JP2005335027A - 放電加工機、及び加工液冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 放電加工機において、吐出ポンプで吐出される加工液の温度変化を管理し、加工精度を向上させること。また、加工液冷却装置において、吐出する加工液の温度を吐出ポンプの駆動状態にかかわらず一定とすること。
【解決手段】 放電加工機１は、加工液温度管理によって温度管理された清水槽にある加工液を吐出ポンプ６で汲み上げ、加工領域５へ配管を通して送り出す放電加工機であり、吐出ポンプから吐出された加工液を冷却する加工液冷却装置２を備える。加工液冷却装置２は、吐出ポンプ６から加工領域５に加工液を供給する配管の一部を清水槽１２に通し、配管内の加工液と清水槽内の清水との間で熱交換を行うことによって、吐出ポンプから加えられた熱を清水側に放熱させ、配管内の加工液の温度を低下させる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、放電加工領域に加工液を供給する放電加工機に関し、特に、加工液を冷却する加工液冷却装置、及び加工液冷却装置を備える放電加工機に関する。

ワイヤカット放電加工機において、ワークとワイヤ電極との間に火花放電を生じさせることによってワークの加工を行う。このとき、ワーク及びワイヤ電極にポンプによって加工液を供給して、加工屑を除去すると共に放電加工領域を冷却して温度の上昇を防いでいる。

加工が高速になるほど、加工領域に供給する加工液の供給圧力を高めることで、すばやく加工済みの加工屑（スラッジ）を加工領域から排除し、さらに、放電加工により温度が上昇したワイヤを冷却する効果を上げることができる。通常、加工液の供給圧力は例えば最高で１．５ＭＰａ程度が用いられている。

また、ワイヤカット放電加工機では、加工精度を高めるために、加工領域にとどまらず、ワーク（被加工物）を固定しているワークテーブル、加工を水中で行うための加工槽、さらには機械全体の温度を出来るだけ同一で一定にすることが望まれている。

放電加工機では、放電加工中に放電によって発熱し、また、ポンプの駆動によって発熱する。これら放電やポンプで発生した熱は加工液に吸収され、加工液の温度を上昇させる。従来、この温度が上昇した加工液を冷却するために、加工液を一旦加工液処理装置のタンク部に集め、そこから加工液処理装置の一部である冷却機に送り、そこで一定温度に冷却した後、加工液処理装置のタンク部に戻している（特許文献１参照）。

図１１は、放電加工機に用いられる従来の加工液処理装置の概略構成を説明するための図である。図１１において、放電加工機はワイヤ電極とワークとの間に放電を発生させることによりワークを放電加工する。放電加工で生じる加工屑の除去や、放電加工で発生する熱により温度上昇を抑制するために、加工領域５に加工液を供給する。加工液は、清水槽１２から吐出ポンプ６により加工領域５に吐出され、加工槽１１を経由して汚水槽１３に回収される。回収された加工液は、汚水槽１３からフィルタポンプでフィルタに送られ、加工屑を濾過した後、清水槽１２に戻された後、ポンプ７により加工液温度管理装置３に送られ、放電加工によって上昇した温度が下げられる。

実用新案登録第２５６２１９７号公報

放電加工機において、さらに高速加工を行うには、より高圧の圧力（例えば、２．０ＭＰａ以上の圧力）で加工液を吐出させる必要がある。加工液の供給圧力を高めるには、より高い出力の吐出ポンプを用いる必要がある。高出力の吐出ポンプは、消費するエネルギーが増えるため放熱量も増加する。そのため、吐出ポンプを通過して吐出される加工液もより多くの熱を吸収することになり、吐出ポンプから吐出される加工液の温度上昇も大きくなる。

加工液吐出ポンプから吐出された加工液は加工領域に直接供給されるため、加工液は加工液処理装置から汲み上げられた時点では温度管理されているものの、加工液吐出ポンプを通過することによって温度が上昇され、温度上昇した状態で加工領域に供給されることになる。このため、加工領域では、周りの加工液の温度よりも高い温度になって温度勾配が発生し、精度劣化の要因となる。

さらに、図１２に示すように、加工液が加工液吐出ポンプから供給されるルート上の機構も暖められることになる。特に、ワイヤを保持すると共に被加工物（ワーク）に対し相対的な位置を保持し精度を維持する、上及び下ワイヤガイド部やそれを支える上部アーム、および下部アームの構成において、加工液はこれらの機構内を通る構造であるため、これらの機構は加工液の温度上昇の影響が大きい。これら機構部が変位すると、加工するワイヤ電極とワークとの相対位置が変化するため、精度劣化に繋がることになる。

ここで、常に同じポンプの圧力で加工する場合には、安定した温度状態とすることも可能であるが、ワークの加工内容は通常高圧を必要とする荒加工から微弱圧力の仕上げ加工まで一連の加工工程で行なわれるため、例えば、上下ガイド部、アーム部では、荒加工時の温度と仕上げ加工時の温度とに温度差が発生し、この温度差によって位置誤差が生じることになる。

つまり、高速加工の場合には、加工液吐出ポンプが高速運転を行うため、加工液吐出ポンプ内を通過する加工液はポンプ駆動によって加熱されることになる。このとき、荒加工時には、加工液吐出ポンプは高速運転を行うため、加工液の水温は上昇し、加工液が通過する部分の機構部の温度を上昇させ、熱変動を引き起こす。

すなわち、機構部の先端には、加工を行うワイヤ電極を支えるワイヤガイド部が取り付けられているが、この先端位置は温度上昇による熱変動によって加工中のワーク（被加工物）に対して位置ずれすることになる。

一方、仕上げ加工では、加工液吐出ポンプは低速運転に変わるため、水温上昇は少なくなり、荒加工時に温度上昇した機構部の温度は低下し、ワイヤ電極を支えるワイヤガイド部は元の位置に戻ることになる。

したがって、仕上げ加工時には、荒加工時にワイヤ電極が加工した軌跡とはずれた箇所を加工することとなり、荒加工時の軌跡と仕上げ加工時の軌跡にずれが生じ、加工精度の不良を招くことになる。

前述したように、従来から加工液は温度管理が行われているが、この温度管理は加工液吐出ポンプの吸引側の清水槽内において行われるものであり、加工液吐出ポンプの吐出側においては吐出された加工液の温度管理は行われておらず、加工液吐出ポンプによる加工液の温度変化については何ら考慮されていない。

そこで、本発明は、従来の課題を解決し、放電加工機において、吐出ポンプで吐出される加工液の温度変化を管理し、加工精度を向上させることを目的とする。また、加工液冷却装置において、吐出する加工液の温度を吐出ポンプの駆動状態にかかわらず一定とすることを目的とする。

本発明は、加工液の吐出ポンプの吐出側に加工液を冷却する装置を設け、吐出ポンプから吐出される加工液の温度上昇を抑え、加工領域を一定温度に維持し、これによって加工精度を向上させる。

本発明の放電加工機は、加工液温度管理によって温度管理された清水槽にある加工液を吐出ポンプで汲み上げ、加工領域へ配管を通して送り出す放電加工機であり、吐出ポンプから吐出された加工液を冷却する加工液冷却装置を備える構成とする。加工液冷却装置は、吐出ポンプと加工領域との間において、配管内を流れる加工液との間で熱交換を行って加工液を冷却する。

本発明が備える上記加工液冷却装置は、吐出ポンプから加工領域に加工液を供給する配管の一部を清水槽に通し、配管内の加工液と清水槽内の清水との間で熱交換を行うことによって、吐出ポンプから加えられた熱を清水側に放熱させ、配管内の加工液の温度を低下させる。

上記加工液冷却装置は、一切の動力を使わない単純な熱交換パイプ構造とすることができる。この熱交換パイプは、吐出ポンプからの配管にフィンを多数取り付けた形状とすることができ、温度管理された加工液の清水槽タンクの中に設置される。吐出ポンプから吐出された加工液はこの熱交換パイプに流れ込み、吐出ポンプから出た暖かい加工液はこの熱交換パイプの中を通ることで、温度管理された清水槽内の水で清水槽の温度にほぼ等しい温度に冷却される。冷却された加工液は、加工部位の上ガイド部および下ガイドに供給され、加工屑を除去すると共に加工領域を所定温度に維持する。

また、本発明の放電加工機は、清水槽にある加工液を温度管理する加工液温度管理装置を備えており、この加工液温度管理装置に上記加工液冷却装置の機能を兼用して持たせる構成とすることができる。この構成とすることによって、加工液温度管理装置により清水槽中の清水の温度管理を行うと共に、吐出ポンプから吐出され加工液を冷却することができる。

本発明の放電加工機によれば、上記構成とすることにおり、高速高精度加工において、荒加工時と仕上げ加工時とで吐出ポンプの運転状態が変化し、加工液に加わる熱量が変動したとしても、加工領域に供給される加工液の温度は常に同じとすることができるため、荒加工時の加工軌跡と仕上げ加工時の加工軌跡は一致し、安定した高精度加工を行うことができるという効果を奏することができる。

本発明によれば、放電加工機において、吐出ポンプで吐出される加工液の温度変化を管理し、加工精度を向上させることができる。
また、加工液冷却装置において、吐出する加工液の温度を吐出ポンプの駆動状態にかかわらず一定とすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。
図１〜図４は放電加工機の概略構成を説明するための図であり、図１は機械的構造を説明するための図を示し、図２はワイヤ電極の走行系を説明するための図を示し、図３は放電加工電流の流れを説明するための図を示し、図４は加工液の流れを説明するための図を示している。

図１において、放電加工機１は、被加工物であるワーク５０の位置を制御するテーブル４と、ワイヤ電極を支持すると共に上ガイド部の位置を制御するコラム１０を備える。テーブル４はベッド８上においてＸ，Ｙ方向に移動可動であり、ｘ方向の移動を行うためのモータ及びボールネジからなる駆動機構４ｘと、ｙ方向の移動を行うためのモータ及びボールネジからなる駆動機構４ｙを備える。また、コラム１０は、２つの水平方向の移動を行うための駆動機構９ｕ，９ｖと、垂直方向の移動を行うための駆動機構９ｚを含む駆動機構９を備える。テーブル４及び駆動機構９は、ＣＮＣ１８からの制御信号により制御されるサーボアンプ１９からの駆動電流によって駆動される。

図２において、ワイヤ電極の走行系は、供給部と加工領域と回収部とを含み、供給部から送り出されたワイヤ電極は加工領域においてワークを加工し、加工後は回収部に回収される。

供給部は、ワイヤ電極３０を送り出す送り出しモータ３１と、送り出したワイヤ電極３０に所定の張力を加えるためのブレーキ３３及びブレーキシュー３４を備える。加工領域では、ワークを挟む位置に上ガイド３５と下ガイド３６が設けられ、ワイヤ電極３０は上ガイド３５及び下ガイド３６を通過した後、下ガイドローラ３７によって回収部に送られる。

回収部は、下ガイドローラ３７からのワイヤ電極３０を引き込むためのフィードローラ３９と、フィードローラ３９を駆動するためのフィードモータ４０を備える。フィードローラ３９にはピンチローラ３８が併設され、両ローラ間にワイヤ電極３０を挟むことによって、加工済みのワイヤ電極３０をワイヤ回収箱４１内に回収すると共に、ワイヤ電極３０に張力を加える。

図３において、放電加工電流は、供給電源装置４８から放電ケーブル４４，４５により、電極ピン（給電子）４２，４３に供給され、放電により放電加工した後、ワーク５０を経た後、アースケーブル４６，４７により供給電源装置４８に戻される。

電極ピン４２は上ガイド３５の上流側においてワイヤ電極３０と接触し、電極ピン４３は下ガイド３６の下流側においてワイヤ電極３０と接触し、これによりワイヤ電極３０に放電加工電流が供給される。ワイヤ電極３０に供給された放電加工電流は、ワーク５０との隙間で放電を発生させ、ワーク５０を加工する。放電加工電流は、ワーク５０からアースケーブル４６，４７を介して供給電源装置４８に戻る。

放電加工電流の供給経路は２系統あり、一系統は放電ケーブル４４，電極ピン４２，ワイヤ電極３０，ワーク５０，アースケーブル４６を通る系統であり、他の系統は放電ケーブル４５，電極ピン４３，ワイヤ電極３０，ワーク５０，アースケーブル４７を通る系統である。

供給電源装置４８は、荒加工や仕上げ加工等の加工工程に応じた特性の放電加工電流をワイヤ電極３０に供給する。供給電源装置４８は、この放電加工電流の供給を制御するＭＰＧ（メインパルスジェネレータ）やＳＰＧ（サブパルスジェネレータ）を備え、ＣＮＣに設定されたプログラムや加工条件に応じた放電加工電流の供給を行う。

図４において、放電加工機は、加工槽１１，清水槽１２，汚水槽１３の各槽を備え、これらの槽間で加工液をポンプＰ１〜Ｐ４によって循環させ、加工領域への加工液の供給、加工液の回収、回収した加工液の浄化，比抵抗管理、及び温度管理等を行う。

清水槽１２に溜められる加工液は、加工液吐出用ポンプＰ１によって汲み出されて加工領域に吐出される。加工領域に吐出された加工液は、加工により生じた加工屑を加工部分から除去したり、放電加工により温度上昇した加工領域を冷却する。

加工領域に吐出された後の加工液は加工槽１１に溜められる。加工槽１１に溜められる加工液は、加工部分で生じた加工屑を含むと共に、放電加工で発生した熱を吸収して温度が上昇している。

加工槽１１の加工液は汚水槽１３へ溢れて回収される。汚水槽１３の加工液は、フィルタ用ポンプＰ２によってフィルタ１４に送られて浄化され、清水槽１２に戻される。

清水槽１２に溜められる加工液は、循環用ポンプＰ３によって加工液温度管理装置３に送られる。加工液温度管理装置３は、温度上昇した加工液を冷却して温度管理を行った後、清水槽１２に戻す。また、清水槽１２に溜められる加工液は、循環用ポンプＰ３によってイオン交換器１５に送られる。イオン交換器１５は、加工液の比抵抗を管理して所定の比抵抗となるよう制御した後、清水槽１２に戻す。これにより、清水槽１２中の加工液の温度及び比抵抗は所定値に管理される。水溜用ポンプＰ４は、加工開始時に、加工槽に予め所定量水をためる時に運転させられる。

本発明の放電加工機１は、前記図１〜図４で示した装置構成において、吐出ポンプから吐出された加工液を冷却することにより、吐出ポンプによる加工液の温度上昇を抑える。図５は本発明の放電加工機の概略構成を説明するための図であり、加工液の流路系を示している。

図５において、加工液は前記図１１で示したように、清水槽１２から吐出ポンプ６により加工領域５に吐出され、加工槽１１で回収される。回収された加工液は、加工槽１１から汚水槽１３に流れだし、フィルタ用ポンプＰ２により濾過された後に、清水槽１２に戻された後、ポンプ７により加工液温度管理装置３に送られる。加工液温度管理装置３は、放電加工で発生した発熱（発熱１）により上昇した加工液の温度を所定温度となるように管理する。

本発明の放電加工機１は、前記構成に加えて、清水槽１２から加工領域５に加工液を吐出する吐出ポンプ６との間に加工液冷却装置２を備える。この加工液冷却装置２は、吐出ポンプ６の発熱（発熱２）により温度上昇した加工液を所定温度に冷却する。これにより、吐出ポンプ６によって上昇した加工液の温度は所定温度に制御され、加工領域５には常に所定温度の加工液が供給されることになる。

図６は、加工液冷却装置の構成例を説明するための図である。図６において、図５に示した加工液冷却装置２は熱交換器２０により構成される。熱交換器２０は、吐出ポンプ６から吐出された加工液と清水槽１２内の加工液との間で熱交換を行う。この熱交換によって、吐出された加工液の温度は清水槽１２側の加工液の温度に温度制御される。清水槽１２側の加工液は加工液温度管理装置３によって温度管理されているため、吐出ポンプ６の発熱で上昇した加工液の温度は、熱交換によって所定温度に冷却される。
熱交換器２０は、動力やモータ等の熱源を持たないため、熱交換器２０を通過し加工領域に供給される加工液の温度は温度管理された所定温度のままとすることができる。

図７，８は熱交換器の一構成例を説明するための図である。熱交換器２０は、加工液を通すパイプ２１と、パイプ２１の外周部分に設けたフィン２２とを備える。パイプ２１及びフィン２２は、例えばステンレス等の熱伝導率の良好な素材を用いて形成することができる。パイプ２１の一端は吐出ポンプ６の吐出側に接続され、パイプ２１の他端は加工領域の例えば上下ガイド機構部等に向けて設置される。また、フィン２２はパイプ２１と共に清水槽１２の加工液内に漬けられる。
パイプ２１内を流れる加工液は、フィン２２を介して清水槽１２内の加工液との間で熱交換を行うことによって、吐出ポンプ６で上昇した温度は清水槽１２内の加工液の温度に冷却される。

図８（ａ），（ｂ）はパイプ及びフィンの異なる方向から見た断面を示している。フィン２２はパイプ２１の外周面に放射方向に形成され、清水槽１２内の加工液との間で広い接触面積が得られるように構成されている。なお、図８（ｂ）では、パイプ２１の径として３０ｍｍの例を示し、また、フィン２２の形状として１００〜２００ｍｍの矩形形状の例を示しているが、これらの寸法例や形状例は一例であり、他の寸法や形状としてもよい。

また、熱交換器２０は、清水槽１２の加工液に浸されないパイプ２１の内部に温度センサ２３，２４を設ける構成としてもよい。例えば、温度センサ２３は吐出ポンプ６とフィン２２との間に設けることによって、清水槽１２に流入する前の温度を検出することができ、温度センサ２４はフィン２２と加工領域との間に設けることによって、清水槽１２で熱交換され、加工領域に供給される直前の加工液の温度を検出することができる。
温度センサ２３，２４で検出したパイプ２１内の加工液の温度情報により、熱交換機の働きを確認することができる。

図９は熱交換器の他の構成例を説明するための図である。熱交換器２５は、内部に複数の貫通孔を備える筒体であり、一端には吐出ポンプ６からのパイプが接続され、他端には加工領域に向かうパイプが接続されている。熱交換器２５は清水槽１２の加工液内に浸され、内部に設けられた複数の貫通孔内は加工液で満たされる。吐出ポンプ６から吐出された加工液は、筒体の外周面及び貫通孔の壁面を介して清水槽１２内の加工液との間で熱交換を行って、温度上昇した加工液を冷却する。なお、前記図８，図９に示す熱交換器は一例であり、他の構成とすることもできる。

図１０は加工液冷却装置の他の構成例を説明するための図である。この構成例は、加工液冷却装置２を加工液温度管理装置３と兼用した構成とするものである。吐出ポンプ６により汲み出された加工液は、加工液温度管理装置３と兼用の加工液冷却装置２によって冷却される。この構成によれば、加工液を管理する装置を一つとすることができる。

放電加工機の機械的構造を説明するための図である。 放電加工機のワイヤ電極の走行系を説明するための図である。 放電加工機の放電加工電流の流れを説明するための図である。 放電加工機の加工液の流れを説明するための図である。 本発明の放電加工機の概略構成を説明するための図である。 加工液冷却装置の構成例を説明するための図である。 熱交換器の一構成例を説明するための図である。 熱交換器の一構成例を説明するための図である。 熱交換器の他の構成例を説明するための図である。 加工液冷却装置の他の構成例を説明するための図である。 放電加工機に用いられる従来の加工液処理装置の概略構成を説明するための図である。 加工液の温度上昇による機構部の変位を説明するための図である。

符号の説明

１ 放電加工機
２ 加工液冷却装置
３ 加工液温度管理装置
４ テーブル
４ｘ、４ｙ 駆動機構
５ 加工領域
６ 吐出ポンプ
７ ポンプ
８ ベッド
９ｕ，９ｖ，９ｚ 駆動機構
１０ コラム
１１ 加工槽
１２ 清水槽
１３ 汚水槽
１４ フィルタ
１５ イオン交換器
１８ ＣＮＣ
１９ サーボアンプ
２０，２５ 熱交換器
２１ パイプ
２２ フィン
２３，２４ 温度センサ
３０ ワイヤ電極
３１ 送り出しモータ
３２ ワイヤボビン
３３ ブレーキ
３４ ブレーキシュー
３５ 上ガイド
３６ 下ガイド
３７ 下ガイドローラ
３８ ピンチローラ
３９ フィードローラ
４０ フィードモータ
４１ ワイヤ回収箱
４２，４３ 電極ピン
４４，４５ 放電ケーブル
４６，４７ アースケーブル
４８ 供給電源装置
５０ ワーク
Ｐ１ 加工液吐出用ポンプ
Ｐ２ フィルタ用ポンプ
Ｐ３ 循環用ポンプ
Ｐ４ 水溜用ポンプ

Claims (7)

1. 加工液温度管理によって温度管理された清水槽にある加工液を吐出ポンプで汲み上げ、加工領域へ配管を通して送り出す放電加工機において、
   前記吐出ポンプから吐出された加工液を冷却する加工液冷却装置を備えることを特徴とする放電加工機。
2. 前記加工液冷却装置は、前記配管の一部を前記清水槽に通し、配管内の加工液と清水槽内の清水との間で熱交換を行うことを特徴とする請求項１に記載の放電加工機。
3. 前記清水槽内を通る配管はフィンを備えることを特徴とする請求項２に記載の放電加工機。
4. 前記加工液温度管理を行う加工液温度管理装置を備え、
   当該加工液温度管理装置は清水槽にある加工液を温度管理すると共に前記加工液冷却装置を兼用し、吐出ポンプから吐出され加工領域に送られる加工液を冷却することを特徴とする請求項１に記載の放電加工機。
5. 加工液温度管理によって温度管理された清水槽にある加工液を吐出ポンプで汲み上げ、加工領域へ配管を通して送り出す放電加工機の加工液を冷却する冷却装置であって、
   前記吐出ポンプと加工領域との間において、前記配管内を流れる加工液との間で熱交換を行って前記加工液を冷却することを特徴とする加工液冷却装置。
6. 前記加工液冷却装置は、前記配管の一部を前記清水槽に通し、配管内の加工液と清水槽内の清水との間で熱交換を行うことを特徴とする請求項５に記載の加工液冷却装置。
7. 前記清水槽内を通る配管はフィンを備えることを特徴とする請求項６に記載の加工液冷却装置。
   

Images