TWI745051B - 線切割機錐度切割之廢料移除方法 - Google Patents

Abstract

本發明線切割機錐度切割之廢料移除方法，是在加工的切斷點前預留一段小距離，在此預留點之後，即改變上、下機頭的垂直運動方式，成為上、下機頭為不同步運動，即是使線電極進行傾斜的錐度加工，不必考慮工件的厚度多少，或者是因為線撓曲現象造成的線落後，在中間處會發生較多的未加工到的地方，皆能保證被錐度加工時切割到，並能控制保存未切割區域，所殘留下來未切割區域的距離與高度，不因為工件的高度或者是加工的線落後量而改變，所剩下的殘留量即可由上機頭旁所預設的裝置，以外力把此芯部廢料衝落下來。

Description

線切割機錐度切割之廢料移除方法

線切割放電加工機應用於模具的製造時，線切割放電加工過程中，隨著通過使用線電極進行切割，對工件進行加工路徑達到輪廓形狀時，被加工工件常會有可以完全分離的芯部廢料產生，芯部的輪廓形狀通常是呈現簡單的幾何圖形，可完全分離的芯部不會被後續加工使用時，需要將切割的芯部移除。本發明線切割機錐度切割之廢料移除方法係一種應用於線形電極放電加工系統中，以線切割放電加工方式在切割金屬之材料時，以被加工工件材料的低導磁性者，所產生的輪廓完整型芯部予以安全移除的方法。

線切割放電加工方式在切割金屬之材料時，在芯部順利被移除之前，可能發生以下二種不良狀況：其一，在芯部切割剛好完成之時，芯部可能會傾斜一定角度，或者可能因自身重量而傾斜，從而導致工件和線電極間短路或使線電極被夾在工件中，為了防止這種問題的發生，必須將芯部保在持穩定位置直到切割完成，並且在切割完成之時，必須在開始下一個加工操作之前將芯部從工件中取出並丟棄。

其二，在芯部未切斷部位繼續進行火花放電後，完全切斷的芯部便從工件上分離下來，並因通過自重或外部衝擊重力簡單地將芯部掉入工作箱或收集籃中，但這很危險。實際上，小的芯部可能會滑入噴嘴中 或粘附在工件上，從而導致許多不確定的狀況，從而增加了碰撞的風險，並增加了工件和下部噴嘴或其他機械部件的損壞。或者，在工作箱底部，掉落的較大芯部或多個芯部塊可能會發生阻礙，並且增加與下伸臂碰撞的風險。

因此需要移除裝置以從工件中分離出芯部。且必須在後續加工前移除，以利後續加工的程序順利進行。因為在未完全自動化的製造程序時，傳統加工所使用的方法，會將每個芯部輪廓切斷前，預留一小段加工路徑不完全切斷，在執行數個芯部之切斷動作後，切割的許多芯部往往需要靠人力將芯部廢料一一撿出移除，並以人力方式將芯部從工件中移除，最後再執行後續加工動作。對於在自動化的製造流程中，切割分離的芯部廢料，可由自動化的機構排除，例如機械手臂、電磁鐵的吸取裝置及真空吸引裝置等等，其中以最精簡結構的電磁鐵吸附裝置而言，芯部的輪廓形狀、被吸附的面積大小，及芯部的金屬是否能夠導磁，關係著芯部廢料是否可以被電磁鐵順利吸附排除。針對芯部不導磁的材料，例如銅、鋁、鎢等材質都不可被電磁鐵吸取，需要對應不同的排除方法策略，是本發明可以解決問題的方法。

在習知的線切割放電加工機(WEDM)中有關移除芯部的方法與裝置，如美國發明專利第5,015,814號說明書中所揭示，一種芯部除去裝置用於線切割放電機中，包括一對彼此相對地設置在工件上的吸引裝置，用於至少垂直地或傾斜地將線電極引導到工件的加工表面。該吸引裝置跨過工件彼此相對設置，並且鄰近設於引導線電極使線電極通過該引導件。驅動裝置設於沿X，Y和Z軸，使一組導向件相對於彼此並且相對於工 件移動。設置裝置用於將一組該引導件相對於工件設置為任何角度。在上、下一對噴嘴的每一個中具有該吸引裝置，該吸引裝置與所述噴嘴中的該線電極引導件同軸地設置。芯部被設置在該噴嘴中的永久磁體所吸引，並且通過該驅動裝置的移動而從工件中抽出。在電磁體的導磁情況下，通過適當地定位引導該噴嘴，並控制相應磁體的通電以吸引並保持該芯部，可以從工件的頂表面或底表面去移除該芯部。

該發明中的一對彼此相對地設置在工件上的吸引裝置，以該吸引裝置被設置在噴嘴中的電磁體吸引，使該電磁體被通電導磁發生吸引力時，通過控制器使磁鐵的磁化強度變化，而吸引力的強度則可根據該芯部的重量而變化的情況下，可基於計算或輸入的芯部重量利用查詢表來控制磁化程度的方法。此方法對於無法導磁產生吸引力的銅、鋁、鎢等材質的工件，都不可被電磁鐵吸取，此方法顯然不適用。

又如美國發明專利第10,040,154 B2號說明書中所揭示，一種用於加工工件的線切割放電加工機，包括：處理裝置，用於處理在所述工件的加工過程中，由所述線切割放電加工機所產生的芯部；以及其他相對於工件，每個可移動的上線導引頭和下線導引頭。一操作裝置包括以固定或可移動的關係，安裝到上線導引頭的抓持器。該抓持器可以移動，使其以該抓持器基座面對產生的芯部。該抓持器包括：在流體入口處，其允許在正壓下的流體流進入該抓持器；以及在該抓持器基座上的流體出口，其允許在正壓下的流體流離開該抓持器，流體流從該抓持器基座流出。該抓持器的內部引導流體流動，當流體流離開時，在夾具底部產生低壓區域，從而產生提升力，以通過該抓持器的移動將加工產生的芯部從工件上移走。

該發明中公開了一種正壓流體抓持器，該正壓流體抓持器適用於在線切割放電加工機中以自動處理芯部，其中術語「正壓力流體流動」係指抓持器用於指定所供應的流體處於正壓力下；然而「正壓力流體」抓持器指定用於所供應的流體處於正壓力下，液體流動方向朝向抓手，該正壓被引導以產生低壓。其缺點在用於常規的夾取器實現的提升力可能比預期的要小得多，特別是如果在芯部中存在於面向該抓持器基座的流體的旁路；還有抓持器的吸取頭尺寸大小的問題，而造成芯部太小或太大不能被吸取的狀況。

另有如美國發明專利第9,724,775 B2號所揭示，在經過線切割放電加工，在工件的厚度方向上的預定區域焊接被切除的部分，以在工件的厚度方向上預先選擇的區域，以暫時地將芯部部分保持在工件上的方法中，工件在火花放電位置處，以姿勢傾斜的線電極切斷工件。在工件中的期望輪廓處形成傾斜切割表面。線電極在保持直立姿勢之後，沿著傾斜切割表面在工件上執行焊接過程，部分地熔合線電極以將芯部與工件焊接。在工件的厚度方向上的預定區域中，在預定長度上形成有多個焊接點。即使切口部重，或者在彼此重疊的工件上進行火花放電，也可以在預定的長度上形成多個焊接點。

然而該發明在加工期望輪廓處容易發生尺寸改變，熔合線電極(通常是銅線)，會殘留太多的銅粉在被加工的工件上。在過去以人操作的方式，經常是以人為的經驗及判斷，在工件快要切斷時，可以判斷電壓的改變或加工聲音的改變，把機器暫停，再以小銅塊把沖子(或芯部廢料)敲下來，在不同的工件厚度時，會有不同的加工預留量來把沖子給敲下來。

另有如中華民國發明專利公開第201736026號所揭示，藉由在加工形狀的至少一處中，將線電極的一部分熔融所產生的熔著部，將工件的切除物熔著於工件而進行加工。在下頭部固定用以回收切除物的回收部。在加工處理後，分離部藉由氣缸衝程分離切除物。此時，回收部所具備的保持部位於切除物之下，保持分離的切除物。然後藉由回收部所具備的排出構件接觸壁，排出構件在保持部的底面開設排出口並自保持部排出切除物。

該發明將線電極的一部分熔融所產生的熔著部，將工件的切除物熔著於工件而進行加工。以一連結於氣缸的分離部，由被熔著的切除物的上方下降並藉由氣缸衝程使切除物自工件分離。一固定於下頭部的回收部，回收自工件分離的切除物。該發明也是以熔融一部分銅線讓芯部銅粘貼於工件上，同樣在預定加工輪廓處容易發生尺寸改變，熔合的線電極(通常是銅線)，會殘留太多的銅粉在被加工的工件上。

本發明提出一種可以改進先前技術的缺點及解決上述問題的芯部移除方法，不因工件的材質是否導磁，不同的材質由其放電間隙量來決定預留的不切斷長度；不因材料的高度，而影響芯部的取出，只需由切割預留量的長度及傾斜角度決定，不同的材料厚度，其殘留量的距離及高度都是近似的；不會因為加工過程的線撓曲，造成殘留量的變化而使芯部廢料難以取出，而且線電極放電加工時的撓曲量皆可以在錐度加工的過程中被消除。

本發明的方法是在加工的斷點前預留一段小距離，例如，以 0.25mm銅線為例，留下0.005~0.5mm的距離之間，在此預留點之後，即改變上、下機頭的垂直運動方式，成為上、下機頭為不同步運動，即是使線電極進行傾斜的錐度加工，如此即可以不必考慮工件的厚度多少，或者是因為線撓曲現象造成的線落後，在中間處會發生較多的未加工到的地方，皆能保證被錐度加工時切割到，並能控制保存未切割區域，所殘留下來未切割區域的距離與高度，不因為工件的高度或者是加工的線落後量而改變，所剩下的殘留量即可由上機頭旁所預設的裝置，以外力把此芯部廢料衝落下來。

10:工件

11:起割孔

12:加工路徑

21:上機頭

22:下機頭

23:上線夾持器

24:下線夾持器

25:線電極

26:未切割區

36:未切割區

41:暫停加工位置

42:移動上機頭加工位置

46:錐度未切割區

61:廢料回收盒

62:衝頭

63:衝擊裝置

64:連接裝置

65:上機頭連接裝置

66:工作臺板

67:機臺上座

68:芯部

第一圖 係本發明方法中以矩形沖子芯部的加工輪廓上視圖

第二圖 係本發明方法實施裝置關係位置示意圖

第三圖 係本發明方法實施裝置線撓曲路徑偏移量切割面圖

第四圖 圖(a)係移動上機頭的加工輪廓上視圖；圖(b)係本發明方法實施裝置動作示意圖

第五圖 係本發明方法實施裝置動作另一示意圖

第六圖 係本發明方法實施裝置衝擊廢料示意圖

本發明線切割機錐度切割之廢料移除方法可以應用在線切割放電加工時，無論被加工材料是否具有導磁性之金屬材料，在工件加工路徑輪廓所產生可以完全分離的芯部，是一種可回收的廢料，這些可以完全分離的芯部廢料，皆可由本發明的錐度切割加工過程所剩下的殘留量， 很容易的由上機頭前方所預設置的衝頭把此芯部廢料衝擊下來。此種線切割機錐度切割之廢料移除方法的所產生的芯部廢料，無論材料、形狀、大小、厚度都有較寬廣的適用範圍。如圖式中第一圖係發明方法中以矩形沖子芯部的加工輪廓上視圖，其中，在工件(10)中，由起割孔(11)開始沿著預定的加工路徑(12)，進行線電極的火花放電加工，在加工路徑接近完整加工輪廓的位置時，暫時停止線切割放電加工，留下一小段未加工完成的路徑線段a，以直徑0.25mm銅線為例，留下路徑線段a約在0.005~0.5mm的距離之間。

如第二圖本發明方法實施裝置關係位置示意圖中，理想的在加工路徑接近完整加工輪廓的位置時，暫時停止線切割放電加工，留下一小段未加工完成的路徑線段a，此時線電極(25)應該是保持垂直的狀態，線電極(25)由上機頭(21)中的上線夾持器(23)，及下機頭(22)中的下線夾持器(24)所保持直線狀態，上下垂直於工件(10)的水平面，上線夾持器(23)至上機頭(21)底面的距離為DB；下線夾持器(24)至工件(10)底面的距離為DA；工件(10)的厚度為T，會留下的未切割區(26)理想為T乘a的矩形部分。

如第三圖本發明方法實施裝置線撓曲路徑偏移量切割面圖中所顯示，當開始線切割火花放電加工時，線電極如為直徑0.25mm銅線即會發生線撓曲的現象，撓曲的線電極(25)常會有加工路徑落後造成更多未加工的部分，若是如此，未切割區(36)在中間處會發生較多的未加工到的地方，則會大於理想的未切割區(26)。

第四圖中圖(a)移動上機頭的加工輪廓上視圖，及圖(b)係本發明方法實施裝置動作示意圖，當線切割火花放電到加工路徑(12)的暫停加 工位置(41)時，此時使下機頭(22)中的下線夾持器(24)所保持停止不動，即停止XY軸的運動，改以只移動UV軸，即是移動上機頭(21)中的上線夾持器(23)，持續線切割火花放電至移動上機頭加工位置(42)，如此即可以不必考慮工件的厚度T是多少，或者是因為線撓曲現象造成的線落後，在中間處會發生較多的未加工到的地方，也皆能被保證因UV軸的移動上機頭加工位置(42)而被加工到，如此，如圖(b)，工件加工路徑的垂直切割面上，所殘留下來的錐度未切割區(46)距離與高度，不會因為工件的高度或者是加工的線落後量而改變。在加工路徑(12)結束前原本預留一段距離a，而後移動UV軸，即是移動上機頭(21)中的上線夾持器(23)，把殘留的未加工部分其寛度縮小到b，而高度縮小到h，呈現一個三角形區域的錐度未切割區(46)，透過預留距離a及UV軸的偏移角度，即可在任何的高度，把未切割區殘留量控制在以衝頭等外力衝擊工件，把此一芯部廢料衝擊下來的範圍之內。

又，在另一實施例中，如第五圖本發明方法實施裝置動作另一示意圖中，當循著線切割火花放電到加工路徑(12)進行放電加工，在加工到接近暫停加工位置(41)時，使上機頭(21)中的上線夾持器(23)與下機頭(22)中的下線夾持器(24)，進行不同步移動的放電加工，此時線電極(25)呈現傾斜的姿態進行錐度加工(Taper Cutting)，最終使上線夾持器(23)與下線夾持器(24)在水平方向保持相對的距離，使殘留的未加工部分保持寛度為b，而高度為h，形成一個三角形區域的錐度未切割區(46)，把未切割區殘留量控制在以衝頭等外力衝擊工件的方式，把此一芯部廢料衝擊下來的範圍之內，該範圍在於該未加工部分寛度b保留為0.005~0.5mm的距離之間。

如第六圖本發明方法實施裝置衝擊廢料示意圖中，工件(10) 固定於工作臺板(66)上，盛靠於機臺上座(67)，因加工路徑的形狀輪廓產生的芯部(68)廢料，可由一衝頭(62)予以外力衝落於一廢料回收裝置(61)，該衝頭(62)係由一衝擊裝置(63)提供動力，該衝擊裝置(63)可為一油壓缸、氣壓缸等，該衝擊裝置(63)可以經過連接裝置(64)，與上機頭(21)透過上機頭連接裝置(65)互相固接，該廢料回收裝置(61)則設置於該下機頭(22)旁。

本發明線切割機錐度切割之廢料移除方法，是一種可以實現在線切割放電加工機的錐度切割芯部移除方法，適用於在各種不同金屬材料、形狀、大小、厚度的工件被放電切割加工時，不因工件的材質是否導磁，不同的材質由其放電間隙量來決定預留的不切斷長度；不因材料的高度，而影響芯部的取出，只需由切割預留量的長度及傾斜角度決定，不同的材料厚度，其殘留量的距離及高度都是相同的；不會因為加工過程的線撓曲，造成殘留量的變化而使芯部廢料難以取出，而且線電極放電加工時的撓曲量皆可以在錐度加工的過程中被消除，達成將各種不同形狀大小的芯部廢料皆可以有效地排除的功效。

12:加工路徑

21:上機頭

22:下機頭

23:上線夾持器

24:下線夾持器

25:線電極

41:暫停加工位置

42:移動上機頭加工位置

46:錐度未切割區

Claims (10)

1. 一種線切割機錐度切割之廢料移除方法，係為在工件線切割放電加工路徑的切斷點前設定一預留點，在切割接近上述的預留點的加工位置時，使上機頭與下機頭進行不同步移動的放電加工，使線電極以傾斜的角度進行錐度加工；持續線切割放電使該上機頭與該下機頭在水平方向保持相對距離位置；被加工工件保留一錐度未切割區連結的芯部廢料；以外力衝擊上述的芯部，該芯部以上述的錐度未切割區連結工件受力；該芯部完整脫離工件；其特徵在於加工路徑接近該預留點時，留下一小段未加工的預留距離，使該線電極以傾斜的角度進行錐度加工，形成一個錐度未切割區，透過該預留距離及該線電極傾斜角度，即可在任何的高度，把未切割區殘留量控制在以外力衝擊，可把該芯部廢料衝擊下來的範圍之內，該範圍在於該未加工部分寛度保留為0.005~0.5mm的距離之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之廢料移除方法，其中上述的使上機頭與下機頭進行不同步移動的放電加工，為停止該下機頭XY軸的運動；移動該上機頭UV軸的運動方式。
3. 如申請專利範圍第2項所述之廢料移除方法，其中持續線切割放電加工至一移動上機頭加工位置，其特徵在於線撓曲現象造成的線落後，在工件厚度中間處較多的未加工到的地方，皆能因該UV軸的移動到上機頭加工位置而被加工到。
4. 如申請專利範圍第2項所述之廢料移除方法，其中透過該切斷點 與該預留點之間的距離及該UV軸的偏移角度，不因該工件的高度，控制該錐度未切割區在以外力衝擊該芯部時，把該芯部廢料衝下來的範圍之內。
5. 如申請專利範圍第1項所述之廢料移除方法，其中上述的使上機頭與下機頭進行不同步移動的放電加工，為該下機頭相對於該上機頭在水平移動方向保持落後的方式。
6. 如申請專利範圍第1項所述之廢料移除方法，其中上述的使上機頭與下機頭進行不同步移動的放電加工，為該上機頭相對於該下機頭在水平移動方向保持落後的方式。
7. 如申請專利範圍第1項所述之廢料移除方法，其中在工件加工路徑的垂直切割面上，該錐度未切割區係為一個三角形區域。
8. 如申請專利範圍第1項所述之廢料移除方法，其中在工件加工路徑的該切斷點與該預留點之間的距離，大於該錐度未切割區的寛度，該工件的高度大於該錐度未切割區的高度。
9. 如申請專利範圍第8項所述之廢料移除方法，其中持續線切割放電加工至一移動上機頭加工位置，其特徵在於線撓曲現象造成的線落後，在工件厚度中間處較多的未加工到的地方，皆能因上機頭與下機頭進行不同步移動的放電加工，使線電極以傾斜的角度進行錐度加工而被加工到。
10. 如申請專利範圍第7或8項所述之廢料移除方法，其中透過該錐度加工，不因該工件的高度，控制該錐度未切割區在以外力衝擊該芯部時，把該芯部廢料衝下來的範圍之內。

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