CN103974795A - 线放电加工装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够切实地解除线电极与工件间的短路的线放电加工装置及方法。本申请发明涉及一种线放电加工装置，使形成在线电极(2)与工件间的加工间隙产生放电以开始工件的加工，所述线电极(2)插通工件(3)中的开始孔(4)，本申请发明的线放电加工装置包括：张力控制装置(56)，控制线电极的张力以将该张力维持为设定值；短路检测器(57)，检测线电极与工件间的短路；以及短路解除系统，在短路检测器检测到短路时，降低线电极的张力并且使线电极振动，以解除短路。

Description

线放电加工装置及方法
技术领域
本发明涉及一种使形成在线(wire)电极与工件(work)之间的加工间隙产生放电以对工件进行加工的线放电加工装置及方法。本发明尤其涉及一种在检测出线电极与工件间的意外短路时解除意外短路的线放电加工装置及方法。
背景技术
一般而言，在线放电加工装置中，线电极相对于工件而在水平的平面(“XY平面”)内移动。在加工之前，必须在一对导线器(wire guide)间垂直于XY平面地支撑线电极。视需要在工件上形成用于使线电极穿过的开始孔。也存在如下情况，即：开始孔的尺寸(size)被限制得小，从而线电极与开始孔的间隙(以下称作空隙(clearance))小。
线电极必须从上侧的导线器经由开始孔而送往下侧的导线器。将线电极在被给予规定张力的状态下架设于上侧与下侧的导线器间之后，有时会电性检测出开始孔中的线电极与工件的意外接触。图8(a)表示因此种意外接触导致未形成加工间隙而无法进行放电加工的状态。专利文献1公开了如下方法：如图8(b)中所示，使线电极2在XY平面内相对于工件3而移动，以解除短路。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特公平7-090424号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，如图9(a)中所示，有时因加工精度而未铅垂地形成小的开始孔4。此种情况下，线电极2会意外地接触工件3的上表面或底面中的一者。即便使线电极2在XY平面内相对于工件3移动以解除该短路，但如图9(b)中所示，线电极2仍会接触工件3的上表面或底面中的另一者。本发明的目的在于提供一种能够切实地解除线电极与工件间的短路的线放电加工装置及方法。
解决问题的技术手段
本发明涉及一种线放电加工装置，使形成在线电极(2)与工件间的加工间隙产生放电以开始工件的加工，所述线电极(2)插通工件(3)中的开始孔(4)。
本发明的线放电加工装置包括：
张力控制装置(56)，控制线电极的张力以将该张力维持为设定值；
短路检测器(57)，检测线电极与工件间的短路；以及
短路解除系统，在短路检测器检测到短路时，降低线电极的张力并且使线电极振动，以解除短路。
根据本发明，短路解除系统能够使开始孔中的线电极挠曲以切实地解除短路。
短路解除系统只要在短路检测器检测到短路时降低张力的设定值即可。张力的设定值只要降低至10％～50％即可。
短路解除系统只要包括振动装置即可，该振动装置朝线电极喷射高压的介电性液以使线电极振动。或者，短路解除系统只要包括上下移动装置(30)即可，该上下移动装置(30)利用压缩空气来使线电极细微地上下移动。上下移动装置也可以与线电极交叉的方式来供给压缩空气以使线电极横向振动。上下移动装置只要包含具有供线电极通过的引导孔的导线器(32)，且导线器可借助压缩空气而朝上方向移动即可。
张力控制装置只要基于线电极的张力的检测值与增益来产生指令输出，在短路检测器检测到短路时，短路解除系统降低增益即可。只要在短路检测器检测到短路时，短路解除系统降低线电极的行进速度即可。
而且，本发明涉及一种线放电加工方法，使形成在线电极与工件间的加工间隙产生放电以开始工件的加工。
本发明的线放电加工方法包括如下步骤：
使线电极(2)插通工件(3)中的开始孔(4)；
对线电极给予规定的张力并使该线电极行进；
对线电极与工件间施加电压以使加工间隙产生放电；
检测线电极与工件间的短路；以及
降低线电极的张力并且使线电极振动，以解除短路。
发明的效果
根据本发明，即使在未铅垂地形成开始孔的情况下，也可切实地解除线电极与工件间的短路。即使在工件的上表面或底面上，在开始孔的开口形成有毛刺(burr)的情况下，也可切实地解除线电极与工件间的短路。
附图说明
图1是表示本发明的线放电加工装置的图。
图2是表示图1中的上下移动装置的剖面图。
图3是表示图2的上下移动装置中的压缩空气的流动的剖面图。
图4是表示图2的上下移动装置中的压缩空气的流动的剖面图。
图5是表示图1中的数值控制装置的框图。
图6是表示图5的数值控制装置的运行的流程图。
图7是表示根据本发明来解除短路的方法的图。
图8是表示解除短路的现有的方法的图。
图9是表示解除短路的现有的方法的图。
具体实施方式
本发明的线放电加工装置包括短路解除系统，该短路解除系统降低线电极2的张力并且使线电极2振动，以解除短路。图1中表示本发明的线放电加工装置。供给机构5将新的线电极2连续供给至工件3。供给机构5包括卷轴(reel)52、伺服滑轮(servo pulley)53、断线检测器54、进给辊(feed roller)10及张力检测器55。线筒(wire bobbin)51被安装在卷轴52上。卷轴52具有对线电极2给予逆张力的制动马达(brake motor)。伺服滑轮53防止张力的变动。断线检测器54是为了检测线电极2的断裂而设置，例如为限位开关(limit switch)。
进给辊10包含驱动辊12及压紧辊13。驱动辊12通过伺服马达(servo motor)11而旋转。压紧辊13从动于驱动辊12来按压线电极2。进给辊10朝向回收辊63送给线电极2。而且，进给辊10与回收辊63协动地对行进的线电极2给予规定的张力。用于维持线电极2的平直度的张力是根据线电极2的直径或材质及加工的类型(type)来设定。线张力的设定值被存储在数值控制装置80中。
张力检测器55是为了检测线电极2的张力而设置，例如为应变计(strain gauge)。张力检测器55的输出被供给至张力控制装置56。数值控制装置80将表示线张力的设定值与表示线速度的设定值供给至张力控制装置56。张力控制装置56以将线张力的检测值维持为设定值的方式来决定伺服马达11的转速。伺服马达11的转速的指令值是基于将线张力的检测值与设定值的偏差乘以增益所得的张力指令而决定。短路检测器57是为了检测线电极2与工件3间的短路而设置。
引导组件(guide assembly)7、8被分别设置在工件3的上下。上侧引导组件7收容有上侧导线器71、上侧通电体72及AWT喷嘴(nozzle)(未图示)。上侧引导组件7在其下端具有喷流喷嘴73。下侧引导组件8也具有导线器、通电体及喷流喷嘴74。
引导组件7、8构成供给高压的介电性液的介电性液供给装置的一部分。介电性液供给装置包含贮液槽、泵(bump)及适当的配管。喷流喷嘴73、74是为了在加工过程中对加工间隙喷射介电性液而设置。喷流喷嘴73、74的开口朝向加工间隙。介电性液供给装置构成通过高压液的喷射来使线电极2振动的振动装置。
在进给辊10与开始孔4之间设置有上下移动装置30。上下移动装置30借助压缩空气来使线电极2细微地上下移动并且横向振动。细微的上下移动是指：线电极2在数百毫秒至数秒间沿着线行进路径而反复上下移动。上下移动的距离在上下各方向上为数毫米至二十数毫米。
自动穿线装置(Automatic Wire Threader，AWT)1是为了使线电极2自动插通形成在工件3上的开始孔4而设置。自动穿线装置1具有朝向开始孔4送给线电极2的进给辊10及引导线电极2的导管(guide pipe)20。自动穿线装置1更具有将线电极2的弃用的前端予以切除的切断器(cutter)41。设置有将切除的线片搬送至废弃盒(box)42的夹具(clamp)43。自动穿线装置1具备对线电极2的前端进行检测的前端检测器50及对线电极2的挠曲进行检测的压曲检测器60。
自动穿线装置1具备能够对AWT喷嘴供给高压的介电性液的喷射(jet)供给装置70。AWT喷嘴形成约束线电极2的流体喷射。流体喷射提高自动穿线的成功率。喷射供给装置70是在自动穿线的成功率低的情况下选择性地使用。当使用的黄铜的线电极2时，需要喷射供给装置70。或者，当开始孔4的空隙小时，使用该喷射供给装置70。
进给辊10通过正转而缓慢地送出线电极2。进给辊10通过反转而卷起线电极2。当前端检测器60检测线电极2的前端时，进给辊10的反转停止。导管20被设置在进给辊10与上侧导线器71之间。利用致动器(actuator)来工作的升降装置21使导管20升降。图1示出在上限位置处待机的导管20。在自动穿线的运行过程中，导管20的下端下降至上侧导线器71的正上方，以将线电极2引导至上侧导线器71。
已使用的线电极2经由惰性辊(idling roller)61及回收辊63被送往储线筒(bucket)64。回收辊63是为了回收线电极2而设置。马达62连结于回收辊63的驱动滑轮。对线电极2行进的速度进行控制的装置基于线速度的设定值来决定马达62的转速。线速度的设定值被存储在数值控制装置80中。
参照图2、图3及图4来详细表示上下移动装置30。图3及图4中的箭头表示空气的流动。若只是单纯地使压缩空气朝向线电极2喷出，则线电极2只会横向振动。必须使线电极2在短时间内小幅度地沿上下方向往复。上下移动装置30借助图2中所示的结构，利用空气的力来使线电极2在数百毫秒至数秒间沿上下方向分别移动数毫米至二十数毫米。
上下移动装置30包含矩形的块体(block)28、第1导线器31、第2导线器32及压缩空气供给装置35。上下移动装置30具有供线电极2通过的铅垂通路。在块体28中形成有铅垂地延伸的圆筒状的密闭空间37。线电极2通过密闭空间37，密闭空间37形成铅垂通路。在块体28中形成有水平地延伸的两条空气供给路径33、34。第1导线器31与第2导线器32对线电极2进行引导。
第1导线器31被设置在进给辊10与开始孔4之间。具体而言，第1导线器31被设置在进给辊10与导管20之间。第1导线器31无法朝下方向移动。第1导线器31为骰(dice)形状，且具有供线电极2通过的引导孔。将导线器的引导孔与线电极2的间隙称作引导空隙。第1导线器31具有3μm～20μm的引导空隙，压缩空气几乎无法通过该小的引导空隙。
密闭空间37是由第1导线器31与导管20来规定。密闭空间37中的“密闭”是指：空间37不朝第1导线器31的引导空隙与导管20的入口以外开放。第2导线器32被设置在进给辊10与第1导线器31之间。第2导线器32为骰形状，且具有供线电极2通过的引导孔。第1导线器31及第2导线器32的引导孔形成铅垂通路。第2导线器32具有在大小上与第1导线器相同的引导空隙。帽体(cap)36被固定在块体28的上表面。在帽体36中形成有漏斗形状的腔室(chamber)。第2导线器32具有与该漏斗形状的腔室相似的外形，且因自重而位于腔室的底部。第2导线器32游嵌于漏斗形状的腔室中。
第2导线器32被设置在第1导线器31的正上方，在两个导线器31、32的引导孔之间形成有密闭空间38。密闭空间38形成铅垂通路。密闭空间38中的“密闭”是指：空间38不朝两个引导空隙以外开放。密闭空间38主要包含在第1导线器31中铅垂地延伸的圆筒状的腔室(chamber)。第1导线器31及第2导线器32可更换地安装于块体28。因此，第1导线器31及第2导线器32能够对应于线电极2的直径而更换。
第2空气供给路径34连通至密闭空间38以供给压缩空气。上下移动装置30能够将通过第2空气供给路径34后的压缩空气从多个方向以与线电极2交叉的方式供给至密闭空间38。进而，压缩空气从密闭空间38朝上喷出。其结果，第2导线器32浮起且稍稍倾斜。由于第2导线器32具有小的引导空隙，因此第2导线器32的引导孔的内面与线电极2形成接触。在第2导线器32与线电极2之间产生摩擦力。
如图3中所示，第2导线器32在保持有线电极2的状态下朝上方向移动，直至碰撞到帽体36的腔室的顶部。第2导线器32有助于线电极2朝上方向平直地移动规定距离，因此不需要极高压或极高速的压缩空气。规定距离是根据帽体36中的腔室的高度来规定。
第1空气供给路径33连通至通路37以供给压缩空气。压缩空气供给装置35能够在停止经由第2空气供给路径34供给压缩空气的同时，对第1空气供给路径33供给压缩空气。上下移动装置30能够将通过第1空气供给路径33后的压缩空气从单方向以与线电极2交叉的方式供给至通路37。第1导线器31具有压缩空气几乎无法通过的程度的小的引导空隙，因此密闭空间37中的压缩空气沿着线行进路径而朝向下方向。其结果，如图4中所示，产生强的下降气流，被抬起的线电极2沿着线行进路径朝下方向移动。
压缩空气供给装置35以规定的时间间隔而交替地对第1空气供给路径33与第2空气供给路径34供给压缩空气。压缩空气供给装置35包含空气压缩机(air compressor)、空气调节器(air regulator)、高速运行的双向电磁阀及流量调整阀。空气调节器将压缩空气保持为规定压力。双向电磁阀以规定的时间间隔来切换与第1空气供给路径33及第2空气供给路径34的连接。流量调整阀被设置在空气调节器与双向电磁阀之间，以控制压缩空气的供给。
参照图6来详细说明数值控制装置80。数值控制装置80包含输入装置81、存储装置82及处理装置90。输入装置81包含键盘(keyboard)、鼠标(mouse)、触摸屏(touch panel)等，输入的信息被送往处理装置90。操作者可使用输入装置81来设定线张力(Wire Tension，WT)、线速度(Wire Speed，WS)、液压(Water Pressure，WP)等加工条件。液压(WP)是在加工过程中从喷流喷嘴73、74朝加工间隙喷射的介电性液的压力。存储装置82包含硬盘(hard disk)等。存储装置82存储有处理装置90所需的信息、例如线放电加工程序(program)、自动穿线的运行。操作者输入的加工条件的设定值也被存储在存储装置82中。
中央处理器(Central Processing Unit，CPU)及存储器(memory)协动地发挥处理装置90的功能。处理装置90包含AWT控制部92、计数器(counter)93、张力降低部94、增益降低部95、线速度降低部96、上下移动装置控制部97及液压增加部98。AWT控制部92控制自动穿线装置1，且以能够接收张力检测器55的输出的方式构成。AWT控制部92将线张力的检测值与设定值(WT)进行比较，以判断自动穿线的完成。
计数器93以能够接收短路检测器57的输出的方式构成，且存储有短路解除时间。当在放电加工的开始时检测到短路时，计数器93将指示运行开始的信号供给至部94、95、96、97及98，并且开始短路解除时间。张力降低部94将线张力的设定值(WT)变更为更低的值。新的设定值(WT)被供给至张力控制装置56，且被存储在张力降低部94中。新的设定值(WT)只要是初始设定值(WT)的10％～50％即可。
增益降低部95将张力控制装置56中的增益变更为更低的值。其结果，张力控制的响应性下降，线电极2变得容易振动。线速度降低部96将线速度的设定值(WS)变更为更低的值，并将新的设定值(WS)供给至线速度控制装置66与张力控制装置56。新的设定值(WS)例如为初始设定值(WS)的60％以下。一般而言，若线速度极端下降，则会因线电极的剧烈消耗而反复产生不均匀的放电。线速度降低部96是有意地产生不均匀的放电而助长线电极2的振动。
上下移动装置控制部97开始上下移动装置30、尤其是压缩空气供给装置35的运行，以使线电极2振动。液压增加部98增加从喷流喷嘴73、74朝加工间隙中的线电极2喷射的介电性液的压力的设定值(WP)，以使线电极2振动。
参照图6来说明数值控制装置80的运行进程(process)的一例。在步骤S1中，操作者使用输入装置81来设定线张力(WT)、线速度(WS)、液压(WP)等加工条件。在加工之前，AWT控制部92开始自动穿线装置1的运行。当线电极2插通开始孔4并到达回收辊63时，自动穿线完成，进程前进至步骤S3。
在步骤S3中，处理装置90基于加工条件向各装置供给控制信号，以开始放电加工。介电性液供给装置从贮液槽将介电性液供给至引导组件7、8。介电性液从喷流喷嘴73、74被喷射向加工间隙。线电极2按照线速度的设定值(WS)来沿线行进路径行进。并且，电源装置(未图示)对线电极2与工件3间施加电压脉冲(pulse)，以反复产生放电。
但是，如图9(a)所示，有时线电极2与工件3会意外接触而不产生放电。此种情况下，计数器93在步骤S4中接收表示短路的信号，并在步骤S5中使部94、95、96、97及98开始运行，并且开始短路解除时间。在步骤S6中，张力降低部94将线张力的设定值(WT)变更为更低的值。若新的设定值(WT)为初始设定值(WT)的10％～50％，则可确认通过线电极2的振动，短路将得以有效解除。上下移动装置控制部97开始上下移动装置30的运行，以使线电极2振动。压缩空气供给装置35将压缩空气交替地送往第2空气供给路径34与第1空气供给路径33。进而，液压增加部98增加液压的设定值(WP)，以使线电极2振动。
如图7中所示，通过线张力的大幅下降与线电极2的振动，线电极2发生挠曲。其结果，线电极2离开工件3，从而形成加工间隙。图7中的箭头表示线电极2的纵向与横向的振动。线电极2在最靠近工件3的部位产生放电，借助放电的斥力，加工间隙被维持为适当的尺寸。短路解除时间是足以反复产生放电的时间。增益降低部95将张力控制装置56中的增益变更为更低的值，线速度降低部96将线速度的设定值(WS)变更为更低的值，以助长线电极2的振动。当在步骤S7中短路解除时间结束时，进程前进至步骤S8。
在步骤S8中，处理装置90停止线电极2的振动。上下移动装置30的运行停止，液压的设定值(WP)恢复为初始值。线速度的设定值(WS)恢复为初始值，张力控制装置56中的增益也恢复为初始值。线张力(WT)的设定值逐渐恢复为初始值。
实施例是为了说明发明的本质及其实用方面的应用而选择。可参照上述记述来进行各种改良。实施例中，利用高压液的喷射的振动装置与上下移动装置30使线电极2振动，但也可仅使两装置中的一者运行。而且，也可取代两装置而使用磁性或电性的振动装置。发明的范围是根据随附的权利要求书而定义。
[符号的说明]
1：自动穿线装置
2：线电极
3：工件
4：开始孔
5：供给机构
7、8：引导组件
10：进给辊
11：伺服马达
12：驱动辊
13：压紧辊
20：导管
21：升降装置
28：块体
30：上下移动装置
31：第1导线器
32：第2导线器
33：第1空气供给路径
34：第2空气供给路径
35：压缩空气供给装置
36：帽体
37、38：密闭空间
39：管支架
41：切断器
42：废弃盒
43：夹具
50：前端检测器
51：线筒
52：卷轴
53：伺服滑轮
54：断线检测器
55：张力检测器
56：张力控制装置
57：短路检测器
60：压曲检测器
61：惰性辊
62：马达
63：回收辊
64：储线筒
66：线速度控制装置
70：喷射供给装置
71：上侧导线器
72：上侧通电体
73、74：喷流喷嘴
80：数值控制装置
81：输入装置
82：存储装置
90：处理装置
92：AWT控制部
93：计数器
94：张力降低部
95：增益降低部
96：线速度降低部
97：上下移动装置控制部
98：液压增加部
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种线放电加工装置，使形成在线电极与工件间的加工间隙产生放电以开始所述工件的加工，所述线电极插通所述工件中的开始孔，所述线放电加工装置的特征在于包括：
张力控制装置，以将所述线电极的张力维持为设定值的方式进行控制；
短路检测器，检测所述线电极与所述工件间的短路；以及
短路解除系统，在所述短路检测器检测到所述短路时，降低所述线电极的所述张力并且使所述线电极振动，以解除所述短路。
2.根据权利要求1所述的线放电加工装置，其特征在于，
所述短路解除系统在所述短路检测器检测到所述短路时，降低所述张力的所述设定值。
3.根据权利要求1所述的线放电加工装置，其特征在于，
所述短路解除系统在所述短路检测器检测到所述短路时，将所述张力的所述设定值降低至10％～50％。
4.根据权利要求1所述的线放电加工装置，其特征在于，
所述短路解除系统包括：振动装置，朝所述线电极喷射高压的介电性液，以使所述线电极振动。
5.根据权利要求1所述的线放电加工装置，其特征在于，
所述短路解除系统包括：上下移动装置，利用压缩空气来使所述线电极细微地上下移动。
6.根据权利要求5所述的线放电加工装置，其特征在于，
所述上下移动装置以与所述线电极交叉的方式供给所述压缩空气，以使所述线电极横向振动。
7.根据权利要求5所述的线放电加工装置，其特征在于，
所述上下移动装置包含具有供所述线电极通过的引导孔的导线器，所述导线器可借助所述压缩空气而朝上方向移动。
8.根据权利要求1所述的线放电加工装置，其特征在于，
所述张力控制装置基于所述线电极的所述张力的检测值与增益来产生张力指令，在所述短路检测器检测到所述短路时，所述短路解除系统降低所述增益。
9.根据权利要求1所述的线放电加工装置，其特征在于，
在所述短路检测器检测到所述短路时，所述短路解除系统降低所述线电极的行进速度。
10.一种线放电加工方法，使形成在线电极与工件间的加工间隙产生放电以开始所述工件的加工，所述线放电加工方法的特征在于包括如下步骤：
使所述线电极插通所述工件中的开始孔；
对所述线电极给予规定的张力并使所述线电极行进；
对所述线电极与所述工件间施加电压，以使所述加工间隙产生放电；
检测所述线电极与所述工件间的短路；以及
降低所述线电极的所述张力，并且使所述线电极振动，以解除所述短路。

Claims (10)

1.一种线放电加工装置，使形成在线电极与工件间的加工间隙产生放电以开始所述工件的加工，所述线电极插通所述工件中的开始孔，所述线放电加工装置的特征在于包括：
张力控制装置，以将所述线电极的张力维持为设定值的方式进行控制；
短路检测器，检测所述线电极与所述工件间的短路；以及
短路解除系统，在所述短路检测器检测到所述短路时，降低所述线电极的所述张力并且使所述线电极振动，以解除所述短路。
2.根据权利要求1所述的线放电加装置，其特征在于，
所述短路解除系统在所述短路检测器检测到所述短路时，降低所述张力的所述设定值。
3.根据权利要求1所述的线放电加装置，其特征在于，
所述短路解除系统在所述短路检测器检测到所述短路时，将所述张力的所述设定值降低至10％～50％。
4.根据权利要求1所述的线放电加装置，其特征在于，
所述短路解除系统包括：振动装置，朝所述线电极喷射高压的介电性液，以使所述线电极振动。
5.根据权利要求1所述的线放电加装置，其特征在于，
所述短路解除系统包括：上下移动装置，利用压缩空气来使所述线电极细微地上下移动。
6.根据权利要求5所述的线放电加装置，其特征在于，
所述上下移动装置以与所述线电极交叉的方式供给所述压缩空气，以使所述线电极横向振动。
7.根据权利要求54所述的线放电加装置，其特征在于，
所述上下移动装置包含具有供所述线电极通过的引导孔的导线器，所述导线器可借助所述压缩空气而朝上方向移动。
8.根据权利要求1所述的线放电加装置，其特征在于，
所述张力控制装置基于所述线电极的所述张力的检测值与增益来产生张力指令，在所述短路检测器检测到所述短路时，所述短路解除系统降低所述增益。
9.根据权利要求1所述的线放电加装置，其特征在于，
在所述短路检测器检测到所述短路时，所述短路解除系统降低所述线电极的行进速度。
10.一种线放电加工方法，使形成在线电极与工件间的加工间隙产生放电以开始所述工件的加工，所述线放电加工方法的特征在于包括如下步骤：
使所述线电极插通所述工件中的开始孔；
对所述线电极给予规定的张力并使所述线电极行进；
对所述线电极与所述工件间施加电压，以使所述加工间隙产生放电；
检测所述线电极与所述工件间的短路；以及
降低所述线电极的所述张力，并且使所述线电极振动，以解除所述短路。
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