WO2006043688A1 - 導電性ワークピースを加工する方法及び複合加工装置 - Google Patents

導電性ワークピースを加工する方法及び複合加工装置 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a wire electric discharge machining method for machining a workpiece by generating an electric discharge in a machining gap formed between a wire electrode and a conductive workpiece.
  • the present invention further relates to a water jet machining method for cutting a workpiece with high-pressure water sprayed from a jet nozzle.
  • the wire electrical discharge machining method is one of the methods that can cut a conductive workpiece into a complex shape. Even workpieces made of hard-to-cut materials such as cemented carbide can be cut. The workpiece is machined by the electric discharge generated in the machining gap without contacting the wire electrode as a tool. Therefore, extremely high machining accuracy, for example, shape accuracy of several m or less and surface roughness of several mRz or less are realized.
  • processing accuracy is the degree of geometric deviation from the required shape, and includes, for example, straightness, flatness, perpendicularity, parallelism, and roundness.
  • the maximum speed of wire EDM is about 250 mm 2 / min to 55 O mmVmin when a special brass wire electrode plated with ⁇ 0.3 mm is used.
  • Increasing the electrical energy supplied to the machining gap increases the machining speed.
  • the electrical engineering energy is required to be within the range where the wire electrode does not melt, and the larger electrical engineering energy degrades the machining accuracy.
  • wire electrical discharge machining is divided into several steps to harmonize machining accuracy and machining speed. First, the wire electrode is moved on a predetermined trajectory, and the large electrician energy makes the workpiece rough and required. Cut into shape. Roughing is called first cut. At the end of the first cut, there is enough material left on the cut surface to be removed, and the cut surface does not have the required roughness.
  • the cut surface is finished to the required machining accuracy with a small electrician energy.
  • the finish is called a second cut.
  • the wire electrode is moved over the offset trajectory so that the size of the machining gap is smaller. In this way, excess material is removed and the required dimensional accuracy is obtained, and the roughness of the cut surface is reduced to the required value.
  • the second cut involves several steps. In later steps, less electrical energy is used, and electrical discharges are generated in smaller sized machining gaps.
  • Laser machining, ion beam machining, war evening jet machining, etc. are known as methods for cutting metal workpieces. These methods are used when higher machining speed than wire electric discharge machining is achieved but high machining accuracy is not required. High pressure water mixed with abrasive grains is sprayed from the jet nozzle to
  • Abrasive warp jet cutting that cuts the wire can remove material at a speed nearly 10 times faster than wire electrical discharge machining.
  • Japanese Patent Publication No. 3 1 3 7 7 2 9 discloses a method of cutting parts of a workpiece that require high machining accuracy by wire electric discharge machining and cutting other parts by laser machining or war jet machining. is doing.
  • Japanese Patent Publication No. 2 9 2 8 3 2 3 discloses a system in which wire electric discharge machining equipment, laser machining equipment, and war evening jet machining equipment are installed side by side in the factory, and the workpiece is moved using a pallet. ing.
  • Japanese Patent Publication No. 4-3 4 3 6 7 1 describes that a concave portion is roughly formed in a workpiece by scanning the surface of the workpiece with a high-speed liquid flow mixed with abrasive grains. The method of making is disclosed. When precision is required, the formed recess is described as being finished by cutting, grinding, electrical discharge machining, electrolytic machining, or 'laser machining'.
  • U.S. Patent Publication No. 6 8 0 0 8 2 9 discloses a combined processing apparatus for repairing air cooled parts. Part of the part is removed by water jet machining, and cooling holes are formed in the part by electrical discharge machining.
  • Another object of the present invention is to provide a method for machining conductive workpieces that takes full advantage of the advantages of both water jet machining and wire electrical discharge machining.
  • Yet another object of the present invention is to provide a simplified combined machining apparatus that minimizes the time it takes to cut a conductive workpiece into the required shape and achieve high machining accuracy.
  • the conductive workpiece fixed to the work stand is cut into a required shape by water jet machining, and the cut surface is fixed to the required shape by wire electric discharge machining while the workpiece is fixed to the workpiece stand. Finished with high machining accuracy.
  • a combined machining apparatus for performing water jet machining and wire cutting and electric discharge machining is provided.
  • the upper wire guide can move between an operating position and a retracted position spaced from the operating position.
  • the combined machining apparatus includes a machining tank (26) for storing machining fluid, and the machining tank also functions as a catcher tank.
  • FIG. 1 is a front view showing a composite processing apparatus of the present invention in which a jet nozzle is directed to a workpiece.
  • F I G. 2 is a front view showing the combined processing apparatus of F I G. 1 in which the wire electrode is stretched vertically close to the workpiece.
  • F I G. 3 is a block diagram showing the control system attached to the combined machining apparatus of F I G. 1.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing a liquid supply system attached to the combined processing apparatus of FIG.1.
  • the composite processing device 2 includes a jet nozzle 6, a wire electrode 8, and a moving device 22 that moves the wire electrode 8 or the jet nozzle 6 relative to the workpiece 4. Jet nozzle 6 is used for war evening jet machining with high pressure water. Can be sprayed downward toward The wire electrode 8 is stretched vertically close to the work piece 4 for wire electric discharge machining.
  • the upper and lower guide assemblies 10 and 12 are opposed to each other with the workpiece 4 interposed therebetween, and accommodate upper and lower wire guides (not shown) that support the wire electrode 8 vertically.
  • the lower guide assembly 1 2 is attached to the tip of the lower arm 14.
  • the wire electrode 8 is supplied from the pobbins to the machining gap, and further conveyed to an appropriate collection box via the lower arm 14.
  • the workpiece 4 is fixed to a work stand 18 provided on the table 16.
  • the table 16 is mounted on a saddle 20 and can be moved in the horizontal X-axis direction by a linear motor (not shown).
  • the saddle 20 is placed on the bed 24 and can be moved in the direction of the Y axis perpendicular to the X axis by the linear motor 21.
  • the table 16, the saddle 20, and the linear motor that drives them constitute the mobile device 22.
  • Saddle 2 0 is placed on bed 2 4.
  • a four-sided wall surrounding the workpiece 4 is provided on the table 16 to form a machining tank 26 for storing the machining fluid.
  • the lower arm 14 penetrates the wall of the heating tank 26 in a watertight manner and is supported by the column 4 2.
  • Column 4 2 stands on bed 2 4.
  • the processing tank 26 functions as a splash guard as well as the function of immersing the workpiece 4 in a dielectric liquid.
  • the processing tank 26 filled with the processing fluid functions as a catcher tank that receives the high-pressure water jet.
  • the moving device 22 includes a machining head 30 and a transmission mechanism (not shown).
  • the machining head 30 can move in the Z-axis direction perpendicular to the horizontal XY plane.
  • the jet nozzle 6 is vertically attached to the machining head 30.
  • the transmission mechanism includes servo motors that drive the machining head 30, ball screws and nuts. Consists of.
  • the moving device 2 2 further includes a taper device 3 2.
  • the taper device 32 includes a moving body that moves in the direction of the U axis parallel to the X axis, a moving body that moves in the direction of the V axis parallel to the Y axis, and a transmission mechanism of each moving body.
  • Each transmission mechanism consists of a heat pump, a pole screw and a nut.
  • the wire electrode 8 between the upper and lower wire guides can be tilted with respect to the workpiece 4 by the taper device 3 2.
  • the moving device 2 2 includes a machining head 3 4 and its transmission mechanism.
  • An automatic wire insertion device 44 that stretches the wire electrode 8 between the upper and lower guides is provided in the machining head 34.
  • the upper guide assembly 10 is attached to the processing head 34 by a taper device 32 and a suitable upper arm.
  • the transmission mechanism consists of a servo motor that drives the machining head 34, a ball screw and a nut.
  • a known tilting device that tilts the jet nozzle 6 to change the direction of jetting high-pressure water can be provided in the machining head 30.
  • the machining head 30 is fixed to the slider 36, and the machining head 34 is fixed to the slider 40.
  • the sliders 36 and 40 can reciprocate on the guide rail 38 in a direction parallel to the X axis.
  • the moving device 22 includes sliders 36 and 40 and a linear motor (not shown) for driving them.
  • the guide rail 3 8 is provided on the upper front surface of the column 4 2.
  • the jet nozzle 6 can move between an operating position where the workpiece 4 can be cut and a retracted position separated from the operating position.
  • the operating position is in FIG G. 1 and 2 approximately above the multi-piece piece 4 in the middle of the multi-task machine 1.
  • the retract position for the jet nozzle 6 is separated from the operating position to such an extent that the wire discharge is not disturbed.
  • the upper wire guide can move between the operating position and another retracted position away from the operating position.
  • the retracted position for the upper wire guide is the operating position that does not interfere with warp jet machining. Separated from.
  • the jet nozzle 6 and the upper wire guide share the operating position.
  • the NC device 100 and the motor control device 200 control the moving device 22 based on the machining data.
  • the machining data is, for example, NC data obtained by decoding an NC program.
  • the NC program is created according to information about the shape to be generated in the workpiece 4.
  • Information on the shape includes, for example, required dimensional accuracy and surface roughness.
  • the NC data includes information on commands, information on the trajectory of the jet nozzle 6 and the wire electrode 8, information on a plurality of positions on the trajectory, information on correction amounts and machining conditions, and the like.
  • MO GUN 3 in FI G. 3 represents all the facts that drive a mobile object collectively.
  • the position detector 400 collectively represents all the position detectors provided on the moving object or the mobile phone.
  • the position detector 400 is a linear encoder including an optical reader and a scale. A single encoder may be provided in the rotary servo motor.
  • the detection signal of the position detector 4 0 0 is fed back to the motor control device 2 0 0 and sent to the NC device 1 0 0.
  • the jet nozzle contact detection device 500 is a means for electrically detecting the contact between the jet nozzle 6 and the workpiece 4. At least a part of the jet nozzle 6 is composed of a conductive member, and is electrically connected to a power source in the contact detection device 500.
  • the contact detection device 5 0 0 applies a voltage to the jet nozzle 6 and the workpiece 4 when receiving a command signal from the NC device 1 100.
  • the detection signal of the contact detection device 500 is supplied to the NC device 100.
  • Power supply device for wire electrical discharge machining 6 0 0 A power pulse for generating electric discharge is supplied to the machining gap formed between the pieces 4.
  • the NC device 100 sends a command signal to the power supply device 600 based on the setting of machining conditions.
  • the power supply device 600 has a contact detector that electrically detects contact between the wire electrode 8 and the workpiece 4.
  • the NC device 100 receives the detection signal from the contact detector and determines the reference position of the workpiece 4.
  • the liquid supply system attached to the combined processing device 2 is explained.
  • the liquid supply system is controlled by the NC unit 1 0 0 in FI G.3.
  • the machining liquid used for wire electric discharge machining is a dielectric liquid mainly composed of water.
  • the machining fluid used in the overnight cleaning process is water in which abrasive grains of the same particle size are mixed at a certain rate.
  • the storage tank 50 has a dirty liquid tank 52 for storing used machining liquid and a clean liquid tank 54 for storing purified machining liquid.
  • the solution discharged from the processing tank 26 is collected in the septic tank 52. Processing waste with high specific gravity sinks to the bottom of the septic tank 52.
  • the processing liquid in the septic tank 5 2 is sent to the clean liquid tank 5 4 through the filter 5 8 by the pump 5 6.
  • Phil Yu 58 removes machining waste and abrasive grains and purifies the machining fluid.
  • the clear liquid tank 54 is partitioned by a filter 60 that does not allow small-sized processing waste or abrasive grains to pass through.
  • a circulation line having a pump 6 2, a fill liquid 6 4, and an ion exchange resin tank 6 6 is provided in the clear liquid tank 5 4.
  • the specific resistance of the machining fluid is maintained at a value required for wire electric discharge machining by the ion exchange resin tank 66.
  • the processing liquid in the clean liquid tank 5 4 is supplied to the jet nozzle 6 through the solenoid valve 78, the high pressure pump 68, and the pressure intensifier 70.
  • the high-pressure pump 68 and the pressure intensifier 70 can generate high-pressure water having a pressure of 2 0. 0 MPa to 4 5 OMPa.
  • An appropriate amount of abrasive grains is supplied from the hopper 72 to the mixing chamber in the jet nozzle 6.
  • the processing liquid in the clear liquid tank 5 4 is supplied to the processing tank 2 6 via the solenoid valve 7 6 by the pump 80.
  • solenoid valves 7 6 and 7 8 are closed, and the machining fluid is pumped by pump 80 from the clean fluid tank 54 through solenoid valves 74 and guide assemblies 10 and 12 Supplied to.
  • the upper and lower guide assemblies 10 and 12 are provided with respective jet nozzles 86 and 88 for injecting the machining liquid toward the machining gap.
  • Solenoid valves 8 2 and 8 4 are provided to stop the jet flow from one of the jet nozzles 8 6 and 8 8.
  • the workpiece 4 is accurately positioned in the XY plane and in the Z-axis direction. Thereafter, the workpiece 4 is cut into a required shape by war jet machining.
  • the worker first fixes the workpiece 4 to the work stand 18 using an appropriate fastener.
  • Workpiece 4 has a reference hole for positioning.
  • the operator moves the jet nozzle 6 from the retracted position to the operating position, and causes the NC device 100 to decode the NC program for positioning.
  • the NC device 100 sends a movement command representing the position and speed to the motor control device 20 0 and operates the jet nozzle contact detection device 5 0 0.
  • the NC device 100 moves the jet nozzle 6 in the four directions X +, X _, Y + and Y— in the reference hole according to the NC program for positioning.
  • the contact detection device 500 detects contact between the side surface of the jet nozzle 6 and the workpiece 4, the movement of the table 16 and the saddle 20 is immediately stopped.
  • the contact position is stored in the NC unit 100.
  • the NC device 100 holds the outer diameter data of the jet nozzle 6 and determines the center of the reference hole as a reference position based on a plurality of contact positions.
  • the reference position can be set by obtaining the end face of the workpiece 4 instead of the reference hole.
  • the tip of the jet nozzle 6 is in contact with the upper surface of the workpiece 4.
  • the upper surface of the workpiece 4 is positioned.
  • the jet nozzle 6 is positioned above the upper surface of the workpiece 4 by a required distance by raising the machining head 30.
  • the position detector 400 detects this position of the jet nozzle 6, and the NC unit 100 determines the detection position as a reference position in the Z-axis direction.
  • the required distance is several tens of millimeters or less, and the reference position is accurately determined in one unit.
  • NC unit 1 0 0 sequentially decodes NC programs and proceeds with warp jet processing under the set conditions.
  • the motor control device 200 receives the movement command calculated by the NC device 100.
  • the jet nozzle 6 is positioned at the machining start point, and high-pressure water of 20 OMPa or more mixed with abrasive grains is jetted from the jet nozzle 6 toward the workpiece 4.
  • the jet nozzle 6 is moved relative to the workpiece 4 on a predetermined locus. In this way, the required shape is roughly cut into the workpiece 4 at a machining speed about 10 times that of wire electric discharge machining.
  • the operator moves the jet nozzle 6 from the operating position to the waiting position.
  • the cut shape includes a through hole, the operator removes the part in the workpiece 4 corresponding to the through hole.
  • wire EDM is performed while the workpiece 4 remains fixed to the workpiece stand 18.
  • the operator does not need to fix and position the workpiece 4 again in preparation for finishing.
  • high machining accuracy is guaranteed.
  • the operator moves the upper wire guide in the upper guide assembly 10 from the retracted position to the operating position.
  • the wire electrode 8 is inserted into the upper wire guide, the through hole formed in the workpiece 4, and the lower wire guide by the automatic wire insertion device 44.
  • the NC device 100 sequentially decodes the NC program and proceeds with wire electric discharge machining under the set conditions.
  • the wire electrode 8 travels along the conveyance path, and the machining liquid is sprayed from the jet nozzles 8 6 and 8 8 toward the workpiece 4.
  • the power supply device 600 supplies power pulses to the machining gap according to the setting of machining conditions.
  • the wire electrode 8 stretched between the pair of wire guides is positioned relative to the workpiece 4 at the same processing start point as the water jet punching.
  • the wire electrode 8 is moved toward the cut surface, and is further moved on a predetermined locus along the cut surface.
  • Wire electrical discharge machining includes several steps with different setting conditions depending on the required accuracy. In a later step, a smaller energy power pulse is supplied to the machining gap.
  • the last step uses power pulses that are small enough to reduce the cut surface roughness to the required value. In this way, high machining accuracy that is impossible with Warabi jet machining, for example, shape accuracy of a few m or less and surface roughness of a few mRz or less are realized.

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Abstract

複合加工装置（２）は、ワークピース（４）を固定するワークスタンド（１８）、高圧水をワークピースに向けて噴射するジェットノズル（６）、ワイヤ電極（８）、及びワイヤ電極を垂直に支持する上側及び下側ワイヤガイドを含む。ジェットノズルと上側ワイヤガイドは、ワークピースを切断できる動作位置と動作位置から離隔したそれぞれの退避位置との間を移動できる。ワークスタンドに固定されたワークピースはウォータジェット加工により所要の形状に切断され、ワークピースをワークスタンドに固定したまま切断面がワイヤ放電加工により所要の高い加工精度に仕上げられる。

Description

明細書
導電性ワークピースを加工する方法及び複合加工装置 技術分野
本発明は、 ワイヤ電極と導電性ワークピースとの間に形成された加工間隙に 放電を発生させてワークピースを加工するワイヤ放電加工方法に関する。 本発 明は、 さらに、 ジェットノズルから噴射される高圧水によってワークピースを 切断するウォータジエツト加工方法に関する。
背景技術
ワイヤ放電加工方法は、 導電性ワークピースを複雑な形状に切断できる方法 の 1つである。 超硬合金のような難切削材から成るワークピースでさえ切断す ることができる。 ワークピースは工具としてのワイヤ電極に接触することなく、 加工間隙に発生させられた放電によって加工される。 したがって、 極めて高い 加工精度、 例えば、 数 m以下の形状精度と数 mR z以下の面粗さが実現さ れる。 以下、 寸法精度、 形状精度及び面粗さが、 集合的に加工精度と呼ばれる。 形状精度は所要の形状からの幾何学的な狂いの程度で、 例えば、 真直度、 平面 度、 直角度、 平行度、 真円度などを含む。 ワイヤ放電加工の最大速度は、 Φ 0 . 3 mmの亜鉛鍍金された特殊な黄銅ワイヤ電極が使用される場合、 2 5 0 mm 2 /m i n〜5 5 O mmVm i n程度である。 加工間隙に供給される電気工ネル ギを大きくすると、 加工速度が上がる。 しかしながら、 電気工ネルギはワイヤ 電極が溶断しない範囲以内であることが要求され、 より大きな電気工ネルギは 加工精度を低下させてしまう。 一般に、 加工精度と加工速度を調和するため、 ワイヤ放電加工はいくつかのステップに分けられる。 まず、 ワイヤ電極が所定 の軌跡の上を移動させられ、 大きな電気工ネルギでワークピースは荒く所要の 形状に切断される。 荒加工はファーストカットと称される。 ファーストカット の終了時、 除去されるべき余裕の材料が切断面に残され切断面は所要の粗さを 有していない。 次に、 小さな電気工ネルギで切断面は所要の加工精度に仕上げ られる。 仕上げはセカンドカットと称される。 セカンドカット中、 ワイヤ電極 は加工間隙のサイズがより小さくなるようオフセット軌跡の上を移動させられ る。 こうして、 余裕の材料が取り除かれて所要の寸法精度が得られると共に、 切断面の粗さが所要の値に減少させられる。 所要の加工精度次第で、 セカンド カットはいくつかのステップを含む。 通常、 後のステップほど、 より小さい電 気エネルギが使用され、 より小さいサイズの加工間隙で放電が発生させられる。 金属ワークピースを切断する方法として、 レーザ加工、 イオンビーム加工、 ウォー夕ジェット加工などが知られている。 それらの方法は、 ワイヤ放電加工 よりも高い加工速度を達成するが、 高い加工精度が要求されない場合に利用さ れている。 砥粒が混入された高圧水をジエツトノズルから噴射させてワークピ
—スを切断するアブレ一シブウォー夕ジエツト加工は、 ワイヤ放電加工の 1 0 倍近い速度で材料を除去できる。
日本特許公報 3 1 3 7 7 2 9号は、 ワークピース中の高い加工精度が要求さ れる部位をワイヤ放電加工によって切断し、 他の部位をレーザ加工やウォー夕 ジェット加工で切断する方法を開示している。
日本特許公報 2 9 2 8 3 2 3号は、 ワイヤ放電加工装置、 レーザ加工装置、 ウォー夕ジェット加工装置が工場内に並べて設置され、 ワークピースがパレツ トを使って移動させられるシステムを開示している。
日本特許公報 4— 3 4 3 6 7 1号は、 砥粒が混入された高速の液体流によつ てワークピース表面を走査することによって、 ワークピース中に凹部を荒く形 作る方法を開示している。 精度が要求される場合、 形作られた凹部は、 切削、 研削、 放電加工、 電解加工、 'レーザ加工などで仕上げられると記述されている。 米国特許公報 6 8 0 0 8 2 9号は、 空冷部品を修理する複合加工装置を開示 している。.部品の一部はウォータジエツト加工で除去され、 冷却穴が放電加工 によって部品中に形成される。
本発明の目的は、 導電性ワークピースを所要の形状に切断し高い加工精度に 仕上げる時間を最小化する方法を提供することである。
本発明の別の目的は、 ウォータジエツト加工とワイヤ放電加工の双方の利点 を最大限に利用して導電性ワークピースを加工する方法を提供することであ る。
本発明のさらに別の目的は、 導電性ワークピースを所要の形状に切断し高い 加工精度に仕上げる時間を最小化する簡素化された複合加工装置を提供するこ とである。
発明の開示
本発明の方法によると、 ワークスタンドに固定された導電性ワークピースが ウォータジエツト加工により所要の形状に切断され、 ワークピースはワークス 夕ンドに固定されたまま切断面がワイヤ放電加工により所要の高い加工精度に 仕上げられる。
従って、 ウォー夕ジエツト加工の終了からワイヤ放電加工を開始するまでの 時間が短縮される。
本発明によると、 ウォータジエツト加工とワイヤカツ卜放電加工を実施する 複合加工装置は、
ワークピース （4 ) を固定するワークスタンド （1 8 ) 、 ワークピースを切断できる動作位置と動作位置から離隔した待避位置との間 を移動できる、 高圧水をワークピースに向けて噴射するジェットノズル （6) 、 ワイヤ電極 （8) 、 及び
ワイヤ電極を垂直に支持する上側及び下側ワイヤガイドを含む。
上側ワイヤガイドは動作位置と動作位置から離隔した待避位置との間を移動 できる。
好ましくは、 複合加工装置は加工液を貯留する加工槽 （26) を含み、 加工 槽はキャッチャータンクとしても機能する。
その他の新規な特徴は、 以下に続く説明の中に述べられる。
図面の簡単な説明
F I G. 1は、 ジエツトノズルがワークピースに向けられた本発明の複合加 ェ装置を示す正面図である。
F I G. 2は、 ワイヤ電極がワークピースに近接して垂直に張架された F I G. 1の複合加工装置を示す正面図である。
F I G. 3は、 F I G. 1の複合加工装置に付属する制御システムを示すブ ロック図である。
F I G. 4は、 F I G. 1の複合加工装置に付属する液供給システムを示す 回路図である。
発明を実施するための最良な形態
F I G. 1、 2、 3及び 4を参照して本発明の複合加工装置が説明される。 複合加工装置 2,は、 ジェットノズル 6、 ワイヤ電極 8、 及びワイヤ電極 8ま たはジエツトノズル 6をワークピース 4に相対的に移動させる移動装置 22を 含む。 ジェットノズル 6は、 ウォー夕ジェット加工用に、 高圧水をワークピ一 ス 4に向けて下向きに噴射できる。 ワイヤ電極 8は、 ワイヤ放電加工用に、 ヮ ークピース 4に近接して垂直に張架される。 上側及び下側ガイド組立体 1 0及 び 1 2は、 ワークピース 4を挟んで対向し、 ワイヤ電極 8を垂直に支持する上 側及び下側ワイヤガイド （図示されない） を収容する。 下側ガイド組立体 1 2 は下アーム 1 4の先端に取り付けられている。 公知の手段を利用することによ つて、 ワイヤ電極 8はポビンから加工間隙へ供給され、 さらに下アーム 1 4を 経由して適当な回収箱へ搬送される。 ワークピース 4は、 テーブル 1 6の上に 設けられたワークスタンド 1 8に固定される。 テーブル 1 6はサドル 2 0に載 置され、 リニアモータ （図示されない） によって水平な X軸の方向に移動可能 である。 サドル 2 0はベッド 2 4に載置され、 リニアモ一夕 2 1によって X軸 に直交する Y軸の方向に移動可能である。 テーブル 1 6、 サドル 2 0、 及びそ れらを駆動するリニアモー夕は、 移動装置 2 2を構成する。 サドル 2 0はべッ ド 2 4に載置されている。 ワークピース 4を取り囲む四面の壁がテーブル 1 6 に設けられ、 加工液を貯留する加工槽 2 6を形成している。 下アーム 1 4は加 ェ槽 2 6の壁を水密に貫通し、 コラム 4 2に支持されている。 コラム 4 2はべ ッド 2 4に立設されている。 加工槽 2 6は、 ワークピース 4を誘電性液の中に 浸潰させる機能と共に、 スプラッシュガードの機能を果たす。 加工液で満たさ れた加工槽 2 6は高圧水のジエツトを受け止めるキャッチャータンクの機能を 果たす。 高圧水のジエツトを受けても損傷しないマツト材 2 8がテーブル 1 6 の上に設けられている。 移動装置 2 2は、 加工ヘッド 3 0と伝達機構 （図示さ れない） を含む。 加工ヘッド 3 0は水平な X Y平面に垂直な Z軸の方向に移動 可能である。 ジエツトノズル 6は垂直に加工へッド 3 0に取り付けられている。 伝達機構は、 加工ヘッド 3 0を駆動するサーボモー夕、 ボールねじ及びナツ卜 から成る。 移動装置 2 2は、 さらに、 テ一パ装置 3 2を含む。 テーパ装置 3 2 は、 X軸に平行な U軸の方向に移動する移動体、 Y軸に平行な V軸の方向に移 動する移動体、 及び各移動体の伝達機構を含む。 各伝達機構は、 サ一ポモー夕、 ポールねじ及びナツ卜から成る。 上側及び下側ワイヤガイド間のワイヤ電極 8 は、 テーパ装置 3 2によって、 ワークピース 4に対し傾斜できる。 移動装置 2 2は、 加工へッド 3 4とその伝達機構を含む。 ワイヤ電極 8を上側及び下側ヮ ィャガイド間に張架する自動ワイヤ挿通装置 4 4が、 加工へッド 3 4に設けら れている。 上側ガイド組立体 1 0は、 テーパ装置 3 2と適当な上アームによつ て、 加工へッド 3 4に取り付けられている。 伝達機構は、 加工へッド 3 4を駆 動するサーボモータ、 ボールねじ及びナットから成る。 ジェットノズル 6を傾 斜させて高圧水を噴射する方向を変える公知の傾斜装置を加工へッド 3 0に設 けることができる。
加工へッド 3 0はスライダ 3 6に固定され、 加工へッド 3 4はスライダ 4 0 に固定されている。 スライダ 3 6及び 4 0は、 ガイドレール 3 8上を X軸に平 行な方向に往復できる。 移動装置 2 2は、 スライダ 3 6及び 4 0と、 それらを 駆動するリニアモー夕 （図示されない） を含む。 ガイドレール 3 8は、 コラム 4 2の上部正面に設けられる。 こうして、 ジェットノズル 6は、 ワークピース 4を切断できる動作位置と、 動作位置から離隔した待避位置との間を移動でき る。 動作位置は、 F I G. 1及び 2において、 複合加工装置 1のほぼ中央でヮ —クピース 4の上方である。 ジェットノズル 6用の待避位置は、 ワイヤ放電加 ェが妨害されない程度に動作位置から離隔している。 上側ワイヤガイドは、 動 作位置と動作位置から離隔した他の待避位置との間を移動できる。 上側ワイヤ ガイド用の待避位置は、 ウォー夕ジエツト加工が妨害されない程度に動作位置 から離隔している。 ジェットノズル 6及び上側ワイヤガイドは動作位置を共有 する。 上記構成は、 テーブル 1 6のサイズを比較的小さくすることができる利 点をもつ。
F I G. 3を参照して、 複合加工装置 2に付属する制御システムが説明され る。 N C装置 1 0 0とモータ制御装置 2 0 0が、 加工データに基づいて移動装 置 2 2を制御する。 加工データは、 例えば、 N Cプログラムを解読することに よって得られる N Cデータである。 N Cプログラムは、 ワークピース 4中に生 成されるべき形状に関する情報に従って作成されている。 形状に関する情報は、 例えば、 所要の寸法精度や面粗さを含む。 N Cデータは、 命令に関する情報、 ジェットノズル 6及びワイヤ電極 8の軌跡に関する情報、 軌跡上の複数の位置 に関する情報、 補正量や加工条件に関する情報などを含む。 F I G. 3中のモ 一夕 3 0 0は、 移動体を駆動する全てのァクチユエ一夕を集合的に表現してい る。 位置検出器 4 0 0は、 移動体又はモー夕に設けられた全ての位置検出器を 集合的に表現している。 位置検出器 4 0 0は、 光学式の読取器とスケールを含 むリニアエンコーダである。 口一タリエンコーダが回転サーボモー夕に設けら れてもよい。 位置検出器 4 0 0の検出信号は、 モー夕制御装置 2 0 0にフィー ドバックされると共に N C装置 1 0 0に送られる。 ジエツトノズル接触検出装 置 5 0 0は、 ジエツトノズル 6とワークピース 4の接触を電気的に検出する手 段である。 ジェットノズル 6の少なくとも一部は導電性部材で構成され、 接触 検出装置 5 0 0中の電源へ電気的に接続されている。 接触検出装置 5 0 0は、 N C装置 1 0 0から指令信号を受け取ると、 ジェットノズル 6とワークピース 4に電圧を印加する。 接触検出装置 5 0 0の検出信号は N C装置 1 0 0へ供給 される。 ワイヤ放電加工用電源装置 6 0 0は、 走行するワイヤ電極 8とワーク ピース 4間に形成される加工間隙に放電を発生させる電力パルスを供給する。 N C装置 1 0 0は、 加工条件の設定に基づいて、 電源装置 6 0 0へ指令信号を 送る。 電源装置 6 0 0は、 ワイヤ電極 8とワークピース 4の接触を電気的に検 出する接触検出器を有している。 N C装置 1 0 0は接触検出器の検出信号を受 け取り、 ワークピース 4の基準位置を求める。
F I G. 4を参照して、 複合加工装置 2に付属する液供給システムが説明さ れる。 液供給システムは F I G. 3中の N C装置 1 0 0によって制御される。 ワイヤ放電加工に用いられる加工液は、 水を主成分とする誘電性液である。 ゥ ォ一夕ジエツト加工に用いられる加工液は、 同じ粒径の砥粒が一定の割合で混 合された水である。 貯留槽 5 0は、 使用済の加工液を貯留する汚液槽 5 2と浄 化された加工液を貯留する清液槽 5 4を有する。 加工槽 2 6から排出された加 ェ液は汚液槽 5 2に回収される。 比重が大きい加工屑は、 汚液槽 5 2の底に沈 殿する。 汚液槽 5 2中の加工液は、 ポンプ 5 6によって、 フィルタ 5 8を通つ て清液槽 5 4に送られる。 フィル夕 5 8は加工屑及び砥粒を取り除き加工液を 浄化する。 清液槽 5 4は、 小さいサイズの加工屑や砥粒も通さないフィルタ 6 0によって仕切られている。 ポンプ 6 2、 フィル夕 6 4及びイオン交換樹脂槽 6 6を有する循環管路が清液槽 5 4にけられる。 加工液の比抵抗は、 イオン交 換樹脂槽 6 6によって、 ワイヤ放電加工に必要な値に維持される。 清液槽 5 4 中の加工液は、 電磁弁 7 8、 高圧ポンプ 6 8及び増圧器 7 0を通ってジェット ノズル 6へ供給される。 高圧ポンプ 6 8及び増圧器 7 0は、 2 0 0 M P a〜4 5 O M P aの高圧水を発生できる。 適量の砥粒がホッパ 7 2からジエツトノズ ル 6中の混合室へ供給される。 加工槽 2 6を加工液で満たすため、 清液槽 5 4 中の加工液はポンプ 8 0によって電磁弁 7 6を経由して加工槽 2 6へ供給され る。 ワイヤ放電加工中は、 電磁弁 7 6及び 7 8が閉じ、 加工液はポンプ 8 0に よって清液槽 5 4から電磁弁 7 4及びガイド組立体 1 0及び 1 2を経由して加 ェ間隙へ供給される。 上側及び下側ガイド組立体 1 0及び 1 2は、 加工間隙に 向けて加工液を噴射するそれぞれの噴流ノズル 8 6及び 8 8を備えている。 噴 流ノズル 8 6及び 8 8の一方からの噴流を止めるため、 電磁弁 8 2及び 8 4が 設けられている。
本発明に従って導電性ワークピース 4を加工する方法が説明される。
まず、 ワークピース 4が、 X Y平面内及び Z軸の方向に正確に位置出しされ る。 その後、 ワークピース 4はウォー夕ジェット加工により所要の形状に切断 される。
作業者は、 まず、 ワークピース 4を適当な締付具を使用してワークスタンド 1 8に固定する。 ワークピース 4は位置出し用の基準穴を有している。 作業者 は、 ジェットノズル 6を待避位置から動作位置へ移動させ、 N C装置 1 0 0に 位置出し用の N Cプログラムを解読させる。 N C装置 1 0 0は、 位置及び速度 を表す移動指令をモータ制御装置 2 0 0へ送り、 ジェットノズル接触検出装置 5 0 0を作動する。 N C装置 1 0 0は、 位置出し用の N Cプログラムに従って、 ジェットノズル 6を基準穴の中で X +、 X _、 Y +及び Y—の 4つの方向に移 動させる。 接触検出装置 5 0 0がジエツトノズル 6側面とワークピース 4の接 触を検出すると、 テーブル 1 6及びサドル 2 0の移動が直ちに停止される。 接 触位置は N C装置 1 0 0中に記憶される。 N C装置 1 0 0は、 ジェットノズル 6の外径データを保有し、 複数の接触位置に基づいて基準穴の中心を基準位置 と定める。 基準穴の代わりにワークピース 4の端面を求めて基準位置を設定す ることもできる。 ジエツ卜ノズル 6の先端がワークピース 4の上面に接触させ られ、 ワークピース 4の上面が位置出しされる。 ジェットノズル 6は、 加工へ ッド 3 0を上昇させることによって、 ワークピース 4の上面から所要の距離だ け上方に位置させられる。 位置検出器 4 0 0はジエツトノズル 6のこの位置を 検出し、 N C装置 1 0 0は検出位置を Z軸方向の基準位置に定める。 所要の距 離は数十 mm以下であり、 基準位置は 1 単位で正確に定められる。 こうし てワークピース 4の位置出しが完了する。 作業者は加工槽 2 6を加工液で満た し N Cプログラムを実行する。 N C装置 1 0 0は N Cプログラムを順次に解読 し設定条件の下でウォー夕ジエツト加工を進める。 モー夕制御装置 2 0 0は、 N C装置 1 0 0が演算した移動指令を受け取る。 ジエツトノズル 6は加工開始 点に位置させられ、 砥粒が混入した 2 0 O M P a以上の高圧水がジエツトノズ ル 6からワークピース 4へ向けて噴射される。 ジエツトノズル 6は所定の軌跡 の上をワークピース 4に相対的に移動させられる。 こうして、 ワイヤ放電加工 の 1 0倍程度の加工速度で所要の形状がワークピース 4中に荒く切断される。 所要の形状の切断が完了したら、 作業者はジェットノズル 6を動作位置から待 避位置へ移動させる。 切断された形状が貫通穴を含む場合、 作業者は貫通穴に 相当するワークピース 4中の部分を取り除く。
次に、 切断面を所要の加工精度に仕上げるため、 ワークピース 4はワークス 夕ンド 1 8に固定されたままでワイヤ放電加工が行われる。 作業者は、 仕上げ に備えて再びワークピース 4を固定し位置出しする必要がない。 また、 ワーク ピース 4の環境が大きく変化しないので、 高い加工精度が保証される。 作業者 は上側ガイド組立体 1 0中の上側ワイヤガイドを待避位置から動作位置へ移動 させる。 ワイヤ電極 8は、 自動ワイヤ挿通装置 4 4によって、 上側ワイヤガイ ド、 ワークピース 4中に形成された貫通穴、 及び下側ワイヤガイドに挿通され る。 作業者がワイヤ放電加工用の N Cプログラムを実行させると、 N C装置 1 0 0は N Cプログラムを順次に解読し設定条件の下でワイヤ放電加工を進め る。 ワイヤ電極 8は搬送経路に沿って走行し加工液が噴流ノズル 8 6及び 8 8 からワークピース 4に向けて噴射される。 電源装置 6 0 0は加工条件の設定に 従って電力パルスを加工間隙に供給する。 一対のワイヤガイド間に張架された ワイヤ電極 8はワークピース 4に相対的にウォータジエツ卜加工と同じ加工開 始点へ位置させられる。 ワイヤ電極 8は切断面へ向かって移動させられ、 さら に切断面に沿って所定の軌跡の上を移動させられる。 ワイヤ放電加工は、 要求 精度次第で、 設定条件が異なるいくつかのステップを含む。 より後のステップ で、 より小さいエネルギの電力パルスが加工間隙に供給される。 最後のステツ プでは、 切断面の粗さを所要の値に減少できる程度の小さい電力パルスが使用 される。 こうして、 ウォー夕ジェット加工では不可能な高い加工精度、 例えば 数^ m以下の形状精度や数^ mR z以下の面粗さが実現される。

Claims

請求の範囲
1 . ワークスタンドに固定されたワークピースをウォー夕ジエツト加工に より所要の形状に切断するステップと、 ワークピースをワークスタンドに固定 したまま切断面をワイヤ放電加工により所要の高い加工精度に仕上げるステツ プを含む導電性ワークピースを加工する方法。
2 . ウォー夕ジエツ卜加工とワイヤカツト放電加工を実施する複合加工装 置であって、
ワークピースを固定するワークスタンド、
ワークピースを切断できる動作位置と動作位置から離隔した待避位置 との間を移動できる、 高圧水をワークピースに向けて噴射するジェットノズル、 ワイヤ電極、 及び
ワイヤ電極を垂直に支持する上側及び下側ワイヤガイドを含み、 上側ワイヤガイドは動作位置と動作位置から離隔した待避位置との間 を移動できる複合加工装置。
3 . ワークスタンドが設けられた、 X Y平面内を移動できるテーブルを含 む、 請求項 2に記載の複合加工装置。
4 . ワークピースを取り囲み、 加工液を貯留する加工槽を含む、 請求項 2 に記載の複合加工装置。
5 . 加工槽から排出された加工液を回収する汚液槽、 汚液槽中の加工液を 浄化する浄化装置、 浄化された加工液を貯留する清液槽、 清液槽中の加工液を ジエツトノズルへ供給する高圧ポンプ、 及び清液槽中の加工液をイオン交換す るイオン交換樹脂槽を含む、 請求項 4に記載の複合加工装置。
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