CN100506470C - 加工导电性工件的方法及复合加工装置 - Google Patents

Abstract

复合加工装置(2)包括固定工件(4)的工件架(18)、向工件喷射高压水的喷嘴(6)、金属丝电极(8)、及垂直支承金属丝电极的上侧及下侧金属丝引导件。喷嘴和上侧金属丝引导件可以在能切断工件的动作位置和分别从动作位置离开的退避位置之间移动。固定在工件架上的工件通过水力喷射加工切断成所需的形状，在将工件固定在工件架上的状态下，通过金属丝放电加工把切断面将加工成所需的高加工精度。

Description

加工导电性工件的方法及复合加工装置

技术领域

本发明涉及在金属丝电极和导电性工件之间所形成的加工间隙中产生放电而加工工件的金属丝放电加工方法。本发明还涉及利用从喷嘴喷射的高压水切断工件的水力喷射加工方法。

背景技术

金属丝放电加工方法是一种可以把导电性工件切断成复杂形状的方法。就连由超硬合金那样的难切削的材料构成的工件都可以进行切断。工件不与作为工具的金属丝电极接触，通过在加工间隙中产生的放电进行加工。因而，可以实现极高的加工精度、例如数μm以下的形状精度和数μmRz以下的表面粗糙度。下面，我们将尺寸精度、形状精度及表面粗糙度集中在一起称为加工精度。形状精度是离所需形状的几何学方面的偏差的程度，包括例如平直度、平面度、直角度、平行度、圆度等。在使用φ0.3mm的镀锌的特殊黄铜金属丝电极时，金属丝放电加工的最大速度是250mm²/min～550mm²/min左右。供给到加工间隙的电能大时，加工速度提高。然而，要求电能在金属丝电极不熔断的范围以内，更大的电能会使加工精度下降。一般为了协调加工精度和加工速度，金属丝放电加工分成几个步骤。首先，金属丝电极在规定的轨迹上移动，工件用大的电能粗略地切断成所需要的形状。粗加工被称为第一切割。第一切割完成时，应该除去的多余的材料残留在切断面上，切断面不具有所需要的粗糙度。其次，利用小的电能，切断面被精加工成所需要的加工精度。该精加工被称为第二切割。在第二切割中，金属丝电极在偏移的轨迹上移动，以使加工间隙的尺寸变得更小。这样，可以去除多余的材料、得到所需要的尺寸精度，同时，切断面的粗糙度减少到所需要的值。按所需要的加工精度，第二切割包括几个步骤。通常来讲，越后面的步骤使用的电能越小，能在越小尺寸的加工间隙中产生放电。

作为切断金属工件的方法，已知有激光加工、离子束加工、水力喷射加工等。这些方法可以达到比金属丝放电加工高的加工速度，在不要求高加工精度时使用。从喷嘴喷射混入了磨料的高压水来切断工件的磨料水力喷射加工能够以接近金属丝放电加工的10倍的速度除去材料。

日本专利公报3137729号公开了利用金属丝放电加工切断工件中的要求高加工精度的部位、利用激光加工或水力喷射加工切断其它部位的方法。

日本专利公报2928323号公开了在工厂内并列设置金属丝放电加工装置、激光加工装置、水力喷射加工装置并用托盘使工件移动的系统。

日本专利公报4-343671号公开了通过用混入了磨料的高速液体流扫过工件表面以在工件中粗略地制造凹部的方法。记述了在要求精度时，成形的凹部通过切削、磨削、放电加工、电解加工、激光加工等进行精加工。

美国专利公报6800829号公开了修理空冷部件的复合加工装置。部件的一部分通过水力喷射加工除去，通过放电加工在部件中形成冷却孔。

发明内容

本发明的目的是提供一种使将导电性工件切断成所需要的形状并精加工成高加工精度的时间最小化的方法。

本发明的另一目的是提供一种方法，其最大限度地利用水力喷射加工和金属丝放电加工双方的优点来加工导电性工件。

本发明的再一目的是提供一种简单化的复合加工装置，其使把导电性工件切断成所需要的形状并精加工成高加工精度的时间最小化。

根据本发明的方法，固定在工件架上的导电性工件通过水力喷射加工切断成所需要的形状，在工件在固定在工件架上的状态下，利用金属丝放电加工将切断面精加工成所要求的高加工精度。

因而，缩短了从水力喷射加工完成到金属丝放电加工开始的时间。

根据本发明，实施水力喷射加工和金属丝放电加工的复合加工装置包括：

固定工件(4)的工件架(18)，

可以在能切断工件的动作位置和从动作位置离开的待避位置之间移动并向工件喷射高压水的喷嘴(6)，

金属丝电极(8)，以及

垂直支承金属丝电极的上侧及下侧的金属丝引导件。

上侧金属丝引导件可以在动作位置和从动作位置离开的待避位置之间移动。

最好是复合加工装置包括贮留金属丝放电加工用的加工液的加工槽(26)，加工槽也作为制动箱(catcher tank)起作用。

其它新颖的特征将在接下来的说明中被叙述。

附图说明

图1是表示喷嘴向着工件的本发明的复合加工装置的正面图；

图2是表示金属丝电极接近工件地被垂直张设的图1中的复合加工装置的正面图；

图3是表示附属于图1中的复合加工装置的控制系统的框图；

图4是表示附属于图1中的复合加工装置的液体供给系统的回路图。

具体实施方式

参照图1、2、3及4说明本发明的复合加工装置。

复合加工装置2包括喷嘴6、金属丝电极8及使金属丝电极8或喷嘴6相对工件4移动的移动装置22。喷嘴6用于水力喷射加工，可以向着工件4向下喷射高压水。金属丝电极8用于金属丝放电加工，可以接近工件4，垂直地被张设。上侧及下侧引导件组装体10及12隔着工件4而相向，收容垂直支承金属丝电极8的上侧和下侧的金属丝引导件(未作图示)。下侧引导件组装体12安装在下臂14的前端。通过利用公知的方法，从绕线管向加工间隙供给金属丝电极8，进而，经由下臂14向适当的回收箱搬运。工件4固定于设在工作台16上的工件架18。工作台16放置在鞍座部20上，能利用线性马达(未作图示)沿水平的X轴方向移动。鞍座部20放置在底座24上，可以利用线性马达21沿与X轴正交的Y轴方向移动。工作台16、鞍座部20及驱动它们的线性马达构成移动装置22。鞍座部20放置在底座24上。包围工件4的四面壁设在工作台16上，形成贮留加工液的加工槽26。下臂14水密地贯通加工槽26的壁，支承在支柱42上。支柱42立设在底座24上。加工槽26发挥使工件4浸渍在介质液和喷溅挡板(splashguard)的功能。用加工液充满的加工槽26发挥阻挡高压水的喷射的制动箱的功能。在工作台16上设有即使受到高压水的喷射也不损伤的护垫材料28。移动装置22包括加工头30和传送机构(未作图示)。加工头30可以沿与水平的XY平面垂直的Z轴方向移动。喷嘴6垂直地安装在加工头30上。传送机构由驱动加工头30的伺服马达、滚珠丝杠及螺母组成。移动装置22进一步包括圆锥装置32。圆锥装置32包括沿与X轴平行的U轴方向移动的移动体、沿与Y轴平行的V轴方向移动的移动体及各移动体的传送机构。各传送机构由伺服马达、滚珠丝杠及螺母组成。上侧及下侧金属丝引导件间的金属丝电极8可以通过圆锥装置32相对工件4倾斜。移动装置22包括加工头34和其传送机构。在上侧及下侧金属丝引导件间张设金属丝电极8的自动金属丝插通装置44设在加工头34上。上侧引导件组装体10通过圆锥装置32和适当的上臂安装在加工头34上。传送机构由驱动加工头34的伺服马达、滚珠丝杠及螺母组成。可以在加工头30上设置使喷嘴6倾斜、改变高压水喷射方向的公知的倾斜装置。

加工头30固定在滑块36上，加工头34固定在滑块40上。滑块36及40可以在导轨38上沿与X轴平行的方向往复运动。移动装置22包括滑块36及40和驱动它们的线性马达(未作图示)。导轨38设在支柱42的上部正面。这样，喷嘴6可以在能切断工件4的动作位置和从动作位置离开的待避位置之间移动。在图1及图2中，动作位置是在复合加工装置1的大致中央、工件4的上方。喷嘴6用的待避位置与动作位置隔离成为不妨碍金属丝放电加工的程度。上侧金属丝引导件可以在动作位置和从动作位置离开的另一待避位置之间移动。上侧金属丝引导件用的待避位置与动作位置分开到不妨碍水力喷射加工的程度。喷嘴6及上侧金属丝引导件共有动作位置。上述结构具有工作台16的尺寸可以作得比较小的优点。

参照图3说明附属于复合加工装置2的控制系统。NC装置100和马达控制装置200根据加工数据控制移动装置22。加工数据例如是通过解读NC程序得到的NC数据。NC程序根据有关在工件4中应生成的形状的信息做成。有关形状的信息包括例如所需要的尺寸精度或表面粗糙度。NC数据包括有关命令的信息、有关喷嘴6及金属丝电极8的轨迹的信息、有关轨迹上的多个位置的信息和有关修正量或加工条件的信息等。图3中的马达300集中地表现为驱动移动体的所有致动器。位置检测器400集中地表现为设在移动体或马达上的所有位置检测器。位置检测器400是包括光学式读取器和标度的线性编码器。也可以在旋转伺服马达上设置旋转式编码器。位置检测器400的检测信号反馈到马达控制装置200，同时送往NC装置100。喷嘴接触检测装置500是电检测喷嘴6和工件4接触的机构。喷嘴6的至少一部分由导电性部件构成，与接触检测装置500中的电源电连接。当接触检测装置500收到由NC装置100发出的指令信号时，在喷嘴6和工件4上施加电压。接触检测装置500的检测信号供给至NC装置100。金属丝放电加工用电源装置600供给在移动的金属丝电极8和工件4之间所形成的加工间隙中产生放电的电脉冲。NC装置100根据设定的加工条件向电源装置600发送指令信号。电源装置600具有电检测金属丝电极8和工件4接触的接触检测器。NC装置100接收接触检测器的检测信号，求出工件4的基准位置。

参照图4说明附属于复合加工装置2的液体供给系统。液体供给系统由图3中的NC装置100控制。用于金属丝放电加工的加工液是以水为主要成分的介质液。用于水力喷射加工的加工液是按一定比例混合有粒径相同的磨料的水。贮留槽50具有贮存使用完的加工液的污液槽52和贮存净化后的加工液的清液槽54。从加工槽26排出的加工液回收到污液槽52中。比重大的加工屑沉淀在污液槽52的底部。污液槽52中的加工液用泵56通过过滤器58送到清液槽54。过滤器58除去加工屑及磨料，使加工液净化。清液槽54利用小尺寸的加工屑或磨料也不能通过的过滤器60隔开。具有泵62、过滤器64及离子交换树脂槽66的循环管路设在清液槽54中。加工液的比阻抗可以用离子交换树脂槽66维持在金属丝放电加工所需的值。清液槽54中的加工液通过电磁阀78、高压泵68及增压器70供给至喷嘴6。高压泵68及增压器70可以产生200MPa～450MPa的高压水。适量的磨料由料斗72供给到喷嘴6中的混合室。为了用加工液充满加工槽26，清液槽54中的加工液用泵80经由电磁阀76供给至加工槽26。在金属丝放电加工中，关闭电磁阀76及78，加工液由泵80从清液槽54经由电磁阀74和引导件组装体10及12供给至加工间隙。上侧及下侧引导件组装体10及12分别装有向加工间隙喷射加工液的喷射嘴86及88。为了停止从喷射嘴86及88的一方的喷射，设置了电磁阀82及84。

说明按照本发明加工导电性工件4的方法。

首先，工件4在XY平面内及Z轴方向上正确地定位。其后，工件4通过水力喷射加工切断成所需要的形状。

作业者首先使用适当的夹紧件在工件架18上固定工件4。工件4具有定位用的基准孔。作业者使喷嘴6从待避位置向动作位置移动，在NC装置100上解读定位用的NC程序。NC装置100向马达控制装置200输送表示位置和速度的移动指令，使喷嘴接触检测装置500动作。NC装置100按照定位用的NC程序使喷嘴6在基准孔中沿X+、X-、Y+及Y-四个方向移动。当接触检测装置500检测到喷嘴6侧面和工件4接触时，工作台16及鞍座部20的移动就立刻停止。接触位置被存贮在NC装置100中。NC装置100保有喷嘴6的外径数据，根据多个接触位置把基准孔的中心定为基准位置。也可以代替基准孔，通过求得工件4的端面来设定基准位置。使喷嘴6的前端与工件4的上面接触，工件4的上面被定位。喷嘴6通过使加工头30上升，而位于距工件4的上面有所需要的距离的上方。位置检测器400检测喷嘴6的该位置，NC装置100把检测位置定为Z轴方向的基准位置。所需要的距离是数十mm以下，基准位置按1μm单位被正确地确定。这样，完成了工件4的定位。作业者用加工液充满加工槽26，执行NC程序。NC装置100按顺序解读NC程序，在设定条件下进行水力喷射加工。马达控制装置200接收NC装置100算出的移动指令。使喷嘴6位于加工开始点，混入磨料的200MPa以上的高压水从喷嘴6向工件4喷射。使喷嘴6在规定的轨迹上相对于工件4移动。这样，以金属丝放电加工的10倍程度的加工速度在工件4中粗切断成所需要的形状。完成所需要的形状的切断后，作业者使喷嘴6从动作位置向待避位置移动。在切断的形状包括贯通孔时，作业者除去与贯通孔相当的工件4中的部分。

其次，为了把切断面精加工到所需要的加工精度，工件4在固定在工件架18的状态下进行金属丝放电加工。作业者不必在精加工中再次固定并定位工件4。另外，由于工件4的环境没有大的变化，故可以保证高的加工精度。作业者使上侧引导件组装体10中的上侧金属丝引导件从待避位置移向动作位置。金属丝电极8利用自动金属丝插通装置44插通上侧金属丝引导件、在工件4中形成的贯通孔及下侧金属丝引导件。作业者执行金属丝放电加工用的NC程序时，NC装置100就会顺次解读NC程序，在设定的条件下进行金属丝放电加工。金属丝电极8沿搬运路径行进，加工液从喷射嘴86及88向工件4喷射。电源装置600随着加工条件的设定，供给加工间隙以电脉冲。在一对金属丝引导件间张设的金属丝电极8相对于工件4定位在与水力喷射加工相同的加工起始点。使金属丝电极8向切断面移动，进而沿切断面在规定的轨迹上移动。金属丝放电加工按要求的精度包括设定条件不同的几个步骤。越往后的步骤对加工间隙供给越小的能量的电脉冲。最后的步骤中可以使用能使切断表面的粗糙度减少到所需要的值的程度的小的电脉冲。这样，可以实现用水力喷射加工不可能实现的高加工精度，如数μm以下的形状精度或数μmRz以下的表面粗糙度。

Claims (5)

1.一种加工导电性工件的方法，其包括通过水力喷射加工将固定在工件架上的工件切断成所需要的形状的步骤；以及在将工件固定在工件架上的状态下利用金属丝放电加工把切断面精加工成所要求的高加工精度的步骤。

2.一种复合加工装置，其实施水力喷射加工和金属丝放电加工，其特征在于，包括：

固定工件的工件架，

可以在能切断工件的动作位置和从动作位置离开的待避位置之间移动并向工件喷射高压水的喷嘴，

金属丝电极，以及

垂直支承金属丝电极的上侧及下侧的金属丝引导件；

上侧金属丝引导件能够在动作位置和从动作位置离开的待避位置之间移动。

3.如权利要求2所述的复合加工装置，其特征在于，包括设有工件架的、能够在XY平面内移动的工作台。

4.如权利要求2所述的复合加工装置，其特征在于，包括包围工件并贮存金属丝放电加工用的加工液的加工槽。

5.如权利要求4所述的复合加工装置，其特征在于，包括：回收从加工槽排出的加工液的污液槽、净化污液槽中的加工液的净化装置、贮存净化后的加工液的清液槽、把清液槽中的加工液向喷嘴供给的高压泵、以及使清液槽中的加工液进行离子交换的离子交换树脂槽。

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