JPWO2013187201A1 - ワイヤ放電加工時における加工部材溶着方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記加工部材を前記工作物に溶着する予め決められた所定の位置で前記電気加工条件を前記加工サイクルにして前記工作物の加工形状に沿って前記工作物の厚さ方向に荒加工の放電加工を行って前記工作物に加工面を形成し,次いで,前記ワイヤ電極の姿勢を前記荒加工された前記工作物の厚さ方向の前記加工面に対して傾斜させ,前記電気加工条件を前記加工サイクルから前記溶着サイクルに切り換えて前記工作物に前記加工面に沿って溶着加工を行って,前記ワイヤ電極の前記工作物の進入側の前記加工面に沿って前記加工部材を前記工作物に溶着する前記溶着部を前記工作物の厚さ方向の前記加工面に沿って予め決められた領域で所定の長さにわたって形成し,前記溶着部によって前記加工部材を前記工作物に保持させることを特徴とするワイヤ放電加工時における加工部材溶着方法に関する。
ここで,本願発明では,ワイヤ電極及び工作物に対して用いている技術用語である「垂直」は,平板状の工作物の上下面に対して,90°(直角)である垂直及び90°近傍の略垂直やほぼ垂直及び実質的に垂直を含むことを意図しており,また,ワイヤ電極及び工作物に対して用いている技術用語である「傾斜」は,平板状の工作物の上下面に対して実質的に傾斜していることを意図したものとする。
前記傾斜加工面に沿う前記溶着加工は,前記ワイヤ電極を前記傾斜加工面から前記工作物の上下面に対して実質的に垂直状態に変更して前記傾斜加工面の下部から上部へと前記傾斜加工面に沿って行い,前記溶着部は,前記ワイヤ電極の進入側である前記傾斜加工面に沿って予め決められた領域で所定の長さにわたって形成されるものである。
即ち,工作物に加工形状の放電部位に予め仮の上面となる傾斜面や垂直面を荒加工で形成し,仮の上面に対してワイヤ電極を相対的に傾斜させて溶着工程を行えば,前記加工部材を前記工作物に溶着する溶着部は,前記ワイヤ電極の進入側の前記工作物の仮の上面に沿って形成されることになる。例えば,上ヘッドを下ヘッドに先行させて移動させると,ワイヤ電極を傾斜させることができ,その傾斜状態のワイヤ電極で工作物を放電加工して荒加工すれば,工作物への荒加工が傾斜方向に傾斜加工面として形成され,次いで,上ヘッドを下ヘッドの位置へと後退させてワイヤ電極が工作物の上下面に対して実質的に垂直状態に変更され,言い換えれば,ワイヤ電極で傾斜加工面に対して傾斜状態になり,溶着サイクルを行えば,予め決められた箇所で所定の長さで,場合によっては複数箇所で溶着部が傾斜加工面に沿って形成され,該溶着部で加工部材が工作物に溶着されて一時的に保持されることになる。
又は,上ヘッドを下ヘッドと垂直方向に位置させてワイヤ電極を実質的に垂直状態にさせて,その垂直状態のワイヤ電極で工作物を放電加工して荒加工すれば,工作物への荒加工が厚さ方向である垂直方向に垂直加工面として形成され,次いで,上ヘッドを下ヘッドに対して後退させてワイヤ電極を傾斜させてワイヤ電極を垂直加工面に対して傾斜状態に変更し,ワイヤ電極を繰り出し,工作物のワイヤ電極の進入側になる垂直加工面の下部から溶着工程を行えば,溶着部が垂直加工面の下部から垂直加工面に沿って垂直に延びるように厚さ方向に所定の長さで所定の箇所,或いは複数箇所に形成され,該溶着部で加工部材が工作物に溶着されて一時的に保持される。
また,工作物に対して荒加工と溶着加工とを複数回にわたって順次変更することによって,工作物の厚さ方向に加工部材を保持する溶着部を複数箇所に形成し,加工部材を工作物に複数箇所で適正に保持させることができる。
更に,このワイヤ放電加工時における加工部材溶着方法では,工作物と加工部材との溶着工程が終了すれば,工作物の加工形状の放電加工が終了していなければ,工作物の加工形状に従って引き続き,電気加工条件を溶着サイクルから加工サイクルに切り換えて工作物に対して放電加工をすればよいことは勿論である。
このワイヤ放電加工機は,概して,機械本体15に取り付けられ且つワイヤ電極5を巻き上げているソースボビン7,ソースボビン7から送り出されるワイヤ送り系でのワイヤ電極5の方向を転換する複数の方向転換ローラ8,ワイヤ電極5が良好に繰り出されるようにワイヤ電極5にブレーキをかけるブレーキローラ9,送り出されるワイヤ電極5にテンションを付与するテンションローラ12,ワイヤ電極5を供給パイプ13へとガイドするガイドローラ32等を備えている。ワイヤ電極5は,ワイヤ供給系における方向転換ローラ8,ガイドローラ32を通過して,本体ヘッド1に設けられた一対のアニールローラであるワイヤ供給ローラ10,ワイヤ電極送りユニット24に支持された供給パイプ13内を通って一対のコモンローラ11を通過した後に,そこで,ワイヤ電極5は一対のワイヤ供給ローラ10と一対のコモンローラ11とで挟持され,それらの間で給電子18(図2,図4)を通じて加工電源からの電流がワイヤ供給ローラ10,ワイヤ電極5,及びコモンローラ11に通電され,ワイヤ供給ローラ10とコモンローラ11との間のワイヤ電極5がアニールされて曲がり等の癖取りされ,次いで,ワイヤ電極5のアニールされていない先端部がカッタ14で切断して排除され,ワイヤ電極5を真っ直ぐな状態にする。その後,アニールされたワイヤ電極5は,ワイヤ供給ローラ10の送り出しに従ってワイヤ電極送りユニット24である供給パイプホルダに支持された供給パイプ13の降下に従って供給パイプ13にガイドされて上ヘッド2へと達して挿通される。また,放電加工される工作物6は,加工槽等に設けられたワークテーブル23にクランプ25で固定されている(図9)。
図2に示す電気回路は,ワイヤ電極5と工作物6との極間に対して極間状況確認用の抵抗付き低電圧負荷LVと第1スイッチS1が直列に結線された第1回路,及び放電加工用の高電圧負荷HVと第2スイッチS2が直列に結線された第2回路が並列に結線されている。第1回路は,主としてワイヤ電極5と工作物6との間の極間状況を確認する回路であって,工作物6を放電加工するのに工作物6とワイヤ電極5とが適正な位置関係にあるか否かを検出する手段であり,抵抗Rは第1回路を流れる電流を調整する機能を有している。従って,スイッチS1は,タイミング的には工作物6の放電加工の前にON・OFF制御されるものである。また,第2回路は,放電加工用であり,工作物6を放電加工する場合には,大電流を短い時間で流す必要があり,抵抗等は組み込まれていない回路である。
次に,このワイヤ放電加工時における加工部材溶着方法についての加工サイクル及び溶着サイクルについて説明する。
図3の(A)に示す通常加工である加工サイクルでは,第1スイッチS1をONしてパルスを発生させると,ワイヤ電極5と工作物6との極間に,例えば,低電圧負荷LVの80V程度が2μsec程度発生してワイヤ電極5と工作物6との極間状況が適正な位置であるか否かを確認し,極間状況が適正であれば,そこで極間で放電が開始する。次いで,第1スイッチS1をOFFして第2スイッチS2をONし,パルスを発生させると,ワイヤ電極5に,例えば,400A程度の電流を0.8μsec程度流して,ワイヤ電極5と工作物6との極間に高電圧負荷HVから240V程度が印加され,ワイヤ電極5で工作物6が放電加工されることになる。
また,図3の(B)に示す工作物6と加工部材26との溶着サイクルでは,第1スイッチS1をONしてパルスを発生させると,ワイヤ電極5と工作物6との極間に,例えば,低電圧負荷LVの80V程度が2μsec程度発生してワイヤ電極5と工作物6との極間状況が適正な位置であるか否かを確認し,極間状況が適正であれば,そこで放電が開始する。次いで,第1スイッチS1をOFFして第2スイッチS2をONし,パルスを発生させると,ワイヤ電極5に,例えば,110A程度の電流が3μsec程度流れて,ワイヤ電極5と工作物6との極間に高電圧負荷HVから加工時の約1/4の70V程度が印加され,アーク放電となってワイヤ電極5が溶融されて,加工部材26が工作物6にワイヤ電極溶融物で溶着される。
図5では,第1スイッチS1,第2スイッチS2,第3スイッチS3,電圧波形(V),及び電流波形(A)について,具体的に数値を記載しているが,これらの数値は理解し易くするための例示であり,また,電圧波形(V)及び電流波形(A)についても,例示の波形であることは勿論である。即ち,第1スイッチS1をONする時間は,ワイヤ電極5と工作物6との極間状態(例えば,加工電源,ワイヤ電極5の材質,線径等の条件,及び工作物6の材質,厚さ等の条件で変化するパラメータ)で決まるものであり,加工条件等で決まらずに不定であって,数μsec,数十μsec程度であるが,下記の加工サイクル及び溶着サイクルでの説明では例示として,2μsecを記載している。また,第2スイッチS2をONする時間は,加工条件(パラメータ入力)で決めるON時間であるが,下記の加工サイクル及び溶着サイクルでの説明では,例示として,0.8μsecを記載している。更に,図5の(B)における電流波形の電流の流れる時間及び電圧波形の印加時間は,加工条件等で決められずに不定であるが,下記の加工サイクル及び溶着サイクルでの説明では,例示として,3μsecを記載している。
このワイヤ放電加工時における加工部材溶着方法における加工サイクルの一例を,図4及び図5の(A)を参照して説明すると,次のとおりである。
第1工程:第1スイッチS1をONして低電圧負荷LVを,ある時間,例えば,2μsec程度が経過すると,ワイヤ電極5と工作物6との極間に放電が開始する。
第2工程:第2スイッチS2をONして,電圧降下をトリッガーとして高電圧負荷HVが印加されて電流が上昇し,ワイヤ電極5による工作物6の放電加工が行われる。
第3工程:ワイヤ電極5と工作物6との極間の放電時間は,工作物6の加工条件で決められているが,例えば,0.8μsec程度が放電される。
第4工程:一旦,第1スイッチS1,第2スイッチS2,及び第3スイッチS3をOFFして,ワイヤ電極5と工作物6との極間に掛かる電圧を無負荷として,休止時間をとる。ワイヤ電極5による工作物6の加工形状21の加工時は,上記のサイクルを125k〜2000kHzの周期で繰り返すことによって達成される。
また,この加工部材溶着方法における溶着サイクルの一例を,図4及び図5の(B)を参照して説明すると,次のとおりである。
第1工程:第1スイッチS1をONして低電圧負荷LVを所定時間,例えば2μsec程度が経過すると,ワイヤ電極5と工作物6との極間に放電が開始する。
第2工程:第2スイッチS2をONして,電圧降下をトリッガーとして高電圧負荷HVが印加された電流が上昇し,ワイヤ電極5による工作物6の放電加工を行う。
第3工程:加工サイクルである通常サイクルから溶着サイクルに切り換える時に,第2スイッチS2のONを一定時間経過後にOFFにするが,第3スイッチS3がONしているため,工作物6とワイヤ電極5との間に循環電流が流れ,パルス幅の長い電流を生成でき,この時,ワイヤ電極5が溶融して工作物6と加工部材26とに溶着し,結果として工作物6に加工部材26が溶着する。
第4工程:循環電流が流れきったところで,第3スイッチS3がOFFして休止時間を取ることになる。
第1工程:第1スイッチS1をONして低電圧負荷LVを所定時間,例えば2μsec程度が経過すると,ワイヤ電極5と工作物6との極間に放電が開始する。
第2工程:第1スイッチS1をOFFし,第4スイッチS4と第5スイッチS5とをONして,電圧降下をトリッガーとして高電圧負荷HVが印加されて電流が上昇し,ワイヤ電極5による工作物6の放電加工が行われる。
第3工程:第4スイッチS4と第5スイッチS5とをON状態に持続し,ワイヤ電極5と工作物6との極間の放電時間は,工作物6の加工条件で決められているが,例えば,0.8μsec程度が放電される。
第4工程:第5スイッチS5をON状態に持続し,第4スイッチS4をOFFにした後,サブμsecだけ第5スイッチ5をONして高電圧負荷HVの付勢状態を解放し,電流波形を台形に近づける。
第5工程:一旦,第1スイッチS1,第4スイッチS4,及び第5スイッチS5をOFFして,ワイヤ電極5と工作物6との極間に掛かる電圧を無負荷として,休止時間をとる。ワイヤ電極5による工作物6の加工形状21の加工時は,上記のサイクルを125k〜2000kHzの周期で繰り返すことによって達成される。
第1工程:第1スイッチS1をONして低電圧負荷LVを,ある時間,例えば,
2μsec程度が経過すると,ワイヤ電極5と工作物6との極間に放電が開始する。
第2工程:第4スイッチS4と第5スイッチS5をONして,電圧降下をトリッガーとして高電圧負荷HVが印加された電流が上昇し,ワイヤ電極5による工作物6の放電加工を行う。
第3工程:第4スイッチS4と第5スイッチS5をON状態を持続して,放電時間は加工条件で決め,例えば,0.8μsec程度だけ放置する。
第4工程:第4スイッチS4を一定時間後OFFにするが,第5スイッチS5がONしているため,ワイヤ電極5と工作物6との極間に循環電流が流れ,高電圧負荷HVの付勢が解放され,パルス幅の長い電流が生成できるため,この時,工作物6と加工部材26との間にアーク溶接が発生して両者が溶着される。
第5工程:循環電流が流れきったところで,第5スイッチS5がOFFして休止時間を取ることになる。
このワイヤ放電加工時における加工部材溶着方法を達成する具体的な電気回路は,ワイヤ電極5と工作物6との極間に対して,極間状況確認用の抵抗付き低電圧負荷と第1スイッチS1とが直列に結線された第1回路,放電加工用の高電圧負荷と第4スイッチS4と第5スイッチS5とが直列に結線された第2回路,第2ダイオードD2と第5スイッチS5とが直列に結線された第3回路,及び第3ダイオードD3と第4スイッチS4とが直列に結線された第4回路を,それぞれ並列に結線したものである。この電気回路において,第4スイッチS4及び第5スイッチS5をONすれば,ワイヤ電極5と工作物6との間の極間に対して高電圧負荷HVを付勢することができる。
また,加工サイクルから溶着サイクルへの電気加工条件の変更は,第1スイッチS1,第4スイッチS4,及び第5スイッチS5のON・OFF制御によって実行されるものである。第5スイッチS5がONの時,第4スイッチS4をOFFした後には,ワイヤ電極5と工作物6との間の極間に対して第2ダイオードD2と第5スイッチS5とを通る第1循環電流が流れる。また,第4スイッチS4がONの時,第5スイッチS5をOFFした後には,ワイヤ電極5と工作物6との間の極間に対して第3ダイオードD3と第4スイッチS4とを通る第2循環電流が流れる。即ち,この電気回路では,第1スイッチS1,第4スイッチS4,及び第5スイッチS5のON・OFF制御によって,第1循環電流と第2循環電流とが交互に流れることになる。この発明によるワイヤ放電加工における工作物切り残し加工方法は,ダイオードD2及びダイオードD3を組み込んだ具体的な電気回路を用いて行えば,2つの循環電流を発生させるので,放電加工の電流波形が台形状に近くなり,交互に循環電流を発生させることによってスイッチングによる発熱の問題を緩和することができる。このワイヤ放電加工における工作物切り残し加工方法は,循環電流を利用して工作物6と加工部材26とを溶着させるため,工作物6の放電加工に比較して,電流波形をゆっくり下げることができる。なお,第4スイッチS4と第5スイッチS5とは,ON,OFFタイミングは,逆でもよいことは勿論である。
2 上ヘッド
4 下ヘッド
5 ワイヤ電極
6 工作物
7 ソースボビン
10 ワイヤ供給ローラ
13 供給パイプ
15 機械本体
19 スタートホール
20 溶着部
21 加工形状
22 加工スリット
26 加工部材
27 加工軌跡
28 仮の垂直上面
29 垂直加工面
30 傾斜加工面
31 仮の傾斜上面
32 ガイドローラ
33 工作物の上面
34 工作物の下面
35 巻き取りローラ
Claims (10)
- ワイヤ電極と該ワイヤ電極に対向する工作物との間に極間電圧を印加して発生する放電エネルギーによって前記工作物を放電加工して前記工作物から加工部材を分離される放電加工する際に,前記加工部材の予め決められた箇所で前記ワイヤ電極と前記工作物との間に印加する電気加工条件を加工サイクルから溶着サイクルに変更して前記ワイヤ電極の一部を溶融させて前記加工部材を前記工作物に溶着部で溶着させて前記加工部材を前記工作物に保持させることから成るワイヤ放電加工時における加工部材溶着方法において,
前記加工部材を前記工作物に溶着する予め決められた所定の位置で前記電気加工条件を前記加工サイクルにして前記工作物の加工形状に沿って前記工作物の厚さ方向に荒加工の放電加工を行って前記工作物に加工面を形成し,次いで,前記ワイヤ電極の姿勢を前記荒加工された前記工作物の厚さ方向の前記加工面に対して傾斜させ,前記電気加工条件を前記加工サイクルから前記溶着サイクルに切り換えて前記工作物に前記加工面に沿って溶着加工を行って,前記ワイヤ電極の前記工作物の進入側の前記加工面に沿って前記加工部材を前記工作物に溶着する前記溶着部を前記工作物の厚さ方向の前記加工面に沿って予め決められた領域で所定の長さにわたって形成し,前記溶着部によって前記加工部材を前記工作物に保持させることを特徴とするワイヤ放電加工時における加工部材溶着方法。 - 前記工作物を荒加工した前記加工面は,前記ワイヤ電極を前記工作物の上下面に対して傾斜させつつ又は傾斜状態にして前記工作物を荒加工した傾斜加工面であり,
前記傾斜加工面に沿う前記溶着加工は,前記ワイヤ電極を前記傾斜加工面から前記工作物の上下面に対して実質的に垂直状態に変更して前記傾斜加工面の下部から上部へと前記傾斜加工面に沿って行い,前記溶着部は,前記ワイヤ電極の進入側である前記傾斜加工面に沿って予め決められた領域で所定の長さにわたって形成されることを特徴とする請求項1に記載のワイヤ放電加工時における加工部材溶着方法。 - 前記加工部材と前記工作物とを溶着する前記溶着部は,前記傾斜加工面の下部側から上部側に向って前記工作物の厚さ方向の予め決められた所定の箇所で所定の長さに形成されることを特徴とする請求項2に記載のワイヤ放電加工時における加工部材溶着方法。
- 前記工作物に放電加工された前記傾斜加工面は,前記工作物に形成される加工形状に沿って上ヘッドを下ヘッドに先行させて前記ワイヤ電極を傾斜状態にして放電加工することによって形成されていることを特徴とする請求項2又は3に記載のワイヤ放電加工時における加工部材溶着方法。
- 前記工作物に放電加工された前記傾斜加工面は,互いに交差して前記工作物に形成され,前記工作物の中央部の未加工部分が凸形状に形成され,前記溶着部は凸形状の前記未加工部分に形成されることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載のワイヤ放電加工時における加工部材溶着方法。
- 前記工作物に荒加工された前記加工面は,前記ワイヤ電極を前記工作物の上下面に対して実質的に垂直状態にして前記工作物を荒加工した実質的な垂直加工面であり,
前記垂直加工面に沿う前記溶着加工は,前記ワイヤ電極を前記工作物の上下面に対して傾斜状態にして前記垂直加工面の下部から上部へと前記垂直加工面に沿って行い,前記溶着部は,前記ワイヤ電極の進入側である前記垂直加工面に沿って予め決められた領域で所定の長さにわたって形成されることを特徴とする請求項1に記載のワイヤ放電加工時における加工部材溶着方法。 - 前記ワイヤ電極の姿勢を前記傾斜状態に設定するには,前記ワイヤ電極を繰り出す上ヘッドを前記工作物に形成した加工軌跡に沿って下ヘッドに対して相対的に後退させることによって前記ワイヤ電極を傾斜させることができることを特徴とする請求項6に記載のワイヤ放電加工時における加工部材溶着方法。
- 前記垂直加工面に沿う前記溶着加工において,前記ワイヤ電極の前記工作物の前記上下面に対する傾斜角を前記溶着加工の進展に従って増大させるため,前記ワイヤ電極を繰り出す上ヘッドに対して下ヘッドを相対的に前進させることによって,前記ワイヤ電極の前記傾斜角を変化させつつ前記垂直加工面に沿って前記溶着部を形成することを特徴とする請求項6に記載のワイヤ放電加工時における加工部材溶着方法。
- 前記加工面に形成される前記溶着部は,前記工作物の荒加工した前記加工面の長手方向に沿って1箇所又は複数箇所であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のワイヤ放電加工時における加工部材溶着方法。
- 前記工作物は厚さ方向に複数枚積層して放電加工されており,前記溶着部は少なくとも最下方に位置する前記工作物と前記加工部材とを溶着して,前記溶着部によって前記加工部材が前記工作物に保持されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載のワイヤ放電加工時における加工部材溶着方法。
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