WO2010049969A1 - 放電加工装置 - Google Patents

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motor coil
discharge machining
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菊池秀明
石原秀一郎
木場亮吾
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三菱電機株式会社
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    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H7/00—Processes or apparatus applicable to both electrical discharge machining and electrochemical machining
    • B23H7/02—Wire-cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
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    • B23H7/00—Processes or apparatus applicable to both electrical discharge machining and electrochemical machining
    • B23H7/36—Supply or regeneration of working media

Definitions

  • the present invention relates to an electric discharge machining apparatus that is driven with high accuracy by a linear motor.
  • Patent Document 1 since the magnet part and the coil (mover) part, which are the drive shafts of the motor itself, are not in contact with each other, the shaft is swung by the servo motor-ball screw drive, and the contact surface is worn. It is free from various problems such as deterioration of accuracy and maintenance work. However, when the linear motor coil generates heat, the surrounding environment and surrounding structure are affected by heat, and the positioning accuracy deteriorates. .
  • a section having a fluid circulation system is provided on a part or the entire outer periphery of a linear motor coil to cool the coil, and the fluid used for circulation is set to a measured temperature around the linear motor.
  • a technology for controlling the temperature adjustment is also disclosed, but in order to adopt this technology, it is necessary to construct a cooling section that wraps the linear motor, and the members and processing for manufacturing the cooling section become complicated, A series of costs for assembly and the like are expected to increase.
  • the present invention relates to an electric discharge machining apparatus that maintains the entire mechanical structure at a constant temperature without causing heat generated in the linear motor part to be transferred to the structure part, and particularly for cooling the linear motor. It aims at preventing the heat transfer to a structure, aiming.
  • An electric discharge machining apparatus is an electric discharge machining apparatus that performs machining by applying a predetermined voltage while relatively moving a workpiece and an electrode.
  • a linear motor coil holder that interrupts transmission; a pump that supplies cooling water to the linear motor coil holder; and a unit cooler that adjusts the temperature of the cooling water supplied by the pump to a predetermined temperature. Is.
  • FIG. 1 is a top view of a wire electric discharge machine driven by a shaft type linear motor using a linear motor coil holder provided with a cooling circulation system in the present embodiment.
  • the workpiece 4 placed on the surface plate 5 made of stainless steel in the machining tank 1 in which the machining fluid is stored is between the wire electrode 3 supplied from the wire bobbin 2. Then, a voltage is applied in a state of passing through the machining liquid, and electric discharge machining for melting and removing due to generation of electric discharge is performed.
  • the wire electrode 3 is subjected to electric discharge machining while being stretched and held between the upper nozzle (not shown) and the lower nozzle 6, and the electric discharge portion melts and deteriorates in the wire electrode 3 due to electric discharge machining.
  • a new wire electrode 3 is recovered by the recovery roller 11 into the recovery box 12 so as to be supplied to the processing portion.
  • the lower nozzle 4 is provided on the lower arm 5 and is sealed in the X-axis direction relative to the processing tank 1 in a state where the lower nozzle 4 is sealed with a seal plate 8 that closes a through-hole on the side surface of the processing tank 1. It moves by sliding. The same applies to the Y-axis direction.
  • the linear shaft 13 is fixed to the bed 9 serving as the lower structure, and the saddle 10 that moves the column serving as the upper structure is moved along the X axis via the linear motor coil holder 14.
  • a linear motor coil 15 is attached.
  • the saddle 10 is integrated with the linear motor coil 15 via the linear motor coil holder 14 and is driven in the X-axis direction by controlling the current to the linear motor coil 15.
  • the linear motor coil holder 14 made of, for example, aluminum is provided with a fluid introduction port 16 and a discharge port 17 to which a flow pipe is attached, and a cooling liquid, which is a cooling fluid, is circulated therein.
  • a circulation path 18 is formed. Cooling liquid controlled to a constant temperature is circulated from the tank 19 via the unit cooler 21 to the circulation path 18 by the pump 20, and the linear motor coil holder 14 is controlled at a constant temperature to discharge the tank 19 from the discharge port 17. To be discharged.
  • the cooling liquid is used by filtering the processing liquid stored in the tank 19 and is a unit that is 1.0 deg lower than the temperature measured by the temperature sensor 22 attached to the rear part of the bed 9. It is adjusted by the cooler 21. That is, by controlling the linear motor coil holder 14 at a constant temperature, the heat generated by the linear motor coil 15 is temporarily retained and cooled by the linear motor coil holder 14 and is not transferred to the saddle 10.
  • the temperature sensor 22 measures the temperature of the rear portion of the bed 9, but the same applies to the column above the saddle 10 serving as a mechanical structure.
  • the reason for applying the linear motor cooling structure is that the output of the linear motor coil 15 (in order to drive the mechanical structure via the saddle 10 depending on the position of the shaft, the water level in the processing tank, the processing speed, etc.)
  • the load on the drive shaft of the mechanical structure varies variously.
  • the linear motor coil 15 generates heat and greatly affects the surroundings. For example, the temperature of the machine structure rises once, so that the wire electric discharge machine An error of 10 ⁇ m occurs in the processing accuracy.
  • the temperature change in the vicinity of the linear motor coil holder can ignore the influence on the mechanical structure. It is possible to hold down. That is, it can be seen that the linear motor coil is sufficiently cooled only by the surface in contact with the linear motor coil holder by the configuration of the present embodiment.
  • the temperature of the bed 9 representing the structure is measured, and cooling of the linear motor coil 14 is performed using a fluid that is equal to or slightly less than or equal to the measured temperature (for example, 1 degree).
  • the temperature of the linear motor and the structure can be synchronized very easily, and the temperature of the entire structure can be kept constant.
  • the shape of the flow path through which the fluid circulates in the linear motor coil holder 14 can be changed according to the heat generation state of the linear motor coil 15. For example, after a groove is formed as a flow path on a plate having an arbitrary size that matches the shape of the linear motor coil 15, a plate as a lid is fitted, thereby providing a desired fluid circulation path easily and at low cost.
  • the obtained linear motor coil holder 14 can be obtained.
  • a member having low thermal conductivity such as resin, ceramic or stone is used on the structure contact side, and a material having high thermal conductivity such as aluminum is used on the linear motor coil side.
  • the linear motor coil holder 14 described in the present embodiment is interposed between the upper surface of the linear motor coil 15 manufactured in a rectangular parallelepiped shape and the saddle 10 as shown in FIG. Since the saddle-side upper surface and the linear motor coil-side lower surface only need to maintain smoothness, the shape is not complicated as shown in JP-A-2001-218443, and productivity and reliability are improved.

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Abstract

　被加工物(4)及び電極(3)とを相対移動させつつ、所定電圧を印加することで加工を行う放電加工装置において、被加工物(4)及び電極(3)を相対移動させるべく機械構造体(10)を駆動するシャフト型リニアモータ(13,15)と、 　このシャフト型リニアモータ(13,15)と機械構造体(10)を連結するホルダであって、内部に冷却液を循環することで上記シャフト型リニアモータ(13,15)から発生する熱の上記機械構造体(10)側への伝達を遮断するリニアモータコイルホルダ(14)と、 　このリニアモータコイルホルダ(14)へ冷却水を供給するポンプ(20)と、 　このポンプ(20)により供給される冷却水の温度を、所定温度に温度調整を行うユニットクーラ(21)と、を備えた。

Description

放電加工装置
　本発明はリニアモータにより高精度に駆動する放電加工装置に関するものである。
　従来の放電加工機は、サーボモータからの回転方向の動力をボールネジを用いて推進方向に変換する駆動方法や、特開平８－３１８４３３号公報に示されるようなリニアモータによる駆動方法等によって駆動制御されている。（例えば特許文献１参照）
　また、リニアモータを駆動要素として用いる際のリニアモータコイルの発熱に関しては、特開２００１－２１８４４３号公報に示されるような冷却用の流体を用いてコイルを冷却する手法が構築されている。（例えば特許文献２参照）
特開平８－３１８４３３号公報 特開２００１－２１８４４３号公報
　特許文献１によれば、モータ自身が駆動軸となる磁石部分とコイル（可動子）部分が非接触であることから、サーボモータ－ボールネジ駆動にて発生する軸の振れ回り、接触面の磨耗による精度の悪化、メンテナンス作業などの諸々の問題から開放されるが、リニアモータコイルが発熱することにより、周囲環境と周囲構造体は熱の影響を受け、位置決め精度が悪化してしまう問題点がある。
　ここで、特許文献２には、リニアモータコイルの一部または外周全体に流体循環システムを有したセクションを設け、コイルの冷却を行うことや、循環に用いられる流体をリニアモータ周囲の測定温度にあわせて温度調節制御する技術が開示されているが、本技術を採用するためには、リニアモータを包み込む冷却セクションを構築する必要があり、冷却セクション部作製にかかる部材や加工が複雑になり、組立てなどにかかる一連の費用が大きくなると予想される。
　また、放電加工機においては、機械の位置決め精度や加工精度を保つ上で機械全体の温度が一定に保たれることが非常に重要である。
ここで、特許文献２の技術を放電加工機のリニアモータ冷却にそのまま適用すると、リニアモータコイル部で発生した温度変化は循環システムセクションにより温度制御されるが、循環システムセクションでの熱変位が構造体部へ熱移動し、構造体の位置決め精度と共に加工精度が低下してしまう恐れがある。
すなわち、機械の中で一部また全体の温度が変化した場合、リニアモータコイルの発熱の影響によって、構造体が膨張収縮するため、周囲との位置関係が変化し、放電加工装置の精度が低下してしまう。
　この発明は、上記課題に対し、リニアモータ部での発生した熱を構造体部に熱移動させることなく、機械構造体全体を一定の温度に保つ放電加工装置に関し、特に、リニアモータの冷却を図りつつ構造体への熱移動を防止することを目的とする。
　本発明にかかる放電加工装置は、被加工物及び電極とを相対移動させつつ、所定電圧を印加することで加工を行う放電加工装置において、被加工物及び電極を相対移動させるべく機械構造体を駆動するシャフト型リニアモータと、このシャフト型リニアモータと機械構造体を連結するホルダであって、内部に冷却液を循環することで上記シャフト型リニアモータから発生する熱の上記機械構造体側への伝達を遮断するリニアモータコイルホルダと、このリニアモータコイルホルダへ冷却水を供給するポンプと、このポンプにより供給される冷却水の温度を、所定温度に温度調整を行うユニットクーラと、を備えたものである。
　この発明によれば、リニアモータコイルから発せられた熱を、構造体に伝えることを最小限に抑え、位置決め精度、加工精度を常に一定に保つことが可能となり、リニアモータを用いた高精度な駆動システムを得ることが出来る。
ワイヤ放電加工装置の全体構成を説明する上面図である。 冷却循環システムの概略構成を示した概略図である。 リニアモータへの供給電流と、温度上昇の割合を示した図である。 リニアモータ冷却構造の詳細図である。
符号の説明
　９　ベッド、１０　サドル、１３　リニアシャフト、１４リニアモータコイルホルダ、１５リニアモータコイル、２０　ポンプ、２１　ユニットクーラ、２２　センサ。
実施の形態１．
　図１は、本実施の形態における冷却循環システムを備えたリニアモータコイルホルダを用いたシャフト型リニアモータ駆動のワイヤ放電加工機上面図である。
図における放電加工に関する部分では、加工液が貯留された加工槽１内のステンレス鋼からなる定盤５上に載置された被加工物４は、ワイヤボビン２から供給されるワイヤ電極３との間で加工液を介した状態で電圧が印加され、放電発生に伴う溶融除去の放電加工が行われる。
なお、ワイヤ電極３は、上部ノズル（図示せず）及び下部ノズル６間で張架保持された状態で放電加工が行われ、ワイヤ電極３も放電加工に伴い放電部分が溶融、劣化するので、加工の進行と共に新しいワイヤ電極３が加工部に供給されるように回収ローラ１１により回収箱１２へ回収される。
また、下部ノズル４は下部アーム５に設けられており、加工槽１の側面の貫通孔を閉塞するシール板８でシールされた状態で、加工槽１に対して相対的にＸ軸方向へ軸移動することで、摺動移動する。なお、Ｙ軸方向も同様である。
　また、ワイヤ放電加工機の駆動部に関する部分では、下部構造体となるベッド９にリニアシャフト１３が固定され、上部構造体となるコラムをX軸移動行うサドル１０にリニアモータコイルホルダ１４を介してリニアモータコイル１５が取り付けられている。
駆動に関し、サドル１０は、リニアモータコイルホルダ１４を介してリニアモータコイル１５と一体化され、リニアモータコイル１５への電流制御によりＸ軸方向に駆動する。
　次にリニアモータ冷却構造について、図２をも用いて説明する。
熱交換を促進すべく例えばアルミニウムで形成されたリニアモータコイルホルダ１４は、流通管を取り付ける流体導入口１６と排出口１７が設けられ、内部には、冷却を行う流体である冷却液の流通する循環路１８が形成されている。
該循環路１８には、タンク１９からユニットクーラ２１を経由して一定の温度に制御された冷却液がポンプ２０により循環され、リニアモータコイルホルダ１４を一定温度制御して排出口１７よりタンク１９に排出される。
ここで、冷却液はタンク１９に貯留された加工液を濾過して用いるものであり、ベッド９後方部に取り付けられた温度センサ２２によって測定された温度より1.0degだけ低い温度となるようにユニットクーラ２１により調節されている。
すなわち、リニアモータコイルホルダ１４を一定の温度に制御することで、リニアモータコイル１５の発熱は、リニアモータコイルホルダ１４で一時的に滞留し冷却され、サドル１０には熱伝達されない。
なお、温度センサ２２は、ベッド９後方部の温度を計測しているが、機械構造体となるサドル１０上部のコラム等でも同様である。
　本実施の形態において、リニアモータ冷却構造を適用する理由は、軸の位置、加工槽内の水位、加工速度などによってサドル１０を介して機械構造体を駆動するためにリニアモータコイル１５の出力（機械構造体の駆動軸のかかる負荷）が様々に変化する。
一般に、リニアモータの定格出力に対する電流の割合が増えるほどリニアモータコイル１５は発熱し周囲に非常に大きな影響を及ぼし、例えば、機械構造体の温度が１度上昇することで、ワイヤ放電加工機の加工精度は１０μｍの誤差が発生する。
しかしながら、本実施の形態では、図３に示すように、リニアモータの定格出力に対する電流の割合が変化したとしても、リニアモータコイルホルダ付近の温度変化は、機械構造体への影響を無視できる程度まで押さえることが可能である。
すなわち、本実施の形態の構成により、リニアモータコイルの冷却が、リニアモータコイルホルダに接している面のみで十分に冷却が行われていることが分かる。
　本実施の形態では、構造体を代表するベッド９の温度を測定し、測定温度と同等または若干値同等以下（例えば、１度）の流体を用いて、リニアモータコイル１４の冷却、リニアモータコイル１４からの熱移動を防止することで、リニアモータと構造体の温度を極めて簡便に同期させることができ、構造体全体の温度を一定に保つことができる。
　また、リニアモータコイルホルダ１４内には流体が循環するための流路の形状は、リニアモータコイル１５の発熱の状態に応じて変更することができる。例えば、リニアモータコイル１５の形状に合わせた任意の寸法の板に流路として溝加工を行った後、フタとしての板をはめ合わせ、これにより、簡便かつ低コストで所望の流体循環路を有したリニアモータコイルホルダ１４を得ることができる。
　また、前記リニアモータコイルホルダとして、構造体接触側に樹脂、セラミック、石材などの熱伝導性の低い部材を用い、リニアモータコイル側にアルミニウムなどの熱伝導性の高い材料を用いる等、熱伝導の異なる材料を用いてコイルホルダを形成することで、さらに構造体への熱影響を遮断することができる。
　その他、本実施の形態で説明したリニアモータコイルホルダ１４は、図４に示す如く、直方体形状に製造されたリニアモータコイル１５の上面と、サドル１０との間に介在するものであり、製造に際しては、サドル側上面、リニアモータコイル側下面が平滑性を保てればよいことから特開２００１－２１８４４３号公報に示すような複雑な形状とならず、生産性、信頼性が向上する。
　以上のように、非接触で駆動するリニアモータを用いることによって、サーボモータ－ボールネジ駆動にて発生する軸の振れ回り、接触面の磨耗による精度の悪化、メンテナンス作業などの諸々の問題から開放されつつ、リニアモータの発熱の影響を抑え、高精度加工を実現できるワイヤ放電加工機を得ることができる。

Claims (5)

  1. 　被加工物及び電極とを相対移動させつつ、所定電圧を印加することで加工を行う放電加工装置において、
    　被加工物及び電極を相対移動させるべく機械構造体を駆動するシャフト型リニアモータと、
    　このシャフト型リニアモータと機械構造体を連結するホルダであって、内部に冷却液を循環することで上記シャフト型リニアモータから発生する熱の上記機械構造体側への伝達を遮断するリニアモータコイルホルダと、
    　このリニアモータコイルホルダへ冷却水を供給するポンプと、
    　このポンプにより供給される冷却水の温度を、所定温度に温度調整を行うユニットクーラと、
    を備えたことを特徴とする放電加工装置。
  2. 　ユニットクーラは、このポンプにより供給される冷却水の温度を、機械構造体の温度を検出するセンサからの出力に応じて、機械構造体温度と同等または若干値同等以下の温度となるように温度調整することを特徴とする請求項１に記載の放電加工装置。
  3. 　ユニットクーラによる温度調整は、機械構造体温度の１度以下範囲内とすることを特徴とする請求項２に記載の放電加工装置。
  4. 　リニアモータコイルホルダの材料にアルミニウムなどの熱伝導性の高い部材を用いたことを特徴とする請求項１に記載の放電加工装置。
  5. 　前記リニアモータコイルホルダとして、構造体接触側に樹脂、セラミック、石材などの熱伝導性の低い部材を用い、リニアモータコイル側にアルミニウムなどの熱伝導性の高い材料を用いたことを特徴とする請求項１に記載の放電加工装置。
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