線切割加工方法及裝置的製作方法
2023-05-29 03:39:21
專利名稱：線切割加工方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及對向線電極與被加工件的極之間供給加工電力，通過放電能量對所述被加工件進行加工的線切割加工方法及裝置的改進。
背景技術：
放電加工作為金屬模具等的加工技術已建立起了穩固的地位，廣泛應用於汽車產業、家電產業、半導體產業等的模具加工領域。
圖7是放電加工機理的說明圖，圖中，1是電極、2是被加工件、3是電弧柱、4是加工液、5是放電加工產生的加工屑。重複以下的(a)至(e)循環(與圖7的(a)至(e)的循環相對應)，對被加工件2用放電進行除去加工。即，是(a)形成放電產生的電弧柱3、(b)放電的熱能產生為局部熔融及加工液4氣化、(c)產生加工液4的氣化爆發力、(d)熔融部(加工屑5)的飛散、(e)由加工液進行的冷卻、凝固、極間絕緣的恢復。
該發明，是涉及放電加工中用於穿孔加工、切斷加工等的線切割加工。對線切割加工，尤其對其高精度化的要求越來越強，比如，在半導體等領域使用的高精度模具的加工，被要求1～2μm程度的高加工精度。
圖8是表示線切割加工的加工過程的說明圖，圖中，1a表示線電極、2是被加工件，4a是諸如水的加工液，6是初始孔，圖8的(a)是粗加工的第1次切割、圖8(b)是粗加工後的中等精加工的第2次切割、圖8(c)是最後精加工的第3次切割的狀態。
圖8(a)的第1次切割的加工例子，表示將線電極1a穿過初孔6內、對被加工件2進行穿孔加工。在如此第1次切割的場合，因為是在後加工中對面粗糙度及精度進行精加工的，故不需要太嚴格的面粗糙度及精度，為了提高生產性，尤其重要的是要提高加工速度。在線切割加工中，為了提高加工速度、有效地排出線電極1a與被加工件2的極間的加工屑，採取向所述極間噴射加工液4a的技術。另外，為了消除加工液4a對所述極間的噴射的不均，防止線電極1a的斷線，採用在未圖示的加工槽內儲存加工液4a，並將被加工件2浸在液內的方法。如此，使用向線電極1a與被加工件2的極間供給加工液的加工液供給方法。
所述傳統的線切割加工中，第1次切割(圖8的(a))後的第2次切割(圖8的(b))及第3次切割(圖8的(c))等的加工也同樣在加工液4a中進行。
一旦向線電極1a與被加工件2的極間施加電壓，則正極與負極互相作用吸引力，由該靜電力使剛性小的線電極1a拉向被加工件2側。這是造成線電極1a震動的原因，且存在著因該震動引起難以進行高精度加工的問題。
另外，在因放電能量產生加工液的氣化爆發力的狀態(比如圖7的(c))中，加工液的氣化爆發力對線電極1a施加很大的與被加工件2相反方向的力，從而發生振動。該振動使被加工件2的形狀產生凹凸，故精度下降。
而且，在作為線切割加工利用領域的半導體業等中，比如，在IC引線框的模具等加工中，對形狀精度為1μm、面粗糙度為1μm Rmax以下這樣的被加工件，越來越需要極高的精度和非常光滑的面粗糙度，尤其在這樣的用途中，所述線電極的振動等引起的問題十分顯著。
作為解決如此液中線切割加工的問題點的策略，揭示有線電極與被加工件的極間不藉助加工液、而在大氣中進行線切割加工、氣體線切割加工的技術(東京農工大學安達他，「氣體放電加工對第2次切割的高精度化」，模具技術、第14卷、第7刊、1999年、154頁、日刊工業新聞社)。該技術中，揭示了通過在大氣中的線切割加工可提高被加工件切斷面的直線精度，與通常的加工液中進行的線切割加工相比，從高精度化的方面來講意義重大，但在進行這樣的氣體放電加工的場合，或在進行霧氣線切割加工的場合中，因無法利用加工液的冷卻效果(比如圖7的(e))，故無法充分進行線電極與被加工件的極間的冷卻，在放電發熱使被加工件產生熱應變的狀態下繼續進行加工，故存在著無法滿足對所述被加工件要求極高精度和非常光滑的面粗糙度的問題。
發明內容
本發明是為了解決所述問題而開展的，其目的在於供給一種適合線切割加工的高精度化及高品位化的線切割加工方法及裝置。
在使線電極與被加工件的極間發生放電、對所述被加工件進行加工的線切割加工方法中，在霧氣或氣體的加工工序中，本發明的線切割加工方法，是邊對所述被加工件進行冷卻邊進行加工的。
另外，在使線電極與被加工件的極間發生放電、對所述被加工件進行加工的線切割加工方法中，將加工液中的加工、霧氣加工及氣體加工的3種工序中至少2種加工組合進行加工，在霧氣或氣體加工工序中，本發明的線切割加工方法，是邊對所述被加工件進行冷卻邊進行加工的。
本發明的線切割加工裝置，通過加工電力供給裝置向線電極與被加工件的極間供給放電能量，通過定位裝置使所述線電極及被加工件進行相對移動，利用霧氣或氣體對所述被加工件進行加工的線切割加工裝置中，具有供給冷卻所述被加工件的冷卻用流體的冷卻用流體供給裝置。
另外，本發明的線切割加工裝置，通過加工電力供給裝置向線電極與被加工件的極間供給放電能量，通過定位裝置使所述線電極及被加工件進行相對移動，在對所述被加工件進行加工的線切割加工裝置中，具有加工用流體供給裝置，其對朝所述極間供給加工液的加工液供給裝置、朝所述極間供給霧氣的霧氣供給裝置、以及朝所述極間供給氣體的氣體供給裝置中的至少2個供給加工用流體；供給冷卻所述被加工件的冷卻用流體的冷卻用流體供給裝置。
另外，本發明的線切割加工裝置，通過加工電力供給裝置向線電極與被加工件的極間供給放電能量，通過定位裝置使所述線電極及被加工件進行相對移動，在對所述被加工件進行加工的線切割加工裝置中，具有加工用流體供給裝置，其對朝所述極間供給加工液的加工液供給裝置、朝所述極間供給霧氣的霧氣供給裝置、以及朝所述極間供給氣體的氣體供給裝置中的至少2個供給加工用流體；供給冷卻所述被加工件的冷卻用流體的冷卻用流體供給裝置；控制裝置，其根據對生產性及被加工件的要求精度等，對由所述加工液供給裝置向所述極間供給所述加工液、由所述霧氣供給裝置向所述極間供給所述霧氣及由所述氣體供給裝置向所述極間供給所述氣體的切換、以及由所述霧氣供給裝置向所述極間供給所述霧氣時或由所述氣體供給裝置向所述極間供給所述氣體時由所述冷卻用流體供給裝置向所述被加工件供給所述冷卻用流體進行控制。
另外，本發明的線切割加工裝置，所述加工用流體供給裝置沿所述線電極向所述極間供給所述加工用流體，所述冷卻用流體供給裝置從所述加工用流體的外側向所述被加工件噴出所述冷卻用流體。
另外，本發明的線切割加工裝置，具有將所述加工用流體供給裝置及所述冷卻用流體供給裝置組合形成一體的流體供給裝置。
另外，本發明的線切割加工裝置，所述加工液供給裝置是用泵將加工液罐內的加工液向所述極間進行供給的，所述氣體供給裝置是用空壓機將空氣等氣體加壓後向所述極間進行供給的，所述霧氣供給裝置是將由所述加工液供給裝置供給的加工液與由所述氣體供給裝置供給的氣體混合後生成霧氣而向所述極間進行供給的。
另外，本發明的線切割加工裝置，所述冷卻用流體供給裝置是用泵對所述加工液罐內的加工液加壓後而向所述極間進行供給的。
另外，本發明的線切割加工裝置，具有對所述空壓機加壓的氣體進行冷卻的冷卻裝置。
另外，本發明的線切割加工裝置，所述冷卻裝置是利用配設在所述加工液罐內的熱交換器構成的。
本發明的線切割加工方法及裝置由於如上構成，故在氣體或霧氣的線切割加工中，可有效地對被加工件進行冷卻，抑制被加工件的熱應變，故可獲得適合高精度化及高品位化的線切割加工的效果。另外，針對生產性及對被加工件的精度要求等，通過對加工液中的加工、霧氣加工及氣體加工進行組合，就能獲得與要求和規格適當對應的效果。
附圖的簡單說明
圖1是表示本發明的第1實施例的線切割加工方法的說明圖。
圖2是表示本發明的第1實施例的線切割加工裝置的結構圖。
圖3是表示本發明的第1實施例的線切割加工裝置的流體供給裝置的結構說明圖。
圖4是表示本發明的第1實施例的線切割加工裝置向流體供給裝置供給流體的方法說明圖。
圖5是表示本發明的第2實施例的線切割加工裝置向流體供給裝置供給流體的方法說明圖。
圖6是表示本發明的第3實施例的線切割加工裝置向流體供給裝置供給流體的方法說明圖。
圖7是表示放電加工機理的說明圖。
圖8是表示線切割加工的加工過程例子的說明圖。
具體實施例實施例1圖1是表示本發明的第1實施例的線切割加工方法的說明圖，圖中，1a是線電極、2是被加工件、4a是諸如水的加工液、6是初始孔、7是水等的霧氣、8是空氣等氣體，圖1的(a)是粗加工的第1次切割、圖1(b)是粗加工後的中等精加工的第2次切割、圖1(c)是最後精加工的第3次切割的狀態。第1次切割、第2次切割、第3次切割只是為了方便，並不表示線切割加工經3次加工而結束。對被加工件精度要求低的加工，具有僅第1次切割或第1次切割和第2次切割就可結束的場合，對被加工件精度要求高的加工，也有進行第7次切割、第8次切割加工的場合。
下面對加工方法作簡要的說明。圖1(a)的第1次切割，是將線電極1a穿過初始孔6內，對被加工件2進行穿孔加工。第1次切割中，因為是在後加工中對面粗糙度及精度進行精加工，故不需要太嚴格的面粗糙度及精度，為了提高生產性，尤其重要的是要提高加工速度，與背景技術中的圖8相同，通過向線電極1a與被加工件2的極間供給加工液的加工液供給裝置，使所述極間浸在加工液4a中進行加工。作為該加工液供給裝置，可採用在加工槽內儲存加工液4a並將被加工件2浸在液內的方法、及將加工液4a噴出到所述極間的裝置中的一種。
在通常的線切割加工中，第1次切割後，繼續由加工液供給裝置向所述極間供給加工液，但存在著如背景技術中所示的線電極振動等的問題，不適合高精度加工。
本發明用來，在精加工中所述極間不藉助加工液進行加工，可改善被加工件的精度及面粗糙度。
圖1(b)的中等精度加工的第2次切割中，為了抑制線電極1a的振動、改善加工形狀精度，不是在加工液4a中加工，而是在霧氣7中進行加工。霧氣7中的加工速度與加工液4a中的加工相比並不遜色，通過靜電力抑制線電極1a的振動，從而提高加工精度。霧氣7中的加工，可通過例如未圖示的霧氣供給裝置向線電極1a與被加工件2的極間噴射霧氣來進行。
另外，圖1的(c)的最終精加工的第3次切割的場合，通過使用氣體8中的放電，可進一步抑制線電極1a的振動。氣體8中的加工，可通過大氣中或未圖示的氣體供給裝置向線電極1a與被加工件2的極間噴出規定成分的氣體來進行。
利用所述在霧氣7中及在氣體8中的放電加工能得到高的精度的理由如下。對線電極1a與被加工件2的極間外加電壓時，由於對所述極間作用的靜電力與所述極間的電容率成正比，故以相同極間距離進行計算的話，與所述極間的介質為加工液4a的場合相比，所述極間的介質為霧氣7或氣體8時，所述靜電力是前者的幾十分之一(比如，電容率在真空中最小，水中是真空中的約80倍)。另外，由於放電帶來的氣化爆發力是所述極間的液體所產生，故在所述極間僅存在霧氣7或氣體8的場合，線電極1a不受氣化爆發力的影響。
因此，利用霧氣7或氣體8中的放電，能進行高精度的線切割加工，根據生產性及對被加工件的精度要求等，通過對加工液中的加工、霧氣中的加工及氣體中的加工進行組合，就可確切地滿足要求規格。
圖2是表示本發明的第1實施例的線切割加工裝置的結構圖。圖中，1a是線電極、2是被加工件、4a是諸如水的加工液、7是霧氣、8是氣體、9是固定被加工件2的平臺、11是金屬絲捲筒、12是流體供給裝置、13是主動輥、14是壓緊輪、15是對被加工件2朝水平方向(X方向)驅動的X工作檯、16是對被加工件2朝水平方向(Y方向)進行驅動的Y工作檯、17是對驅動X工作檯15的未圖示的驅動電機進行控制的X軸伺服信號放大器、18是對驅動Y工作檯16的未圖示的驅動電機進行控制的Y軸伺服信號放大器、19是控制裝置。由主動輥13及壓緊輪14夾住並牽引線電極1a，邊輸送線電極1a，邊通過未圖示的加工電力供給裝置向線電極1a與被加工件2的極間供給加工電力，藉助定位裝置的X工作檯及Y工作檯等，使線電極1a及被加工件相對移動而對被加工件2進行加工。
圖3是表示本發明的第1實施例的線切割加工裝置的流體供給裝置12的結構的說明圖，圖3(a)是縱剖視圖、圖3(b)是圖3(a)的A-A剖視圖。圖3中，1a是線電極、2是被加工件、4a是諸如水的加工液、7是霧氣、8是氣體、12是流體供給裝置、12a是設置在流體供給裝置12中的在線電極1a穿過的孔的外側同心圓狀形成的用於將冷卻用流體即加工液4a向被加工件2噴出的槽、20及21是連接器。
圖4是表示向流體供給裝置供給流體的方法說明圖，圖中，4a是諸如水的加工液、22是加工液罐、23是將加壓氣體供給到線電極1a與被加工件2的極間的空壓機、24是對加工液罐22內的加工液4a的溫度進行控制的溫度控制裝置、25至27是閥、28是供給由溫度控制裝置24進行溫度控制後的加工液4a的泵。向線電極1a與被加工件2的極間供給氣體8或霧氣7，在進行氣體或霧氣的線切割加工的場合，通過將加工液4a從連接器21供給流體供給裝置12內，從流體供給裝置12的槽12a，將冷卻用流體的加工液4a向所述極間的附近以與線電極1a同心圓狀地噴出。該冷卻用流體的噴出，並不局限於與線電極1a的同心圓狀，作為加工用流體也可從供給到所述極間的氣體8或霧氣7的外側噴出。
在這樣的氣體或霧氣中進行線切割加工的場合，若由空壓機23將氣體8或霧氣7加壓至高壓後供給到所述極間，則加工液4a不會進入所述極間，可向所述極間的邊上供給冷卻加工液對被加工件進行冷卻，能有效地減少加工熱量引起的被加工件的熱應變。
以下對實際加工時的動作進行說明。在向線電極1a與被加工件2的極間供給加工液4a進行加工的場合，關閉閥25，打開閥26，關閉閥27，向連接器20內輸送加工用流體的加工液4a。另外，在向所述極間供給氣體8進行加工的場合，打開閥25，關閉閥26，打開閥27，向連接器20輸送加工用流體的加壓氣體8，向連接器21輸送冷卻用流體的加工液4a。而且，在向所述極間供給霧氣7進行加工的場合，將閥25、26、27全部打開，由來自空壓機23的加壓氣體8與加工液4a生成加工用流體的霧氣7並向連接器20輸送，向連接器21輸送冷卻用流體的加工液4a。所述的閥25至27的開閉的切換由控制裝置19進行。
如上所述，流體供給裝置12具有作為加工液供給裝置、霧氣供給裝置、氣體供給裝置的功能(加工用流體供給裝置)及作為對被加工件進行冷卻的冷卻用流體供給裝置的功能。
利用以上的結構，根據所需的加工速度、加工精度等，有選擇地向線電極1a與被加工件2的極間供給加工液4a、霧氣7或氣體8，同時，在氣中或霧氣中的線切割加工中，可有效地對被加工件2進行冷卻。因此，通過對被加工件的熱應變的抑制，能應對更高精度和非常光滑的面粗糙度的要求。
所述實施例中，對流體供給裝置12具有作為加工用流體供給裝置的功能及作為冷卻用流體供給裝置的功能的場合進行了說明，但也可將加工用流體供給裝置及冷卻用流體供給裝置分開而分別設置。
實施例2圖5是表示本發明的第2實施例的線切割加工裝置向流體供給裝置12供給流體的方法的說明圖，線切割加工裝置的結構與第1實施例的圖2相同，線切割加工裝置的流體供給裝置12的結構與第1實施例的圖3相同。圖5中，與第1實施例的圖4相同的符號表示相同或相當的部分，29是冷卻器。另外，閥25至27的開閉的切換等動作與第1實施例相同。
圖5中，通過在空壓機23與閥25之間配置冷卻器29，在向線電極與被加工件的極間供給氣體進行放電加工的場合，由冷卻器冷卻的氣體向所述極間供給。另外，在向所述極間供給霧氣進行加工的場合，利用由冷卻器冷卻的加壓氣體而生成霧氣。因此，與傳統的使用未被溫度控制的氣體的場合相比，將氣體或霧氣向所述極間噴射進行加工的場合中，可提高被加工件加工部的冷卻效率。
第3實施例圖6是表示本發明的第3實施例的線切割加工裝置向流體供給裝置12供給流體的方法的說明圖，線切割加工裝置的結構與第1及第2實施例相同，圖6中，與第1實施例的圖4及第2實施例的圖5相同的符號表示相同或相當的部分，30是熱交換器。
圖6，在在第1實施例的圖4的空壓機23與閥25之間增加熱交換器30，將該熱交換器30設置在加工液罐22內。加工液罐22內的加工液4a由溫度控制裝置24控制在室溫或室溫以下，故由空壓機23加壓後的空氣8，被加工槽22內的經溫度控制後的加工液4a冷卻。因此，與第2實施例相同，能提高被加工件加工部的冷卻效果。而且，用更簡單的結構實現了第2實施例的圖5的冷卻器29的功能，故還具有降低成本的效果。
產業上利用的可能性如上所述，本發明的線切割加工方法及裝置，尤其適用於高精度和高品位的放電加工作業。
權利要求
1.一種線切割加工方法，使線電極與被加工件的極間發生放電以對所述被加工件進行加工，其特徵在於，在霧氣或氣體的加工工序中，邊對所述被加工件進行冷卻邊進行加工。
2.一種線切割加工方法，使線電極與被加工件的極間發生放電以對所述被加工件進行加工，其特徵在於，使加工液中的加工、霧氣加工及氣體加工的3種工序中的至少2種加工組合進行加工，在霧氣或氣體的加工工序中，邊對所述被加工件進行冷卻邊進行加工。
3.一種線切割加工裝置，通過加工電力供給裝置向線電極與被加工件的極間供給放電能量，通過定位裝置使所述線電極及被加工件相對移動，利用霧氣或氣體對所述被加工件進行加工，其特徵在於，具有供給冷卻所述被加工件的冷卻用流體的冷卻用流體供給裝置。
4.一種線切割加工裝置，通過加工電力供給裝置向線電極與被加工件的極間供給放電能量，通過定位裝置使所述線電極及被加工件相對移動，利用霧氣或氣體對所述被加工件進行加工，其特徵在於，具有對向所述極間供給加工液的加工液供給裝置、向所述極間供給霧氣的霧氣供給裝置、向所述極間供給氣體的氣體供給裝置中的至少2個供給加工用流體的加工用流體供給裝置；供給冷卻所述被加工件的冷卻用流體的冷卻用流體供給裝置。
5.一種線切割加工裝置，通過加工電力供給裝置向線電極與被加工件的極間供給放電能量，通過定位裝置使所述線電極及被加工件相對移動，利用霧氣或氣體對所述被加工件進行加工，其特徵在於，具有對向所述極間供給加工液的加工液供給裝置、向所述極間供給霧氣的霧氣供給裝置、向所述極間供給氣體的氣體供給裝置中的至少2個供給加工用流體的加工用流體供給裝置；供給冷卻所述被加工件的冷卻用流體的冷卻用流體供給裝置；控制裝置，其根據對生產性及被加工件的要求精度等，對由所述加工液供給裝置向所述極間供給所述加工液、由所述霧氣供給裝置向所述極間供給所述霧氣及由所述氣體供給裝置向所述極間供給所述氣體的切換、和由所述霧氣供給裝置向所述極間供給所述霧氣時或由所述氣體供給裝置向所述極間供給所述氣體時由所述冷卻用流體供給裝置向所述被加工件供給所述冷卻用流體進行控制。
6.根據權利要求4或5所述的線切割加工裝置，其特徵在於，所述加工用流體供給裝置沿所述線電極向所述極間供給所述加工用流體，所述冷卻用流體供給裝置從所述加工用流體的外側向所述被加工件噴出所述冷卻用流體。
7.根據權利要求6所述的線切割加工裝置，其特徵在於，具有將所述加工用流體供給裝置及所述冷卻用流體供給裝置組合形成一體的流體供給裝置。
8.根據權利要求4或5所述的線切割加工裝置，其特徵在於，所述加工液供給裝置是用泵將加工液罐內的加工液向所述極間進行供給的，所述氣體供給裝置是用空壓機將空氣等氣體加壓後向所述極間進行供給的，所述霧氣供給裝置是將由所述加工液供給裝置供給的加工液與由所述氣體供給裝置供給的氣體混合後生成霧氣而向所述極間進行供給的。
9.根據權利要求8所述的線切割加工裝置，其特徵在於，所述冷卻用流體供給裝置是用泵對所述加工液罐內的加工液加壓後向所述極間進行供給的。
10.根據權利要求8所述的線切割加工裝置，其特徵在於，具有對由所述空壓機加壓後的氣體進行冷卻的冷卻裝置。
11.根據權利要求10所述的線切割加工裝置，其特徵在於，所述冷卻裝置是用配設在所述加工液罐內的熱交換器構成。
全文摘要
在由加工電力供給裝置向線電極(1a)與被加工件(2)的極間供給放電能量、由定位裝置使線電極(1a)及被加工件(2)相對移動、以對被加工件(2)進行加工的線切割加工裝置中，具有將向所述極間供給加工液(4a)的加工液供給裝置、向所述極間供給霧氣(7)的霧氣供給裝置、向所述極間供給氣體(8)的氣體供給裝置以及供給冷卻被加工件(2)的冷卻用流體即加工液(4a)的冷卻用流體供給裝置進行組合形成一體的流體供給裝置(12)。本發明能實現更高精度化和高品位化的放電加工。
文檔編號B23H7/02GK1471447SQ01818113
公開日2004年1月28日 申請日期2001年2月14日 優先權日2001年2月14日
發明者木村宗雅, 後藤昭弘, 弘 申請人:三菱電機株式會社