JP5155424B2 - ワイヤ電極切断機能を備えたワイヤカット放電加工機 - Google Patents

Description

本発明は、自動ワイヤ結線機能や断線修復機能を備えたワイヤカット放電加工機に関する。

ワイヤ放電加工における自動ワイヤ結線の際に行われるワイヤ切断動作は、ワークを加工する動作中、ワイヤ電極線の断線個所、ワイヤ電極の曲がり個所、あるいはワイヤ電極表面にキズがある個所を切断して除去することで、ワイヤ電極の結線に必要な綺麗なワイヤ電極表面をもつワイヤ電極の先端部を再生するために実行される。

ワイヤ電極の切断動作はアニールによって行われるが、この方法は、アニールするワイヤ電極を一対の通電電極（チャック部電極とディテクト部電極）によりクランプした後に通電し、電気抵抗による発熱のため軟化したワイヤ電極をブレーキローラで巻き戻し方向へ切断張力を発生させ、同時に、上パイプ内冷却エアや冷却水によって発熱位置をノズル出口付近の一定位置に制御しながら引っ張り切断を行うことで切断動作を完了する（特許文献１参照）。

特開平６−３０４８１９号公報

図９〜図１４は従来技術の問題点を説明する図であり、図９はワイヤ電極の切断開始を説明する図、図１０はアニールのための通電開始を説明する図、図１１はアニール開始から切断までを説明する図、図１２はワイヤ電極の切断終了から結線開始を説明する図、図１３はアニール時の微小放電発生を説明する図、図１４はワイヤ電極の損傷とガイド詰まりの発生を説明する図である。

図９に示されるように、ワイヤ電極１１の切断開始の切断前段階としてワイヤ電極１１と上パイプ２１内の洗浄を行うためにエアブローを開始する。この時には、チャック部電極２０の通電側チャック部電極２０ａとクランプ側チャック部電極２０ｂとはワイヤ電極１１をアンクランプの状態にあり、また、ディテクト部２２の第１ディテクト電極２２ａと第２ディテクト電極２２ｂとはワイヤ電極１１をアンクランプの状態にある。

図１０に示されるように、チャック部電極２０の電極２０ａ，２０ｂによりワイヤ電極１１をクランプすると共に、ディテクト部２２の電極２２ａ，２２ｂによりワイヤ電極１１をクランプする。なお、チャック部電極２０（２０ａ，２０ｂ）は、アニールトルクの付与が開始されワイヤ電極１１を引っ張ることにより相対移動可能な力でクランプする。チャック部電極２０（電極２０ａ，電極２０ｂ）とディテクト部２２（電極２２ａ，電極２２ｂ）にワイヤ電極１１を介してアニールのための電流の通電を開始する。なお、この通電開始をこれ以降「アニール通電開始」という。ワイヤ電極１１は通電により発熱し軟化する。アニール通電開始と同時に、ワイヤ電極１１に対してブレーキローラ１８の回転トルクにより巻き戻し方向に張力を与える。なお、この張力を与えることをこれ以降「アニールトルク開始」という。なお、アニールのための通電中、ワイヤ電極１１の切断位置と真直性を制御するため上パイプ２１内の洗浄エアは停止し、切断エアで冷却される。ワイヤ電極１１を真直させるため冷却する切断エアは、洗浄エアより単位時間あたりの流量は絞られる。

図１１に示されるように、ワイヤ電極１１へ付与する引っ張り力を増大するためアニールトルクから切断トルクに切り替える。切断トルクはアニールトルクと同様にワイヤ電極１１を巻き戻す方向に引っ張るようにブレーキローラ１８の回転トルクを制御する。切断トルクはアニールトルクより大きい。また、上パイプ２１内およびワイヤ電極１１を洗浄する洗浄エアを切断エアへ切り替える。アニールされ軟化したワイヤ電極１１は切断トルクによって更に延伸され、この時にチャック部電極２０の通電側チャック部電極２０ａおよびクランプ側チャック部電極２０ｂと擦れる。ワイヤ電極１１とチャック部電極２０が擦れることで、チャック部電極２０の電極表面にワイヤ電極１１由来のワイヤ金属粉が付着する。切断トルクによってワイヤ電極１１は巻き上げられ、ディテクト部２２（電極２２ａ，電極２２ｂ）の箇所で切断される。チャック部電極２０とディテクト部２２の電極の間のワイヤ電極１１のほとんどは上パイプ２１内部を貫通した状態にあり、しかも、上パイプ２１内を流れる切断エアよって冷却されている。そのため、上パイプ２１内でワイヤ電極１１は切断されることなくディテクト部２２の箇所で切断される。

図１２はワイヤ電極１１の切断終了から結線開始を説明する図である。ワイヤ電極１１の切断が終了するとワイヤ電極１１を巻き取り方向１５にワイヤ送りを開始する。この時、ワイヤ電極１１とチャック部電極２０（電極２０ａ，電極２０ｂ）が擦れることにより、チャック部電極２０（２０ａ，２０ｂ）表面にワイヤ金属粉が付着する。

上述した従来技術では、アニールされたワイヤ電極１１がブレーキローラ１８のアニールトルクにより巻き戻し方向１４へ引っ張られる際、発熱したワイヤ電極１１が通電のためクランプしているチャック部電極２０（通電側チャック部電極２０ａ，クランプ側チャック部電極２０ｂ）の表面と擦れ合い、チャック部電極２０の表面にワイヤ金属粉を付着させる。そのため、複数回（２００〜３００回前後）の切断動作を繰り返すとチャック部電極２０の表面にワイヤ金属粉が溜まり、その表面が凹凸に荒れてしまう。そのような状態のチャック部電極２０の電極表面で切断動作を行うと、切断電流通電時にワイヤ電極１１とチャック部電極２０の電極表面が密着せず不安定な接触状態となってチャタリングが発生し微小放電が多発する（図１３参照）。

微小放電によりチャック部電極２０の電極表面に多数の放電痕が形成されると共に、アニールされたワイヤ電極１１の表面に放電痕の深い傷が転写されてしまう。放電痕の深い傷が転写されたワイヤ電極１１は、結線動作中に傷の部分で上ダイスガイド２４、下ダイスガイド２５のワイヤガイド部分でワイヤ詰まりを頻発し、結線成功率が大幅に下がるという問題がある（図１４参照）。特にワイヤ電極１１が軟線の場合にはこの問題が顕著である。また、アニール方式のワイヤ切断装置は、チャック部電極２０の表面にワイヤ金属粉がある程度必ず付着するのは避けられないが、微小放電による放電痕が形成された場合は２００〜３００回前後の切断回数で使用できなくなり、寿命が短くなるという問題があった。

そこで、本発明の目的は、ワイヤ切断機構を用いてワイヤ電極を切断する際に、ワイヤ金属粉の発生を防止することにより、通電電極の損傷を防止すると共に自動結線の成功率低下を防止するワイヤカット放電加工機を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、ワイヤ電極を被加工物の上方でガイドする上ワイヤガイドと、前記ワイヤ電極を前記被加工物の下方でガイドする下ワイヤガイドと、前記上ワイヤガイドの上方であって前記ワイヤ電極の走行経路に設けられた前記ワイヤ電極を挟持する第１ワイヤ電極切断用通電電極と、該第１ワイヤ電極切断用通電電極よりも下流側に設けられた第２ワイヤ電極切断用通電電極と、前記ワイヤ電極に所定の張力を与える張力付与部を備え、前記第１ワイヤ電極切断用通電電極および前記第２ワイヤ電極切断用通電電極を介して前記ワイヤ電極に通電して加熱すると共に、前記張力付与部により張力を与えることにより前記ワイヤ電極を切断する機能を有するワイヤカット放電加工機において、前記第１ワイヤ電極切断用通電電極と前記ワイヤ電極が接触する部分を冷却する冷却部を備えたことを特徴とするワイヤ電極切断機能を有するワイヤカット放電加工機である。
請求項２に係る発明は、前記冷却部は圧縮空気を供給することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ電極切断機能を有するワイヤカット放電加工機である。
請求項３に係る発明は、前記冷却部は冷却水を供給することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ電極切断機能を有するワイヤカット放電加工機である。
請求項４に係る発明は、前記冷却部はヒートポンプ交換器であることを特徴とする請求項１に記載のワイヤ電極切断機能を有するワイヤカット放電加工機である。

本発明により、ワイヤ切断機構を用いてワイヤ電極を切断する際にワイヤ金属粉の発生を防止することにより、通電電極の損傷を防止すると共に自動結線の成功率低下を防止するワイヤカット放電加工機を提供できる。

ワイヤカット放電加工機の自動ワイヤ電極送り機構を説明する図である。 チャック電極部が取り付けられた箇所を拡大して説明する図である。 本発明に係るワイヤ電極の切断開始を説明する図である。 本発明に係る通電と同時にエアブロー開始を説明する図である。 本発明に係るアニール開始から切断まで、および、エアブローが継続されることを説明する図である。 本発明に係るワイヤ電極の切断終了から結線開始、および、エアブロー終了を説明する図である。 本発明に係るワイヤ電極に金属粉の付着および微小放電を抑制することを説明する図である。 本発明に係るワイヤ電極の損傷を抑制できることを説明する図である。 従来技術のワイヤ電極の切断開始を説明する図である。 従来技術のアニールのための通電開始を説明する図である。 従来技術のアニール開始から切断までを説明する図である。 従来技術のワイヤ電極の切断終了から結線開始を説明する図である。 従来技術のアニール時の微小放電発生を説明する図である。 従来技術のワイヤ電極の損傷とガイド詰まりの発生を説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１はワイヤカット放電加工機の自動ワイヤ電極送り機構を説明する図であり、上方機枠部１と下方機枠部２とが対向して配置されている。
上方機枠部１は、ワイヤボビン１０、ガイドローラ１２，１３，１６，１７、ブレーキローラ１８、上ガイドローラ１９、チャック部電極２０、上パイプ２１、ディテクト部２２、エアブロー２３、上ダイスガイド２４を備えている。下方機枠部２は、下ダイスガイド２５、下ガイドローラ２６、誘導パイプ２７、ピンチローラ２８、フィードローラ２９を備えている。ワイヤボビン１０から引き出されたワイヤ電極１１は、ガイドローラ１２，１３，１６，１７を経て、ブレーキローラ１８、上ガイドローラ１９、上ダイスガイド２４、下ダイスガイド２５、下ガイドローラ２６、フィードローラ２９に張架されている。符号２８はピンチローラである。

ブレーキローラ１８は図示しないトルクモータによって駆動され、ブレーキローラ１８の自由回転に制動が掛けられている。フィードローラ２９は図示しないフィードモータによって駆動され、設定された速度でワイヤ電極１１を走行させる。図示しない被加工物（ワーク）は上ダイスガイド２４と下ダイスガイド２５の間に位置するように配置される。ワイヤ電極１１と図示しないワークとの間に電圧を印加し、ワイヤ電極１１とワークの間に放電を生じさせ、ワークに対して所望の形状を加工することができる。

ワイヤ切断機構は、上ダイスガイド２４の上方に配置された上パイプ２１と、この上パイプ２１の入り口側に配置されたチャック部電極２０と出口側に配置されたディテクト部２２を含んで構成される。チャック部電極２０（電極２０ａ，電極２０ｂ）とディテクト部（電極２２ａ，電極２２ｂ）は、ワイヤ電極１１をクランプできるようにソレノイドなどの図示しない駆動部によりワイヤ電極１１に対して相対移動可能である。すなわち、チャック部電極２０とディテクト部２２は、ワイヤ電極１１の切断作動時に駆動部によってワイヤ電極１１に向かって接近動作し、また、ワイヤ電極１１の切断作動の終了にともない、同時にワイヤ電極１１から離れる方向に移動する。

図２はチャック部電極２０が取り付けられた箇所を拡大して説明する図である。チャック部電極２０の上流側の近傍には失敗検出ブロック３０が配設されており、失敗検出ブロック３０は失敗検出電極３１を備え、該失敗検出電極３１はワイヤ電極１１の結線作業が成功したか否かを検出する検出電極である。ワイヤ電極１１とチャック部電極２０の接触部に冷却用の圧縮空気を噴射するため、図示しないエアシリンダバルブからの圧縮空気を、エアパイプ３２を経由してチャック部電極２０に供給する。エアパイプ３２の一端は失敗検出ブロック３０に貫通孔を設け、チャック部電極２０にその孔を通して直接冷却用の圧縮空気を噴射することができる。チャック部電極２０を冷却する媒体としては圧縮空気だけでなく冷却水を用いてもよい。

上述の本発明に係るワイヤカット放電加工機において、ワイヤ電極１１の切断動作中に、ワイヤ電極１１とチャック部電極２０に生じる電極表面の放電痕及びワイヤ電極１１への放電痕傷転写から、ワイヤ電極１１及びチャック部電極２０の表面を保護するために、以下の方法を行う。
（１）微小放電の発生は、アニールされ高温となるワイヤ電極１１とワイヤ金属粉が表面に付着するチャック電極２０との間で発生するチャタリングに起因するものと考えられているため、アニールによる切断動作に影響のない方法で局部的に微小放電を抑制することが望ましい。（２）微小放電の抑制には原因物質であるワイヤ金属粉の発生の抑制がチャック部電極２０の表面への付着軽減のために効果的である。（３）ワイヤ金属粉は、アニールで高温・軟化したワイヤ電極１１がブレーキローラ１８により巻き戻し方向１４へ引っ張られチャック部電極２０の表面で擦られるため発生する。そこで、アニール過剰によるワイヤ電極１１の軟化を防ぎ、ワイヤ電極１１とチャック部電極２０の表面の接触箇所を局部的に冷却する。

ワイヤ電極１１を切断するためのアニール開始時、チャック部電極２０にクランプされたワイヤ電極１１は通電による発熱のため軟化し、巻き取り方向１５の切断張力のためにチャック部電極２０の表面と擦れて金属粉が生成されやすい状態になる。そこで、チャック部電極２０の付近にエアパイプ３２を新設し、直接冷却用エアブローを実施することで、チャック部電極２０に接するワイヤ電極１１とチャック部電極２０を局部的に冷却し、ワイヤ電極１１の表面を硬化させワイヤ金属粉のチャック部電極２０への付着を抑制する。

冷却用エアブローノズルは、チャック部電極２０のクランプとワイヤ径路上に連続して位置するワイヤ弛みを検出する失敗検出ブロック３０に貫通孔を設け、チャック部電極２０にその孔を通して直接冷却エア噴射する。エアブローは、ワイヤ振動、騒音を抑えるため常時噴射ではなくアニール通電時のみ作動することが望ましく、チャック電極２０のクランプ開閉動作エアシリンダと連動させてエアの噴射を行う。

エアブロー噴射時期の制御はワイヤ電極１１のアニールのための通電及び切断張力を発生させるための支点としてワイヤ電極１１をクランプする一対の通電電極であるチャック部電極２０とディテクト部２２の電極による通電時切断動作シーケンスの中で、エアソレノイドバルブにより制御されるエアシリンダバルブの開閉動作に連動して行われる。本エアブロー装置は、エアソレノイドバルブ（図示せず）から通電電極閉鎖作動エアシリンダバルブ（図示せず）へ送給されるエア供給パイプより分岐したエアによりエアブロー用エアシリンダバルブが連動して作動し、バルブが開放されてエアブロー噴射が実行される。エアブローの停止は、切断動作が終了し通電電極閉鎖作動エアシリンダバルブへのエア供給が停止した段階に連動してエアブロー噴射も停止する。

エアブローの実施の結果、チャック部電極２０へのワイヤ金属粉付着及び微小放電の発生は大幅に抑制されることがランニング試験により確認され、本発明による有効性が実証された。例えば、従来技術のエアブローを行わない場合には、標準ワイヤ電極による自動結線連続ランニング試験による電極寿命は２００回前後であったが、本発明に係るエアブロー実施後では、標準ワイヤ電極による自動結線連続ランニング試験による電極寿命は２，０００回を超えることが確認できた。

次に、図３〜図８を用いてワイヤ電極１１の切断動作を説明する。図３はワイヤ電極の切断開始を説明する図、図４は通電と同時にエアブロー開始を説明する図、図５はアニール開始から切断まで、および、エアブローが継続されることを説明する図、図６はワイヤ電極の切断終了から結線開始、および、エアブロー終了を説明する図、図７はワイヤ電極に金属粉の付着および微小放電を抑制することを説明する図、図８はワイヤ電極の損傷を抑制できることを説明する図である。

図３に示されるように、チャック部電極２０（電極２０ａ，２０ｂ）を保護するためエアパイプ３２を、ワイヤ電極１１とチャック部電極２０（電極２０ａ，２０ｂ）の接触部を冷却できるように取り付ける。エアパイプ３２（図２参照）の一端に取り付けられている。ワイヤ電極１１の切断開始の切断前段階としてワイヤ電極１１と上パイプ２１内の洗浄を行うためにエアブローを開始する。この時には、チャック部電極２０の通電側チャック部電極２０ａとクランプ側チャック部電極２０ｂとはワイヤ電極１１をアンクランプの状態にあり、ディテクト部２２の第１ディテクト電極２２ａと第２ディテクト電極２２ｂとはワイヤ電極１１をアンクランプの状態にある。

図４に示されるように、チャック部電極２０の電極２０ａ，２０ｂによりワイヤ電極１１をクランプすると共に、ディテクト部２２の電極２２ａ，２２ｂによりワイヤ電極１１をクランプする。なお、チャック部電極２０は、ブレーキローラ１８にアニールトルクが付与され、ワイヤ電極１１を引っ張ることにより相対移動可能な力でクランプする。チャック部電極２０（電極２０ａ，電極２０ｂ）とディテクト部２２（電極２２ａ，電極２２ｂ）にワイヤ電極１１を介してアニールのための電流の通電を開始する。アニール通電開始と同時にワイヤ電極１１とチャック部電極２０（電極２０ａ，電極２０ｂ）の接触部を局部的に冷却するためにエアパイプ３２から供給される圧縮空気によりエアブローを開始する。アニール通電開始と同時に、ワイヤ電極１１に対してブレーキローラ１８の回転トルクにより巻き戻し方向に張力を与える。なお、アニールのための通電中、ワイヤ電極１１の切断位置と真直性を制御するため上パイプ２１内の洗浄エアは停止し、切断エアで冷却される。

図５に示されるように、ワイヤ電極１１を引っ張る力をアニールトルクから切断トルクに切り替える。切断トルクはワイヤ電極１１を切断するためにワイヤ電極１１を引っ張る力を与えるためのブレークローラ１８の回転トルクである。切断トルクはアニールトルクと同様にワイヤ電極１１を巻き戻す方向に引っ張るようにブレーキローラ１８の回転トルクを制御する。切断トルクはアニールトルクより大きい。切断トルクによってワイヤ電極１１は巻き上げられディテクト部２２（電極２２ａ，電極２２ｂ）の箇所で切断される。チャック部電極２０とディテクト部２２の電極の間のワイヤ電極１１のほとんどは上パイプ２１内部を貫通した状態にあり、しかも、上パイプ２１内を流れる切断エアよって冷却されている。そのため、上パイプ２１内でワイヤ電極１１は切断されることなくディテクト部２２の箇所で切断される。通電中はエアパイプ３２から圧縮空気を供給することによりエアブローを継続し、ワイヤ電極１１とチャック部電極２０の接触部を局部的に冷却する。ワイヤ電極１１とチャック部電極２０がエアブローにより局部的に冷却されることから、この部分でワイヤ電極１１表面を硬化させ、ワイヤ電極１１とチャック部電極２０とが擦れてもワイヤ金属粉の発生が抑制される。

図６はワイヤ電極１１の切断終了から結線開始を説明する図である。ワイヤ電極１１の切断が完了すると同時に、エアパイプ３２からの圧縮空気の供給を停止し、チャック部電極２０とワイヤ電極１１の接触部の局部的な冷却を終了する。ワイヤ電極１１の切断が終了するとワイヤ電極１１を巻き取り方向１５にワイヤ送りを行い、ワイヤ電極１１の結線動作を開始する。エアパイプ３２から供給される圧縮空気によりチャック部電極２０とワイヤ電極の接触部を局部的に冷却されることによりワイヤ金属粉の付着が抑制されている。

上述した本発明の実施形態では、ワイヤ電極１１とチャック部電極２０の接触部を局部的に冷却するために該接触部に対して圧縮空気や冷却水を冷却媒体として用いている。前記接触部を冷却する方法としてこれに限定されない。例えば、失敗検出ブロック３０にヒートポンプを配管しチャック部電極２０を冷却してもよい。

図７は本発明に係るワイヤ電極に金属粉の付着および微小放電を抑制することを説明する図である。アニールされたワイヤ電極１１がブレーキローラ１８により巻き戻し方向１４へ引っ張られる際、圧縮空気によりエアブローすることによりワイヤ電極１１の表面が硬化し、発熱したワイヤ電極１１が通電のためクランプしているチャック部電極２０（通電側チャック部電極２０ａ，クランプ側チャック部電極２０ｂ）の表面と擦れ合っても、チャック部電極２０の表面にワイヤ金属粉が付着する量を大幅に減少できる。そのため、多数回の切断動作を繰り返してもチャック部電極２０の表面にワイヤ金属粉が溜まることがなく、その表面が凹凸に荒れない。そのような状態のチャック部電極２０の電極表面で切断動作を行うと、切断電流通電時にワイヤ電極１１とチャック部電極２０の電極表面が密着し安定した接触状態となってチャタリングが発生せず微小放電が抑制される。

図８は本発明に係るワイヤ電極の損傷を抑制できることを説明する図である。チャック部電極２０の電極表面に微小放電による多数の放電痕が形成されず、チャック部電極２０の電極損傷が効果的に抑制されるため、チャック部電極２０の長寿命化できると共にアニールされたワイヤ電極１１の表面への放電痕の転写の減少させることができる。

１ 上方機枠部
２ 下方機枠部

１０ ワイヤボビン
１１ ワイヤ電極
１２ ガイドローラ
１３ ガイドローラ
１４ 巻き戻し方向
１５ 巻き取り方向
１６ ガイドローラ
１７ ガイドローラ
１８ ブレーキローラ
１９ 上ガイドローラ
２０ チャック部電極
２０ａ 通電側チャック部電極
２０ｂ クランプ側チャック部電極
２１ 上パイプ
２２ ディテクト部
２２ａ 第１ディテクト電極
２２ｂ 第２ディテクト電極
２３ エアブロー
２４ 上ダイスガイド
２５ 下ダイスガイド
２６ 下ガイドローラ
２７ 誘導パイプ
２８ ピンチローラ
２９ フィードローラ
３０ 失敗検出ブロック
３１ 失敗検出電極
３２ エアパイプ
３３ エアブローノズル

Claims (4)

1. ワイヤ電極を被加工物の上方でガイドする上ワイヤガイドと、前記ワイヤ電極を前記被加工物の下方でガイドする下ワイヤガイドと、前記上ワイヤガイドの上方であって前記ワイヤ電極の走行経路に設けられた前記ワイヤ電極を挟持する第１ワイヤ電極切断用通電電極と、該第１ワイヤ電極切断用通電電極よりも下流側に設けられた第２ワイヤ電極切断用通電電極と、前記ワイヤ電極に所定の張力を与える張力付与部を備え、前記第１ワイヤ電極切断用通電電極および前記第２ワイヤ電極切断用通電電極を介して前記ワイヤ電極に通電して加熱すると共に、前記張力付与部により張力を与えることにより前記ワイヤ電極を切断する機能を有するワイヤカット放電加工機において、
   前記第１ワイヤ電極切断用通電電極と前記ワイヤ電極が接触する部分を冷却する冷却部を備えたことを特徴とするワイヤ電極切断機能を有するワイヤカット放電加工機。
2. 前記冷却部は圧縮空気を供給することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ電極切断機能を有するワイヤカット放電加工機。
3. 前記冷却部は冷却水を供給することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ電極切断機能を有するワイヤカット放電加工機。
4. 前記冷却部はヒートポンプ交換器であることを特徴とする請求項１に記載のワイヤ電極切断機能を有するワイヤカット放電加工機。