CN1259168C

CN1259168C - 电火花线切割方法及装置

Info

Publication number: CN1259168C
Application number: CNB018228550A
Authority: CN
Inventors: 佐藤达志; 柴田淳一
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-11-01
Filing date: 2001-11-01
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2021-11-01
Also published as: KR100550248B1; JPWO2003037558A1; US6897397B2; TW533111B; CN1492792A; EP1442815A4; KR20040039193A; WO2003037558A1; US20040256362A1; EP1442815A1

Abstract

一种电火花线切割方法及装置，利用驱动装置(9)使线电极(5)和被加工件(1)间相对移动，利用加工电力供给装置(10)向线电极(5)和被加工件(1)极间供给加工能量，利用放电对被加工件(1)进行加工，包括对应于识别解除设定偏置的接近点与线电极的中心的距离，预先设定加工能量投入比率后的加工能量投入比率表，以及识别解除设定偏置的接近点的位置，求出该识别的接近点和所述所述线电极中心间距离X，用所述加工能量投入比率表，对于所述加工电力供给装置来改变参数，使加工能量减少的加工能量调节装置，其中，设R为考虑到包含放电间隙长度后的线电极的半径、D为加工深度，在加工能量投入比率表小于2·[R²-(R-D)²]^(1/2)时，设定成使加工能量投入比率减少。

Description

电火花线切割方法及装置

技术领域

本发明涉及能抑制被加工件加工面形成咬边的、改进的电火花线切割方法(wire electric discharge machining method)及装置。

背景技术

首先，说明电火花线切割中被加工件加工面咬边的形成。图6表示电火花线切割时线电极和被加工件间相对移动轨迹(以后称电极轨迹)的说明图，图中，1为被加工件、2为要加工成以被加工件1为目的的轮廓形状的电极轨迹的加工形状部分(以后称加工形状部分)、3为加工开始孔等开始加工的点(以后称加工开始点)、4为从加工开始点3至形状部分2电极轨迹的助行轨迹部分(以后称助行部分)、O为形状部分2和助行部分4的连接点(以后称接近(approach)点)。另外，图7为图6的接近点O附近的放大图，与图6相同的标号表示同一或相当的部分。图7中，5为线电极、6为咬边。

众所周知，电火花线切割是一种宛如把线电极5当作线锯使用切割被加工件1的加工方法，如图6所示，不只是形状部分2、助行部分4也要加工。

通常的电火花线切割的形状部分2，要考虑线电极5的半径、放电间隙长短、精加工费用等，对于加工形状设定只隔开规定的距离(以后称为偏置量)的轨迹，沿着该偏置轨迹使线电极5的中心移动进行加工。即如图7所示，线电极5从加工开始点3起通过助行部分，以接近点O开始向形状部分2移动，在绕形状部分2一圈后，再从接近点O经助行部分4，返回加工开始点3。如需精加工，则要对每一使用的电气条件依次沿着设好偏置量的电极轨迹，线电极5反复移动。

在前述的使线电极5移动的场合，线电极5在绕形状部分2一圈的过程中，接近点O以外的形状部分线电极5只通过一次，但只有接近点O线电极5要通过两次。在第2次通过接近点O时，须加工的被加工件因为已经是在第1次通过除去之后，又要对已加工过的面产生放电，所以在加工面上产生过度切割。因而，在接近点附近被加工件的加工面上形成咬边6，成为使加工精度变劣的原因。

图8为表示日本国特开平4-189421号公报揭示的以往的电火花线切割装置构成的说明图，它揭示一种抑制前述咬边形成的方法。图8中，1为被加工件、5为线电极、7为线电极供给装置、8为加工液供给装置、9为驱动装置、10为加工电力供给装置、11为控制装置、12为程序自动变换装置。另外，图9为图8的电火花线切割装置电极轨迹的说明图。图中，1为被加工件、2为形状部分、3为开始加工点、4A及4B为助行部分、OA为第1接近点、OB为第2接近点。

以下，说明其动作。图8的线电极供给装置7一面放出线电极5，以规定速度行走，另一面在线电极5上施加适当的张力。加工液供给装置8向线电极5和被加工件1的极间供加工液。加工电力供给装置10在前述极间外加脉冲电压，产生放电。程序自动变换装置12，在进行图6那样的加工时，从存在控制装置11内描述电极轨迹的程序中，按照偏置量的设定信息抽出接近点O，掌握助行部分4和形状部分2。然后，在形状部分2上设定第1、第2接近点OA、OB，助行部分的轨迹与这两个接近点连接(助行部分4A及4B)，修改程序，删除这两个接近点间的形状部分的电极轨迹(图9的接近点OA及OB之间)，再存入控制装置11。

即，接近点附近的电极轨迹在如图6、7所示的情况下，如图9所示改变电极轨迹。控制装置11驱动驱动装置9、沿着改变后的电极轨迹使线电极5和被加工件1间相对移动。

如上所述，以往的电火花线切割装置利用程序自动变换装置12，对电极轨迹程序设置线电极5从助行部分4A进入形状部分2时通过的第1接近点OA、和从形状部分2返回助行部分4B时通过的第2接近点OB，通过改变程序，使得线电极5不通过这两个接近点间的形状部分，从而抑制被加工件的加工面上形成咬边。

用这种以往的方法，因为改变应设定两个接近点的电极轨迹程序，所以在线电极和被加工件之间存在着产生新的干扰的危险。另外，在两个接近点间的形状上，某一部分发生过度切割，其它部分就发生欠切割等，存在着接近点间距调整困难的问题。

发明内容

本发明为解决前述问题而作，其目的在于能获得一种电火花线切割方法及装置，它不会增加对电极轨迹程序的修改，能抑制在接近点附近被加工件加工面上咬边的形成。

本发明相关的电火花线切割方法，使线电极和被加工件间相对移动，一面向所述线电极和所述被加工件的极间供给加工能量，一面利用放电对所述被加工件进行二次切割后的加工，其特征在于，包括：识别解除设定偏置的接近点的位置的工序，以及设R为考虑到包含放电间隙长度后的线电极的半径、D为加工深度，在该识别的接近点和所述加工形状部分中所述线电极中心间距离X＜2·[R²-(R-D)²]^(1/2)时，根据预先设定的加工能量投入比率表，使所述电极的每单位移动距离的所述加工能量减少后进行加工的工序。

另外，本发明相关的电火花线切割方法，使线电极和被加工件间相对移动，一面向所述线电极和所述被加工件的极间供给加工能量，一面利用放电对所述被加工件进行二次切割后的加工，其特征在于，设R为考虑到包含放电间隙长度后的线电极的半径、D为加工深度，在该识别的接近点和所述加工形状部分中所述线电极中心间距离X满足由X＜2·[R²-(R-D)²]^(1/2)确定的范围时，设定比该范围小的范围的第2范围，在该第2范围内根据预先设定的加工能量投入比率表，使所述电极的每单位移动距离的所述加工能量减少后进行加工的工序。

另外，本发明相关的电火花线切割方法，前述接近点和前述线电极的中心间距离越小前述加工能量就控制得越小。

另外，本发明相关的电火花线切割方法，用对应于距离X来预先设定加工能量投入比率后的加工能量投入比率表来改变参数，使加工能量减少。

本发明相关的电火线切割装置，利用驱动装置使线电极和被加工件间相对移动，利用加工电力供给装置向所述线电极和所述被加工件的极间供给加工能量，利用放电加工所述被加工件，包括：对应于识别解除设定偏置的接近点与线电极的中心的距离，预先设定加工能量投入比率后的加工能量投入比率表，以及识别解除设定偏置的接近点的位置，求出该识别的接近点和所述所述线电极中心间距离X，用所述加工能量投入比率表，对于所述加工电力供给装置来改变参数，使加工能量减少的加工能量调节装置，其特征在于，设R为考虑到包含放电间隙长度后的线电极的半径、D为加工深度，在加工能量投入比率表小于2·[R²-(R-D)²]^(1/2)时，设定成使加工能量投入比率减少。

另外，本发明相关的电火花线切割装置，前述加工能量调节装置随着前述接近点和前述线电极的中心间距离越近，前述加工能量就越小。

由于本发明相关的电火花线切割方法及装置其构成如上所述，所以能起到抑制接近点附近被加工件的加工面上咬边形成，提高加工精度的效果。

附图说明

图1为表示接近点附近加工情形的说明图。

图2为本发明相关的实施形态涉及的电火花线切割方法及装置的接近点附近加工能量减少方法的说明图。

图3表示离开接近点的距离X和加工能量投入比率Dty间关系的示意图。

图4表示本发明相关的实施形态涉及的电火花线切割装置构成的说明图。

图5表示一例加工能量投入比率表的示意图。

图6表示电火花线切割时电极轨迹的说明图。

图7表示6的接近点附近的放大图。

图8表示以往的电火花线切割装置构成的说明图。

图9表示图8的电火花线切割装置的电极轨迹的说明图。

具体实施方式

首先，说明本发明相关的原理，图1为表示接近点附近加工情形的说明图，表示二次切割后的加工的情形。在图1，1为被加工件、1a为加工面、1b为前加工面、2为形状部分、5为线电极、R为线电极5的半径，为了简便，放电间隙长度包括线电极5的半径R在内进行考虑。另外，D为加工深度、O为接近点、P为线电极5和被加工件1的加工面1a的接点、Q为线电极5和前加工面1b的交点、X为接近点O和形状部分2的线电极5的中心间距离。另外，O’、P’、Q’为就在线电极5位于接近点O的前面距离X位置时的、分别与O、P、Q各点对应的点，M为弧PQ和孤P’Q’的交点。

例如，如图6的电极轨迹所示，线电极5中心经接近点O约绕形状部分2一圈后，设到达图1的点O’前，通常加工与被加工件1的弧P’Q’对向的部分，但从图中可知，线电极5通过接近点O的时候因为被加工件1已被加工，所以，在线电极5的中心到达点O’时，线电极5和被加工件1对向的不过是弧P’M。这种每单位移动距离的加工体积减少在X＜2·[R²-(R-D)²]^(1/2)时产生。可以这样认为，尽管加工体积减少，但仍投入一定的加工能量，所以就形成所述的咬边。因而，通过根据加工体积减少加工能量，能抑制接近点O附近被加工件1加工面上咬边的形成。

图2为本发明实施形态涉及的电火花线切割方法及装置的接近点附近的加工能量减少方法的说明图。和图1相同的标号表示同一或相当的部分。图2(a)中，dx为线电极5从O’点开始前进微小距离、SM为用弧PM、弧P’M、直线PP’围成的面积、SM为线电极5的中心到达O’时的加工体积。设板厚为单位长度，用与线电极5的长度方向垂直的平面内加工部分的截面积表示加工体积。

线电极5未临近接近点O的已加工部分、通常加工时的加工体积Sn可以下式(1)表示。

Sn＝D·dx (1)

另一方面，线电极5的中心到达O’点时的加工体积Sm等于由弧PM、弧P’M、直线PP’围着的面积SM的微小距离dx造成的减少部分，所以下式(2)成立。

Sm＝(dSm/dx)·dx (2)

面积SM如图2(b)所示，可以分割为直线OM、直线PP’、及弧P’M围成的A部、直线OM、直线O’M及直线PP’围成的B部、及直线O’M、直线PP’及弧PM围成的C部。因为A部和C部的面积相等，故设该面积为SA，B部的面积为SB、直线O’P’和直线O’M’的夹角为θ，

则下式(3)成立

(1/2)·R²tanθ＝R²θ/2+SA+SB (3)

另外，B部为高(1-cosθ)、顶角2θ的等边三角形，故下式(4)成立。

SB＝R²(1-cosθ)²tanθ (4)

从式(3)、(4)，面积SM＝25A+SB可用下式(5)表示。

SM＝R2(2sinθ-sinθcosθ-θ) (5)

式(5)的两边用X微分，考虑到X/2＝Rsinθ，则下式(6)成立

Dsm/dx＝R(1-cosθ) (6)

另外，如设定对于通常加工时加工能量投入比率Dty等于加工体积比，则就能抑制被加工件加工面上咬边的形成，故下式(7)成立。

Dty＝Sm/Sn (7)

在此，考虑cosθ＝(R²-(X/2)²)^(1/2)/R，根据式(2)、式(6)、式(7)，离接近的距离X和加工能量投入比率Dty的关系变成式(8)。

Dty＝[R-(R²-(X/2)²)^(1/2)]/R (8)

图3为表示离开接近点O的距离X和加工能量投入比率Dty间关系的示意图，图3的曲线a表示式(8)的关系。即如曲线a所示，随着到接近点的距离X越近，则使加工能量投入比率Dty呈抛物线地减少。

式(8)的关系为被加工件的加工面完全是平面的场合，实际上由于精加工前的加工面大多有凹凸，所以在加工深度方向上未必同样地存在被加工件。例如刚粗加工后，加工面高低起伏时，可以认为加工体积与离加工表面的距离成比例增大，如图3的b所示，有时也可随着到接近点的距离X变近，使加工能量的投入比率Dty直线减少。另外，在被加工件的加工面被细小的放电痕(crater)覆盖，用最终精加工等对这些放电痕实施深度非常浅的加工时，认为近加工表面处几乎无被加工件存在，随着加工深度的增大加工体积急剧增大，所以有时加工能量投入比率Dty如图3的(c)所示越靠近接近点，降低越剧烈。

这样，接近点O附近加工能量投入比率Dty的设定要根据加工条件进行调节，但越靠近直接近点加工能量要减小这一点不变。另外，根据这样的加工条件相应的加工能量调节量能预先通过实验等而设定。

还有，在近年的电火花线切割上，为了高精度地加工形状部分的弯曲部位，在接近点附近使通常使用的角控制动作时，尽管接近点附近不是角，但因为视作内角，仍向着使加工能量增大的方向控制，所以在接近点附近被加工件的加工面上加剧了咬边的形成。

如上所述，本发明相关的原理为，通过越近接近点加工能量减得越少，从而抑制接近点附近被加工件加工面上咬边的形成。

图4为本发明实施形态涉及的电火花线切割装置的构成的说明图，图中，1为被加工件，5为线电极，7为线电极供给装置、8为加工液供给装置、9为驱动装置、10为加工电力供给装置、11为控制装置、13为加工能量调节装置、14为加工能量投入比率表。

另外，图5为表示一例加工能量投入比率表14的示意图。表示粗加工后精加工即二次切割的情形及其后再进行精加工的第三次切割时，离接近点的距离X和加工能量投入比率Dty间的关系。即试以第三次切割的情形为例说明之，该表格表示在离接近点的距离X超过82μm的场合设加工能量投入比率Dty为100％，即投入通常的加工能量，在离接近点的距离X为82μm以下的场合，加工能量投入比率Dty为90％、即比通常时减少10％加工能量，离接近点的距离X为73μm以下、62μm以下、48μm以下、28μm以下的场合，加工能量投入比率Dty分别为70％、50％、30％、10％。因而表示随着离接近点的距离X缩短，加工能量分5个阶段徐徐减少。这样，图5的加工能量投入比率表14虽然表示随着离接近点的距离X加工能量投入比率分5阶段变化，但该阶段数目也可为几段，可根据所希望的加工精度相宜设定。

以下，说明动作。电火花线切割装置的基本动作和背景技术部分图8中说明过的动作相同，故不再说明。图4的加工能量调节装置13以控制装置11内存储的描述电极轨迹的程序中，按照偏置的设定信息，识别解除设定偏置的接近点的位置。例如，可识别记述偏置解除的NC代码的块(block)开始时的线电极中心的座标。虽然该识别在加工前为了把加工轨迹全部画面图中未示出的显示装置上控制装置11可以读入NC程序时进行，但如公知的那样，电火花线切割装置内的控制装置因为通常从加工中的块(block)开始至几个块(block)处光读入NC程序，所以在加要中也能作前述的识别。另外，加工能量调节装置13在加工中计算解除设定前述偏置的接近点的座标和电极轨迹的加工形状部分中现在线电极中心的座标间距离，利用加工能量投入比率表14求出应投入的加工能量的比率，改变参数，以规定的比例使加工电力供给装置10减少加工能量。例如，可增大非工作时间直到检测出的放电频率减少成和加工能量减少比率相称的值。还有，前述接近点的座标及线电极中心的座标间距离的计算能沿用已知的方法，例如计算角控制所用的角入口开始的目前距离。

例如，在三次切割的情形下，在(A)本发明涉及的接近点附近不减少加工能量的场合、和(B)在本发明涉及的接近点附近减少加工能量的场合(使用图5的加工能量投入比率表14时)，在对上述两种场合比较后的实验例中，可以确认(A)的咬边深度约4μm，(B)咬边被抑制在被加工件加工面的面光洁度范围内。

如上所述，按照本发明，在通过接近点时由于使加工能量减少，所以能抑制加工点附近被加工件加工面上咬边的形成。

以上的说明中，接近点的座标和电极轨迹的加工形状部分中当前线电极中心的座标间距离在线电极的每单位移动距离的被加工件的加工体积减少的范围内的场合，表示使线电极的每单位移动距离的加工能量减少后进行加工的情形。但，在前述加工体积减少的范围内，根据希望的加工精度设定比这一范围更小的范围(第2范围)，在该第2范围内，可使线电极的每单位移动距离的加工能量减少后再进行加工。即使是这种构成，也能抑制接近点附近被加工件加工面上咬边的形成。

以上的说明中，虽然在从形状部分回到助行部分时，即解除偏置第2次通过接近点时使加工能量减少，但是也可以从助行部分进入形状部分时，即设定偏置第1次通过接近点时使加工能量减少。或者在前述第1次通过接近点时及前述第2次通过接近点时两者都可使加工能量减少。

另外，以上的说明中，虽举了利用非工作时间调节加工能量的例子，但是也可以利用峰值电流或外加电压等对加工能量有影响的参数来调节加工能量。或者可以减少每单位移动距离的加工能量着手，增大电极移动速度。即也可以构成为，作为加工能量调节装置假设利用电极移动速度，不是改变加工电力供给装置10的设定，而是改变控制装置11的设定。或者，在使加工能量极端减少的场合，即使用切除加工电力供给装置、或使产生电压脉冲的外加定时的振荡器动作停止等方法，也能实现所希望的能量减少。

另外也可以不是如以上说明的那样，利用加工能量投入比率表14求出应投入的加工能量的比率，而是对离接近点的距离和加工能量的调节量间的函数关系定义，遵照该函数根据计算结果调节加工能量。

另外，以上的说明中，列举了如图5所示依照加工次数切换加工能量的调节量的例子，但是，通过根据线电极的直径及材质、被加工件的板厚及材质、峰值电流等加工电力供给装置的设定、平均加工电压等伺服设定，以及偏置量等的加工量设定等切换加工能量的调节量，从而能与各种加工条件对应。

另外，以上的说明中，对自动识别接近点的情形进行了说明，但也可以构成为，用户能将特别的代码插入轨迹程序中，该代码能指定接近点或接近点附近开始调整加工能量的地点。

如上所述，本发明涉及的电火花线切割方法及装置尤其适用于精度要求高的电火花线切割。

Claims

1.一种电火花线切割方法，使线电极和被加工件间相对移动，一面向所述线电极和所述被加工件的极间供给加工能量，一面利用放电对所述被加工件进行二次切割后的加工，其特征在于，包括：

识别解除设定偏置的接近点的位置的工序，以及

设R为考虑到包含放电间隙长度后的线电极的半径、D为加工深度，在该识别的接近点和所述加工形状部分中所述线电极中心间距离X＜2·[R²-(R-D)²]^(1/2)时，根据预先设定的加工能量投入比率表，使所述电极的每单位移动距离的所述加工能量减少后进行加工的工序。

2.一种电火花线切割方法，使线电极和被加工件间相对移动，一面向所述线电极和所述被加工件的极间供给加工能量，一面利用放电对所述被加工件进行二次切割后的加工，其特征在于，

设R为考虑到包含放电间隙长度后的线电极的半径、D为加工深度，在该识别的接近点和所述加工形状部分中所述线电极中心间距离X满足由X＜2·[R²-(R-D)²]^(1/2)确定的范围时，设定比该范围小的范围的第2范围，在该第2范围内根据预先设定的加工能量投入比率表，使所述电极的每单位移动距离的所述加工能量减少后进行加工的工序。

3.如权利要求1或2所述的电火花线切割方法，其特征在于，

所述接近点和所述线电极中心间距离越近，所述加工能量就越小。

4.如权利要求1或2所述的电火花线切割方法，其特征在于，

用对应于距离X来预先设定加工能量投入比率后的加工能量投入比率表来改变参数，使加工能量减少。

5.一种电火花线切割装置，利用驱动装置使线电极和被加工件间相对移动，利用加工电力供给装置向所述线电极和所述被加工件的极间供给加工能量，利用放电加工所述被加工件，包括：

对应于识别解除设定偏置的接近点与线电极的中心的距离，预先设定加工能量投入比率后的加工能量投入比率表，以及

识别解除设定偏置的接近点的位置，求出该识别的接近点和所述所述线电极中心间距离X，用所述加工能量投入比率表，对于所述加工电力供给装置来改变参数，使加工能量减少的加工能量调节装置，

其特征在于，

设R为考虑到包含放电间隙长度后的线电极的半径、D为加工深度，在加工能量投入比率表小于2·[R²-(R-D)²]^(1/2)时，设定成使加工能量投入比率减少。

6.如权利要求5所述的电火花线切割装置，其特征在于，

所述加工能量调节装置为所述接近点和所述线电极中心间距离越近所述加工能量就越小。