JP4550615B2 - ワイヤ電極の自動結線方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤカット放電加工において、ワイヤ電極を上下ワイヤガイド間に自動的に張架するワイヤ電極の自動結線方法に関する。具体的には、自動的に加工液中でワイヤ電極を下ワイヤガイドに挿通させてワイヤ電極を張架するワイヤ電極の自動結線方法に関する。

ワイヤカット放電加工は、一対のワイヤガイド間に張架されたワイヤ電極と被加工物とで形成される加工間隙に加工電圧を印加して繰返し放電を発生させ、放電エネルギによって被加工物を切断加工する加工方法である。一般的なワイヤカット放電加工装置では、ワイヤガイドが被加工物を挟んで上下に設けられている。したがって、加工を行なう前にワイヤ電極を上下ワイヤガイド間に張架しておく必要がある。作業者の負担を軽減し作業効率を向上させるために、多くのワイヤカット放電加工装置は、ワイヤ電極を上下ワイヤガイド間に自動的に張架する自動結線装置を具備している。

一対のワイヤガイドにワイヤ電極を通すときにワイヤ電極を案内する方式の中で、多くの自動結線装置で採用されている方式は、加工液のような液噴流をワイヤ電極を送り出す方向に対して同軸に供給し液噴流でワイヤ電極を拘束しながらワイヤ電極を一方のワイヤガイドから他方のワイヤガイドまで案内する方式である。特に、一方のワイヤガイドの出口から他方のワイヤガイドまでを液噴流のみで案内する方式をジェット方式という。また、加工開始孔の入口もしくは他方のワイヤガイドまでをガイドパイプとガイドパイプの中に供給される液噴流とによって案内する方式をパイプジェット方式という。

被加工物を加工液に浸漬して放電加工を行なうワイヤカット放電加工方法では、被加工物に可能な限り近接して設けられる上下の加工液噴流ノズルの噴出開口と上下ワイヤガイドは、加工中、加工液に浸かっている。加工槽がちょうど被加工物が浸漬される高さまで加工液で満たされている状態では、加工ヘッドおよび加工ヘッド廻りの機器を加工液中に水没させるわけにいかないことから、上ワイヤガイドと下ワイヤガイドを接近させる距離は限界がある。特に、例えば、段差のある被加工物や固定治具と上ワイヤガイドとで干渉が生じる場合のように、下ワイヤガイドから被加工物の板厚に対応する長さ離されている上ワイヤガイドをそれ以上、下ワイヤガイドに近付けることができないケースがある。そのため、上ガイドアッセンブリに組み込まれた自動結線用ノズルから液噴流を供給して液噴流でワイヤ電極を拘束してワイヤ電極を下ワイヤガイドに通過させようとする場合、相当の液圧で液噴流を供給しても加工液の抵抗で液噴流の勢いが急速に衰えて、ワイヤ電極を拘束する力が弱くなって直進性が失われるとともにワイヤ電極の推進を助ける力がなくなるので、ワイヤ電極を下ワイヤガイドに通すことが困難になる（図４Ａ参照）。

ガイドパイプが下ワイヤガイドの入口まで到達できるケースでは、ほとんど問題なくワイヤ電極の挿通作業を行えるが、実際の加工では、このようなケースは比較的少ない。また、ガイドパイプが通過することができないダイスガイドを使用するジェット方式では、ガイドパイプを下ワイヤガイドの入口まで下降させることができない。比較的剛性があるワイヤ電極を使用する場合や挿通作業前にワイヤ電極をアニールしている場合は、ワイヤ電極の直進性について若干改善されるが、実用上は、被加工物の板厚が極小さいときに限定される。このようなことから、ワイヤ電極の挿通作業を行なうときは、一旦加工液を排出して加工液がない状態でワイヤ電極の挿通作業をしてから再度加工液を被加工物を満たす高さまで供給するようにされている。

結線作業の全てを自動で行なうようにするためには、加工液の排出と再供給を自動で行なわなければならないので、一般に、加工液の排出時はＮＣプログラムや断線検出器の検出信号を利用して自動的に加工槽の堰板を下げるか排出口を開き、同時にドレインの制御弁を開いて加工液を排出し、加工液の再供給時は上ガイドアッセンブリと一体で移動する液面検出器が加工液を検出するまで加工液を供給するようにされている。また、加工液の排出と再供給によって結線作業全体に要する時間が長くなって加工効率を低下させることから、例えば、加工液の排出時に加工液を全て排出せずにワークスタンドの高さまで排出し、加工液の供給時は所要の高さまで加工液を急送するようにして時間を短縮することが考えられている。さらに、加工槽を昇降させながら加工液を排出することで単位時間当たりの加工液の排出量を多くし、また、加工液の排出と再供給に並行して結線作業を行えるようにして作業効率を向上させることも考えられている（特許文献１参照）。

また、加工ヘッドを一旦上昇させ上ノズルの噴出開口を加工液中から出しておいてから液噴流を供給することによって、液噴流を加工液中に突入させて液噴流の勢いの減衰を抑えるようにする方法がある（図４Ｂ参照）。さらに、下ノズルから加工液を吸引し下穴に強い水流を発生させワイヤ電極を下ノズルに吸い込むようにすることでワイヤ電極を推進させ、加工液中での自動結線における成功率を向上させる方法が提案されている。このように、加工液中で自動結線を可能にすることによって、自動結線にかかる時間を短くすることができる（特許文献２参照）。

特開平１１−７７４３５号公報（第７頁） 特開平１−２０５９３１号公報（第２頁）

加工液がない状態で自動結線を行なう場合、下ワイヤガイドへのワイヤ電極の挿通に失敗することが少なく、近年では、最終的な自動結線の成功率をほぼ１００％に到達させている。それに対して、これまで考えられてきた加工液中で自動結線を行なう方法では、加工液がない状態で自動結線を行なう場合に比べて挿通に失敗することが多く、時には何度も繰返し挿通を試みることになって、自動結線の工程全体から見ると、それほど自動結線にかかる時間を短縮できていないのが実情である。また、最終的に自動結線ができなくなって作業を中断せざるを得ない場合がしばしば生じている。そのため、被加工物を加工液に浸漬してワイヤカット放電加工を行なう場合、１回の挿通作業における時間が多少長くなっても、加工液を一旦排出し加工液がない状態で自動結線を行なうことが有利である。

加工液中でのワイヤ電極の挿通に失敗する主たる原因は、加工液中では噴流の勢いが減衰してワイヤ電極を十分に拘束できずに真っ直ぐに送り出せなくなることにあるから、下ノズルから加工液を吸引するなどして補助的な作用を付加しても、挿通の成功率は改善されるものの、上ノズルから供給される液噴流のワイヤ電極の拘束力と直進性を十分に発揮させない限り、加工液を排出させ加工液がない状態で挿通作業を行なう方法に比べて不利な状況は改善されない。

本発明は、上記課題に鑑みて、加工液中で液噴流のワイヤ電極の拘束力と直進性を十分に発揮させて加工液中におけるワイヤ電極の挿通の成功率を向上させるワイヤ電極の自動結線方法を提供することを目的とする。

本発明のワイヤ電極の自動結線方法は、上記課題を解決するために、加工液中でワイヤ電極を下ワイヤガイドに挿通させるようにしたワイヤ電極の自動結線方法において、ワイヤ電極を包囲するように自動結線用ノズルからワイヤ電極を送り出す方向と同軸に液噴流を供給するとともに自動結線用ノズルの外側に配置される加工用ノズルからワイヤ電極を送り出す方向と同軸で前記液噴流と同じ方向に圧縮空気を供給して液噴流の周囲を圧縮空気で覆うようにし、前記圧縮空気に包囲された前記液噴流によって前記ワイヤ電極を拘束しながらワイヤ電極を送り出して下ワイヤガイドに挿通させ、下ワイヤガイドに挿通されたワイヤ電極を巻取ローラに捕捉させるようにするものである。

ワイヤ電極を拘束しつつ推進するための液噴流柱の周囲が液噴流に沿って液噴流と同じ方向に流れる圧縮空気で覆われているので、液噴流は結線用ノズルから噴射された直後の初期の勢いによって周囲の空気を巻き込みながら圧縮空気と共に加工液中を突き抜けていく。そのため、液噴流が加工液中の深い位置に至っても液噴流柱の周囲に依然として空気が存在している状態になる。したがって、加工液中にあっても、液噴流は勢いをあまり失わず、空気中と同じように液噴流柱が広がらずに真っ直ぐな状態にあり、被加工物の板厚が大きく上下ワイヤガイド間の距離が長くても、ワイヤ電極を拘束しつつ真直に推進する十分な力が維持される。その結果、加工液中でのワイヤ電極の挿通の失敗を大幅に少なくすることができ、自動結線の作業効率が向上する効果を得る。

まず、本発明のワイヤ電極の自動結線方法を実施し得る好適なワイヤカット放電加工装置について説明する。図１は、ワイヤカット放電加工装置の全体構成の一例を示す。図２は、図１に示されるワイヤカット放電加工装置の上ガイドアッセンブリを示す。図３は、図２に示される上ガイドアッセンブリの上ノズルおよび結線用ノズルを示す。

ワイヤカット放電加工装置は、ワイヤ電極１と被加工物２とで形成される加工間隙に加工電流を供給する図示しない加工電源装置を備える。ワイヤカット放電加工装置は、被加工物２を挟んで上下に設けられる一対のワイヤガイドを有する。上ガイドアッセンブリ３は、図２に示されるように、ワイヤ電極１を位置決め案内する上ワイヤガイド（ダイスガイド）３１と、加工電源装置に接続されワイヤ電極１に給電する上通電体３２と、加工中に加工部位に加工液噴流を供給する加工用ノズルである上ノズル３３と、自動結線時にワイヤ電極１を案内するための液噴流を供給する結線用ノズル３４とを備えている。下ガイドアッセンブリ４には、図示しない下ワイヤガイド、下通電体、下ノズルがそれぞれ組み込まれていてる。なお、下ワイヤガイドは、上ワイヤガイドの形状と大体同じであり、その入口側がすり鉢状に形成され、ワイヤ電極をガイド体の中心に導くように構成されている。

ワイヤカット放電加工装置は、ワイヤ電極１を加工部位に供給する供給機構５と、ワイヤ電極１を上下ワイヤガイド間に自動的に張架する自動結線装置６と、加工に供されたワイヤ電極１を巻取ローラまで搬送してバケットに回収する回収機構７を有する。供給機構５の送出ローラ５１は、加工中、ワイヤ電極１を加工部位に送り出す。また、送出ローラ５１は、自動結線時に意図的に切断しあるいは意図せず断線したワイヤ電極１の巻上げと送出しを行なう。回収機構７の巻取ローラ７１は、加工に供された使用済のワイヤ電極を巻き取る。送出ローラ５１と巻取ローラ７１は、加工中、協働してワイヤ電極１に所定のテンションを付与する。供給機構５と回収機構７は、本発明の作用効果に直接反しない範囲で様々な構成を採用し得るものであり、詳細な説明を省略する。

自動結線装置６は、主に、ワイヤ電極１を案内するガイドパイプ１１を含む案内ユニット１０と、ガイドパイプ１１に加工液を導入する加工液供給ユニット２０と、自動結線のときにワイヤ電極１をクランプするローラユニット３０と、自動結線のときにワイヤ電極１の先端を整える先端処理ユニット４０とで構成される。ローラユニット３０のローラは、ワイヤ電極１の僅かな巻上げや送りを行なうことができ、あるいはワイヤ電極１をガイドパイプ１１に導く作用を有する。先端処理ユニット４０は、ワイヤ電極１の先端部位を切断する切断装置４１と、切断装置４１で切断されて生じるワイヤ電極１の切断片をクランプして搬送する把持装置４２と、把持装置４２で搬送されるワイヤ電極１の切断片を収容する収容箱４３とを含む。

ジェット供給装置８は、加工中、上下の加工用ノズルに所定の圧力の加工液を供給する。加工用ノズルである上ノズル３３は、水平断面円形の噴出開口（ノズルキャップ）３５を有し、ワイヤ電極１が送り出される方向（鉛直方向）に同軸に円柱状に形成される加工液噴流を加工部位に噴射供給する。また、ジェット供給装置８は、自動結線時、加工液供給ユニット２０を通してガイドパイプ１１に加工液のような所定の圧力の液を供給するとともに、上ガイドアッセンブリ３に設けられている結線用ノズル３４に所定の圧力の液を供給する。結線用ノズル３４から噴射される結線用の液噴流は、自動結線においてワイヤ電極１を送り出すときにワイヤ電極１を拘束してワイヤ電極１の直進性を維持させる。また、結線用の液噴流は、自動結線時にワイヤ電極１を送り出すときにワイヤ電極１に推進力を与える。

結線用ノズル３４は、図３に示されるように、上ノズル３３の内側に設けられ、上ノズル３３と同心で上ノズル３３より直径の小さな水平断面円形の噴出開口を備える。ワイヤ電極１は、上記噴出開口のほぼ中心から送り出される。ジェット供給装置８から結線用ノズル３４に供給される所定の圧力の液は、結線用ノズル３４の中に形成される流路３６を通って細く絞られて、ワイヤ電極１が送り出される方向に下向きに噴射される。したがって、結線用ノズル３４から噴射される結線用の液噴流は、加工用ノズルである上ノズル３３から供給される加工液噴流に比べて液噴流柱が細くかつワイヤ電極１の直径より大きく、真直なワイヤ電極１を包み込むようにその周囲を覆っている。また、結線用の液噴流は、加工液噴流に比べて噴流の勢いがより強くされ直進性に優れている。

エア供給装置９は、本発明のワイヤカット放電加工方法を実施するために特に設けられる。上ノズル３３は、加工液噴流を噴射するジェットノズルと圧縮空気を噴出するエアノズルを兼用している。エア供給装置９からの圧縮空気は、ジェット供給装置８からの加工液の流路とは別の供給路を通って上ノズル３３に供給される。上ノズル３３における加工液が導入される経路と圧縮空気が導入される経路は別々に設けられ、図３に示されるように、上ノズル３３の溜空間３７で開口して合流する。圧縮空気を上ノズル３３に供給する供給管路の途中には、例えば、逆止弁が設けられ、上ノズル３３に供給される加工液が圧縮空気を供給する供給管路に逆流することを防止している。

次に、被加工物が浸漬されている状態でワイヤ電極が断線した場合を例に、本発明のワイヤ電極の自動結線方法のプロセスを具体的に説明する。このとき、加工液は、ワイヤカット放電加工に要求される比抵抗値を有する水またはワイヤカット放電加工に適する添加剤が適宜混入された水とし、ジェット供給装置から供給される所定の圧力の液は加工液とする。

ワイヤ電極１が断線したことを断線検出器が検出すると、直ちに送出ローラ５１が停止される。同時に、加工電源装置からの加工エネルギの供給と上下ノズルからの加工液噴流の供給を停止する。断線したワイヤ電極１のうちの加工部位から下ワイヤガイド側に送り出されている使用済部分は、巻取ローラ７１によって巻き取られる。断線したワイヤ電極１のうちの加工部位から上ワイヤガイド３１側に残っている未使用部分は、送出ローラ５１によってワイヤ電極１の先端が先端検出器によって検出される位置まで巻き上げられる。巻き上げられたワイヤ電極１の先端部分は、把持装置４２に把持され、切断装置４１で切断される。切断されて生じたワイヤ電極１の切断片は、把持装置４２によってクランプされたまま収容箱４３まで移送されて回収される。

ワイヤ電極１の切断片が除かれて先端が整えられたときに、ワイヤ電極１を送り出す方向にジェット供給装置８から加工液供給ユニット２０を通して所定の圧力の加工液をガイドパイプ１１に供給する。このとき、通常は、上ノズル３３の噴出開口３５と上ノズル３３の内側にある結線用ノズル３４の噴出開口が加工液に浸かっている。本発明の自動結線方法では、この状態で挿通作業が行なえる。また、時間的には不利であるが、結線用の液噴流の勢いをより確保しやすくする上で、加工ヘッドを移動させて上ガイドアッセンブリを上昇させ、結線用ノズル３４から液噴流を供給する前に少なくとも結線用ノズル３４の噴出開口を加工液面よりも上側に位置させるようにすることができる。

ワイヤ電極１の切断片が取り除かれたとき、残されたワイヤ電極１は、その先端が切断装置４１までの長さガイドパイプ１１から突出した状態になっている。この状態でガイドパイプ１１を下降させてワイヤ電極１の先端がガイドパイプ１１の中に収まるか僅かに突出するようにする。そして、そのままガイドパイプ１１を下降させるとともに送出ローラ１０を動作させワイヤ電極１がガイドパイプ１１の中にある状態が維持されるようにガイドパイプ１１の下降に同期させてワイヤ電極１を送り出す。送り出されるワイヤ電極１は、ガイドパイプ１１とガイドパイプ１１に供給される加工液によって上ワイヤガイド３１まで案内される。図示される上ワイヤガイド３１はダイスガイドであるので、ガイドパイプ１１は上ワイヤガイド３１の入口で停止する。ワイヤ電極１は、そのまま送り出されガイドパイプ１１の出口から噴出する加工液噴流に案内されてワイヤガイド３１を通過する。

このとき、ジェット供給装置８から上ガイドアッセンブリ３に組み込まれた結線用ノズル３４に所定の圧力の加工液が供給され、ワイヤ電極１を包囲するように自動結線用ノズル３４からワイヤ電極１を送り出す方向と同軸に加工液噴流を供給する。同時に、結線用ノズル３４を囲繞するように結線ノズル３４の外側に配置され結線用ノズル３４と同心で結線用ノズル３４より直径の大きな水平断面円形の噴出開口を有する加工用ノズルである上ノズル３３からワイヤ電極１を送り出す方向に同軸に圧縮空気を供給して、結線用ノズル３４によって噴射供給される結線用の加工液噴流の周囲を圧縮空気で覆うようにする。そして、上ワイヤガイド３１を通過したワイヤ電極１の先端は、結線用ノズル３４の噴出開口を抜けて結線用の加工液噴流の中に捕捉される。

結線用の加工液噴流に乗ったワイヤ電極１は、結線用の加工液噴流柱に拘束されるとともに、加工液噴流の力によって加工液噴流が流れる方向に推進され直進性が与えられる。このとき、加工用ノズルである上ノズル３３から噴出される圧縮空気は、ワイヤ電極１を送り出す方向と同軸に、言い換えれば、結線用の加工液噴流と同じ方向に送り出されている。そのため、結線用の加工液噴流は、乱れることなく真直な加工液噴流柱を形成している。このとき、図４Ｂに示される状況と同じように、結線用の加工液噴流は、加工液に突入するときに周囲の空気を巻き込むが、圧縮空気も結線用の加工液噴流と同じ方向に噴出されているので、結線用の加工液噴流に巻き込まれるときに加工液噴流の勢いばかりではなく圧縮空気の勢いが加勢して、加工液噴流は、圧縮空気に包まれたまま圧縮空気と共に加工液中の深くまで送り込まれる。

したがって、加工液中の奥深くでも結線用の加工液噴流の周囲に空気が存在し、加工液中であるにも関わらず、空気中と同じ状況が作り出されている。そのため、加工液噴流は、加工液中で依然としてワイヤ電極１を拘束する力を維持するとともに直進性を有しワイヤ電極１を下ワイヤガイド方向に送り出そうとしている。送出ローラ５１が引き続きワイヤ電極１を送り出しているので、ワイヤ電極１は、加工液噴流に案内され下ノズルの開口を通って下ワイヤガイドに到達する。結線用の加工液噴流は、ワイヤ電極１の直径よりも僅かに大きい加工液噴流柱を形成してワイヤ電極１を包囲しているので、結線用の加工液噴流が下ワイヤガイドの入口で乱れることなく円滑に下ワイヤガイドまでワイヤ電極１を案内し、ワイヤ電極１は結線用の加工液噴流と共に下ワイヤガイドを通過することができる。このようにして自動結線用ノズルから加工液噴流を供給するとともに加工用ノズルから圧縮空気を供給しながらワイヤ電極を送り出して下ワイヤガイドに挿通させる。下ワイヤガイドに挿通されたワイヤ電極１は、回収機構７の搬送装置によって搬送され、巻取ローラ７１に捕捉される。

本発明は、ワイヤカット放電加工装置の自動結線装置に適用される。本発明は、加工液中でワイヤカット放電加工する場合であっても、加工液を除くことなく加工液中で自動的にワイヤ電極を極めて高い成功率で挿通結線することができる。そして、作業効率を大幅に向上させ、精密金型や精密部品の加工効率と生産性の向上に貢献する。

本発明のワイヤ電極の自動結線方法を実施するワイヤカット放電加工装置の一例を示す全体構成図である。 図１に示されるワイヤカット放電加工装置の上ガイドアッセンブリの構成を示す断面図である。 図２に示される上ガイドアッセンブリの上ノズルと結線用ノズルを示す断面図である。 従来の加工液中でワイヤ電極を送り出す方法を示す模式図である。

符号の説明

１ ワイヤ電極
２ 被加工物
３ 上ガイドアッセンブリ
３１ 上ワイヤガイド
３２ 上通電体
３３ 上ノズル
３４ 結線用ノズル
４ 下ガイドアッセンブリ
５ 供給機構
５１ 送出ローラ
６ 自動結線装置
７ 回収機構
７１ 巻取ローラ
８ ジェット供給装置
９ エア供給装置
１０ 案内ユニット
１１ ガイドパイプ
２０ 加工液供給ユニット
３０ ローラユニット
４０ 先端処理ユニット
４１ 切断装置
４２ 把持装置
４３ 収容箱

Claims (1)

1. 加工液中でワイヤ電極を下ワイヤガイドに挿通させるようにしたワイヤ電極の自動結線方法において、ワイヤ電極を包囲するように自動結線用ノズルから前記ワイヤ電極を送り出す方向と同軸に液噴流を供給するとともに前記自動結線用ノズルの外側に配置される加工用ノズルから前記ワイヤ電極を送り出す方向と同軸で前記液噴流と同じ方向に圧縮空気を供給して前記液噴流の周囲を前記圧縮空気で覆うようにし、前記圧縮空気に包囲された前記液噴流によって前記ワイヤ電極を拘束しながら前記ワイヤ電極を送り出して前記下ワイヤガイドに挿通させ、前記下ワイヤガイドに挿通されたワイヤ電極を巻取ローラに捕捉させるようにしたワイヤ電極の自動結線方法。

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