的定位方式作為剛性改善的設計,為二節與三節式的導引管形式,由於上徑大於下徑,可增加剛性,且下部小徑部分可直接穿入工件中,伸縮管設計雖可解決小孔徑穿線問題,但在實際加工中,孔徑小於ψ1mm 以下時,仍無法將夾持桿送入下機頭完成穿線動作,故較少採用此種方式。

˙起始孔導引方式

此種形式的穿線需回到切割之起始位置,利用導線滾輪進給,在上與下機接近時,利用滾輪將線直接送入下機頭眼模內,採用此種方式穿線,銅線有必須被硬化或工件高度不能過高等限制。

˙水流導引方式

國外大廠均採用此類方式穿線,因為流體的黏滯力可完全將銅線包覆,並將銅線往下帶入收線孔,成功率高,為目前最常用的穿線方式。

若線切割放電加工機可利用簡單的機械零件得到剪線、穿線功能,並可達到組裝及拆卸皆方便效益,促進產業發展達到自動化效果,且如果剪線機構與矯直機構結合,將可使機構簡單化,大幅節省機台空間。

中正大學先進精密產業製成教學研發中心,由廖運炫教授所指導製作專題「線切割放電加工機自動穿線系統之研發」,研究團隊利用流體力學原理與機構設計概念並配電路與系統控制,完成完整的自動穿線系統,於完成系統階梯語言之撰寫後,預期將搭配外部元件如:氣壓缸、收線直流馬達、送線輪伺服馬達、上下極限開關、感測器等輸入/輸出元件,便可達到無人化的加工流程。

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