專利名稱：加工導(dǎo)電性工件的方法及復(fù)合加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在金屬絲電極和導(dǎo)電性工件之間所形成的加工間隙中產(chǎn)生放電而加工工件的金屬絲放電加工方法。本發(fā)明還涉及利用從噴嘴噴射的高壓水切斷工件的水力噴射加工方法。
背景技術(shù)：
金屬絲放電加工方法是一種可以把導(dǎo)電性工件切斷成復(fù)雜形狀的方法。就連由超硬合金那樣的難切削的材料構(gòu)成的工件都可以進(jìn)行切斷。工件不與作為工具的金屬絲電極接觸，通過在加工間隙中產(chǎn)生的放電進(jìn)行加工。因而，可以實(shí)現(xiàn)極高的加工精度、例如數(shù)μm以下的形狀精度和數(shù)μmRz以下的表面粗糙度。下面，我們將尺寸精度、形狀精度及表面粗糙度集中在一起稱為加工精度。形狀精度是離所需形狀的幾何學(xué)方面的偏差的程度，包括例如平直度、平面度、直角度、平行度、圓度等。在使用φ0.3mm的鍍鋅的特殊黃銅金屬絲電極時(shí)，金屬絲放電加工的最大速度是250mm2/min～550mm2/min左右。供給到加工間隙的電能大時(shí)，加工速度提高。然而，要求電能在金屬絲電極不熔斷的范圍以內(nèi)，更大的電能會(huì)使加工精度下降。一般為了協(xié)調(diào)加工精度和加工速度，金屬絲放電加工分成幾個(gè)步驟。首先，金屬絲電極在規(guī)定的軌跡上移動(dòng)，工件用大的電能粗略地切斷成所需要的形狀。粗加工被稱為第一切割。第一切割完成時(shí)，應(yīng)該除去的多余的材料殘留在切斷面上，切斷面不具有所需要的粗糙度。其次，利用小的電能，切斷面被精加工成所需要的加工精度。該精加工被稱為第二切割。在第二切割中，金屬絲電極在偏移的軌跡上移動(dòng)，以使加工間隙的尺寸變得更小。這樣，可以去除多余的材料、得到所需要的尺寸精度，同時(shí)，切斷面的粗糙度減少到所需要的值。按所需要的加工精度，第二切割包括幾個(gè)步驟。通常來講，越后面的步驟使用的電能越小，能在越小尺寸的加工間隙中產(chǎn)生放電。
作為切斷金屬工件的方法，已知有激光加工、離子束加工、水力噴射加工等。這些方法可以達(dá)到比金屬絲放電加工高的加工速度，在不要求高加工精度時(shí)使用。從噴嘴噴射混入了磨料的高壓水來切斷工件的磨料水力噴射加工能夠以接近金屬絲放電加工的10倍的速度除去材料。
日本專利公報(bào)3137729號(hào)公開了利用金屬絲放電加工切斷工件中的要求高加工精度的部位、利用激光加工或水力噴射加工切斷其它部位的方法。
日本專利公報(bào)2928323號(hào)公開了在工廠內(nèi)并列設(shè)置金屬絲放電加工裝置、激光加工裝置、水力噴射加工裝置并用托盤使工件移動(dòng)的系統(tǒng)。
日本專利公報(bào)4-343671號(hào)公開了通過用混入了磨料的高速液體流掃過工件表面以在工件中粗略地制造凹部的方法。記述了在要求精度時(shí)，成形的凹部通過切削、磨削、放電加工、電解加工、激光加工等進(jìn)行精加工。
美國專利公報(bào)6800829號(hào)公開了修理空冷部件的復(fù)合加工裝置。部件的一部分通過水力噴射加工除去，通過放電加工在部件中形成冷卻孔。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種使將導(dǎo)電性工件切斷成所需要的形狀并精加工成高加工精度的時(shí)間最小化的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種方法，其最大限度地利用水力噴射加工和金屬絲放電加工雙方的優(yōu)點(diǎn)來加工導(dǎo)電性工件。
本發(fā)明的再一目的是提供一種簡單化的復(fù)合加工裝置，其使把導(dǎo)電性工件切斷成所需要的形狀并精加工成高加工精度的時(shí)間最小化。
根據(jù)本發(fā)明的方法，固定在工件架上的導(dǎo)電性工件通過水力噴射加工切斷成所需要的形狀，在工件在固定在工件架上的狀態(tài)下，利用金屬絲放電加工將切斷面精加工成所要求的高加工精度。
因而，縮短了從水力噴射加工完成到金屬絲放電加工開始的時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明，實(shí)施水力噴射加工和金屬絲切割放電加工的復(fù)合加工裝置包括固定工件(4)的工件架(18)，可以在能切斷工件的動(dòng)作位置和從動(dòng)作位置離開的待避位置之間移動(dòng)并向工件噴射高壓水的噴嘴(6)，金屬絲電極(8)，以及垂直支承金屬絲電極的上側(cè)及下側(cè)的金屬絲引導(dǎo)件。
上側(cè)金屬絲引導(dǎo)件可以在動(dòng)作位置和從動(dòng)作位置離開的待避位置之間移動(dòng)。
最好是復(fù)合加工裝置包括貯留加工液的加工槽(26)，加工槽也作為制動(dòng)箱(catcher tank)起作用。
其它新穎的特征將在接下來的說明中被敘述。


圖1是表示噴嘴向著工件的本發(fā)明的復(fù)合加工裝置的正面圖；圖2是表示金屬絲電極接近工件地被垂直張?jiān)O(shè)的圖1中的復(fù)合加工裝置的正面圖；圖3是表示附屬于圖1中的復(fù)合加工裝置的控制系統(tǒng)的框圖；圖4是表示附屬于圖1中的復(fù)合加工裝置的液體供給系統(tǒng)的回路圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1、2、3及4說明本發(fā)明的復(fù)合加工裝置。
復(fù)合加工裝置2包括噴嘴6、金屬絲電極8及使金屬絲電極8或噴嘴6相對(duì)工件4移動(dòng)的移動(dòng)裝置22。噴嘴6用于水力噴射加工，可以向著工件4向下噴射高壓水。金屬絲電極8用于金屬絲放電加工，可以接近工件4，垂直地被張?jiān)O(shè)。上側(cè)及下側(cè)引導(dǎo)件組裝體10及12隔著工件4而相向，收容垂直支承金屬絲電極8的上側(cè)和下側(cè)的金屬絲引導(dǎo)件(未作圖示)。下側(cè)引導(dǎo)件組裝體12安裝在下臂14的前端。通過利用公知的方法，從繞線管向加工間隙供給金屬絲電極8，進(jìn)而，經(jīng)由下臂14向適當(dāng)?shù)幕厥障浒徇\(yùn)。工件4固定于設(shè)在工作臺(tái)16上的工件架18。工作臺(tái)16放置在鞍座部20上，能利用線性馬達(dá)(未作圖示)沿水平的X軸方向移動(dòng)。鞍座部20放置在底座24上，可以利用線性馬達(dá)21沿與X軸正交的Y軸方向移動(dòng)。工作臺(tái)16、鞍座部20及驅(qū)動(dòng)它們的線性馬達(dá)構(gòu)成移動(dòng)裝置22。鞍座部20放置在底座24上。包圍工件4的四面壁設(shè)在工作臺(tái)16上，形成貯留加工液的加工槽26。下臂14水密地貫通加工槽26的壁，支承在支柱42上。支柱42立設(shè)在底座24上。加工槽26發(fā)揮使工件4浸漬在介質(zhì)液和噴濺擋板(splashguard)的功能。用加工液充滿的加工槽26發(fā)揮阻擋高壓水的噴射的制動(dòng)箱的功能。在工作臺(tái)16上設(shè)有即使受到高壓水的噴射也不損傷的護(hù)墊材料28。移動(dòng)裝置22包括加工頭30和傳送機(jī)構(gòu)(未作圖示)。加工頭30可以沿與水平的XY平面垂直的Z軸方向移動(dòng)。噴嘴6垂直地安裝在加工頭30上。傳送機(jī)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)加工頭30的伺服馬達(dá)、滾珠絲杠及螺母組成。移動(dòng)裝置22進(jìn)一步包括圓錐裝置32。圓錐裝置32包括沿與X軸平行的U軸方向移動(dòng)的移動(dòng)體、沿與Y軸平行的V軸方向移動(dòng)的移動(dòng)體及各移動(dòng)體的傳送機(jī)構(gòu)。各傳送機(jī)構(gòu)由伺服馬達(dá)、滾珠絲杠及螺母組成。上側(cè)及下側(cè)金屬絲引導(dǎo)件間的金屬絲電極8可以通過圓錐裝置32相對(duì)工件4傾斜。移動(dòng)裝置22包括加工頭34和其傳送機(jī)構(gòu)。在上側(cè)及下側(cè)金屬絲引導(dǎo)件間張?jiān)O(shè)金屬絲電極8的自動(dòng)金屬絲插通裝置44設(shè)在加工頭34上。上側(cè)引導(dǎo)件組裝體10通過圓錐裝置32和適當(dāng)?shù)纳媳郯惭b在加工頭34上。傳送機(jī)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)加工頭34的伺服馬達(dá)、滾珠絲杠及螺母組成。可以在加工頭30上設(shè)置使噴嘴6傾斜、改變高壓水噴射方向的公知的傾斜裝置。
加工頭30固定在滑塊36上，加工頭34固定在滑塊40上?；瑝K36及40可以在導(dǎo)軌38上沿與X軸平行的方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。移動(dòng)裝置22包括滑塊36及40和驅(qū)動(dòng)它們的線性馬達(dá)(未作圖示)。導(dǎo)軌38設(shè)在支柱42的上部正面。這樣，噴嘴6可以在能切斷工件4的動(dòng)作位置和從動(dòng)作位置離開的待避位置之間移動(dòng)。在圖1及圖2中，動(dòng)作位置是在復(fù)合加工裝置1的大致中央、工件4的上方。噴嘴6用的待避位置與動(dòng)作位置隔離成為不妨礙金屬絲放電加工的程度。上側(cè)金屬絲引導(dǎo)件可以在動(dòng)作位置和從動(dòng)作位置離開的另一待避位置之間移動(dòng)。上側(cè)金屬絲引導(dǎo)件用的待避位置與動(dòng)作位置分開到不妨礙水力噴射加工的程度。噴嘴6及上側(cè)金屬絲引導(dǎo)件共有動(dòng)作位置。上述結(jié)構(gòu)具有工作臺(tái)16的尺寸可以作得比較小的優(yōu)點(diǎn)。
參照?qǐng)D3說明附屬于復(fù)合加工裝置2的控制系統(tǒng)。NC裝置100和馬達(dá)控制裝置200根據(jù)加工數(shù)據(jù)控制移動(dòng)裝置22。加工數(shù)據(jù)例如是通過解讀NC程序得到的NC數(shù)據(jù)。NC程序根據(jù)有關(guān)在工件4中應(yīng)生成的形狀的信息做成。有關(guān)形狀的信息包括例如所需要的尺寸精度或表面粗糙度。NC數(shù)據(jù)包括有關(guān)命令的信息、有關(guān)噴嘴6及金屬絲電極8的軌跡的信息、有關(guān)軌跡上的多個(gè)位置的信息和有關(guān)修正量或加工條件的信息等。圖3中的馬達(dá)300集中地表現(xiàn)為驅(qū)動(dòng)移動(dòng)體的所有致動(dòng)器。位置檢測(cè)器400集中地表現(xiàn)為設(shè)在移動(dòng)體或馬達(dá)上的所有位置檢測(cè)器。位置檢測(cè)器400是包括光學(xué)式讀取器和標(biāo)度的線性編碼器。也可以在旋轉(zhuǎn)伺服馬達(dá)上設(shè)置旋轉(zhuǎn)式編碼器。位置檢測(cè)器400的檢測(cè)信號(hào)反饋到馬達(dá)控制裝置200，同時(shí)送往NC裝置100。噴嘴接觸檢測(cè)裝置500是電檢測(cè)噴嘴6和工件4接觸的機(jī)構(gòu)。噴嘴6的至少一部分由導(dǎo)電性部件構(gòu)成，與接觸檢測(cè)裝置500中的電源電連接。當(dāng)接觸檢測(cè)裝置500收到由NC裝置100發(fā)出的指令信號(hào)時(shí)，在噴嘴6和工件4上施加電壓。接觸檢測(cè)裝置500的檢測(cè)信號(hào)供給至NC裝置100。金屬絲放電加工用電源裝置600供給在移動(dòng)的金屬絲電極8和工件4之間所形成的加工間隙中產(chǎn)生放電的電脈沖。NC裝置100根據(jù)設(shè)定的加工條件向電源裝置600發(fā)送指令信號(hào)。電源裝置600具有電檢測(cè)金屬絲電極8和工件4接觸的接觸檢測(cè)器。NC裝置100接收接觸檢測(cè)器的檢測(cè)信號(hào)，求出工件4的基準(zhǔn)位置。
參照?qǐng)D4說明附屬于復(fù)合加工裝置2的液體供給系統(tǒng)。液體供給系統(tǒng)由圖3中的NC裝置100控制。用于金屬絲放電加工的加工液是以水為主要成分的介質(zhì)液。用于水力噴射加工的加工液是按一定比例混合有粒徑相同的磨料的水。貯留槽50具有貯存使用完的加工液的污液槽52和貯存凈化后的加工液的清液槽54。從加工槽26排出的加工液回收到污液槽52中。比重大的加工屑沉淀在污液槽52的底部。污液槽52中的加工液用泵56通過過濾器58送到清液槽54。過濾器58除去加工屑及磨料，使加工液凈化。清液槽54利用小尺寸的加工屑或磨料也不能通過的過濾器60隔開。具有泵62、過濾器64及離子交換樹脂槽66的循環(huán)管路設(shè)在清液槽54中。加工液的比阻抗可以用離子交換樹脂槽66維持在金屬絲放電加工所需的值。清液槽54中的加工液通過電磁閥78、高壓泵68及增壓器70供給至噴嘴6。高壓泵68及增壓器70可以產(chǎn)生200MPa～450MPa的高壓水。適量的磨料由料斗72供給到噴嘴6中的混合室。為了用加工液充滿加工槽26，清液槽54中的加工液用泵80經(jīng)由電磁閥76供給至加工槽26。在金屬絲放電加工中，關(guān)閉電磁閥76及78，加工液由泵80從清液槽54經(jīng)由電磁閥74和引導(dǎo)件組裝體10及12供給至加工間隙。上側(cè)及下側(cè)引導(dǎo)件組裝體10及12分別裝有向加工間隙噴射加工液的噴射嘴86及88。為了停止從噴射嘴86及88的一方的噴射，設(shè)置了電磁閥82及84。
說明按照本發(fā)明加工導(dǎo)電性工件4的方法。
首先，工件4在XY平面內(nèi)及Z軸方向上正確地定位。其后，工件4通過水力噴射加工切斷成所需要的形狀。
作業(yè)者首先使用適當(dāng)?shù)膴A緊件在工件架18上固定工件4。工件4具有定位用的基準(zhǔn)孔。作業(yè)者使噴嘴6從待避位置向動(dòng)作位置移動(dòng)，在NC裝置100上解讀定位用的NC程序。NC裝置100向馬達(dá)控制裝置200輸送表示位置和速度的移動(dòng)指令，使噴嘴接觸檢測(cè)裝置500動(dòng)作。NC裝置100按照定位用的NC程序使噴嘴6在基準(zhǔn)孔中沿X+、X-、Y+及Y-四個(gè)方向移動(dòng)。當(dāng)接觸檢測(cè)裝置500檢測(cè)到噴嘴6側(cè)面和工件4接觸時(shí)，工作臺(tái)16及鞍座部20的移動(dòng)就立刻停止。接觸位置被存貯在NC裝置100中。NC裝置100保有噴嘴6的外徑數(shù)據(jù)，根據(jù)多個(gè)接觸位置把基準(zhǔn)孔的中心定為基準(zhǔn)位置。也可以代替基準(zhǔn)孔，通過求得工件4的端面來設(shè)定基準(zhǔn)位置。使噴嘴6的前端與工件4的上面接觸，工件4的上面被定位。噴嘴6通過使加工頭30上升，而位于距工件4的上面有所需要的距離的上方。位置檢測(cè)器400檢測(cè)噴嘴6的該位置，NC裝置100把檢測(cè)位置定為Z軸方向的基準(zhǔn)位置。所需要的距離是數(shù)十mm以下，基準(zhǔn)位置按1μm單位被正確地確定。這樣，完成了工件4的定位。作業(yè)者用加工液充滿加工槽26，執(zhí)行NC程序。NC裝置100按順序解讀NC程序，在設(shè)定條件下進(jìn)行水力噴射加工。馬達(dá)控制裝置200接收NC裝置100算出的移動(dòng)指令。使噴嘴6位于加工開始點(diǎn)，混入磨料的200MPa以上的高壓水從噴嘴6向工件4噴射。使噴嘴6在規(guī)定的軌跡上相對(duì)于工件4移動(dòng)。這樣，以金屬絲放電加工的10倍程度的加工速度在工件4中粗切斷成所需要的形狀。完成所需要的形狀的切斷后，作業(yè)者使噴嘴6從動(dòng)作位置向待避位置移動(dòng)。在切斷的形狀包括貫通孔時(shí)，作業(yè)者除去與貫通孔相當(dāng)?shù)墓ぜ?中的部分。
其次，為了把切斷面精加工到所需要的加工精度，工件4在固定在工件架18的狀態(tài)下進(jìn)行金屬絲放電加工。作業(yè)者不必在精加工中再次固定并定位工件4。另外，由于工件4的環(huán)境沒有大的變化，故可以保證高的加工精度。作業(yè)者使上側(cè)引導(dǎo)件組裝體10中的上側(cè)金屬絲引導(dǎo)件從待避位置移向動(dòng)作位置。金屬絲電極8利用自動(dòng)金屬絲插通裝置44插通上側(cè)金屬絲引導(dǎo)件、在工件4中形成的貫通孔及下側(cè)金屬絲引導(dǎo)件。作業(yè)者執(zhí)行金屬絲放電加工用的NC程序時(shí)，NC裝置100就會(huì)順次解讀NC程序，在設(shè)定的條件下進(jìn)行金屬絲放電加工。金屬絲電極8沿搬運(yùn)路徑行進(jìn)，加工液從噴射嘴86及88向工件4噴射。電源裝置600隨著加工條件的設(shè)定，供給加工間隙以電脈沖。在一對(duì)金屬絲引導(dǎo)件間張?jiān)O(shè)的金屬絲電極8相對(duì)于工件4定位在與水力噴射加工相同的加工起始點(diǎn)。使金屬絲電極8向切斷面移動(dòng)，進(jìn)而沿切斷面在規(guī)定的軌跡上移動(dòng)。金屬絲放電加工按要求的精度包括設(shè)定條件不同的幾個(gè)步驟。越往后的步驟對(duì)加工間隙供給越小的能量的電脈沖。最后的步驟中可以使用能使切斷表面的粗糙度減少到所需要的值的程度的小的電脈沖。這樣，可以實(shí)現(xiàn)用水力噴射加工不可能實(shí)現(xiàn)的高加工精度，如數(shù)μm以下的形狀精度或數(shù)μmRz以下的表面粗糙度。
權(quán)利要求
1.一種加工導(dǎo)電性工件的方法，其包括通過水力噴射加工將固定在工件架上的工件切斷成所需要的形狀的步驟；以及在將工件固定在工件架上的狀態(tài)下利用金屬絲放電加工把切斷面精加工成所要求的高加工精度的步驟。
2.一種復(fù)合加工裝置，其實(shí)施水力噴射加工和金屬絲切割放電加工，其特征在于，包括固定工件的工件架，可以在能切斷工件的動(dòng)作位置和從動(dòng)作位置離開的待避位置之間移動(dòng)并向工件噴射高壓水的噴嘴，金屬絲電極，以及垂直支承金屬絲電極的上側(cè)及下側(cè)的金屬絲引導(dǎo)件；上側(cè)金屬絲引導(dǎo)件能夠在動(dòng)作位置和從動(dòng)作位置離開的待避位置之間移動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合加工裝置，其特征在于，包括設(shè)有工件架的、能夠在XY平面內(nèi)移動(dòng)的工作臺(tái)。
4.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合加工裝置，其特征在于，包括包圍工件并貯存加工液的加工槽。
5.如權(quán)利要求4所述的復(fù)合加工裝置，其特征在于，包括回收從加工槽排出的加工液的污液槽、凈化污液槽中的加工液的凈化裝置、貯存凈化后的加工液的清液槽、把清液槽中的加工液向噴嘴供給的高壓泵、以及使清液槽中的加工液進(jìn)行離子交換的離子交換樹脂槽。
全文摘要
復(fù)合加工裝置(2)包括固定工件(4)的工件架(18)、向工件噴射高壓水的噴嘴(6)、金屬絲電極(8)、及垂直支承金屬絲電極的上側(cè)及下側(cè)金屬絲引導(dǎo)件。噴嘴和上側(cè)金屬絲引導(dǎo)件可以在能切斷工件的動(dòng)作位置和分別從動(dòng)作位置離開的退避位置之間移動(dòng)。固定在工件架上的工件通過水力噴射加工切斷成所需的形狀，在將工件固定在工件架上的狀態(tài)下，通過金屬絲放電加工把切斷面將加工成所需的高加工精度。
文檔編號(hào)B23H5/00GK1988982SQ20058002457
公開日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2005年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月18日
發(fā)明者吉田伸一, 土肥祐三 申請(qǐng)人:沙迪克株式會(huì)社