CN1471447A - 线切割加工方法及装置 - Google Patents

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弘
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Abstract

在由加工电力供给装置向线电极(1a)与被加工件(2)的极间供给放电能量、由定位装置使线电极(1a)及被加工件(2)相对移动、以对被加工件(2)进行加工的线切割加工装置中，具有将向所述极间供给加工液(4a)的加工液供给装置、向所述极间供给雾气(7)的雾气供给装置、向所述极间供给气体(8)的气体供给装置以及供给冷却被加工件(2)的冷却用流体即加工液(4a)的冷却用流体供给装置进行组合形成一体的流体供给装置(12)。本发明能实现更高精度化和高品位化的放电加工。

Description

线切割加工方法及装置
技术领域
本发明涉及对向线电极与被加工件的极之间供给加工电力，通过放电能量对所述被加工件进行加工的线切割加工方法及装置的改进。
背景技术
放电加工作为金属模具等的加工技术已建立起了稳固的地位，广泛应用于汽车产业、家电产业、半导体产业等的模具加工领域。
图7是放电加工机理的说明图，图中，1是电极、2是被加工件、3是电弧柱、4是加工液、5是放电加工产生的加工屑。重复以下的(a)至(e)循环(与图7的(a)至(e)的循环相对应)，对被加工件2用放电进行除去加工。即，是(a)形成放电产生的电弧柱3、(b)放电的热能产生为局部熔融及加工液4气化、(c)产生加工液4的气化爆发力、(d)熔融部(加工屑5)的飞散、(e)由加工液进行的冷却、凝固、极间绝缘的恢复。
该发明，是涉及放电加工中用于穿孔加工、切断加工等的线切割加工。对线切割加工，尤其对其高精度化的要求越来越强，比如，在半导体等领域使用的高精度模具的加工，被要求1～2μm程度的高加工精度。
图8是表示线切割加工的加工过程的说明图，图中，1a表示线电极、2是被加工件，4a是诸如水的加工液，6是初始孔，图8的(a)是粗加工的第1次切割、图8(b)是粗加工后的中等精加工的第2次切割、图8(c)是最后精加工的第3次切割的状态。
图8(a)的第1次切割的加工例子，表示将线电极1a穿过初孔6内、对被加工件2进行穿孔加工。在如此第1次切割的场合，因为是在后加工中对面粗糙度及精度进行精加工的，故不需要太严格的面粗糙度及精度，为了提高生产性，尤其重要的是要提高加工速度。在线切割加工中，为了提高加工速度、有效地排出线电极1a与被加工件2的极间的加工屑，采取向所述极间喷射加工液4a的技术。另外，为了消除加工液4a对所述极间的喷射的不均，防止线电极1a的断线，采用在未图示的加工槽内储存加工液4a，并将被加工件2浸在液内的方法。如此，使用向线电极1a与被加工件2的极间供给加工液的加工液供给方法。
所述传统的线切割加工中，第1次切割(图8的(a))后的第2次切割(图8的(b))及第3次切割(图8的(c))等的加工也同样在加工液4a中进行。
一旦向线电极1a与被加工件2的极间施加电压，则正极与负极互相作用吸引力，由该静电力使刚性小的线电极1a拉向被加工件2侧。这是造成线电极1a震动的原因，且存在着因该震动引起难以进行高精度加工的问题。
另外，在因放电能量产生加工液的气化爆发力的状态(比如图7的(c))中，加工液的气化爆发力对线电极1a施加很大的与被加工件2相反方向的力，从而发生振动。该振动使被加工件2的形状产生凹凸，故精度下降。
而且，在作为线切割加工利用领域的半导体业等中，比如，在IC引线框的模具等加工中，对形状精度为1μm、面粗糙度为1μm Rmax以下这样的被加工件，越来越需要极高的精度和非常光滑的面粗糙度，尤其在这样的用途中，所述线电极的振动等引起的问题十分显著。
作为解决如此液中线切割加工的问题点的策略，揭示有线电极与被加工件的极间不借助加工液、而在大气中进行线切割加工、气体线切割加工的技术(东京农工大学安达他，“气体放电加工对第2次切割的高精度化”，模具技术、第14卷、第7刊、1999年、154页、日刊工业新闻社)。该技术中，揭示了通过在大气中的线切割加工可提高被加工件切断面的直线精度，与通常的加工液中进行的线切割加工相比，从高精度化的方面来讲意义重大，但在进行这样的气体放电加工的场合，或在进行雾气线切割加工的场合中，因无法利用加工液的冷却效果(比如图7的(e))，故无法充分进行线电极与被加工件的极间的冷却，在放电发热使被加工件产生热应变的状态下继续进行加工，故存在着无法满足对所述被加工件要求极高精度和非常光滑的面粗糙度的问题。
发明内容
本发明是为了解决所述问题而开展的，其目的在于供给一种适合线切割加工的高精度化及高品位化的线切割加工方法及装置。
在使线电极与被加工件的极间发生放电、对所述被加工件进行加工的线切割加工方法中，在雾气或气体的加工工序中，本发明的线切割加工方法，是边对所述被加工件进行冷却边进行加工的。
另外，在使线电极与被加工件的极间发生放电、对所述被加工件进行加工的线切割加工方法中，将加工液中的加工、雾气加工及气体加工的3种工序中至少2种加工组合进行加工，在雾气或气体加工工序中，本发明的线切割加工方法，是边对所述被加工件进行冷却边进行加工的。
本发明的线切割加工装置，通过加工电力供给装置向线电极与被加工件的极间供给放电能量，通过定位装置使所述线电极及被加工件进行相对移动，利用雾气或气体对所述被加工件进行加工的线切割加工装置中，具有供给冷却所述被加工件的冷却用流体的冷却用流体供给装置。
另外，本发明的线切割加工装置，通过加工电力供给装置向线电极与被加工件的极间供给放电能量，通过定位装置使所述线电极及被加工件进行相对移动，在对所述被加工件进行加工的线切割加工装置中，具有：加工用流体供给装置，其对朝所述极间供给加工液的加工液供给装置、朝所述极间供给雾气的雾气供给装置、以及朝所述极间供给气体的气体供给装置中的至少2个供给加工用流体；供给冷却所述被加工件的冷却用流体的冷却用流体供给装置。
另外，本发明的线切割加工装置，通过加工电力供给装置向线电极与被加工件的极间供给放电能量，通过定位装置使所述线电极及被加工件进行相对移动，在对所述被加工件进行加工的线切割加工装置中，具有：加工用流体供给装置，其对朝所述极间供给加工液的加工液供给装置、朝所述极间供给雾气的雾气供给装置、以及朝所述极间供给气体的气体供给装置中的至少2个供给加工用流体；供给冷却所述被加工件的冷却用流体的冷却用流体供给装置；控制装置，其根据对生产性及被加工件的要求精度等，对由所述加工液供给装置向所述极间供给所述加工液、由所述雾气供给装置向所述极间供给所述雾气及由所述气体供给装置向所述极间供给所述气体的切换、以及由所述雾气供给装置向所述极间供给所述雾气时或由所述气体供给装置向所述极间供给所述气体时由所述冷却用流体供给装置向所述被加工件供给所述冷却用流体进行控制。
另外，本发明的线切割加工装置，所述加工用流体供给装置沿所述线电极向所述极间供给所述加工用流体，所述冷却用流体供给装置从所述加工用流体的外侧向所述被加工件喷出所述冷却用流体。
另外，本发明的线切割加工装置，具有将所述加工用流体供给装置及所述冷却用流体供给装置组合形成一体的流体供给装置。
另外，本发明的线切割加工装置，所述加工液供给装置是用泵将加工液罐内的加工液向所述极间进行供给的，所述气体供给装置是用空压机将空气等气体加压后向所述极间进行供给的，所述雾气供给装置是将由所述加工液供给装置供给的加工液与由所述气体供给装置供给的气体混合后生成雾气而向所述极间进行供给的。
另外，本发明的线切割加工装置，所述冷却用流体供给装置是用泵对所述加工液罐内的加工液加压后而向所述极间进行供给的。
另外，本发明的线切割加工装置，具有对所述空压机加压的气体进行冷却的冷却装置。
另外，本发明的线切割加工装置，所述冷却装置是利用配设在所述加工液罐内的热交换器构成的。
本发明的线切割加工方法及装置由于如上构成，故在气体或雾气的线切割加工中，可有效地对被加工件进行冷却，抑制被加工件的热应变，故可获得适合高精度化及高品位化的线切割加工的效果。另外，针对生产性及对被加工件的精度要求等，通过对加工液中的加工、雾气加工及气体加工进行组合，就能获得与要求和规格适当对应的效果。
附图的简单说明
图1是表示本发明的第1实施例的线切割加工方法的说明图。
图2是表示本发明的第1实施例的线切割加工装置的结构图。
图3是表示本发明的第1实施例的线切割加工装置的流体供给装置的结构说明图。
图4是表示本发明的第1实施例的线切割加工装置向流体供给装置供给流体的方法说明图。
图5是表示本发明的第2实施例的线切割加工装置向流体供给装置供给流体的方法说明图。
图6是表示本发明的第3实施例的线切割加工装置向流体供给装置供给流体的方法说明图。
图7是表示放电加工机理的说明图。
图8是表示线切割加工的加工过程例子的说明图。
具体实施例
实施例1
图1是表示本发明的第1实施例的线切割加工方法的说明图，图中，1a是线电极、2是被加工件、4a是诸如水的加工液、6是初始孔、7是水等的雾气、8是空气等气体，图1的(a)是粗加工的第1次切割、图1(b)是粗加工后的中等精加工的第2次切割、图1(c)是最后精加工的第3次切割的状态。第1次切割、第2次切割、第3次切割只是为了方便，并不表示线切割加工经3次加工而结束。对被加工件精度要求低的加工，具有仅第1次切割或第1次切割和第2次切割就可结束的场合，对被加工件精度要求高的加工，也有进行第7次切割、第8次切割加工的场合。
下面对加工方法作简要的说明。图1(a)的第1次切割，是将线电极1a穿过初始孔6内，对被加工件2进行穿孔加工。第1次切割中，因为是在后加工中对面粗糙度及精度进行精加工，故不需要太严格的面粗糙度及精度，为了提高生产性，尤其重要的是要提高加工速度，与背景技术中的图8相同，通过向线电极1a与被加工件2的极间供给加工液的加工液供给装置，使所述极间浸在加工液4a中进行加工。作为该加工液供给装置，可采用在加工槽内储存加工液4a并将被加工件2浸在液内的方法、及将加工液4a喷出到所述极间的装置中的一种。
在通常的线切割加工中，第1次切割后，继续由加工液供给装置向所述极间供给加工液，但存在着如背景技术中所示的线电极振动等的问题，不适合高精度加工。
本发明用来，在精加工中所述极间不借助加工液进行加工，可改善被加工件的精度及面粗糙度。
图1(b)的中等精度加工的第2次切割中，为了抑制线电极1a的振动、改善加工形状精度，不是在加工液4a中加工，而是在雾气7中进行加工。雾气7中的加工速度与加工液4a中的加工相比并不逊色，通过静电力抑制线电极1a的振动，从而提高加工精度。雾气7中的加工，可通过例如未图示的雾气供给装置向线电极1a与被加工件2的极间喷射雾气来进行。
另外，图1的(c)的最终精加工的第3次切割的场合，通过使用气体8中的放电，可进一步抑制线电极1a的振动。气体8中的加工，可通过大气中或未图示的气体供给装置向线电极1a与被加工件2的极间喷出规定成分的气体来进行。
利用所述在雾气7中及在气体8中的放电加工能得到高的精度的理由如下。对线电极1a与被加工件2的极间外加电压时，由于对所述极间作用的静电力与所述极间的电容率成正比，故以相同极间距离进行计算的话，与所述极间的介质为加工液4a的场合相比，所述极间的介质为雾气7或气体8时，所述静电力是前者的几十分之一(比如，电容率在真空中最小，水中是真空中的约80倍)。另外，由于放电带来的气化爆发力是所述极间的液体所产生，故在所述极间仅存在雾气7或气体8的场合，线电极1a不受气化爆发力的影响。
因此，利用雾气7或气体8中的放电，能进行高精度的线切割加工，根据生产性及对被加工件的精度要求等，通过对加工液中的加工、雾气中的加工及气体中的加工进行组合，就可确切地满足要求规格。
图2是表示本发明的第1实施例的线切割加工装置的结构图。图中，1a是线电极、2是被加工件、4a是诸如水的加工液、7是雾气、8是气体、9是固定被加工件2的平台、11是金属丝卷筒、12是流体供给装置、13是主动辊、14是压紧轮、15是对被加工件2朝水平方向(X方向)驱动的X工作台、16是对被加工件2朝水平方向(Y方向)进行驱动的Y工作台、17是对驱动X工作台15的未图示的驱动电机进行控制的X轴伺服信号放大器、18是对驱动Y工作台16的未图示的驱动电机进行控制的Y轴伺服信号放大器、19是控制装置。由主动辊13及压紧轮14夹住并牵引线电极1a，边输送线电极1a，边通过未图示的加工电力供给装置向线电极1a与被加工件2的极间供给加工电力，借助定位装置的X工作台及Y工作台等，使线电极1a及被加工件相对移动而对被加工件2进行加工。
图3是表示本发明的第1实施例的线切割加工装置的流体供给装置12的结构的说明图，图3(a)是纵剖视图、图3(b)是图3(a)的A-A剖视图。图3中，1a是线电极、2是被加工件、4a是诸如水的加工液、7是雾气、8是气体、12是流体供给装置、12a是设置在流体供给装置12中的在线电极1a穿过的孔的外侧同心圆状形成的用于将冷却用流体即加工液4a向被加工件2喷出的槽、20及21是连接器。
图4是表示向流体供给装置供给流体的方法说明图，图中，4a是诸如水的加工液、22是加工液罐、23是将加压气体供给到线电极1a与被加工件2的极间的空压机、24是对加工液罐22内的加工液4a的温度进行控制的温度控制装置、25至27是阀、28是供给由温度控制装置24进行温度控制后的加工液4a的泵。向线电极1a与被加工件2的极间供给气体8或雾气7，在进行气体或雾气的线切割加工的场合，通过将加工液4a从连接器21供给流体供给装置12内，从流体供给装置12的槽12a，将冷却用流体的加工液4a向所述极间的附近以与线电极1a同心圆状地喷出。该冷却用流体的喷出，并不局限于与线电极1a的同心圆状，作为加工用流体也可从供给到所述极间的气体8或雾气7的外侧喷出。
在这样的气体或雾气中进行线切割加工的场合，若由空压机23将气体8或雾气7加压至高压后供给到所述极间，则加工液4a不会进入所述极间，可向所述极间的边上供给冷却加工液对被加工件进行冷却，能有效地减少加工热量引起的被加工件的热应变。
以下对实际加工时的动作进行说明。在向线电极1a与被加工件2的极间供给加工液4a进行加工的场合，关闭阀25，打开阀26，关闭阀27，向连接器20内输送加工用流体的加工液4a。另外，在向所述极间供给气体8进行加工的场合，打开阀25，关闭阀26，打开阀27，向连接器20输送加工用流体的加压气体8，向连接器21输送冷却用流体的加工液4a。而且，在向所述极间供给雾气7进行加工的场合，将阀25、26、27全部打开，由来自空压机23的加压气体8与加工液4a生成加工用流体的雾气7并向连接器20输送，向连接器21输送冷却用流体的加工液4a。所述的阀25至27的开闭的切换由控制装置19进行。
如上所述，流体供给装置12具有作为加工液供给装置、雾气供给装置、气体供给装置的功能(加工用流体供给装置)及作为对被加工件进行冷却的冷却用流体供给装置的功能。
利用以上的结构，根据所需的加工速度、加工精度等，有选择地向线电极1a与被加工件2的极间供给加工液4a、雾气7或气体8，同时，在气中或雾气中的线切割加工中，可有效地对被加工件2进行冷却。因此，通过对被加工件的热应变的抑制，能应对更高精度和非常光滑的面粗糙度的要求。
所述实施例中，对流体供给装置12具有作为加工用流体供给装置的功能及作为冷却用流体供给装置的功能的场合进行了说明，但也可将加工用流体供给装置及冷却用流体供给装置分开而分别设置。
实施例2
图5是表示本发明的第2实施例的线切割加工装置向流体供给装置12供给流体的方法的说明图，线切割加工装置的结构与第1实施例的图2相同，线切割加工装置的流体供给装置12的结构与第1实施例的图3相同。图5中，与第1实施例的图4相同的符号表示相同或相当的部分，29是冷却器。另外，阀25至27的开闭的切换等动作与第1实施例相同。
图5中，通过在空压机23与阀25之间配置冷却器29，在向线电极与被加工件的极间供给气体进行放电加工的场合，由冷却器冷却的气体向所述极间供给。另外，在向所述极间供给雾气进行加工的场合，利用由冷却器冷却的加压气体而生成雾气。因此，与传统的使用未被温度控制的气体的场合相比，将气体或雾气向所述极间喷射进行加工的场合中，可提高被加工件加工部的冷却效率。
第3实施例
图6是表示本发明的第3实施例的线切割加工装置向流体供给装置12供给流体的方法的说明图，线切割加工装置的结构与第1及第2实施例相同，图6中，与第1实施例的图4及第2实施例的图5相同的符号表示相同或相当的部分，30是热交换器。
图6，在在第1实施例的图4的空压机23与阀25之间增加热交换器30，将该热交换器30设置在加工液罐22内。加工液罐22内的加工液4a由温度控制装置24控制在室温或室温以下，故由空压机23加压后的空气8，被加工槽22内的经温度控制后的加工液4a冷却。因此，与第2实施例相同，能提高被加工件加工部的冷却效果。而且，用更简单的结构实现了第2实施例的图5的冷却器29的功能，故还具有降低成本的效果。
产业上利用的可能性
如上所述，本发明的线切割加工方法及装置，尤其适用于高精度和高品位的放电加工作业。

Claims (11)

1.一种线切割加工方法，使线电极与被加工件的极间发生放电以对所述被加工件进行加工，其特征在于，
在雾气或气体的加工工序中，边对所述被加工件进行冷却边进行加工。
2.一种线切割加工方法，使线电极与被加工件的极间发生放电以对所述被加工件进行加工，其特征在于，
使加工液中的加工、雾气加工及气体加工的3种工序中的至少2种加工组合进行加工，在雾气或气体的加工工序中，边对所述被加工件进行冷却边进行加工。
3.一种线切割加工装置，通过加工电力供给装置向线电极与被加工件的极间供给放电能量，通过定位装置使所述线电极及被加工件相对移动，利用雾气或气体对所述被加工件进行加工，其特征在于，
具有供给冷却所述被加工件的冷却用流体的冷却用流体供给装置。
4.一种线切割加工装置，通过加工电力供给装置向线电极与被加工件的极间供给放电能量，通过定位装置使所述线电极及被加工件相对移动，利用雾气或气体对所述被加工件进行加工，其特征在于，具有：
对向所述极间供给加工液的加工液供给装置、向所述极间供给雾气的雾气供给装置、向所述极间供给气体的气体供给装置中的至少2个供给加工用流体的加工用流体供给装置；
供给冷却所述被加工件的冷却用流体的冷却用流体供给装置。
5.一种线切割加工装置，通过加工电力供给装置向线电极与被加工件的极间供给放电能量，通过定位装置使所述线电极及被加工件相对移动，利用雾气或气体对所述被加工件进行加工，其特征在于，具有：
对向所述极间供给加工液的加工液供给装置、向所述极间供给雾气的雾气供给装置、向所述极间供给气体的气体供给装置中的至少2个供给加工用流体的加工用流体供给装置；
供给冷却所述被加工件的冷却用流体的冷却用流体供给装置；
控制装置，其根据对生产性及被加工件的要求精度等，对由所述加工液供给装置向所述极间供给所述加工液、由所述雾气供给装置向所述极间供给所述雾气及由所述气体供给装置向所述极间供给所述气体的切换、和由所述雾气供给装置向所述极间供给所述雾气时或由所述气体供给装置向所述极间供给所述气体时由所述冷却用流体供给装置向所述被加工件供给所述冷却用流体进行控制。
6.根据权利要求4或5所述的线切割加工装置，其特征在于，所述加工用流体供给装置沿所述线电极向所述极间供给所述加工用流体，所述冷却用流体供给装置从所述加工用流体的外侧向所述被加工件喷出所述冷却用流体。
7.根据权利要求6所述的线切割加工装置，其特征在于，具有将所述加工用流体供给装置及所述冷却用流体供给装置组合形成一体的流体供给装置。
8.根据权利要求4或5所述的线切割加工装置，其特征在于，所述加工液供给装置是用泵将加工液罐内的加工液向所述极间进行供给的，所述气体供给装置是用空压机将空气等气体加压后向所述极间进行供给的，所述雾气供给装置是将由所述加工液供给装置供给的加工液与由所述气体供给装置供给的气体混合后生成雾气而向所述极间进行供给的。
9.根据权利要求8所述的线切割加工装置，其特征在于，所述冷却用流体供给装置是用泵对所述加工液罐内的加工液加压后向所述极间进行供给的。
10.根据权利要求8所述的线切割加工装置，其特征在于，具有对由所述空压机加压后的气体进行冷却的冷却装置。
11.根据权利要求10所述的线切割加工装置，其特征在于，所述冷却装置是用配设在所述加工液罐内的热交换器构成。
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