(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形成される放電加工間隙に加工液を供給する加工液噴流装置において、
それぞれが、被加工物と近接して対向する端面外周縁に形成されたランドと、該ランドと被加工物表面に囲まれるように形成された加圧加工液のための圧力ポケットとを備えて成る上下一対の加工液供給ノズルと、
該加工液供給ノズルに加工液を加圧供給するための加圧供給手段と、
前記圧力ポケット内の加工液の圧力を検出するための圧力検出手段と、
該圧力検出手段に応答し前記圧力ポケット内の加工液圧力が所要の値となるように前記加圧供給手段を制御するための制御手段と
を備えたことを特徴とする加工液噴流装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤカット放電加工において加工間隙に加工液を供給するための加工液噴流装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤカット放電加工を行う場合、被加工物とワイヤ電極との間に形成される放電加工間隙に所要の加工液を供給して加工屑を加工間隙から速やかに排除すると共に被加工物とワイヤ電極との冷却を行っている。このため、従来の加工液噴流装置では流量計または圧力計が設けられており、操作者は説明書等に記載されている推奨値に噴流圧及び流量を設定することができるようになっている。この種の装置に用いられている従来の加工液供給ノズルは、実開昭５８−３６０３２号公報に示されているように、加工液供給ノズルに半径方向外方に大きく延出した円板状フランジ部を設け、この円板状フランジ部を被加工物と近接対向させることにより、ノズルからの供給加工液が被加工物の表面に沿って放射状に散失するのを防ぎ、供給加工液を間隙領域に集中して供給する構成となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来公知のワイヤカット放電加工機の加工液噴流装置は、このように、供給圧力、供給管路流量を計測表示しているがこれには次のような欠点がある。すなわち、加工液供給の目的は加工溝になるべく多量の加工液を供給することであるから加工液供給ノズル端面と被加工物上面とで形成される空間の圧力状態を正しく知ることが重要であるが従来装置にはその工夫がなく、供給圧力、供給管路流量などの二次的間接情報を指標としているから加工液供給ノズル端面と被加工物上面と形成される空間の実際の圧力状態を知ることができない。
【０００４】
このため、実際には加工間隙に十分な圧力で加工液を供給できるよう散失分を見込んで必要以上に加工流を供給している。すなわち、加工速度を上げたい場合には、噴流圧を高めに設定したり、流量を多めに設定したり、或いはノズル径を大きくして加工液の圧力の降下が起こりにくくして、加工間隙に十分な圧力をかけた状態で加工液を供給するように設定し、加工屑の排出効果等を高めている。
【０００５】
また、従来装置において用いられている加工液圧を測定するための圧力計が加圧ポンプと加工液供給ノズルとの間の配管に設けられているため、その供給系統の流路抵抗、ノズル吐出口の直径、形状が考慮されておらず、測定結果に普遍性がなく、加工結果の比較や改善のためには役に立たないという問題をも有している。
【０００６】
このように、設定する噴流圧や流量の測定は、ポンプからノズルまでの間で行われているので、実際に加工間隙に供給されている加工液の圧力や流量を示しておらず、被加工物とノズルとの間隔の設定の仕方によっては余分な加工液を供給することになってしまう。いずれにしても、従来装置では、実際に必要な量以上の加工液を加工間隙に供給していることになり、したがって、加工液供給装置は十分な加工液供給能力を有するものを用意しなければならず、そのため加工液の液温管理や加工液の伝導度管理も容量の高いものを用意することが必要となる。
【０００７】
本発明の目的は、したがって、ワイヤカット放電加工において、供給噴射圧力を高い状態に維持したまま十分な量の加工液を加工間隙に供給でき、また、加工間隙に供給する加工液供給圧を正確に測定することができるようにした、加工液供給ノズルを提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、加工液における加工液供給圧を正確に測定することができるようにした加工液供給ノズルを用いて、加工液供給装置の容量を大きくすることなく、より少ない加工液供給量で加工屑の排出効果を高めると共に、加工間隙の冷却を効果的に行い加工速度を向上させることのできる加工液噴流装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
従来の加工液供給ノズルの構成は、加工液供給ノズルから供給された加工液をワイヤ電極を囲む同軸流として放電加工間隙に集中して流すようにし、そこでの加工屑排除と冷却とを行うものとされていた。したがって、ワイヤ電極の進行方向の後背部に生じた加工溝に流れ込む加工液は副次的或いは支援的とされていた。しかし、本発明者は充分な観察を行った結果、加工供給ノズル吐出孔から直接に同軸流となって加工間隙に流入してワイヤ電極を包む込む加工液の量は極めて少量であり、むしろ、加工済みの溝に一旦注入された加工流こそがワイヤ電極の回りに旋回して加工屑の洗い流しと放電加工間隙の冷却とに大きく貢献していることが判った。
【００１０】
この旋回流が生ずるメカニズムは明らかではないが、上下一対の加工液供給ノズルから加工溝に注入される加工液が被加工物の厚みの中央部で衝突するときワイヤ電極の後背部に向けての流れを生じてワイヤ電極を軸とする旋回流となると考えられる。このとき加工溝は大気に通じていることが多く溝の中の加工液はワイヤ電極と反対方向へ脱れやすい。したがって、効果的な加工液の作用のためにはノズル内径をできるだけ太くしてワイヤ電極後背部の溝をできるだけ長く加工液で充満することが望ましい。しかしノズル径を太くすることは供給源ポンプの能力を大きくすることに外ならないから限界がある。従来のノズルの先端形状は平面であってノズル内径を２Ｒ1 、ノズル外径を２Ｒ2 としたときノズルの先端と被加工物との間の距離をＴとおいてＴ＞Ｒ1 2 ／（２Ｒ2 ）のときを噴流加工、Ｔ＜Ｒ1 ／（２Ｒ2 ）のときを密着加工と称している。噴流加工ではノズル端面の形状は問われないが、密着加工ではノズル端面と被加工物表面にはさまれたギャップを加工液が放射状に流れる。
【００１２】
すなわち、その特徴は、ワイヤカット放電加工を密着加工で行う場合に用いられる上下一対の加工液供給ノズルにおいて、加工液供給ノズルの各端面に圧力ポケットをそれぞれ設け、各ノズル開口から上下に向けて吐出する加工液を被加工物の加工済みの溝に多量に注入するよにしたものである。圧力ポケットは被加工物に形成された加工済みの溝を広く覆うように形成され、加工液供給手段から加圧供給される加工液がこの圧力ポケットに一旦送られ、ここから被加工物の溝にに向けて圧送される。密着加工であると加工液供給ノズルの端面のランドは被加工物表面に近接しており、加工液供給ノズルの端面ランドと被加工物表面との間の隙間は小さく、加工液の一部は被加工物表面に放射状に散失しつつも、圧力ポケットの加工液は加工済みの溝に効果的にポケット圧力を減失することなく供給される。従来公知の平端面ノズルでは溝の直上で圧力が低下するが、圧力ポケットを備えた本発明のノズルではポケット内で溝に向かう流れが生じ溝の直上での圧力降下がない。これにより、溝内に充分な加工液が供給されワイヤ電極の後背からの流れが生じてワイヤ電極の回りに加工液の旋回流が形成され、加工領域における加工屑の排除及び冷却が有効に行われる。なお、圧力ポケット内の加工液圧力はほぼ均一であり、それを測定するための計測手段を加工液供給ノズルに容易に設けることができるので、加工間隙への加工液供給圧を従来に比べ正確に測定することができる。
【００１３】
本発明の特徴は、ワイヤ電極と被加工物との間に形成される放電加工間隙に加工液を供給する加工液噴流装置において、それぞれが、被加工物と近接して対向する端面外周縁に形成されたランドと、該ランドと被加工物表面に囲まれるように形成された加圧加工液のための圧力ポケットとを備えて成る上下一対の加工液供給ノズルと、該加工液供給ノズルに加工液を加圧供給するための加圧供給手段と、前記圧力ポケット内の加工液の圧力を検出するための圧力検出手段と、該圧力検出手段に応答し前記圧力ポケット内の加工液圧力が所要の値となるように前記加圧供給手段を制御するための制御手段とを備えた点にある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例につき詳細に説明する。
【００１５】
図１には、本発明に用いる加工液供給ノズルの実施の形態の一例が示されている。図１に示した加工液供給ノズル１０は上側加工液供給ノズル１１と下側加工液供給ノズル２１とから成っている。上側加工液供給ノズル１１と下側加工液供給ノズル２１とは全く同一の構成であり、被加工物Ｗを挟んで対向配置されている。したがって、以下の説明では、上側加工液供給ノズル１１のみについてその構成を詳しく説明するが、下側加工液供給ノズル２１の構成もそれと全く同一であるから、下側加工液供給ノズル２１については上側加工液供給ノズル１１の各部に対応する部分に同一の符号を付してその説明は省略する。
【００１６】
上側加工液供給ノズル１１は、筒状の本体１２の中空通路１３の一端部に圧力ポケット１４が被加工物Ｗの上面と対向して形成され、本体１２の一端面１２Ａの外縁部には圧力ポケット１４を囲むようにランド１５が形成されている。本実施の形態では、圧力ポケット１４は中空通路１３の一端部の径を漸次拡大して形成され、本体１２内は漏斗状に形成されている。この形状の利点は圧力ポケット内の流速が一様でキャビテーションを発生せず加工溝Ｗ１内に気泡を注入する虞がないことである。中空通路１３の他端からはワイヤ電極Ｅが挿通され、被加工物Ｗ及び下側加工液供給ノズル２１の中空通路１３を貫通して取り出される。
【００１７】
上側加工液供給ノズル１１及び下側加工液供給ノズル２１において、各中空通路１３の他端に加工液が図示しない加工液供給ポンプによって加圧されて供給され、圧力ポケット１４に一旦送り込まれた加圧加工液が被加工物Ｗとワイヤ電極Ｅとの間の放電加工領域に以下のようにして供給される。
【００１８】
加工液供給ノズル１０は密着加工のために用いられるものであり、したがって、本体１２の一端面１２Ａは被加工物Ｗと極めて近接して配置される。このため、圧力ポケット１４内に送り込まれた加工液はランド１５と被加工物Ｗの表面とに囲まれて被加工物Ｗの表面に放射状に散失しにくくなっており、圧力ポケット１４内の加工液は被加工物Ｗに形成された加工溝Ｗ１内に流れ込むことになる。
【００１９】
ここで、密着加工の条件について説明する。一般に、図１に示したような構造の加工液供給ノズルから放出される流量Ｑ１は、Ｑ１＝Ｖ0 πＲ1 2 （ここで、Ｖ0 は供給流速、２Ｒ1 はノズル内径）と表され、加工液供給ノズル外縁から放散する流量Ｑ２は、Ｑ２＝Ｖ’0 ×２πＲ2 Ｔ（ここで、Ｖ’0 は放射流速、２Ｒ2 はノズルのランド外径）と表される。ノズル対向面で圧力を失わないためにはＶ0 ＝Ｖ’0 でなければならないからＱ1 ＝Ｑ2 及びＶ0 ＝Ｖ’0 の条件が成立しなければならない。従って、加工液供給ノズル端面と被加工物表面との距離Ｔが、Ｔ≦Ｒ1 2 ／２Ｒ2 であることが圧力低下しない条件、すなわち、密着加工条件となる。
【００２０】
図２には、横軸にワイヤ電極Ｅからの距離をとり、縦軸に圧力の大きさをとって圧力ポケット１４内の加工液の圧力分布が示されている。この図から、圧力ポケット１４に対向する被加工物Ｗの表面においてはほぼ均一な力で加工液が押し付けられていることが判る。なお、図２において点線で示されるのは、加工溝Ｗ１の入口における圧力分布である。加工溝Ｗ１の入口での圧力はワイヤ電極Ｅに近い程高くなることが判る。
【００２１】
図３には、図２に示した本発明の加工供給ノズルによる圧力分布と比較するため、（Ａ）に圧力ポケットを有しない従来の加工液供給ノズルの断面図が示され、（Ｂ）にその場合の圧力分布が図２の場合と同様にして示されている。図３の（Ｂ）から判るように、従来の構成では半径方向に圧力低下が著しくノズルの対向面全面に亘って均一な圧力で加工液を押し付けることはできない。したがって、加工液は放射方向へ放散されてエネルギーを失う。図３の（Ｂ）の点線は被加工物Ｗに形成された加工溝Ｗ１の入口での圧力であって溝へ向かう周方向の流れが不足しており、図２の場合に比較して著しく低いことが判る。
【００２２】
次に、図１に示した加工液供給ノズル１０による加工間隙への加工液供給動作について図４及び図５を参照して説明する。図４を参照すると、中空通路１３の他端から供給された加圧加工液は中空通路１３を通って圧力ポケット１４に入り、圧力ポケット１４内に加工液が閉じ込められるので、加工液は加工済みの加工溝Ｗ１に向けて円周流Ｘを生じる。この結果、圧力ポケット１４内に閉じ込められた充分な量の加工液が加工溝Ｗ１に注入されることになる。このようにして生じる加工液の加工溝Ｗ１への注入は、上側加工液供給ノズル１１と下側加工液供給ノズル２１とにより同時に行われる。
【００２３】
すなわち、図５に示すように、上側加工液供給ノズル１１の圧力ポケット１４から加工溝Ｗ１に上から流入した加工液と本体１２の圧力ポケット１４から加工溝Ｗ１に下から流入した加工液とが被加工物Ｗの厚みの中央付近で衝突し、ワイヤ電極Ｅを廻る旋回流Ｙとなって加工溝Ｗ１内のワイヤ電極Ｅの回りにある加工屑を洗い流し加工間隙を冷却する。
【００２４】
次に具体的な実施例について述べると、ノズル内径６ｍｍ、ノズル外径１６ｍｍの従来型の加工液供給ノズルで加工液供給圧力（吐出部で）８ｋｇ／ｃｍ2 の場合、８０ｍｍ2 ／ｍｉｎの加工能率であった。また、図１の加工液供給ノズルにおいて、ノズル内径６ｍｍ、ノズル外径２０ｍｍ、ランド１５の巾を１ｍｍとして同様の加工液圧８ｋｇ／ｃｍ2 とした場合、１２０ｍｍ2 ／ｍｉｎの加工能率を得ることができた。すなわち、１．５倍の加工能率となった。従来型の平坦な端面のノズルでは加工物表面に放射状流れが支配的になり加工溝Ｗ１に流入できるのは加工溝Ｗ１の近傍の加工液のみである。放射状流れの流速はノズル内径から放射流出に変わったところで最大となり外径では流速、圧力ともに低下する。したがって加工溝Ｗ１に流入する量は少ない。
【００２５】
ところで、加工液供給ノズルを被加工物から離した状態で加工する場合も多い。これは噴流条件と称されている。図６と図７が噴流条件の加工状態である。噴流コラムＣ１、Ｃ２は被加工物Ｗに射突して加工部位に加工液を供給する。図６は図１に示した圧力ポケット付のノズルの場合、図７は図３に示したノズルの内径を拡げたノズルの場合である。噴流コラムの圧力及び流速は次のようになる。図６の場合の噴流速度Ｖは
Ｖ＝（２Ｐ／ρ）1/2 
（Ｐ：供給圧力、Ｖ：噴流速度、ρ：加工液の比重）
となる。
また、供給流量Ｑ6 は、
Ｑ6 ＝πＲ1 2 Ｖ
＝πＲ1 2 （２Ｐ／ρ）1/2 
となる。
同様にして、図７の場合の供給流量Ｑ7 は、
Ｑ7 ＝πＲ3 2 （２Ｐ／ρ）1/2 
である。
【００２６】
実験例ではＲ1 ＝３ｍｍ、Ｒ2 ＝１０ｍｍ程度が用いられて良い効果を納めた。図７のノズルを用いたとするとＲ3 ＝１０ｍｍとなるからＱ6 とＱ7 では約１０倍の供給流量の差となる。噴流加工は加工作業の開始直後や二次仕上げに用いられるから噴流コラムの直径は太くなくても良いという事情もあるのでいたづらに供給流量、動力を増加させる図７の例は不利である。
【００２７】
図８、図９、図１０は、請求項１の発明の他の実施の形態を示す断面図である。図８の加工液供給ノズル３１は、圧力ポケット３２が円形、平板状の例であり、圧力ポケット３２の外周部にランド３３が設けられている。この構成によると、ランド３３を被加工物Ｗに接通させた密着加工の場合、圧力ポケット内部で円周方向流れを生じ加工済みの溝に大量の加工液を注入することができランド３３からの放射状の流速を低下することができる。図９に示す加工液供給ノズル４１も圧力ポケット４２が円形平板状の例であり、圧力ポケット４２の外縁部にランド４３が設けられている。この場合の利点は図８に示した加工液供給ノズル３１のそれと同様である。
【００２８】
図１０に示す加工液供給ノズル５１は、ノズル先端５２を垂下させて被加工物Ｗの表面に近づけると共に圧力ポケット５３を充分に大きくし、ランド５４で閉じ込められた加工液が静水圧により加工部位に注入される。これは恰もワイヤ放電加工が浸漬タンク内で行われるのと同様になるわけで、加工が安定し、ランド５４から排出されて放射状流れの加工液速度が減ぜられて作業性を良好にすることができる。
【００２９】
次に、本発明の実施の形態の一例について図１１を参照して説明する。
【００３０】
図１１は、ワイヤカット放電加工機に用いる請求項２の発明による加工液噴流装置の構成図である。加工液噴流装置６０は、図１に示した上側加工液供給ノズル１１を有し、加工液タンク６１内の加工液６２がポンプ６３によって加圧され、配管６４を介して上側加工液供給ノズル１１に供給されている。上側加工液供給ノズル１１は、図示しない通電素子及びワイヤ電極Ｅを位置決め案内するためのダイス等が収納されているハウジング６５に取付けられており、その加工液供給口６６に配管６４が接続されている。したがって、ポンプ６３で加圧された加工液は配管６４を介してハウジング６５内に供給され、上側加工液供給ノズル１１から被加工物Ｗに向けて加工液を噴流させることができる。なお、上側加工液供給ノズル１１が図示していない本体１２と協働して、上側加工液供給ノズル１１及び下側加工液供給ノズル２１からの加工液が各圧力ポケット１４の働きによりワイヤ電極Ｅと被加工物Ｗとによって形成される加工間隙に旋回流として能率よく供給されること自体はすでに説明した通りである。
【００３１】
符号６７で示されるのは上側加工液供給ノズル１１の圧力ポケット１４内の加工液圧力を測定するための圧力センサである。本実施の形態では、圧力センサ６７は通路１６によって圧力ポケット１４内の圧力を検知できるように上側加工液供給ノズル１１の本体１２に適宜の手段で固着されている。圧力センサ６７は圧力検出器６８に連結されており、圧力検出器６８からは圧力ポケット１４内の加工液圧力を示す圧力信号Ｓが出力され、ポンプ圧制御装置６９に入力されている。設定器７０は圧力ポケット１４内の加工液圧力の設定値を入力するための手段であり、設定器７０からの設定圧力信号Ｍもまたポンプ圧制御装置６９に入力されている。ポンプ圧制御装置６９は圧力信号Ｓ及び設定圧力信号Ｍに応答し、圧力ポケット１４内の圧力が設定圧力信号Ｍで示される値となるようポンプ６３の運転を制御する。この構成により、圧力ポケット１４内の加工液圧力は設定器７０によって設定された値に制御される。
【００３２】
この構成によると、圧力ポケット１４を設けた上側加工液供給ノズル１１によって被加工物Ｗの加工溝Ｗ１に供給される加工液圧力を圧力センサによって正確に検出することができる。すなわち、圧力ポケット１４を設けた上側加工液供給ノズル１１を用いた場合には圧力ポケット１４の内部圧力分布はほぼ均一であり、圧力ポケット１４の内部のどの場所を測定しても加工溝Ｗ１の部分の圧力と見做すことができるからである。したがって、設定器７０で設定した圧力で加工液を加工溝Ｗ１に供給できるので、従来の場合と異なり、加工液圧力の値に普遍性を持たせることができ、加工液圧力をパラメータとして加工結果の比較、改善を行うことが可能である。また、圧力ポケット１４またはその入力付近の圧力を検出して加工パラメータとして用いることもできるし、その値をパラメータとして他の加工条件を調節、制御する構成としてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、圧力ポケット内の圧力を検出して加工溝に供給される加工液の圧力を正確に検知し、加工液数供給手段をこの圧力検出結果に基づいて制御して放電加工領域における加工液の圧力を精度よく調節することができる。したがって、加工液を常に適正な圧力、流量に制御でき、極めて効率のよい加工液供給を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明による加工液供給ノズルの実施の形態の一例を示す断面図。
【図２】図１に示した加工液供給ノズルの圧力ポケット内の圧力分布を示すグラフ。
【図３】従来の加工液供給ノズルの断面図及びこの加工液供給ノズルによって生じる被加工物先端の加工液圧力分布を示すグラフ。
【図４】図１に示した加工液供給ノズルの圧力ポケット内で生じる加工液流を説明するための説明図。
【図５】図１に示す構成において加工溝での加工液の流れを説明するための説明図。
【図６】図１に示した加工液供給ノズルを用いて噴流加工する場合の加工液の様子を示す断面図。
【図７】従来型の加工液供給ノズルを用いて噴流加工する場合の加工液の様子を示す断面図。
【図８】請求項１の発明による加工液供給ノズルの他の実施の形態を示す断面図。
【図９】請求項１の発明による加工液供給ノズルの別の実施の形態を示す断面図。
【図１０】請求項１の発明による加工液供給ノズルのさらに別の実施の形態を示す断面図。
【図１１】ワイヤカット放電加工機に用いる請求項２の発明による加工液噴流装置の構成図。
【符号の説明】
１０  加工液供給ノズル
１１  上側加工液供給ノズル
１２  本体
１３  中空通路
１４  圧力ポケット
１５  ランド
２１  下側加工液供給ノズル
６０  加工液噴流装置
６２  加工液
６３  ポンプ
６７  圧力センサ
６８  圧力検出器
６９  ポンプ圧制御装置
７０  設定器
Ｅ  ワイヤ電極
Ｗ  被加工物
Ｗ１  加工溝
【図１】
0003808942.tif 000002
【図４】
0003808942.tif 000003
【図２】
0003808942.tif 000004
【図３】
0003808942.tif 000005
【図５】
0003808942.tif 000006
【図６】
0003808942.tif 000007
【図７】
0003808942.tif 000008
【図８】
0003808942.tif 000009
【図９】
0003808942.tif 000010
【図１０】
0003808942.tif 000011
【図１１】
0003808942.tif 000012