(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ電極と被加工物との間に加工液を介在せしめ、放電により上記被加工物を加工するワイヤ放電加工装置において、
上記被加工物の上下にて上記ワイヤ電極を案内するワイヤガイドを内蔵する上部ガイド及び下部ガイドと、
上記上部ガイド及び上記下部ガイド内部に設けられると共に、上記ワイヤ電極に接触通電させる給電ダイスと、
上記上部ガイドと上記下部ガイドの少なくとも一方に設けられた、内部ノズル及び外部ノズルと、
上記内部ノズルに加工液を供給する第１の配管系と上記第１の配管系と独立してなる、上記外部ノズルに加工液を供給する第２の配管系と、
上記第１の配管系を通して上記内部ノズルに供給する加工液を冷却する第１の冷却装置と、
上記第２の配管系を通して上記外部ノズルに供給する加工液を冷却する第２の冷却装置とを備え、
上記内部ノズルから、上記外部ノズルから噴出供給する加工液と比較して、低温かつ高圧の加工液を上記被加工物に向かって噴出供給することを特徴とするワイヤ放電加工装置。
【請求項２】
上記ワイヤ電極に向かって加工液を噴射することにより上記ワイヤ電極を上記給電ダイスに押圧させる噴射手段を備え、上記噴射手段に供給する加工液を上記内部ノズルに供給する加工液と同一としたことを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
【請求項３】
上記内部ノズルに供給する加工液に不凍液を混入させ上記冷却装置により冷却し、上記内部ノズルより０℃以下の過冷却加工液を上記被加工物に向かって噴出供給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装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ワイヤ電極の冷却を効果的に促進することができ、加工速度を向上することができるワイヤ放電加工装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下、従来のワイヤ放電加工装置の構成及び動作について、第５図〜第８図を用いて説明する。
第５図は機械部分の全体構成を示したものであり、１０１は機械のベースであるベッド、１０２はＸ軸テーブルであるＸ軸テーブル１０２は、ベッド１０１上のＸ軸ガイド１０３により支持され、図示しないＸ軸モータにより、Ｘ軸ボールネジ１０４を介してＸ方向に駆動される。１０５は被加工物２５を固定するテーブルであり、Ｘ軸テーブル１０２上に固定されている１０６は加工液を溜める加工槽である。１０７はＺ軸装置１１７を支持するコラムであり、下部アーム１０８が固定されている。この下部アーム１０８の先端部には下部ガイド１０９が取り付けられている。１１８は上部カイドであり、Ｚ軸装置１１７の先端部に固定されている。１１１はベッド１０１上のＹ軸ガイドであり、コラム１０７を支持している。コラム１０７は、Ｙ軸モータ１１３により、Ｙ軸ボールネジ１１２を介してＹ方向に駆動される。１１４はワイヤ電極１１９を回収するローラ１１５を支持するワイヤ回収であり、回収されたワイヤ電極１１９は回収箱１１６に収納される。１２０はフイヤボビン、１２１はベッド１０１の下方に配置されたバッド、１２２は傾斜調整用レベリングボルトである。
【０００３】
第６図は下部ガイド１０９の構成を示した断面図である。下部ガイド１０９は絶縁板２を介して下部アーム１０８の先端に固定され、ノズル６、給電ダイス１６、下部ワイヤガイドホルダ１２、ガイド支持板２３及び下部ブロック３により主に構成されている。下部ブロック３は、ワイヤ電極の方向変換を担当するローラ１９を含み、テーパ状のワイヤ入り口３ａ、ワイヤ出口３ｈを持っている。ワイヤ出口３ｂには回収パイプ２０が接続されている。ガイド支持板２３は給電ダイス１６を内蔵し、給電ダイス１６の取り出し用に引き出し板１７も内蔵している。給電ダイス１６は押え板１５にて固定されている。１８は下部補助ガイドであり、下部ワイヤガイドホルダ１２と合わせて、ワイヤ電極１１９を給電ダイス１６へ押し付けることにより給電する構成となっている。
【０００４】
ノズル６は加工液を噴出する部分であり、配管９により加工液が高圧流体として供給される。１４はスプリング、１３はノズル６の押え板である。ノズル６は、加工中にはスプリング１４を圧縮させ上昇して押え板１３にて止まり、加工液が洪給されなくなると下に戻る。これにより、非加工中であればノズルを下げて、被加工物との無用な接触を防いでいる。整流板２２はノズル内部の加工液の乱れを整える役目を持ち、多数の小径孔２２ａが設けられている。１０は配線であり、導電性材料で構成されたガイド支持板２３へ接続され、図示しない加工電源からの加工電力を給電ダイス１６へ供給する。２４は下部搬送水流噴出孔であり、外部からの配管が接続され、回収パイプ２０内部のワイヤ電極１１９を回収ローラ１１５（第５図参照）まで搬送する役目を担い、主にワイヤ電極１１９の初期セット時に使用される。２６は被加工物２５とワイヤ電極１１９間の加工間隙であり、極間と呼ばれる。ノズル６より噴出される加工液は極間２６に供給される。加工液の主な役目は、加工時に発生する加工紛の排出及びワイヤ電極の過熱防止等であり、加工中のワイヤ電極の断線防上に不可欠な要素となっている。
【０００５】
第７図は上部ガイド１１８の構成を示した断面図である。取り付け板２２５は、上部ガイド１１８をＺ軸装置１１７に固定するものであり、絶縁材料で構成される。上部ブロック２２６は通路２２６ａを備え、上部ブロック２２６の上部にはワイヤ電極１１９を案内するための上部補助ガイド２２９がある。給電ダイス４６は上部ブロック２２６の内部に収められ、押え板２３０でワイヤ電極１１９に向かって押し付けられる。引き出し板４７によって上記給電ダイス４６の出し入れが可能な構成となっている。上部ブロック２２６の下端には上部ワイヤガイドホルダ２３６が固定され、上部ワイヤガイドホルダ２３６の先端部にはワイヤガイド２３６ａが固定されている。さらに、上部ワイヤガイドホルダ２３６を覆うようにハウジング２３４が設けられ、さらにその外側にはノズル２３２が配置される。ハウジング２３４の内部にはスプリング２３５を介して上下方向に可動に支持されたジェットノズル２３３が収納されている。
【０００６】
ジェット配管２３８に加工液が供給されると、その圧力でジェットノズル２３３がスプリング２３５を押し付けながら下方に移動し、ジェットノズル２３３の噴出孔２３３ａよりジェット水流２３９を噴き出す。このジェット水流２３９の内部をワイヤ電極１１９が通り、下方の下部ガイドへワイヤ電極１１９が導かれていく。通常の加工時には、加工液配管２３７より加工液が供給され、ノズル２３２の噴出孔２３２ａより加工液が噴出し、被加工物２５に加工液が供給される。また、通常の加工時には、ジェットノズル２３３はスプリング２３５により上方へ後退している。２２１は冷却孔であり、加工中のワイヤ電極１１９の冷却のために加工液を上部ワイヤガイドホルダ２３６内部に導入する。２３４ａは固定絞りであり、加工液配管２３７から供給される加工液の乱れを整流化する。
【０００７】
ワイヤ放電加工装置は、ワイヤ電極と給電ダイスとの接触部には大電流が流れるため高温となりワイヤ電極の断線を招くことから、加工液による冷却を行っている。冷却用加工液の供給は、ノズル２３２内部の背圧を利用して、上部ワイヤガイドホルダ２３６に設けられた冷却孔２２１からワイヤ通路２２６ａに供給する。加工液は冷却孔２２１からワイヤ通路２２６ａ内部を上方に向かって上昇し、ワイヤ電極１１９と給電ダイス４６との接触部を通過し、上部補助ガイド２２９を通過して外部へ放出される。このように、加工液の通過によりワイヤ電極と給電ダイスとの接触部で発生したジュール熱を奪い冷却を行う。
【０００８】
次に、第８図により、加工中のワイヤ電極及び加工溝の構成を説明する。図において加工進行方向に向かって一定の間隙を維持しながら加工しているものとする。上下のノズルから矢印のように噴出流２４０が噴き出し、被加工物２５の上下方向のほぼ中央付近で両者がぶつかり、加工方向の後方の溝２６ｂに向かって流れる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
加工速度を上げるためには、加工電流を上げる必要があり、ワイヤ電極と給電ダイスとの接触部の冷却を促進する必要があるが、第７図のようなノズル内部の背圧を利用した冷却方法には限界がある。すなわち、被加工物とノズルが乖離して背圧が低下すると、冷却が不十分となりワイヤ電極の断線が発生したり、ワイヤ電極と給電ダイスとの接触部の温度上昇によりワイヤ電極の摩耗粉による目詰まりが発生するという問題が生じる。
また、従来構成ではノズル内部に整流を目的とした多数の小径孔（第６図の下部ガイドの小径孔２２ａ、第７図の上部ガイドの固定絞り２３４ａ）が設けられており、この部分での圧力損失が非常に大きく、さらに極間の冷却能力を低下させていた。
【００１０】
また、加工速度を上げていくと、排出される加工粉が多くなり、加工粉の発生と排出がバランスしなくなると極間が汚れ、加工間隙の抵抗が低下して加工溝が大きくなるため加工精度が低下する。この場合に加工粉の排出を促進するために加工液の圧力を上げることが考えられるが、加工液の圧力を上げると、ワイヤ電極と被加工物との間の加工液の流線速度が高くなり、被加工物及びワイヤ電極の側壁から加工液が剥離し、加工に支障をきたすことがある。すなわち、加工液が被加工物及びワイヤ電極の側壁から剥離すると、加工電流が安定して流れないため、ワイヤ電極が断線するという問題が生じる。このように、加工液の圧力上昇には限界がある。
【００１１】
さらに、従来のワイヤ電極の断面は円形であり、表面が極めて滑らかになっているため熱伝達による冷却効率が低く、加工液を高速供給しても所期の冷却効果が得られない場合は、ワイヤ断線を防ぐために加工速度を低下せざるをえないこともあった。
【００１２】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ワイヤ電極の冷却を効果的に促進することができ、加工速度を向上することができるワイヤ放電加工装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係るワイヤ放電加工装置は、被加工物の上下にてワイヤ電極を案内するワイヤガイドを内蔵する上部ガイド及び下部ガイドと、上記上部ガイド及び上記下部ガイド内部に設けられると共に、上記ワイヤ電極に接触通電させる給電ダイスと、上記上部ガイドと上記下部ガイドの少なくとも一方に設けられた、内部ノズル及び外部ノズルと、上記内部ノズルに加工液を供給する第１の配管系と、上記第１の配管系と独立してなる、上記外部ノズルに加工液を供給する第２の配管系と、上記第１の配管系を通して上記内部ノズルに供給する加工液を冷却する第１の冷却装置と、上記第２の配管系を通して上記外部ノズルに供給する加工液を冷却する第２の冷却装置とを備え、上記内部ノズルから、上記外部ノズルから噴出供給する加工液と比較して、低温かつ高圧の加工液を上記被加工物に向かって噴出供給するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１のワイヤ放電加工装置の構成及び動作について、第１図〜第３図を用いて説明する。
第１図は上部ガイドの断面図を示したものであり、支持板３０の内部に設けられた管路３０ｂは外部から供給される加工液配管に接続されると共に中心近傍のプール３０ａに向かって接続されている支持板３０の下端面にはガイドホルダ５６が固定されている。ガイドホルダ５６は給電ダイス３３が嵌合する孔を持つと共に中心部にワイヤ電極の通路５６ｄを持っている。ワイヤ電極の通路５６ｄはガイドホルダ５６の内部を貫通する直線状の管路であり、その下端の出口は噴出孔５０ａに通じている。５９はワイヤ電極の補助ガイドであり上部に配置され、下部にはワイヤガイド５５が配置されている。３２はガイドホルダ５６の外側に移動可能に配置されたドーナツ状のリング、３２ａは給電ダイス３３を押し付けるボルトである。
【００１５】
内部ノズル５０は外周がつば状になっており、その部分がストッパ５２に係合し、ストッパ、５２は側板５３により支持板３０に固定されている。３８はスプリングで内部ノズル５０とリング３２の間にあり、内部ノズル５０を下方に押し付けるように作用する。内部ノズル５０は、ガイドホルダ５６の外周部に嵌合し上下方向に摺動可能であり、Ｏリングによって加工液の漏れを防止している。
【００１６】
給電ダイス３３は、中心部に管路３３ａを持ちワイヤ電極との接触給電部３３ｂを持ち、接触給電部３３ｂの反対側には外部から給電ダイス３３自体をレバ５４などにより回転させるための溝３３ｃを持っている。給電は、ワイヤガイド５５の中心と補助ガイド５９の中心とを結ぶ直線よりもワイヤ電極が１ｍｍ程度図中左側に移動するように、給電ダイス３３の接触給電部３３ｂを押し込んだ位置に配置し、ワイヤ電極と絵電ダイス３３を接触させながら行う。
【００１７】
内部ノズル５０の外側には外部ノズル６３を設けている。内部ノズル５０の先端部には噴出口５０ｂが外部ノズルの噴出孔６３ａに重なるように配置され、外部ノズルの接続孔６３ｂより供給された加工液は上記噴出孔６３ａより、噴出口５０ｂの外側より噴き出すことになる。６５は内部ノズル５０より噴出された高圧噴出流でジェット水流５７よりわずかに直径が大きくなっている。６４は外部ノズル６３より噴出された低圧噴出流で上記高圧噴出流６５より直径が大きくなっている。加工液は、加工中には外部ノズル６３及び内部ノズル５０から同軸流として、被加工物へ向かって噴出される。
【００１８】
５１はジェットノズルであり、ワイヤガイド５５の外周部を上下方向に可動に支持され、加工前にジェット水流によりワイヤ電極を上部ガイドから下部ガイドに導くためのものであり、５１ａはジェット水流を噴出する噴出孔である。
以上の説明は上部ガイドについて行ったが、下部ガイドの構成も同様であり、下部ガイドについての説明は省略する。
【００１９】
第２図は全体構成図であり、機械本体の上部及び下部にはそれぞれ上部ガイド１１８及び下部ガイド１０９が設けられている。１０６は被加工物を収納する加工槽であり、その加工液は配管１０６ａによって加工液タンク７０に回収され循環する。加工液タンク７０は、加工後の加工粉で汚れた加工液を一旦溜める汚液槽７０ａと、フィルタ７２によってろ過された加工液を溜める清液槽７０ｂで構成されている。７１はろ過用のポンプである。
４０はポンプであり、清液槽７０ｂの加工液を配管４０ａを通して外部ノズル６３の接続孔６３ｂへ供給する。これにより、外部ノズル６３より加工液の低圧噴出流が噴き出すことになる。ポンプ６０は冷却器７７に加工液を循環供給し、加工液を一定温度に維持する役目を持つ。７５は冷却タンクであり、加工液タンク７０の清液槽７０ｂに接続されている。
【００２０】
加工液の冷却は、冷却配管７３を通して冷却器７６で行われる。冷却器７６で冷却された加工液は、例えば上部ガイド１１８へは、ポンプ７４によって配管７４ａ、パイプエンド８、管路３０ｂ（第１図参照）を通り、内部ノズル５０の噴出孔５０ａ（第１図参照）より高圧噴出流として噴出する。また、下部ガイドへは、配管７４ｂを通り、同様に冷却加工液が供給され、内部ノズルから加工液が噴出する。
【００２１】
さらに、冷却器７６で冷却された加工液は、例えば上部ガイド１１８へは、ポンプ８４によって配管８４ａ、ガイドホルダ５６の内部に設けられた管路５６ｅ，管路５６ｆ、管路５５ｇ（第１図参照）を通してワイヤ電極の通路５６ｄ（第１図参照）に噴出する。また、下部ガイドへは、配管８４ｂを通り、同様に冷却加工液が供給され、ワイヤ電極の通路に噴出する。この結果、ワイヤ電極１１９と給電ダイス３３の接触部の冷却が促進されると共に、ワイヤ電極１１９は加工液によって給電ダイス３３に押し付けられることになり、走行中のワイヤ電極１１９は給電ダイス３３との安定した接触状態を維持できる。
【００２２】
上記の内部ノズル５０に供給される冷却器７６で冷却された高圧の加工液は冷却器７７により冷却され外部ノズル６３に供給される低圧の加工液よりも低温となっており、ワイヤ電極１１９や給電ダイス３３の冷却効果を高めている。
【００２３】
以上説明したように、ノズルを二重構成にし、内部ノズルに加工液を供給する配管系と外部ノズルに加工液を供給する配管系を各々独立とし、加工液を別々の冷却器で冷却し、内部ノズルには低温高圧の加工液を供給し、外部ノズルには内部ノズルに供給する加工液と比較して高温低圧の加工液を供給することにより、冷却に必要な加工液の供給と加工に必要な加工液の供給とを分離することができ、必要な投入エネルギを削減することができる。
【００２４】
次に、第３図によりジェットノズルの動作説明を行う。第３図の（ａ）において、ジェット配管５６ａに加工液が供給されるとジェットノズル５１はその圧力の作用で下方に下がると同時に噴出孔５１ａからジェット水流５７を噴出する。
次に、ワイヤの挿入が終わり、ジェットノズルを上方へ収納する方法について説明する。第３図の（ｂ）において、内部ノズル駆動用配管５６ｂに加工液もしくは他の流体が供給されると配管５３ａを通り部屋５３ｂへ通じる。これにより流体圧によりスプリング３８を圧縮すると共に内部ノズル５０が上方へ移動し、内部ノズル５０の内側底面にジェットノズル５１を当てながら押し上げることになり、ジェットノズル５１はジェット配管５６ａに加工液を供給する前の位置に戻ることになる。
【００２５】
このような流体圧による内部ノズル駆動手段により、内部ノズルを駆動し、内部ノズルに係合したジェット水流発生手段であるジェットノズルを駆動することにより、背景技術の第７図に示すようなジェットノズルを上下方同に駆動するためのスプリングやハウジング等のジェットノスル周辺の部品を省略できる。従って、効果的な冷却に適した二重ノズルにおける内部ノズル内の加工液の流れ（例えば、第１図の管路３０ｂから、プール３０ａを経由した、噴出孔５０ａへの加工液の流れ）を妨げないため圧力損失を低減でき、大きな流線速度を持った加工液を内部ノズルより噴出することができるため、加工速度をさらに向上することができる。
【００２６】
実施の形態２．
また、実施の形態１の第２図では、加工槽１０６中の加工液に被加工物２５全体を浸漬して加工する場合を示したが、このような浸漬加工では加工液の極間への供給を維持し安定した加工が行える特長がある反面、装置全体が大掛りとなり、高価となる。
上記の第２図の例においても、第１図に示すような上部ガイド、下部ガイドを使用し、加工条件に応じて内部ノズルと外部ノズルに各々必要な温度、圧力、流量の加工液を供給することにより、浸漬加工ではなく加工液の噴きかけ状態でも安定した加工を行うことができ、装置全体を安価に製造することができる。
【００２７】
実施の形態３．
実施の形態１では、内部ノズルからの高圧噴出流のみを低温にして効果的な冷却を行う方法を示したが、ワイヤ放電加工で通常使用する加工液は脱イオン水であり、低温にするといっても、０℃以下にすることはできなかった。そこで、さらに冷却効率を上げるために加工液に不凍液を混入させて、第２図の冷却器７６により不凍液混入加工液を０℃以下に冷却し、過冷却の加工液を極間に供給してもよい。
この過冷却の加工液を極間に供給することによってワイヤ電極の冷却が一層促進され、さらに加工速度を向上することができる。
【００２８】
参考例．
第４図はこの発明の参考例を示す断面図であり、第４図の（ａ）に示すように、ワイヤ電極９０は従来の円形断面を持つワイヤ電極と形状が異なり、外周部にフィン９０ａと溝９０ｂを持っている。このフィン９０ａの形状は、第４図の（ａ）のような断面形状で見て、三角形，台形、歯車のような曲線など、伝熱面積を増大するものであればよい。このように、ワイヤ電極９０は拡大伝熱面を持つため、冷却液への熱伝達によるワイヤ電極の冷却効率が高くなり、加工電流をさらに大きくすることができ、加工速度がさらに向上する。
また、第４図の（ｂ）に示すように、ワイヤ電極９０を側面から見ると、フィン９０ａはワイヤ電極の中心軸線に対して傾斜して形成されており螺旋状となっている。このように、ワイヤ電極９０のフィン９０ａ及び溝９０ｂはワイヤ電極の中心軸線に対して傾斜しているため、ワイヤ電極の走行に伴い、極間２６に発生する加工粉の排出を促進することができる。ワイヤ電極に中心軸線に対して傾斜した溝が設けられている場合には、ワイヤ電極の外周部が円滑な場合よりも、加工液の回転運動により後方の溝２６ｂへ、の加工液の移動が促進されるためである。
【００２９】
本ワイヤ放電加工装置はノズルを二重構成にし、内部ノズルに加工液を供給する配管系と外部ノズルに加工液を供給する配管系を各々独立とし、加工液を別々の冷却器で冷却し、内部ノズルには低温高圧の加工液を供給し、外部ノズルには内部ノズルに供給する加工液と比較して高温低圧の加工液を供給するため、冷却に必要な加工液の供給と加工に必要な加工液の供給とを分離することができ、全体として必要な投入エネルギを削減することができる効果がある。また、内部ノズルから低温かつ高圧の加工液を被加工物に向かって噴出供給するため、ワイヤ電極の効果的な冷却を行うことができるため加工電流を大きくでき、加工速度を向上することができる効果がある。さらに、浸漬加工ではなく加工液の噴きかけ状態でも安定した加工を行うことができ、装置全体を安価に製造することができる効果もある。
【００３０】
また、ワイヤ電極に向かって加工液を噴射することによりワイヤ電極を給電ダイスに押圧させる噴射手段を備え、噴射手段に供給する加工液を内部ノズルに供給する加工液と同一としたため、ワイヤ電極と給電ダイスの接触部の冷却が促進されるため、さらに加工速度を向上することができると共に、ワイヤ電極が給電タイスに１押圧されるため、走行中のワイヤ電極と給電ダイスとの接触状態を安定して維持できる効果もある。
【００３１】
また、内部ノズルに供給する加工液に不凍液を混入させ冷却装置により冷却し、内部ノズルより０℃以下の過冷却加工液を被加工物に向かって噴出供給するため、さらにワイヤ電極の冷却が促進され、加工に必要な加工電流をさらに大きくでき、加工速度をさらに向上することができる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上のように、この発明に係るワイヤ放電加工装置は、ワイヤ電極の冷却を効果的に促進することができ、加工速度を向上することができるため、放電加工作業に用いられるのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
第１図は、この発明の実施の形態１を示す上部ガイドの断面図である。
第２図は、この発明の実施の形態１を示す全体構成図である。
第３図は、この発明の実施の形態１のジェットノズルの動作説明図である。
第４図は、この発明の参考例を示す断面図である。
第５図は、従来のワイヤ放電加工装置の機械部分の全体構成図である。
第６図は、従来のワイヤ放電加工装置の下部ガイドの断面図である。
第７図は、従来のワイヤ放電加工装置の上部ガイドの断面図である。
第８図は、従来のワイヤ放電加工装置の加工中のワイヤ電極及び加工溝の構成説明図である。
【図１】
0003974193.tif 000002
【図２】
0003974193.tif 000003
【図３】
0003974193.tif 000004
【図４】
0003974193.tif 000005
【図５】
0003974193.tif 000006
【図６】
0003974193.tif 000007
【図７】
0003974193.tif 000008
【図８】
0003974193.tif 000009