JP2014076525A - ワイヤ放電加工機およびワイヤ放電加工方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電流の立ち上がりが急峻で電流ピークが高い電流パルス波形では、加工表面の狭い範囲で深くグラファイトを昇華させ、さらには熱伝導率が高く多孔質である材料の表面から0.5mm程度内部にまで入り込んでいる加工液を高温に熱し、内部の加工液をも気化爆発させてしまい加工表面の孔や薄いリブ形状のカケ、破損を生じさせるが、電流の立ちあがりを緩やかにし、なおかつ電流ピークを低くし、電流を流す時間(電流パルス幅)を長くした電流パルス波形を用い、加工表面の広範囲を熱し続け、浅く広く放電によりグラファイトを昇華や燃焼させ、加工効率を大幅に下げることなく、加工表面の滑らかな、そして薄いリブでも破損、カケの無い形状を得る。
【選択図】図9
Description
請求項2に係る発明は、前記ワイヤ電極へ流れる全放電電流のピーク電流値を30Aから150Aの範囲、電流パルス幅を0.3μsecから6.4μsecの範囲で調整可能な放電加工用電源装置と、前記被加工物の材質を入力する材質入力手段と、前記材質入力手段により入力された被加工物の材質がグラファイト材料またはカーボン複合材料である場合、前記放電加工用電源装置を前記ピーク電流値の変更範囲および前記電流パルス幅の変更範囲において該ピーク電流値および該電流パルス幅を調整する制御装置と、を有することを特徴とする請求項1に記載のワイヤ放電加工機である。
請求項3に係る発明は、前記放電加工用電源装置は、前記ピーク電流値を30A〜150Aの範囲で調整するための複数の直流電源装置と、前記制御装置からの指令により、前記直流電源装置を切り替える切り替え手段と、前記制御装置からの指令により切り替えられた前記直流電源装置から前記極間に放電電流を、前記制御装置から指令された時間、前記極間に供給する電流供給手段と、を有することを特徴とする請求項2に記載のワイヤ放電加工機である。
請求項5に係る発明は、被加工物とワイヤ電極との間に電圧を印加して前記被加工物を加工するワイヤ放電加工機でグラファイト材料またはカーボン複合材料の被加工物を加工する加工方法であって、前記ワイヤ電極へ流れる全放電電流値が、供給開始から90Aまでに到達するまでの時間が1.0μsec以上で、かつピーク電流値を90A〜110Aのいずれかで加工を行うことを特徴とするワイヤ放電加工方法である。
請求項6に係る発明は、被加工物とワイヤ電極との間に電圧を印加して前記被加工物を加工するワイヤ放電加工機でグラファイト材料またはカーボン複合材料の被加工物を加工する加工方法であって、加工形状が薄リブ形状でありそのリブ幅を0.4mm以下で加工する際、前記ワイヤ電極へ流れる全放電電流値が、供給開始から40Aまでに到達するまでの時間が1.0μsec以上で、かつピーク電流値を40A〜70Aのいずれかで加工を行うことを特徴とするワイヤ放電加工方法である。
<本発明の加工原理>
ワイヤ放電加工の加工工程では、ワイヤ電極1と被加工物(ワーク114)との間に放電電流を流し、この放電電流の熱により放電箇所のワーク表面を溶かし、同時に周囲の加工液を気化爆発させることで溶けた材料を吹き飛ばし除去していく工程を高速で繰り返すことでワイヤ電極1の周囲の材料(溶けた金属粉115)を除去し、ワイヤ電極1とワーク114の相対位置を加工経路に沿って移動させることで、所望の形状に溝加工していく(図7参照)。このため、高硬度の金属材料であっても、切削のような高硬度の工具を使わずとも、黄銅線により加工が可能である。金属材料のワーク114の場合、放電箇所の溶融、爆発除去のみで、グラファイト材料のような加工面に大きな孔やリブ部のカケは生じない。
<ワイヤ放電加工機本体の構成>
図11は、本発明が適用されるワイヤ放電加工機本体30の概略構成図である。ワイヤ電極1が巻かれたワイヤボビン11は、送り出し部トルクモータ10で、ワイヤ電極1の引き出し方向とは逆方向に指令された所定低トルクが付与される。ワイヤボビン11から繰り出されたワイヤ電極1は、複数のガイドローラを経由し(図示せず)、ブレーキモータ12により駆動されるブレーキシュー13により、ブレーキシュー13とワイヤ電極送りモータ(図示せず)で駆動されるフィードローラ19の間の張力が調節される。
<加工用電源装置>
本発明にかかる電流波形を作り出す加工用電源装置20の一例を、図13を用いて説明する。本発明に実施形態では、加工用電源装置20は、極間に印加する電圧を金属材料を加工する場合の電圧より低い電圧を供給する。加工用電源装置20は、ワイヤ電極1とワーク2の極間に放電電流を供給する放電電源である直流電源VM1〜VM5と、電源電圧切り替えスイッチSW1〜SW5と、ワイヤ電極1とワーク2との極間に放電電流を供給するためのスイッチ素子SW6及びスイッチ素SW7と、制御装置50からの指令に従い電源電圧切り替えスイッチSW1〜SW5のオン・オフ制御と、スイッチ素子SW6,スイッチSW7のオン・オフ制御を行う電源電圧切り替え回路32、とを備え放電回路を構成している。なお、以下の説明では、SW1,SW2,・・・,SW7のスイッチをそれぞれ、第1スイッチ,第2スイッチ,・・・,第7スイッチと称する。
<実施例>
次に、上記のワイヤ放電加工機(制御装置50によって制御されるワイヤ放電加工機本体30)を用いて、グラファイト材料を加工した実施例を説明する。
(1)グラファイト材料のワーク2を直接もしくは固定ジグ(図示せず)を介してワイヤ放電加工機本体30の加工槽3内に配置されたテーブル(図示せず)上に固定する。
(2)加工条件のうち、表面品質およびカケ、割れに影響のある放電電流パルス波形を、例えば、ピーク電流値=30A〜150Aの中から、電流パルス幅=0.3〜6.4μsecの中から選び、表面粗さおよび、最小リブ幅に対してカケが発生しない設定を選び、最後に休止時間を断線が発生しない程度に延ばす。
(3)ここでピーク電流値は、放電電流の最大到達電流値を意味し、図9で言うところの三角形波形の頂点となる。
(4)電流パルス幅とは、加工用電源装置20の電流供給スイッチ(SW6,SW7)をONにして電流をワイヤ電極1とワーク2の極間に供給し始めてから、ピーク電流値に達するまでの時間を指し、実際には、電源回路のスイッチ(SW6,SW7)をOFFにした時点で、それ以上電流が増えないため、この点がピーク電流に到達したことになる。
(5)具体的に上記(2)で加工条件を決める1例としては、電源電圧を出来るだけ低く設定し、予め電源回路のON時間を、放電中の電流が所望のピーク電流値が超えない程度に小さめに設定しておき、徐々にON時間を長くして所望のピーク電流値に近づける。
(6)この加工結果を観察し、ワークに破損、カケ、孔が生じないことを確認した後、加工速度を向上させるため、電源電圧を次に大きい設定に切り替え、上記(5)を繰り返す。
(7)ピーク電流値を30〜150Aに調整するには、例えば、本実施例の加工用電源装置(図13参照)では、加工に用いる電源電圧を30V〜150V程度とすることで調整が出来る。
(8)ピーク電流値とパルス幅は、グラファイトまたはカーボン複合材料からなるワークの板厚、材質(脆性、緻密性)、加工形状(リブ幅)、所望の面粗さによって決めることができる。
(9)当然、ピーク電流値が小さいほうが面粗さは良いが、ピーク電流が小さくなるに従い、加工速度が極端に低下してしまうため、例えば、ワーク板厚150mmで、リブ幅0.6mmの形状を加工するには、ピーク電流値=100A、パルス幅1.2μsec程度が面粗さと加工速度を両立できる最適設定値であった。
(10)加工例では、従来条件では、加工速度=0.4mm/minで断線が頻発していたが、本発明の実施形態では、加工速度0.35mm/minで断線も無く最後まで加工を継続することが出来た。
(11)さらに、リブ幅の小さい形状を加工した結果では、ワーク板厚150mmで、リブ幅0.3mmの形状を加工するには、ピーク電流値=50A、パルス幅1.2μsec程度が面粗さと加工速度を両立できる最適設定値であった。
<発明の効果>
本発明により、従来方式によるワイヤ放電加工機ではこれまで加工困難とされてきた図1,図2の形状が高速かつ高品位に加工できるようになった。図4,図5は、従来の加工面の拡大写真と面粗さ、図15,図16は、本発明による加工面の写真と面粗さで、大幅な向上が確認できた。
2 ワーク
3 加工槽
4 コイル
10 送り出し部トルクモータ
11 ワイヤボビン
12 ブレーキモータ
13 ブレーキシュー
14 上ワイヤガイド
15 下ワイヤガイド
16 下ガイドローラ
17 ワイヤ電極回収箱
18 ピンチローラ
19 フィードローラ
20 加工用電源装置
30 ワイヤ放電加工機本体
31 サーボモータ
32 電源電圧切り替え回路
50 制御装置
51 プロセッサ(CPU)
52 メモリ
53 表示用インタフェース
54 表示装置
55 キーボードインタフェース
56 キーボード
57 サーボインタフェース
58 サーボアンプ
59 インタフェース
60 バス
VM1 第1電源電圧
VM2 第2電源電圧
VM3 第3電源電圧
VM4 第4電源電圧
VM5 第5電源電圧
SW1 第1スイッチ
SW2 第2スイッチ
SW3 第3スイッチ
SW4 第4スイッチ
SW5 第5スイッチ
SW6 第6スイッチ
SW7 第7スイッチ
Claims (6)
- ワイヤ電極と被加工物の間である極間に電圧を印加して前記被加工物を放電により加工するワイヤ放電加工機において、
前記極間に印加する電圧を金属材料を加工する場合の電圧より低い電圧を供給する放電加工用電源装置を備え、
前記被加工物の材質がグラファイト材料またはカーボン複合材料である場合、前記極間に印加されるパルス電圧および該パルス電圧のパルス幅を調整し、前記ワイヤ電極へ流れる全放電電流のピーク電流値と、電流パルス幅が前記グラファイト材料またはカーボン複合材料の加工に適するように設定して加工する機能を有することを特徴とするワイヤ放電加工機。 - 前記ワイヤ電極へ流れる全放電電流のピーク電流値を30Aから150Aの範囲、電流パルス幅を0.3μsecから6.4μsecの範囲で調整可能な放電加工用電源装置と、前記被加工物の材質を入力する材質入力手段と、
前記材質入力手段により入力された被加工物の材質がグラファイト材料またはカーボン複合材料である場合、前記放電加工用電源装置を前記ピーク電流値の変更範囲および前記電流パルス幅の変更範囲において該ピーク電流値および該電流パルス幅を調整する制御装置と、
を有することを特徴とする請求項1に記載のワイヤ放電加工機。 - 前記放電加工用電源装置は、
前記ピーク電流値を30A〜150Aの範囲で調整するための複数の直流電源装置と、
前記制御装置からの指令により、前記直流電源装置を切り替える切り替え手段と、
前記制御装置からの指令により切り替えられた前記直流電源装置から前記極間に放電電流を、
前記制御装置から指令された時間、前記極間に供給する電流供給手段と、
を有することを特徴とする請求項2に記載のワイヤ放電加工機。 - 被加工物とワイヤ電極との間に電圧を印加して前記被加工物を加工するワイヤ放電加工機でグラファイト材料またはカーボン複合材料の被加工物を加工する加工方法であって、前記ワイヤ電極へ流れる全放電電流のピーク電流値を30Aから150Aの範囲のいずれかの値、電流パルス幅を0.3μsecから6.4μsecの範囲のいずれかの値で加工を行うことを特徴とするワイヤ放電加工方法。
- 被加工物とワイヤ電極との間に電圧を印加して前記被加工物を加工するワイヤ放電加工機でグラファイト材料またはカーボン複合材料の被加工物を加工する加工方法であって、前記ワイヤ電極へ流れる全放電電流値が、供給開始から90Aまでに到達するまでの時間が1.0μsec以上で、かつピーク電流値を90A〜110Aのいずれかで加工を行うことを特徴とするワイヤ放電加工方法。
- 被加工物とワイヤ電極との間に電圧を印加して前記被加工物を加工するワイヤ放電加工機でグラファイト材料またはカーボン複合材料の被加工物を加工する加工方法であって、加工形状が薄リブ形状でありそのリブ幅を0.4mm以下で加工する際、前記ワイヤ電極へ流れる全放電電流値が、供給開始から40Aまでに到達するまでの時間が1.0μsec以上で、かつピーク電流値を40A〜70Aのいずれかで加工を行うことを特徴とするワイヤ放電加工方法。
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