(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末若しくは金属化合物の粉末若しくはセラミックス系材料の粉末又は前記粉末の混合物からなる放電表面処理用電極と、ワイヤ電極送給手段により送給されるワイヤ電極との間に放電を発生させ、その放電エネルギにより前記ワイヤ電極表面に硬質被膜を付着させる第１の工程と、
前記硬質被膜が付着した被覆ワイヤ電極をさらに送給し、被加工物を研削加工する第２の工程からなることを特徴とするワイヤ電極による加工方法。
【請求項２】
前記ワイヤ電極と前記放電表面処理用電極とをワイヤ電極の送給方向の垂直面内で相対的に揺動させながら前記第１の工程を行うことを特徴とする請求項１に記載のワイヤ電極による加工方法。
【請求項３】
ワイヤ電極を被加工物に対して送給するワイヤ電極送給手段と、
金属粉末若しくは金属化合物の粉末若しくはセラミックス系材料の粉末又は前記粉末の混合物からなる放電表面処理用電極と、
前記放電表面処理用電極と前記ワイヤ電極との間に加工電力を供給し、前記ワイヤ電極と前記放電表面処理用電極との間隙に放電を発生させ、前記ワイヤ電極表面に硬質被膜を付着させる放電発生手段と、
前記硬質被膜が付着したワイヤ電極を、前記被加工物に対して相対移動させることで研削加工させる駆動手段と、
を備えたことを特徴とするワイヤ電極による加工装置。
【請求項４】
ワイヤ電極を被加工物に対して送給するワイヤ電極送給手段と、
金属粉末若しくは金属化合物の粉末若しくはセラミックス系材料の粉末又は前記粉末の混合物からなる放電表面処理用電極と、
前記ワイヤ電極送給手段による前記ワイヤ電極の送給方向の垂直面内で、放電発生手段により前記ワイヤ電極と前記放電表面処理用電極との間に加工電力を供給することで放電を発生させ、前記ワイヤ電極に硬質被膜を付けるべく、前記放電表面処理用電極を前記ワイヤ電極に対して相対移動させる第１の駆動手段と、
前記硬質被膜が付着したワイヤ電極を、記被加工物に対して相対移動させることで研削加工させる第２の駆動手段と、
を備えたことを特徴とするワイヤ電極による加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被加工物に放電表面処理又は研削加工を行うワイヤ電極による加工方法及び装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液中放電により被加工物に表面改質層を形成し、耐食性、耐磨耗性を付与する技術として、例えば特開平５−１４８６１５号公報により開示された放電表面処理方法がある。この技術は、ＷＣ粉末とＣｏ粉末等を圧縮成形してなる圧粉体電極を使用して1次加工（堆積加工）を行い、次に銅電極等の比較的電極消耗の少ない電極に交換して２次加工（再溶融加工）を行う、２つの工程からなる金属材料の放電表面処理方法である。この従来技術は、鋼材に対して高硬度で密着力の大きい表面改質層を形成することができる。
【０００３】
また、特開平９−１９２９３７号公報には、ＴｉＨ２粉末を圧縮成形してなる圧粉体電極を使用して、鉄鋼及び超硬合金等の表面に再溶融加工工程無しに強固な表面改質層を形成する放電表面処理方法が開示されている。
【０００４】
このような放電表面処理技術を例えば金型に適用した場合には、耐食性及び耐摩耗性の向上により、金型の寿命を大きく向上させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記の従来技術のように総型電極を用いて被加工物に放電表面処理を行う場合には、例えば第９図の（ａ）に示すように、第１の被加工物２６を放電表面処理用電極２７にて放電表面処理を行うと、放電表面処理用電極２７には消耗部分２７ａが、第１の被加工物２６には表面改質層２８が形成される。次に、第９図の（ｂ）に示すように、第１の被加工物２６と大きさの異なる第２の被加工物２９を、第１の被加工物２６の放電表面処理を行った放電表面処理用電極２７にて放電表面処理を行うと、放電表面処理用電極２７には消耗部分２７ｂ、２７ｃが、第２の被加工物２９には表面改質層３０が形成される。この表面改質層３０の厚さには、第９図の（ｂ）に示すようにむらが生じ、均一な表面改質層を形成することができないという問題点がある。
【０００６】
さらに、加工形状に合わせた多数の放電表面処理用電極を準備する必要があるという問題点がある。
【０００７】
このような問題点を解決するために、表面改質材料又は表面改質材料の元となる材料をワイヤ電極そのものとして使用し、このワイヤ電極により被加工物に放電表面処理を行うことが考えられるが、例えばＴｉ、Ｗ等をワイヤ電極として使用した場合には、放電表面処理速度が遅いため実用的ではない。また、圧粉体によりワイヤ電極を形成することはワイヤ電極の引張り強さを確保することができないため、全く実用性がないと言える。
【０００８】
この発明は前記の課題を解決するためになされたものであり、特に金型等の部分的な表面改質に適し、被加工物に対し所定の特性の均一な表面改質層を実用的な放電表面処理速度で形成することができるワイヤ電極による加工方法及び装置を得ることを目的とする。
【０００９】
また、加工形状に合わせた多数の放電表面処理用電極を準備する必要がないワイヤ電極による加工方法及び装置を得ることを目的とする。
【００１０】
また、放電表面処理を施されたワイヤ電極による研削加工により、金型等の被加工物の表面粗さを小さくすることができ、被加工物の高精度化を図ることができるワイヤ電極による加工方法及び装置を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
また、この発明に係るワイヤ電極による加工方法は、金属粉末若しくは金属化合物の粉末若しくはセラミックス系材料の粉末又は前記粉末の混合物からなる放電表面処理用電極とワイヤ電極との間に放電を発生させ、その放電エネルギにより前記ワイヤ電極表面に硬質被膜を付着させる第１の工程と、前記硬質被膜が付着した被覆ワイヤ電極により被加工物を研削加工する第２の工程からなるものである。
【００１３】
また、この発明に係るワイヤ電極による加工方法は、前記ワイヤ電極と前記放電表面処理用電極とをワイヤ電極の送給方向の垂直面内で相対的に揺動させながら前記第１の工程を行うものである。
【００１５】
また、この発明に係るワイヤ電極による加工装置は、ワイヤ電極を被加工物に対して送給するワイヤ電極送給手段と、金属粉末若しくは金属化合物の粉末若しくはセラミックス系材料の粉末又は前記粉末の混合物からなる放電表面処理用電極と、前記ワイヤ電極を前記被加工物に対して相対移動させる駆動手段と、前記放電表面処理用電極と前記ワイヤ電極との間に加工電力を供給する放電発生手段とを備えたものである。
【００１７】
また、この発明に係るワイヤ電極による加工装置は、ワイヤ電極を被加工物に対して送給するワイヤ電極送給手段と、金属粉末若しくは金属化合物の粉末若しくはセラミックス系材料の粉末又は前記粉末の混合物からなる放電表面処理用電極と、前記ワイヤ電極送給手段による前記ワイヤ電極の送給方向の垂直面内で、前記放電表面処理用電極を前記ワイヤ電極に対して相対移動させる第１の駆動手段と、前記ワイヤ電極を前記被加工物に対して相対移動させる第２の駆動手段と、前記放電表面処理用電極と前記ワイヤ電極との間に加工電力を供給する放電発生手段とを備えたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るワイヤ電極による加工装置を示す構成図であり、図において、１は被加工物、２ａは黄銅等の延性材料からなるワイヤ電極、２はワイヤ電極２ａの表面に表面改質材料又は表面改質材料の元となる材料が付着した被覆ワイヤ電極、３はワイヤ電極２ａを供給する供給リール、４は被覆ワイヤ電極２を回収する巻取りリール、５は被加工物１を固定する定盤、６は金属粉末若しくは金属化合物の粉末若しくはセラミックス系材料の粉末又はこれらの粉末の混合物からなる放電表面処理用電極、７は放電表面処理用電極６の支持部材であり、放電表面処理用電極６はワイヤ電極２ａと所定の間隙を持つように設置されている。また、８は被加工物１のＸ軸方向の駆動を行うためのＸテーブル、９は被加工物１のＹ軸方向の駆動を行うためのＹテーブル、１０は加工液、１１は加工液１０を溜める加工槽、１２はＸテーブル８を駆動する図示しないＸ軸駆動モータ用のＸ軸サーボアンプ、１３はＹテーブル９を駆動する図示しないＹ軸駆動モータ用のＹ軸サーボアンプ、１４はＮＣ制御装置、１５はＮＣ制御装置１４の内部に設けられ、被覆ワイヤ電極２と被加工物１との相対移動を制御する軌跡移動制御手段、１６は被覆ワイヤ電極２による加工のための電極パスプログラム（ＮＣプログラム）を軌跡移動制御手段１５に供給する電極移動軌跡生成用ＣＡＭ装置、１７は放電発生手段である加工電源装置、１８及び１９は給電子である。供給リール３、巻取りリール４等がワイヤ電極送給手段を構成し、Ｘ軸駆動用モータ、Ｘ軸サーボアンプ１２及びＮＣ制御装置１４等がＸ軸駆動装置を、Ｙ軸駆動用モータ、Ｙ軸サーボアンプ１３及びＮＣ制御装置１４等がＹ軸駆動装置を構成する。
【００１９】
また、図２は、この発明の実施の形態１に係るワイヤ電極による加工装置の別の例を示す構成図であり、図１と同一符号は同一又は相当部分を示している。第２図において、６ａは放電表面処理用電極であり、例えば図３の（ａ）に示すように、ワイヤ電極２ａの全周と放電表面処理用電極６ａに形成された穴とが所定の間隙を持つように配置されている。
【００２０】
また、図３の（ｂ）に示すような形状の放電表面処理用電極６ｂ及び６ｃを組み合わせることにより、放電表面処理用電極がワイヤ電極２ａの全周と所定の間隙を持つような構成としてもよい。
【００２１】
図１又は図２において、加工電源装置１７によりワイヤ電極２ａと放電表面処理用電極６又は６ａとの間に加工電力を供給して放電を発生させ、この放電エネルギによりワイヤ電極２ａの表面に表面改質材料又は表面改質材料の元となる材料を付着させることにより、被覆ワイヤ電極２を形成する。
【００２２】
図４は、被覆ワイヤ電極２の構成を示したものであり、２は被覆ワイヤ電極、２ａはワイヤ電極、２ｂはワイヤ電極２ａに放電表面処理により付着した放電表面処理材料である表面改質材料又は表面改質材料の元となる材料を示している。また、図４の（ａ）は図１の構成のワイヤ電極による加工装置により被覆ワイヤ電極２を形成した場合、図４の（ｂ）は図２の構成のワイヤ電極による加工装置により被覆ワイヤ電極２を形成した場合を示している。
【００２３】
このようにして形成された被覆ワイヤ電極２は、図１又は図２において、供給リール３、巻取りリール４等のワイヤ電極送給手段により被加工物１に送給される。駆動手段であるＸ軸駆動装置及びＹ軸駆動装置により被覆ワイヤ電極２と被加工物１との相対移動を行うと共に、加工電源装置１７により被覆ワイヤ電極２と被加工物１との間に加工電力を供給して放電を発生させ、この放電エネルギにより被加工物１の所定部分に表面改質層を形成することができる。
【００２４】
このような構成の被覆ワイヤ電極２を用いることにより、ワイヤ電極２ａに付着させた放電表面処理材料２ｂにより、被加工物１に所定の特性の表面改質層を実用的な処理速度で形成することができる。
【００２５】
被覆ワイヤ電極２を予め供給リール３に巻いておき、この被覆ワイヤ電極２を用いて被加工物１に放電表面処理により表面改質層を形成することも考えられるが、供給リール３に巻回してなる通常のワイヤ電極２ａを引き出しながら、放電表面処理装置により放電表面処理を行った後、さらにワイヤ電極２ａを供給リールに巻回する必要があり、製作コストが上昇する。また、被覆ワイヤ電極２の供給リール３への巻回、引き出し、ワイヤ走行系のガイドプーリでの曲げ等により被覆ワイヤ電極２の被覆の一部が脱落するため、この被覆ワイヤ電極２を用いた放電表面処理において、被加工物１に表面改質層を効率よく形成することができない。
【００２６】
これに対して、図１又は図２のような構成のワイヤ電極による加工装置により、被覆ワイヤ電極２を用いて被加工物１に放電表面処理により表面改質層を形成する場合は、通常のワイヤ電極２ａを用いることができるため、コストを低減することができる。また、被覆ワイヤ電極２を形成後すぐに被加工物１に放電表面処理を行うことができるため、効率的に被加工物１に表面改質層を形成することができる。
【００２７】
次に、被加工物１の放電表面処理時の動作について説明する。なお、ここでは、被加工物１をプレス金型として使用する場合について説明する。被加工物１は放電表面処理を行う前の工程で、例えばワイヤ放電加工にて加工がなされ、プレス金型の切刃としての形状はすでに形成されているものとする。このようなワイヤ放電加工は、図１又は図２の構成のワイヤ電極による加工装置により、被覆ワイヤ電極２を形成せずに、ワイヤ電極２ａと被加工物１との間に加工電源装置１７により所定の加工電力を供給して行うことができる。
【００２８】
例えば図２において、被覆ワイヤ電極２をプレス金型である被加工物１に送給し、切刃側面に対して放電表面処理を行い、切刃側面に硬質の表面改質層を形成する。このためには、被覆ワイヤ電極２を被加工物１の切刃形状に従って移動するように制御をする必要がある。ＮＣ制御装置１４の内部に設けられた軌跡移動制御手段１５は、予め電極移動軌跡生成用ＣＡＭ装置１６によって作成された電極パス情報に基づき、駆動手段であるＸ軸駆動装置及びＹ軸駆動装置によりＸテーブル８及びＹテーブル９を駆動制御し、被覆ワイヤ電極２と被加工物１のＸＹ平面内の相対移動を行い、被加工物１の切刃形状をなぞるように被覆ワイヤ電極２の軌跡移動を行わせる。
【００２９】
図５は、被加工物１の切刃側面部分１ａに放電表面処理を行う方法の説明図である。放電表面処理の進行に伴い、被覆ワイヤ電極２は消耗するが、その度に放電表面処理用電極（例えば図２の６ａ）でワイヤ電極２ａに放電表面処理材料を付着させて被覆ワイヤ電極２を形成する。被覆ワイヤ電極２はワイヤ電極送給手段により送給されるので、常に被覆ワイヤ電極２の非消耗部分を使用して加工を行うことができる。従って、被覆ワイヤ電極２の電極移動パス（図５中のＰ）としては、ワイヤ放電加工の電極移動パスと同様のものでよい。以上のように被加工物１の切刃形状をなぞるように被覆ワイヤ電極２を移動させて放電表面処理を行うことで、被加工物１の切刃側面部分１ａに硬質の表面改質層２０を形成することができる。
【００３０】
第６図は、電極移動パスの説明図であり、（ａ）はワイヤ放電加工を、（ｂ）は放電表面処理を示している。（ａ）のワイヤ放電加工においては、第１図のＮＣ制御装置１４の内部に設けられた軌跡移動制御手段１５は、予め電極移動軌跡生成用ＣＡＭ装置１６によって作成された電極パス情報に基づき、駆動手段であるＸ軸駆動装置及びＹ軸駆動装置によりＸテーブル８及びＹテーブル９を駆動制御し、ワイヤ電極２ａと被加工物１のＸＹ平面内の相対移動を行い、被加工物１を切刃形状に加工する。次に、（ｂ）の放電表面処理においては、被覆ワイヤ電極２を被加工物１の切刃形状１ｂに従って移動するように制御をする必要がある。この場合、ワイヤ放電加工の通常の仕上加工と同様の方法でＮＣ制御装置１４の内部に設けられた軌跡移動制御手段１５は、予め電極移動軌跡生成用ＣＡＭ装置１６によって作成された電極パス情報に基づき、駆動手段であるＸ軸駆動装置及びＹ軸駆動装置によりＸテーブル８及びＹテーブル９を駆動制御し、被覆ワイヤ電極２と被加工物１のＸＹ平面内の相対移動を行い、被加工物１の切刃側面をなぞるように被覆ワイヤ電極２の軌跡移動を行わせる。
【００３１】
以上のような方法で、打抜き型のダイの切刃側面部分に放電表面処理による硬質の表面改質層を形成し、プレスの打抜き試験を行った結果、放電表面処理を行わない場合と比較して、４０万ショット時のプレス加工品のだれ量が１／２以下となり、金型の長寿命化が実現できた。
【００３２】
このような打抜き型だけでなく、ワイヤ放電加工で加工できる形状（２次元形状、包絡線形状）部、例えば、押出し型のダイ及びパンチやドリルの刃等に対しても同様に、この発明の放電表面処理が適用でき、同様の効果を奏することは言うまでもない。
【００３３】
また、放電表面処理の電極パスプログラムは、被加工物１の前加工に使用したワイヤ放電加工の加工プログラムを利用することにより、放電表面処理用の電極パスプログラムを容易に作成できるため、加工における段取り作業時間を短縮できる。
【００３４】
さらに、被加工物１の切刃加工と放電表面処理を同一機上で加工可能となるので、加工における段取り作業時間を大幅に短縮できる。
【００３５】
以上の説明においては、ワイヤ電極を走行させながら、ワイヤ電極に対する放電表面処理及び被加工物に対する放電表面処理を行う場合を示したが、ワイヤ電極の送給を停止させた状態でワイヤ電極２ａに放電表面処理を行い所定部分を被覆ワイヤ電極２とし、この被覆ワイヤ電極２を被加工物に送給してワイヤ電極の送給を停止させ、被覆ワイヤ電極２により被加工物１に放電表面処理を行うこともできる。
【００３６】
実施の形態２．
実施の形態１の図1又は図２のワイヤ電極による加工装置において、被覆ワイヤ電極２を、被加工物１に対する研削加工用工具として用いることもできる。すなわち、ワイヤ電極２ａに放電表面処理により付着した表面改質材料又は表面改質材料の元となる材料２ｂは硬質被膜であるので、この硬質被膜が付着した被覆ワイヤ電極２を研削加工用工具として被加工物１に押し当てた状態で、被覆ワイヤ電極２と被加工物１を相対移動させることにより研削加工を行うものである。また、このような場合においても、実施の形態１と同様の加工プログラムを用いることができる。
【００３７】
このように被覆ワイヤ電極２により被加工物１の研削加工を行う場合は、放電加工による被加工物の除去加工を予め行う場合を除いて、加工電源装置によりワイヤ電極と被加工物間に加工電力を供給する必要はない。
【００３８】
被覆ワイヤ電極２による被加工物１の研削加工例を示すと、例えば、被加工物１の放電加工面のうねりが１５μｍ程度から３μｍ程度に減少した。さらに、被加工物のワイヤ放電加工と研削により仕上加工を同一装置上で行うことができるので、加工における段取り作業時間を大幅に短縮することができる。
【００３９】
実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３に係るワイヤ電極による加工装置を示す構成図であり、実施の形態１の図２と同一符号は同一又は相当部分を示している。図７において、２１は放電表面処理用電極６ａのＸ軸方向の駆動を行うためのＸテーブル、２２は放電表面処理用電極６ａのＹ軸方向の駆動を行うためのＹテーブル、２３はＸテーブル２１を駆動する図示しないＸ軸駆動モータ用のＸ軸サーボアンプ、２４はＹテーブル２２を駆動する図示しないＹ軸駆動モータ用のＹ軸サーボアンプであり、Ｘ軸駆動用モータ、Ｘ軸サーボアンプ２３及びＮＣ制御装置１４等がＸ軸駆動装置を、Ｙ軸駆動用モータ、Ｙ軸サーボアンプ２４及びＮＣ制御装置１４等がＹ軸駆動装置を構成し、Ｘ軸駆動装置及びＹ軸駆動装置が放電表面処理用電極の駆動手段を構成している。また、２５は放電表面処理用電極６ａを載置するＸテーブル２１、Ｙテーブル２２の支持部材である。
【００４０】
図７の構成は、実施の形態１の図２に対して、ワイヤ電極２ａと放電表面処理用電極６ａを駆動手段により相対移動可能としている点が異なるものである。
【００４１】
実施の形態１の図２では、ワイヤ電極２ａと放電表面処理用電極６ａを所定の間隙を持たせて配置するものであるが、ワイヤ電極２ａの外径に対して放電表面処理用電極６ａの穴径を所定の間隙で配置するためには、所定の位置決め精度を実現するために各部品の加工精度を上げる必要があると共に調整作業が必要となる。また、放電表面処理用電極６ａは放電表面処理により消耗するため、一定の放電表面処理後に放電表面処理用電極６ａを交換する必要がある。
【００４２】
これに対して図７の構成では、放電表面処理用電極の駆動手段により、例えば第８図に示すように、ワイヤ電極２ａに対して放電表面処理用電極６ａを揺動させながら放電表面処理を行うため、効率的に被覆ワイヤ電極２を形成することができる。その上、放電表面処理用電極６ａの交換頻度を大幅に少なくすることができる。
【００４３】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００４６】
また、放電表面処理を施されたワイヤ電極による研削加工により金型等の被加工物の表面粗さを小さくすることができ、被加工物の高精度化を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係るワイヤ電極による加工装置を示す構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態１に係るワイヤ電極による加工装置の別の例を示す構成図である。
【図３】  放電表面処理用電極の構成を示す説明図である。
【図４】  被覆ワイヤ電極の構成を示す断面図である。
【図５】  被加工物の切刃側面部分に放電表面処理を行う方法の説明図である。
【図６】  電極移動パスの説明図である。
【図７】  この発明の実施の形態３に係るワイヤ電極による加工装置を示す構成図である。
【図８】  放電表面処理用電極の駆動手段によりワイヤ電極に対して放電表面処理用電極を揺動させる動作を示す説明図である。
【図９】  従来の放電表面処理方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１  被加工物、２ａ  ワイヤ電極、２  被覆ワイヤ電極、３  供給リール、４巻取りリール、５  定盤、６  放電表面処理用電極、７  支持部材、８  Ｘテーブル、９  Ｙテーブル、１０  加工液、１１  加工槽、１２  Ｘ軸サーボアンプ、１３  Ｙ軸サーボアンプ、１４  ＮＣ制御装置、１５  軌跡移動制御手段、１６電極移動軌跡生成用ＣＡＭ装置、１７  加工電源装置、１８、１９  給電子、２０  表面改質層、２１  Ｘテーブル、２２  Ｙテーブル、２３  Ｘ軸サーボアンプ、２４  Ｙ軸サーボアンプ、２５  支持部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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