JPWO2020202570A1 - ワイヤ放電加工機 - Google Patents

Abstract

並列する各ワイヤ電極（１）と被加工物（４）との間に加工液（２５）中で放電を発生させることにより、被加工物（４）を切断するワイヤ放電加工機（１００）であって、加工液（２５）を貯留する加工槽（１６）と、加工槽（１６）の下部に配置され、被加工物（４）を鉛直方向であるＺ軸方向に移動させるＺ軸ステージ（１７）と、Ｚ軸ステージ（１７）から上方に伸び、上端部は加工槽（１６）内の加工液（２５）の液面の最高位よりも上方に位置する柱構造（２１）と、柱構造（２１）のうち液面の最高位よりも上方に位置する部分から下方に向けて設置されて液面の最高位よりも上方に配置され、鉛直方向以外の方向における被加工物（４）の位置又は姿勢を調整する調整機構（２２）と、調整機構（２２）から吊り下げられて、被加工物（４）を保持する吊り下げ部とを有する。

Description

本発明は、平行張架された複数のワイヤ電極と被加工物との間に放電を発生させることにより、被加工物を一度に複数枚に切断するワイヤ放電加工機に関する。

平行張架されたワイヤ電極と被加工物との間に加工液中で放電を発生させることにより、被加工物を一度に複数枚に切断するワイヤ放電加工機は、被加工物を指定された結晶方位で切断するために、鉛直方向以外の方向に被加工物を移動させるための調整機構又は被加工物の姿勢を変えるための調整機構を備えている。以下、両者を纏めて調整機構という。

被加工物は加工液が充満した加工槽内に浸漬させる必要があり、調整機構も同様に加工液内に浸漬させる必要がある。しかし、調整機構を加工液に浸漬させる場合には、可動部分のみを防水構造とすることが困難であるため、調整機構全体を防水構造とする必要がある。複雑な調整機構全体を防水構造とすることは困難であり、コストの増加につながる。なお、調整機構をステンレス鋼といった防錆材料で作成したとしても、加工液に浸漬した環境下では、表面酸化、電解腐食及び錆の付着が避けられず、耐久性は低下してしまう。したがって、調整機構を加工液に浸漬させる場合には、コストの増加及び耐久性の低下といった問題が生じる。

特許文献１には、被加工物支持機構の下部に被加工物が取り付けられ、ワイヤを走行させながらそのワイヤ上に加工液を供給し、この状態で被加工物支持機構によりワイヤに対して被加工物を押し付けて接触させて被加工物の切断を行うワイヤソーが開示されている。特許文献１に開示される機構をワイヤ放電加工機に適用すれば、調整機構を加工槽の外に配置することができ、調整機構を防水構造にする必要をなくすことができる。

特開２００２−３３７１３７号公報

鉛直方向に被加工物を移動させるＺ軸移動機構が特許文献１のようにコラム式の場合、防水構造にするのが難しく、加工槽の中に配置することができないため、加工槽の外部に配置せざるを得ない。しかし、加工槽のサイズは、加工槽内に配置されるガイドローラといった放電加工に必要な各種の構造部品の大きさに依存している。このため、Ｚ軸移動機構を加工槽の外部に配置したからといって、単純に加工槽を小さくできるわけではなく、加工槽は一定以上の大きさにする必要がある。このため、特許文献１に開示される発明をワイヤ放電加工機に適用すると、Ｚ軸移動機構が加工槽の外部に配置されることにより、装置全体としては大型化してしまう。したがって、特許文献１に開示される発明をワイヤ放電加工機に適用しても、調整機構を防水構造とする必要がなく、かつ大型化を抑制したワイヤ放電加工機を実現することはできなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、調整機構を防水構造とする必要がないとともに、装置の大型化を抑制したワイヤ放電加工機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数のガイドローラにワイヤ電極を平行張架してワイヤ電極を並列に配置した切断ワイヤ部を備え、並列する各ワイヤ電極と被加工物との間に加工液中で放電を発生させることにより、被加工物を切断するワイヤ放電加工機であって、加工液を貯留する加工槽と、加工槽の下部に配置され、被加工物を鉛直方向であるＺ軸方向に移動させるＺ軸移動機構と、Ｚ軸移動機構から上方に伸び、上端部は加工槽内の加工液の液面の最高位よりも上方に位置する柱構造とを有する。本発明は、柱構造のうち液面の最高位よりも上方に位置する部分から下方に向けて設置されて液面の最高位よりも上方に配置され、鉛直方向以外の方向における被加工物の位置又は姿勢を調整する少なくとも一つの調整機構と、調整機構から吊り下げられて、被加工物を保持する吊り下げ部とを有する。

本発明に係るワイヤ放電加工機は、調整機構を防水構造とする必要がないとともに、装置の大型化を抑制できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の構成を示す図 実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の切断ワイヤ部を示す斜視図 実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の調整機構の拡大図 実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の切断ワイヤ部と被加工物との位置関係を示す図 実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の調整機構の構成例を示す図 実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の調整機構とベースプレートとの固定構造の分解斜視図 実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の調整機構とベースプレートとの固定構造の斜視図 実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の調整機構の変形例を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係るワイヤ放電加工機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の構成を示す図である。図２は、実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の切断ワイヤ部を示す斜視図である。図３は、実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の調整機構の拡大図である。実施の形態１に係るワイヤ放電加工機１００は、ワイヤ電極１を供給するワイヤ送り出しボビン１３と、ワイヤ電極１を巻き取るワイヤ巻き取りボビン１４と、ワイヤ電極１を走行させるためのガイドローラ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと、不図示の加工液供給装置から供給される加工液２５を被加工物４に向けて噴射する一対の加工液ノズル５ａ，５ｂと、ワイヤ電極１に接触する給電子６ａ，６ｂと、被加工物４を保持する被加工物保持具１０とを有する。なお、ワイヤ放電加工機１００は、鉛直方向をＺ軸方向とし、水平面内で互いに直交する２方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とする直交座標系を持つ。

４本のガイドローラ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、互いに軸線方向に平行に離間して配置されている。ワイヤ送り出しボビン１３から繰り出されたワイヤ電極１は、ガイドローラ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ間を、複数回、互いに間隔を隔てて巻回された後、ワイヤ巻き取りボビン１４に巻き取られる。ここで、ワイヤ電極１のうち、ガイドローラ２ｂとガイドローラ２ｃとの間に平行張架された部分が、切断ワイヤ部１５となる。

被加工物４は、不図示の位置制御装置により、切断ワイヤ部１５との位置関係が相対的に変更される。そのため、被加工物４の切断は、不図示の位置制御装置により、被加工物４を切断ワイヤ部１５に近づけるように移動させることで行われる。また、加工時には放電を適切に発生させる必要があるため、被加工物４と切断ワイヤ部１５との距離を、一定の距離に保つように制御される。

切断ワイヤ部１５は加工槽１６内の加工液２５中に配置されており、放電加工は加工液２５中で行われる。

加工槽１６の下部には、被加工物４を鉛直方向に移動させるＺ軸移動機構であるＺ軸ステージ１７が配置されている。Ｚ軸ステージ１７は、伸縮部分に蛇腹機構が設けられており、防水構造となっている。Ｚ軸ステージ１７からは上方に柱構造２１が延びている。柱構造２１は、外部負荷による変位を避けるため、高剛性形状となっている。柱構造２１の上端部は、加工槽１６内の加工液２５の液面２５ｓの最高位よりも上方に位置している。したがって、液面２５ｓが最高位になるまで加工槽１６内の加工液２５を入れた状態においても、柱構造２１の上端部は、加工液２５に浸らず空気中に存在している。柱構造２１のうち加工液２５の液面２５ｓの最高位よりも上方に位置する部分には、少なくとも一つの調整機構２２が設けられている。調整機構２２は、鉛直方向以外の方向における被加工物４の位置又は姿勢を調整する機構である。調整機構２２は、柱構造２１のうち加工液２５の液面２５ｓの最高位よりも上方に位置する部分から下方に向けて設置され、加工液２５の液面２５ｓの最高位よりも上方に配置されている。実施の形態１に係るワイヤ放電加工機１００は、調整機構２２であるＹ軸移動機構２２ａ、Ｚ軸回転機構２２ｂ及びＸ軸回転機構２２ｃを備えている。Ｙ軸移動機構２２ａは、被加工物４の位置をＹ軸方向に移動させて位置を変える機構である。Ｚ軸回転機構２２ｂは、被加工物４をＺ軸回りに回転させて姿勢を変える機構である。Ｘ軸回転機構２２ｃは、被加工物４をＸ軸回りに回転させて姿勢を変える機構である。

調整機構２２の下側には、調整機構２２から吊り下げられて、被加工物４を保持する吊り下げ部４０が設置されている。吊り下げ部４０は、調整機構２２を挟んで柱構造２１のうち加工液２５の液面２５ｓの最高位よりも上方に位置する部分と反対側に設置されたベースプレート２６と、被加工物４を保持する被加工物保持具１０と、被加工物保持具１０が取り付けられる保持具取付台２４と、ベースプレート２６から下方に延び、下端部に保持具取付台２４が設置された連結構造部２３とを有する。連結構造部２３は、被加工物保持具１０を吊り下げて加工槽１６内の加工液２５中に保持する。連結構造部２３は、複数の丸棒形状の構造体で構成されている。連結構造部２３が丸棒形状であることにより、加工槽１６内の加工液２５の流れの影響を抑制できる。すなわち、加工中に被加工物４に供給される加工液２５の流れが連結構造部２３に衝突する際、連結構造部２３に加わる負荷を低減できるため、連結構造部２３の変位による加工精度の低下を防止できる。なお、吊り下げ部４０は、調整機構２２から吊り下げられて、被加工物４を保持すればよく、上記に例示した構造に限定はされない。

調整機構２２を用いることにより、吊り下げ部４０を介して被加工物４のＹ軸方向の移動、Ｚ軸回りの回転及びＸ軸回りの回転が可能である。

ワイヤ電極１には、給電子６ａ，６ｂを介して電圧が印加されている。加工時に被加工物４から排出される加工屑を適切に除去するため、及び極間部の冷却のために、加工液ノズル５ａ，５ｂを介して極間に加工液２５が供給される。加工中にワイヤ電極１が振動して加工精度が悪化しないように、位置決めガイドローラ２ｅ，２ｆにてワイヤ位置が拘束されている。

図４は、実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の切断ワイヤ部と被加工物との位置関係を示す図である。図５は、実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の調整機構の構成例を示す図である。ワイヤ電極１を平行張架した切断ワイヤ部１５で被加工物４を切断する場合、特定の位置及び角度でワイヤ電極１が被加工物４を切断するために、被加工物保持具１０内に存在する基準面２０を基準に被加工物４の姿勢を加工前に予め調整しておく必要がある。柱構造２１のうち加工液２５の液面２５ｓの最高位よりも上方に位置する部分に設置される調整機構２２は、Ｙ軸移動、Ｚ軸回転及びＸ軸回転の３軸についての位置及び姿勢の調整が可能である。Ｙ軸移動、Ｚ軸回転及びＸ軸回転を組み合わせることにより、基準面２０を基準に被加工物４の位置及び姿勢を調整できる。被加工物４の位置及び姿勢の調整が完了した後に、切断動作が行われる。

調整機構がＺ軸ステージの上に直に配置されたワイヤ放電加工機の場合、調整機構が加工液中に浸漬状態となる。一方、図１に示すように、実施の形態１に係るワイヤ放電加工機１００では、調整機構２２が柱構造２１を介して、加工液２５の液面２５ｓよりも上方に配置されているため、被加工物４が液中にある状態においても、調整機構２２は加工液２５に浸漬することはない。

なお、Ｚ軸ステージ１７は、単純な鉛直方向の動作機構であるため、伸縮部分に蛇腹機構を設けることで、容易に防水機構にすることが可能である。一方、調整機構２２は複雑な機構であり、調整機構２２を防水機構とすることは、コスト面及び精度維持の観点から困難である。また、Ｚ軸ステージを加工槽の外側に配置し、その分加工槽を小さくする手法も試みられている。しかし、図１及び図２に示すように、加工槽１６は、ガイドローラ２ｂ，２ｃ、給電子６ａ，６ｂ及び加工液ノズル５ａ，５ｂといった放電加工に必要な各種の構造部品が配置されている。Ｚ軸ステージを加工槽１６の外側に配置したとしても、放電加工に必要な各種の構造部品は同様に配置する必要があり、加工槽１６を小さくすることは困難である。つまり、Ｚ軸ステージを加工槽１６の外側に配置すると、装置全体のサイズアップを避けることができない。

実施の形態１に係るワイヤ放電加工機１００は、被加工物４をＺ軸方向に移動させてスライス加工を行う際に、加工液２５に浸漬されない位置に調整機構２２が配置されるため、高品質の位置決め調整を、長期間にわたって実現できる。また、調整機構２２が加工液２５に浸漬しないため、特別の防水対策が不要であり、低コスト化が可能である。また、Ｚ軸ステージ１７を加工槽１６の下部に配置しているため、装置全体の小型化が可能である。

図６は、実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の調整機構とベースプレートとの固定構造の分解斜視図である。図７は、実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の調整機構とベースプレートとの固定構造の斜視図である。ベースプレート２６上に回転構造部２７が装着された構造において、ベースプレート２６に固定ブロック２８が連結され、調整機構２２の一部をなす回転構造部２７にディスク板２９が連結される。固定ブロック２８とディスク板２９とは、クランプレバー３０を介して固定される。調整機構２２に調整位置を固定する固定機構を設けることにより、被加工物４に外的負荷がかかって位置又は姿勢が変化してしまうことを防止できる。

なお、調整機構２２の調整位置を固定する固定機構は、固定ブロック２８に取り付けた部材と、回転構造部２７に取り付けた部材とを挟み込んで固定する構造であってもよい。

実施の形態１に係るワイヤ放電加工機１００は、固定ブロック２８とディスク板２９とを面接触させるため、ベースプレート２６と回転構造部２７との位置ずれを防止できる。したがって、外部負荷による加工精度悪化を防止できる。

なお、上記の説明において、調整機構２２は、Ｙ軸移動機構２２ａ、Ｚ軸回転機構２２ｂ及びＸ軸回転機構２２ｃであったが、調整機構２２は、Ｘ軸移動機構、Ｙ軸移動機構２２ａ、Ｘ軸回転機構２２ｃ、Ｙ軸回転機構及びＺ軸回転機構２２ｂから一つ以上を選択可能である。調整機構２２がＸ軸移動機構、Ｙ軸移動機構２２ａ、Ｘ軸回転機構２２ｃ、Ｙ軸回転機構及びＺ軸回転機構２２ｂを全て備える場合には、ワイヤ放電加工機１００は、ＸＹ軸方向の位置調整とともに、各軸の回転方向にも位置調整が可能となる。なお、Ｚ軸移動は、Ｚ軸ステージ１７の駆動軸にて対応できるため、調整機構２２にＺ軸移動機構を設ける必要はない。ワイヤ放電加工機１００は、調整軸の組み合わせにより、あらゆる方向に位置調整が可能である。

図８は、実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の調整機構の変形例を示す図である。変形例に係る調整機構２２は、Ｙ軸移動機構駆動モータ５１、Ｚ軸回転機構駆動モータ５２、Ｘ軸回転機構駆動モータ５３、モータ制御アンプ５４，５５，５６及び駆動用コントローラ５７を備える。Ｙ軸移動機構駆動モータ５１、Ｚ軸回転機構駆動モータ５２、Ｘ軸回転機構駆動モータ５３、モータ制御アンプ５４，５５，５６及び駆動用コントローラ５７を調整機構２２に追加することにより、あらかじめ設定されたプログラムに基づき位置制御及び角度制御を行うことが可能となる。すなわち、駆動用コントローラ５７が、モータ制御アンプ５４，５５，５６を介してＹ軸移動機構駆動モータ５１、Ｚ軸回転機構駆動モータ５２及びＸ軸回転機構駆動モータ５３を制御することにより、あらかじめ設定されたプログラムに基づき位置制御及び角度制御を行い、被加工物４の位置及び姿勢の調整作業の自動化が可能である。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ ワイヤ電極、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ ガイドローラ、２ｅ，２ｆ 位置決めガイドローラ、４ 被加工物、５ａ，５ｂ 加工液ノズル、６ａ，６ｂ 給電子、１０ 被加工物保持具、１３ ワイヤ送り出しボビン、１４ ワイヤ巻き取りボビン、１５ 切断ワイヤ部、１６ 加工槽、１７ Ｚ軸ステージ、２０ 基準面、２１ 柱構造、２２ 調整機構、２２ａ Ｙ軸移動機構、２２ｂ Ｚ軸回転機構、２２ｃ Ｘ軸回転機構、２３ 連結構造部、２４ 保持具取付台、２５ 加工液、２５ｓ 液面、２６ ベースプレート、２７ 回転構造部、２８ 固定ブロック、２９ ディスク板、３０ クランプレバー、４０ 吊り下げ部、５１ Ｙ軸移動機構駆動モータ、５２ Ｚ軸回転機構駆動モータ、５３ Ｘ軸回転機構駆動モータ、５４，５５，５６ モータ制御アンプ、５７ 駆動用コントローラ、１００ ワイヤ放電加工機。

Claims (7)

1. 複数のガイドローラにワイヤ電極を平行張架して前記ワイヤ電極を並列に配置した切断ワイヤ部を備え、並列する各ワイヤ電極と被加工物との間に加工液中で放電を発生させることにより、前記被加工物を切断するワイヤ放電加工機であって、
   前記加工液を貯留する加工槽と、
   前記加工槽の下部に配置され、前記被加工物を鉛直方向であるＺ軸方向に移動させるＺ軸移動機構と、
   前記Ｚ軸移動機構から上方に伸び、上端部は前記加工槽内の前記加工液の液面の最高位よりも上方に位置する柱構造と、
   前記柱構造のうち前記液面の最高位よりも上方に位置する部分から下方に向けて設置されて前記液面の最高位よりも上方に配置され、鉛直方向以外の方向における前記被加工物の位置又は姿勢を調整する少なくとも一つの調整機構と、
   前記調整機構から吊り下げられて、前記被加工物を保持する吊り下げ部とを有することを特徴とするワイヤ放電加工機。
2. 前記吊り下げ部は、
   前記調整機構を挟んで前記柱構造のうち前記液面の最高位よりも上方に位置する部分と反対側に設置されたベースプレートと、
   前記被加工物を保持する被加工物保持具と、
   前記被加工物保持具が取り付けられる保持具取付台と、
   前記ベースプレートから下方に延び、下端部に前記保持具取付台が設置された連結構造部とを有することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機。
3. 前記連結構造部は、丸棒形状であることを特徴とする請求項２に記載のワイヤ放電加工機。
4. 前記調整機構を駆動する駆動用モータと、前記駆動用モータを制御する駆動用コントローラとを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工機。
5. 前記調整機構は、水平面内で互いに直交するＸ軸及びＹ軸と前記Ｚ軸との直交座標系におけるＸ軸移動機構、Ｙ軸移動機構、Ｘ軸回転機構、Ｙ軸回転機構及びＺ軸回転機構のうちの少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項１から４いずれか１項に記載のワイヤ放電加工機。
6. 前記調整機構の調整位置を固定する固定機構を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工機。
7. 前記Ｚ軸移動機構は、伸縮部分に蛇腹機構が設けられており、防水構造となっていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工機。

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