JP2008062328A

JP2008062328A - ウォータジェット加工とワイヤ放電加工を行うことができる複合加工装置

Info

Publication number: JP2008062328A
Application number: JP2006241603A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Yoshida; 伸一吉田
Original assignee: Sodick Co Ltd
Current assignee: Sodick Co Ltd
Priority date: 2006-09-06
Filing date: 2006-09-06
Publication date: 2008-03-21

Abstract

【課題】砥粒水ジェットによる荒加工中に砥粒がワークの切断面に付着し、仕上げ加工中にワイヤ電極とワーク間に発生する放電が不安定になってしまう。
【解決手段】ウォータジェット加工とワイヤ放電加工を行うことができる複合加工装置は、ワーク２０が配置される加工槽２６と、ワーク２０に向けて砥粒水ジェットを発生するジェットノズル１６と、噴流ノズル８６、８８が取り付けられた一対のガイド組立体３２、３４を備え、さらに、ジェットノズル１６よりも大きな径を有する洗浄ノズル１８を備えた。砥粒を含まない水が、清液槽５４から洗浄ノズル１８へ供給される。
【選択図】図３

Description

本発明は、ジェットノズルから高圧で噴射される砥粒水によってワークを切断するウォータジェット加工装置に関する。本発明は、特に、ジェットノズルに加えて、導電性ワークの切断面を放電によって仕上げるワイヤ電極を有する複合加工装置に関する。

砥粒を超高圧水に混入する混入管を備えたウォータジェット加工装置が知られている。このような装置は、アブレイシブ・ウォータジェット加工装置とも呼ばれる。ワークを切断する能力を高める砥粒として、通常、ガーネットが使用されるが、アルミナも知られている。砥粒水のジェットは、混入管に接続されたジェットノズルによって形成される。近年のウォータジェット加工装置は、グラファイト材を１００００ｍｍ^２／ｍｉｎの除去速度で、金型用のＳＫＤ１１（日本工業規格）鋼を１４００ｍｍ^２／ｍｉｎの除去速度で切断できる。

ワイヤ放電加工装置は、超硬合金のような難切削材を含む導電性ワークを極めて高い精度で切断できる。例えば、数μｍ以下の形状精度と数μｍＲｚ以下の面粗さが実現される。ワイヤ放電加工装置の除去速度は、φ０．３ｍｍの亜鉛鍍金された黄銅ワイヤ電極を使用した場合、２５０ｍｍ^２／ｍｉｎ〜５５０ｍｍ^２／ｍｉｎ程度である。

特許文献１は、高速なウォータジェット加工と高精度なワイヤ放電加工を実現できる複合加工装置を開示している。複合加工装置はウォータジェット加工によってワークを荒く切断しワイヤ放電加工によって切断面を要求精度に仕上げることを意図している。精度は、例えば、寸法精度、形状精度及び面粗さである。複合加工装置は、ジェットノズルに加えて、ワイヤ電極を垂直に案内する一対のガイド組立体を含んでいる。各ガイド組立体はワイヤ電極を支持するワイヤガイドを収容している。各ワイヤガイドはワイヤ電極が通る案内孔を有する。ワイヤ電極とワイヤガイド間のクリアランスは小さいもので３μｍ〜５μｍ、大きいものでせいぜい２０μｍである。ワイヤ電極は、数μｍ〜数十μｍの加工間隙をおいてワークの近くに位置決めされる。仕上げ加工中、走行するワイヤ電極とワーク間に電圧が印加され、加工間隙に発生する放電が微少量の材料をワークから除去する。

特開２００６−１１０６９７号公報

ウォータジェット加工に使用された砥粒がワークの切断面に付着しているままだと、ワイヤ放電加工時に放電が不安定となってしまう。その結果、ワイヤ放電加工の高精度が損なわれてしまう。本発明は、ウォータジェット加工中に切断面に付着した砥粒をワイヤ放電加工の前に除去することができる複合加工装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、ワークが配置される加工槽と、ワークに向けて砥粒水ジェットを発生するジェットノズルと、ワイヤ電極を支持するワイヤガイドを収容すると共に噴流ノズルが取り付けられた一対のガイド組立体を備えたウォータジェット加工とワイヤ放電加工を行うことができる複合加工装置は、ジェットノズルよりも大きな径を有する洗浄ノズルを備えたことを特徴とする。

好ましくは、複合加工装置は超高圧水と砥粒が供給される傾斜可能な混入管を備え、ジェットノズルは混入管に接続され洗浄ノズルはジェットノズルに平行に混入管に取り付けられる。さらに、好ましくは、清液槽中の加工液を、ジェットノズル、噴流ノズル及び洗浄ノズルに選択的に供給するための弁が設けられる。

本発明の複合加工装置は、ジェットノズルよりも径の大きな洗浄ノズルを設けたので、切断面に付着した砥粒が効果的に除去され、ワイヤ電極とワーク間に発生する放電が安定する。洗浄ノズルは一対のガイド組立体に取り付けられた噴流ノズルとは別に設けたので、切断面に付着した砥粒が、ガイド組立体中に収容されたワイヤガイドの案内孔に入り込むことがない。その結果、高精度な仕上げ加工が損なわれない。

以下に、図１、図２及び図３を参照して本発明の複合加工装置を詳細に説明する。図１に示す複合加工装置は、直交するＸ軸とＹ軸の方向に移動可能な２つのヘッド１０、３０を備えている。ジェットノズル１６が切断ヘッド１０に設けられている。上側ガイド組立体３２がガイドヘッド３０に設けられている。上側ガイド組立体３２は、ワイヤ電極（図示しない）を支持するワイヤガイドと、ワイヤ電極に電流パルスを供給する接触子を収容している。

一対のワークスタンド２４が加工槽２６中に直立している。金属又はグラファイトのワーク２０がワークスタンド２４の上面に固定されている。加工槽２６はキャッチャータンクとして機能するのに十分な深さを有する。ワーク２０を貫通した砥粒水ジェットのエネルギーは、水で満たされた加工槽２６によって吸収される。加工槽２６を保護するため、砥粒水ジェットのエネルギーを偏向させる多数のセラミック球が、加工槽２６の底に配置されている。参照符号２８は、複合加工装置を制御する数値制御装置を示している。

図２中に示されるように、混入管１４が切断ヘッド１０に垂直に設けられている。混入管１４はＸＹ平面に垂直なＺ軸の方向に移動できる。混入管１４は、Ｂ軸アクチュエータ１１及びＡ軸アクチュエータ１２によって、傾斜可能である。Ｂ軸アクチュエータ１１は切断ヘッド１０に固定され、Ａ軸アクチュエータ１２はＢ軸アクチュエータ１１に固定されている。Ｂ軸アクチュエータ１１とＡ軸アクチュエータ１２はモータを有する。Ｂ軸アクチュエータ１１のモータを回転させることによって、Ａ軸アクチュエータ１２は＋−１０°傾斜することができる。混入管１４はノズルマウント１３によってＡ軸アクチュエータ１２に取り付けられている。Ａ軸アクチュエータ１２のモータを回転させることによって、混入管１４は＋−１０°傾斜することができる。混入管１４は、砥粒用の導入管１５を備えている。１ｍｍの径を有するジェットノズル１６が混入管１４の下端に接続されている。ジェットノズル１６は混入管１４と一体に形成されていても良い。洗浄ノズル１８が、クランプ１７によって、混入管１４に取り付けられている。洗浄ノズル１８は、ジェットノズル１６に平行に配置され、２ｍｍ以上の径を有する。フレキシブル管１９が洗浄ノズルに接続されている。

図３中に示すように、上側ガイド組立体３２と同様な下側ガイド組立体３４が、適当なアームの先端に設けられている。下側ガイド組立体３４もまたＸＹ平面上を移動可能である。上側噴流ノズル８６が上側ガイド組立体３２の下端に、下側噴流ノズル８８が下側ガイド組立体３４の上端に取り付けられている。噴流ノズル８６、８８は、加工間隙に向けて加工液を噴射する。適当なボビンに巻かれたワイヤ電極は多数のローラを経由して上側ガイド組立体３２へ搬送されている。

図３に示す液供給システムは、図１中の数値制御装置２８によって制御される。ウォータジェット加工に用いられる加工液は、同じ粒径の砥粒が一定の割合で混合された水である。ワイヤ放電加工に用いられる加工液は、水を主成分とする脱イオン水である。貯留槽５０は、使用済の加工液を貯留する汚液槽５２と浄化された加工液を貯留する清液槽５４を有する。加工槽２６から排出された加工液は汚液槽５２に回収される。比重が大きい加工屑は、汚液槽５２の底に沈殿する。汚液槽５２中の加工液は、ポンプ５６によって、フィルタ５８を通って清液槽５４に送られる。フィルタ５８は加工屑及び砥粒を取り除き加工液を浄化する。清液槽５４は、小さいサイズの加工屑や砥粒も通さないフィルタ６０によって仕切られている。ポンプ６２、フィルタ６４及びイオン交換樹脂槽６６を有する循環管路が清液槽５４に設けられる。加工液の電気伝導度は、イオン交換樹脂槽６６によって、ワイヤ放電加工に必要な値、数〜数十μＳ／ｃｍに維持される。清液槽５４中の水は、電磁弁７８、高圧ポンプ６８及び増圧器７０を通って混入管１４へ供給される。高圧ポンプ６８及び増圧器７０は、２００ＭＰａ〜４５０ＭＰａの高圧水を発生できる。適量の砥粒がホッパ７２から混入管１４へ供給される。加工槽２６を水で満たすため、清液槽５４中の脱イオン水はポンプ８０によって電磁弁７６を経由して加工槽２６へ供給される。また、清液槽５４中の脱イオン水はポンプ８０によって電磁弁７７を経由して洗浄ノズル１８へ供給される。噴流ノズル８６及び８８の一方からの噴流を止めるため、電磁弁８２及び８４が設けられている。

次に、数値制御装置２８の制御下で行われる、本発明の複合加工装置の動作を詳細に説明する。加工前に、導電性のワーク２０は、ワークスタンド２４の上面に適当な締付治具によって固定される。加工槽２６は清液槽５４から電磁弁７６を経由して供給される水によって満たされる。この時、加工槽２６中の液面はワーク２０の下面より低い。ガイドヘッド３２はワーク２０から離隔した退避位置に移動させられる。切断ヘッド１０をＸＹ平面内で移動させることによって、ジェットノズル１６がワーク２０中の切断開始点の上に位置させられる。ジェットノズル１６は、その先端がワーク２０の上面から数十ｍｍ上方へ位置するようＺ軸方向に移動させられる。下側ガイド組立体３４は砥粒水ジェットを受けない位置に移動させられる。

最初に、ワーク２０は砥粒水ジェットによって荒加工される。３８０ＭＰａの超高圧水が、清液槽５４から電磁弁７８、高圧ポンプ６８及び増圧器７０を経由して混入管１４へ供給される。荒加工中、電磁弁７４、７６及び７７は閉じられている。砥粒、例えばガーネット粒がホッパ７２から混入管１４へ供給される。ジェットノズル１６はワーク２０へ向けた砥粒水のジェットを形成する。ジェットノズル１６はプログラム経路の上を設定速度でＸＹ平面内で移動させられる。プログラム経路の上に形成される切断溝の幅はおよそ１．５ｍｍである。ジェットノズル１６が加工開始点に戻ると、図２中に示されるように、要求寸法よりもわずかに小さい貫通孔２２がワーク２０中に形作られる。切断面の粗さは、ワーク２０の材質や加工条件によるが、２５〜３５μＲｚである。切り抜かれた不要な部分はワーク２０から落下する。

次に、洗浄ノズル１８が切断開始点に移動させられる。切断面を洗浄する際に加工槽２６中の汚れた水が跳ね返らないように、加工槽２６中の水が排出される。清浄な脱イオン水が清液槽５４から電磁弁７７とフレキシブル管１９を通って洗浄ノズル１８へ供給される。この時、電磁弁７４、７６及び７８は閉じられている。洗浄ノズル１８から噴射される液の圧力は、砥粒水ジェットよりかなり小さく、３ｋｇ／ｃｍ^２程度であれば良い。洗浄ノズル１８はジェットノズル１６と同じ輪郭をもつプログラム経路の上を、移動させられる。洗浄ノズル１８はジェットノズル１６よりも大きい２ｍｍ以上の径を有するので、貫通孔２２の切断面に付着した砥粒を十分に取り除くことができる。荒加工時にジェットノズル１６を傾けて使用した場合、洗浄ノズル１８も同じ角度で傾けて使用すれば良い。荒加工時にジェットノズル１６を垂直にして使用した場合でも、貫通孔２２の形状次第で、水流が切断面に交差するよう洗浄ノズル１８を傾けて使用しても良い。

最後に、貫通孔２２の切断面がワイヤ放電加工によって仕上げられる。脱イオン水が清液槽５４から電磁弁７６を通って加工槽２６へ供給される。加工槽２６は脱イオン水で満たされ、ワーク２０は水没する。切断ヘッド１０はワーク２０から離隔した退避位置に移動させられる。ガイドヘッド３０をＸＹ平面内で移動させることによって、上側ガイド組立体３２がワーク２０中の切断開始点の上に位置させられる。上側ガイド組立体３２は、噴流ノズル８６とワーク２０上面の隙間が０．４ｍｍ程度になるように、Ｚ軸方向に移動させられる。下側ガイド組立体３４は、ＸＹ平面内で移動させられ、ワーク２０に関して上側ガイド組立体３２と対向するように位置決めされる。ワイヤ電極は上側ガイド組立体３２と下側ガイド組立体３４間に張架され、適当な回収箱まで搬送される。加工液が清液槽５４から電磁弁７６を通って噴流ノズル８６、８８へ供給される。噴流ノズル８６、８８からワーク２０へ供給される脱イオン水の圧力は、１ｋｇｆ／ｃｍ^２程度である。仕上げ加工中、電磁弁７６、７７及び７８は閉じられている。加工間隙に放電を発生させるため、電源装置から電力パルスが走行するワイヤ電極とワーク２０間に供給される。ワイヤ電極は数μｍ〜数十μｍの加工間隙を維持しながらプログラム経路の上をＸＹ平面内で移動させられる。多くの場合、仕上げ加工はいくつかのステップに分けて行われる。後のステップほど、より小さな電力パルスが供給されワイヤ電極はより大きなプログラム経路の上を移動する。最後のステップで、切断面は要求される粗さへ仕上げられる。

本発明は、ウォータジェット加工およびワイヤ放電加工を行うことができる複合加工装置に利用できる。

本発明の複合加工装置を示す斜視図である。図１の切断ヘッドを示す斜視図である。図１の複合加工装置の液供給システムを示す回路図である。

符号の説明

１０切断ヘッド
１１Ａ軸アクチュエータ
１２Ｂ軸アクチュエータ
１３ノズルマウント
１４混入管
１５導入管
１６ジェットノズル
１７クランプ
１８洗浄ノズル
１９フレキシブル管
２０ワーク
２２貫通穴
２４ワークスタンド
２６加工槽
２８数値制御装置
３０ガイドヘッド
３２上側ガイド組立体
３４下側ガイド組立体
５０貯留槽
５２汚液槽
５４清液槽
５６、６２、８０ポンプ
５８、６０、６４フィルタ
６６イオン交換樹脂槽
６８増圧器
７０高圧ポンプ
７２ホッパ
７４、７６、７７、７８、８２、８４電磁弁
８６上側噴流ノズル
８８下側噴流ノズル

Claims

ワークが配置される加工槽と、前記ワークに向けて砥粒水ジェットを発生するジェットノズルと、ワイヤ電極を支持するワイヤガイドを収容すると共に噴流ノズルが取り付けられた一対のガイド組立体を備えたウォータジェット加工とワイヤ放電加工を行うことができる複合加工装置において、前記ジェットノズルよりも大きな径を有する洗浄ノズルを備えたことを特徴とする複合加工装置。
超高圧水と砥粒が供給される傾斜可能な混入管を備え、前記ジェットノズルは前記混入管に接続され前記洗浄ノズルは前記ジェットノズルに平行に前記混入管に取り付けられる請求項１に記載の複合加工装置。
清浄な水を貯留する清液槽と、前記清液槽中の水を前記ジェットノズル、前記噴流ノズル及び前記洗浄ノズルに選択的に供給するための弁が設けられる請求項１に記載の複合加工装置。