電火花線切割機(jī)以及電火花線切割方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電火花線切割機(jī)以及電火花線切割方法。在用電火花線切割機(jī)對石墨材料或碳復(fù)合材料的被加工物進(jìn)行放電加工時，在電極間供給比用電火花線切割機(jī)對金屬材料的被加工物進(jìn)行放電加工時低的電壓。進(jìn)而，分別將從放電加工用電源裝置向線電極流動的全部放電電流的峰值電流值調(diào)整為30至150安培范圍內(nèi)的任意值，將電流脈沖寬度調(diào)整為0.3至6.4微秒范圍內(nèi)的任意值。
【專利說明】電火花線切割機(jī)以及電火花線切割方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在被加工物與線電極之間施加電壓來加工被加工物的電火花線切割機(jī)，尤其涉及加工被加工物為石墨材料或碳復(fù)合材料的電火花線切割機(jī)以及加工石墨材料或碳復(fù)合材料的被加工物的電火花線切割方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于石墨材料和碳復(fù)合材料為重量輕且導(dǎo)電性、耐熱性、導(dǎo)熱性、潤滑性優(yōu)異的材料，因此多用作放電加工用電極或滑動軸承部件，但在用于切削出希望形狀的切削加工中，工具磨損快，且切削粉末的處理困難。
[0003]此外，如圖1A、圖1B以及圖2A、圖2B中所示的加工形狀那樣，還需要很多在切削加工中非常難以加工的形狀，在切削加工中難以加工的情況下，通過電火花線切割進(jìn)行加工的方法近年來日益被關(guān)注。圖1A是表示肋寬0.5mm、板厚200mm的加工形狀的俯視圖，圖1B是其立體圖。另一方面，圖2A是表示肋寬0.5mm、板厚200mm的加工形狀的俯視圖，圖2B是其立體圖。
[0004]如日本特開平11-48039號公報中所公開的那樣，在電火花線切割中，一般地，峰值電流值高且脈沖寬度短的形狀陡峭的電流脈沖，在利用電火花線切割機(jī)的工件的粗加工中使用。圖3中示出了電火花線切割機(jī)的加工用電源電壓較高，加工中使用的通常的峰值電流值約為300至1000安培，脈沖寬度為0.5微秒左右，脈沖的上升急劇的電流脈沖。
[0005]但是，以往，在電火花線切割機(jī)中，使用加工用電源電壓較高、加工中使用的峰值電流值為300至1000安培、脈沖寬度為0.5μ s的電流脈沖，難以以良好的表面質(zhì)量且高效、高速地將脆性高的石墨材料或碳復(fù)合材料加工為如圖1、圖2所示的具有薄肋形狀的形狀。
[0006]在日本特開平11-48039號公報中，如果將粗加工用的電流脈沖應(yīng)用于多孔質(zhì)且脆性高的石墨材料的加工中，則如圖4所示，在加工表面產(chǎn)生0.2mm左右的大缺損，無法得到表面質(zhì)量良好的產(chǎn)品。此外，圖4是利用以往條件得到的石墨材料的加工表面的照片100。圖5是表示圖4的符號102-102線段上的加工表面粗糙度104的圖表。
[0007]此外，當(dāng)通過以往的電火花線切割機(jī)加工如圖1A及圖1B、圖2A及圖2B所示的薄肋形狀時，如圖6A及圖6B所示的加工例那樣，肋部破損，無法得到希望的加工形狀。圖6A示出了薄肋106的裂口 107，圖6B示出了薄肋110的缺損111。
[0008]在圖6A中，使線電極I沿著箭頭108的方向相對于薄肋106相對移動來對薄肋106的背面進(jìn)行加工，接著使線電極I沿著箭頭109的方向相對于薄肋106相對移動來對薄肋106的表面進(jìn)行加工。圖6B中也是一樣，使線電極I沿著箭頭112的方向相對于薄肋110相對移動來對薄肋110的背面進(jìn)行加工，接著使線電極I沿著箭頭113的方向相對于薄肋110相對移動來對薄肋110的表面進(jìn)行加工。
[0009]如日本特開2008-260070號公報中公開的那樣，雖然也存在通過二次切割法來修正該欠缺部分(圖6所示的薄肋的裂口 107和薄肋的缺損111)的方法，但在如薄肋破損這樣的情況下，通過二次切割法也無法修正。此外，在薄肋形狀中，存在很多在粗加工中工件產(chǎn)生翹曲，通過粗加工加工后的形狀變形的情況，存在很多在利用二次切割法的加工中難以修正變形的情況。因此，采用了通過粗加工完成加工的方法。
[0010]此外，當(dāng)加工石墨材料時，在加工中石墨由于放電的熱量而升華，產(chǎn)生大量氣體。因此，特別是當(dāng)加工板厚較厚的材質(zhì)由石墨構(gòu)成的工件時，存在由于在放電部位產(chǎn)生的氣體而使利用加工液進(jìn)行的加工部分的冷卻，尤其線電極的冷卻效果減弱，甚至發(fā)生線電極的熱熔斷，造成所謂的斷線而無法繼續(xù)加工的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]因此，本發(fā)明的目的在于提供在維持石墨材料或碳復(fù)合材料的加工速度的同時，即使優(yōu)質(zhì)的表面粗糙度和復(fù)雜且薄的肋形狀也無破損或缺損地加工石墨材料或碳復(fù)合材料的電火花線切割機(jī)以及加工石墨材料或碳復(fù)合材料的電火花線切割方法。
[0012]本發(fā)明的電火花線切割機(jī)，在線電極與被加工物之間的電極間施加脈沖電壓而通過放電來加工上述被加工物，該電火花線切割機(jī)具有:放電加工用電源裝置，能夠使施加于上述電極間的電壓供給低于加工金屬材料時的電壓的電壓；以及控制裝置，在上述被加工物的材質(zhì)為石墨材料或碳復(fù)合材料時，調(diào)整從上述放電加工用電源裝置向上述電極間供給的脈沖電壓及該脈沖電壓的脈沖寬度，使向上述線電極流動的全部放電電流的峰值電流值和電流脈沖寬度，設(shè)定為適合于上述石墨材料或碳復(fù)合材料的加工。
[0013]上述放電加工用電源裝置能夠使向上述線電極流動的全部放電電流的峰值電流值在30安培至150安培的范圍內(nèi)、使電流脈沖寬度在0.3微秒至6.4微秒的范圍內(nèi)分別變化，上述電火花線切割機(jī)還具備輸入上述被加工物的材質(zhì)的材質(zhì)輸入單元，當(dāng)通過上述材質(zhì)輸入單元輸入的被加工物的材質(zhì)為石墨材料或碳復(fù)合材料時，上述控制裝置能夠在上述放電加工用電源裝置的峰值電流值及電流脈沖寬度的可變更范圍內(nèi)，對向上述線電極流動的全部放電電流的峰值電流值和電流脈沖寬度進(jìn)行調(diào)整。
[0014]上述放電加工用電源裝置可以具有:多個直流電源裝置，用于在30至150安培的范圍內(nèi)改變上述峰值電流值；切換單元，根據(jù)來自上述控制裝置的指令，切換上述多個直流電源裝置；以及電流供給單元，在由上述控制裝置發(fā)出指令的時間內(nèi)，從根據(jù)來自上述控制裝置的指令進(jìn)行了切換的上述直流電源裝置向上述電極間供給放電電流。
[0015]本發(fā)明的電火花線切割方法，用電火花線切割機(jī)加工石墨材料或碳復(fù)合材料的被加工物，該電火花線切割機(jī)在被加工物與線電極之間的電極間施加電壓來加工上述被加工物。
[0016]本發(fā)明的電火花線切割方法的第I方式為:以向上述線電極流動的全部放電電流的峰值電流值為30安培至150安培范圍內(nèi)的任意值，且以電流脈沖寬度為0.3微秒至6.4微秒范圍內(nèi)的任意值，進(jìn)行加工。
[0017]本發(fā)明的電火花線切割方法的第2方式為:使向上述線電極流動的全部放電電流值從供給開始至達(dá)到90安培為止的時間為1.0微秒以上，且使峰值電流值為90至110安培的任意值地進(jìn)行加工。
[0018]本發(fā)明的電火花線切割方法的第3方式為:在加工形狀為薄肋形狀且將其肋寬在
0.4mm以下加工時,使向上述線電極流動的全部放電電流值從供給開始至達(dá)到40安培為止的時間為1.0微秒以上，且使峰值電流值為40至70安培的任意值地進(jìn)行加工。
[0019]發(fā)明的效果
[0020]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供在維持石墨材料或碳復(fù)合材料的加工速度的同時，即使優(yōu)質(zhì)的表面粗糙度和復(fù)雜且薄的肋形狀也無破損或缺損地加工石墨材料或碳復(fù)合材料的電火花線切割機(jī)以及加工石墨材料或碳復(fù)合材料的電火花線切割方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021 ] 根據(jù)參照附圖的下述實施例的說明，本發(fā)明的上述及其他目的以及特征將更為明確。在這些圖中:
[0022]圖1A是表示加工形狀例I的俯視圖。
[0023]圖1B是表示圖1A的加工形狀例I的立體圖。
[0024]圖2A是表示加工形狀例2的俯視圖。
[0025]圖2B是表示圖2A的加工形狀例2的立體圖。
[0026]圖3是對以往的石墨加工電流波形進(jìn)行說明的圖。
[0027]圖4是利用以往的條件加工的石墨材料的加工表面的照片。
[0028]圖5是表示沿圖4的102-102線上的加工表面粗糙度的圖表。
[0029]圖6A是說明通過使線電極相對于薄肋相對移動來加工該薄肋的表面時產(chǎn)生的該薄肋的裂口的圖。
[0030]圖6B是說明通過使線電極相對于薄肋相對移動來加工該薄肋的表面時產(chǎn)生的該薄肋的缺損的圖。
[0031]圖7是說明通過電火花線切割加工金屬材料的被加工物時的狀態(tài)的圖。
[0032]圖8是說明通過電火花線切割加工石墨材料的被加工物時石墨裂開的原理的圖。
[0033]圖9是說明被供給到線電極與由石墨材料或碳復(fù)合材料構(gòu)成的工件之間的電流脈沖波形的圖。
[0034]圖10是對放電加工時石墨沒有裂開的原理進(jìn)行說明的圖。
[0035]圖11是對電火花線切割機(jī)的概要進(jìn)行說明的圖。
[0036]圖12是對電火花線切割機(jī)的控制裝置進(jìn)行說明的框圖。
[0037]圖13是對加工用電源裝置進(jìn)行說明的圖。
[0038]圖14是說明切換了構(gòu)成圖13的加工用電源裝置的多個電源電壓的情況的電流波形的變化的圖。
[0039]圖15是通過本發(fā)明的電火花線切割機(jī)加工的加工表面的照片。
[0040]圖16是表示通過本發(fā)明的電火花線切割機(jī)加工的加工表面的粗糙度的圖表。
[0041]圖17是對設(shè)定以往的加工條件得到的以往的電流波形(峰值電流波形)進(jìn)行說明的圖。
[0042]圖18是對設(shè)定本發(fā)明的加工條件得到的電流波形(峰值電流波形)進(jìn)行說明的圖。
[0043]圖19A及圖19B是表示在峰值電流100安培時，板厚150mm、肋寬0.6mm的加工例的圖。
[0044]圖20A至圖20D是表示峰值電流50安培、板厚150mm、肋寬0.3mm的加工例的圖。
[0045]圖21是對微細(xì)形狀加工用的電流波形進(jìn)行說明的圖。[0046]圖22是對利用電源電壓及峰值電流的可加工范圍進(jìn)行說明的圖表。
[0047]圖23是對峰值電流值為100安培時的接通時間與電源電壓的關(guān)系進(jìn)行說明的圖表。
[0048]圖24是對薄肋和壁的復(fù)合形狀的加工方法進(jìn)行說明的圖。
[0049]圖25是對鋒利邊緣和壁的復(fù)合形狀的加工方法進(jìn)行說明的圖。
【具體實施方式】
[0050](本發(fā)明的加工原理)
[0051]在電火花線切割的加工工序中，放電電流在線電極I與被加工物(工件114)之間流動，通過該放電電流的熱量來熔融放電部位的工件表面，同時使周圍的加工液氣化爆炸。高速地反復(fù)進(jìn)行這種吹飛除去熔融的材料的工序。這樣，通過除去線電極I周圍的材料(熔融的金屬粉115)，使線電極I和工件114的相對位置沿著加工路徑移動，從而開槽加工為希望的形狀(參見圖7)。因此，即使是高硬度金屬材料，甚至不使用切削這樣的高硬度工具，利用黃銅線也能夠加工。在工件114為金屬材料的情況下，僅通過放電部位的熔融、爆炸除去，在如石墨材料這樣的加工表面上不產(chǎn)生大的孔或肋部的缺損。
[0052]但是，在工件為導(dǎo)熱系數(shù)高、多孔質(zhì)且脆性高的石墨材料的情況下，當(dāng)進(jìn)行放電加工時，在放電部位上由于熱量而使加工表面的石墨升華、即氣化，并且高熱量瞬間傳遞至進(jìn)入材料內(nèi)部的加工液，容易地使材料內(nèi)部的加工液也氣化(在100°c沸騰)，由于內(nèi)部的氣化爆炸而破壞了材料，這種情況已被確認(rèn)(參見圖8)。
[0053]通過實驗?zāi)軌蛴^察到:這種放電帶來的在材料內(nèi)部的氣化爆炸的能量與放電電流脈沖的峰值和到達(dá)峰值的時間有關(guān)。也就是說，在圖3所示的電流的上升急劇且峰值電流高的電流脈沖波形中，如圖8的放電原理圖所示，以與電流脈沖波形相同的形狀，使石墨116在加工表面的狹窄范圍內(nèi)深度升華，進(jìn)而，將從導(dǎo)熱系數(shù)高且多孔質(zhì)的材料的表面進(jìn)入到0.5mm左右的內(nèi)部的加工液加熱到高溫，使內(nèi)部的加工液也氣化爆炸，產(chǎn)生氣泡117，出現(xiàn)加工表面的孔或薄肋形狀的缺損118或破損。
[0054]因此，通過在線電極I與由石墨材料或碳復(fù)合材料構(gòu)成的工件之間的電極間，如圖9所示，使用使加工電流上升平緩，且峰值電流降低，取代其，使電流流過的時間即電流脈沖寬度加長的電流脈沖波形，從而如圖10所示的放電原理圖那樣，用與電流脈沖波形相同的形狀不會使其也氣化爆炸到內(nèi)部的加工液，繼續(xù)加熱加工表面的大范圍，較淺且廣泛地通過放電使石墨116升華或燃燒，不會大幅度地降低加工效率，能夠得到加工表面光滑的即使是薄肋也無破損、缺損的形狀。
[0055](電火花線切割機(jī)主體的構(gòu)成)
[0056]圖11是應(yīng)用本發(fā)明的電火花線切割機(jī)主體30的概略構(gòu)成圖。
[0057]卷繞線電極I的線圈架11由輸出部轉(zhuǎn)矩電動機(jī)10施加發(fā)出向與線電極I的引出方向相反的方向的指令的規(guī)定的低轉(zhuǎn)矩。從線圈架11輸出的線電極1，經(jīng)由多個導(dǎo)輥(未圖示)，通過由制動電動機(jī)12驅(qū)動的制動件13,調(diào)整該制動件13與由線電極進(jìn)給電動機(jī)(未圖示)驅(qū)動的進(jìn)給輥19之間的張力。
[0058]通過了制動件13的線電極1，經(jīng)由上線電極導(dǎo)向裝置14、下線電極導(dǎo)向裝置15、下導(dǎo)向輥16，被夾緊輥18和由線電極進(jìn)給電動機(jī)(未圖示)驅(qū)動的進(jìn)給輥19夾持，回收到線電極回收箱17中。由石墨材料或碳復(fù)合材料構(gòu)成的工件2 (未圖示)載置于工作臺(未圖示)，被配置于加工槽3內(nèi)的上線電極導(dǎo)向裝置14與下線電極導(dǎo)向裝置15之間，使線電極I與工件2相對移動地進(jìn)行放電加工。
[0059]用圖12對控制電火花線切割機(jī)主體30的控制裝置50進(jìn)行說明。
[0060]控制裝置50包含:處理器(CPU) 51、通過總線60與該處理器51相互連接的RAM、ROM等存儲器52、顯示用接口 53、顯示裝置54、鍵盤接口 55、鍵盤56、伺服接口 57以及伺服放大器58。電火花線切割機(jī)主體30還具有加工用電源裝置。在本發(fā)明的電火花線切割機(jī)的一個實施方式中，能夠使用例如鍵盤56輸入被加工物的材質(zhì)，將該輸入的材質(zhì)的數(shù)據(jù)存儲到存儲器52中。當(dāng)存儲在存儲器52中的被加工物的數(shù)據(jù)為石墨材料或碳復(fù)合材料時，控制加工用電源裝置20 (參見圖13)，通過本發(fā)明的電火花線切割方法執(zhí)行上述石墨材料或碳復(fù)合材料的加工。
[0061]電火花線切割機(jī)主體30的各軸的伺服電動機(jī)31通過伺服放大器58被驅(qū)動。具有加工用電源裝置20的電火花線切割機(jī)主體30通過接口 59被控制。當(dāng)通過執(zhí)行加工程序開始工件2的加工時，也向通過接口 59控制加工用控制裝置20的電源電壓切換電路32輸出用于開閉電源電壓的切換開關(guān)和開閉電流供給開關(guān)的控制指令。
[0062](加工用電源裝置〉
[0063]用圖13對作出本發(fā)明的電流波形的加工用電源裝置20的一例進(jìn)行說明。
[0064]當(dāng)對石墨材料或碳復(fù)合材料的工件進(jìn)行電火花線切割時，加工用電源裝置20使施加于電極間的電壓比對金屬材料進(jìn)行電火花線切割時低。加工用電源裝置20構(gòu)成如下的放電電路，具備:對線電 極1與工件2之間的電極間供給放電電流的放電電源即直流電源VM1-VM5 ;電源電壓切換開關(guān)SW1-SW5 ;用于對線電極I與工件2之間的電極間供給放電電流的開關(guān)元件SW6及開關(guān)元件SW7 ;以及根據(jù)來自控制裝置50的指令進(jìn)行電源電壓切換開關(guān)SW1-SW5的接通/斷開控制和開關(guān)元件SW6、SW7的接通/斷開控制的電源電壓切換電路32。此外，在以下的說明中，將開關(guān)SW1、SW2、…、SW7分別稱為第一開關(guān)、第二開關(guān)、…、第七開關(guān)。
[0065]在上述加工用電源裝置20中的放電電路中，例如從放電電源VMn (η為1_5)的一方的電極端子向工件2的接地端子的方向連接有二極管D1，從加工用線電極I向放電電源VMn的另一方的電極端子的方向連接有二極管D2,構(gòu)成交叉方式的電源。該第五開關(guān)兀件SW6及第六開關(guān)元件SW7的開閉根據(jù)來自控制裝置50的指令進(jìn)行。線圈5是用于儲存電感應(yīng)能量的元件。
[0066]為了改變放電電流的上升的趨勢，準(zhǔn)備了多個直流電源“VM1-VM5”，只要切換它們各自對應(yīng)的第一~第五切換開關(guān)“SWl~SW5”即可。例如，能夠使第一電源電壓VMl為40伏特、第二電源電壓VM2為20伏特、第三電源電壓VM3為20伏特、第四電源電壓VM4為20伏特、第五電源電壓VM5為20伏特。只要接通第I開關(guān)SW1，則加工用電源電壓就會選擇第一電源電壓VMl的40伏特。只要接通第2開關(guān)SW2，第一電源電壓VMl和第二電源電壓VM2相加后得到的60伏特就會成為加工用電源電壓。以下相同。此外，就達(dá)到放電電流的峰值為止的脈沖寬度而言，只要對應(yīng)設(shè)定脈沖寬度的時間，使電源電路的接通時間開關(guān)(電流供給開關(guān))即第六、第七開關(guān)“SW6，SW7”處于連接狀態(tài)即可。
[0067]用圖14對切換了電源電壓時的電流波形的變化的一例進(jìn)行說明。[0068]通過圖14 (a)所示的信號接通/斷開控制電流供給開關(guān)(SW6，SW7)。
[0069]如圖14 (b)所示，當(dāng)電源電壓(VM4) =100伏特，電流供給開關(guān)(SW6，Sff7)的接通時間=1.0 μ S時，峰值電流值為100安培。
[0070]如圖14 (C)所示，當(dāng)電源電壓(VM4) =100伏特，電流供給開關(guān)(SW6，Sff7)的接通時間=2.0 μ s時，峰值電流值為150安培。
[0071]如圖14 (d)所示，當(dāng)電源電壓(VM2)=60伏特，電流供給開關(guān)(SW6，SW7)的接通時間=2.0 μ s時，峰值電流值為100安培。
[0072]如圖14所示，為了改變放電電路的上升趨勢，只要切換直流電源“VM1-VM5”，并切換它們各自對應(yīng)的切換開關(guān)“SW1-SW5”即可。如圖14所示，在從電流供給開關(guān)(SW6，Sff7)的接通切換到斷開的時刻，放電電流達(dá)到峰值電流值。此外，如圖9所示，脈沖寬度為從放電電流上升到達(dá)到峰值電流值為止的區(qū)間的時間長度。
[0073](實施例)
[0074]下面，使用上述的電火花線切割機(jī)(被控制裝置50控制的電火花線切割機(jī)主體30 )，說明加工石墨材料的實施例。
[0075]( I)直接或通過固定夾具(未圖示)將石墨材料的工件2固定到配置于電火花線切割機(jī)主體30的加工槽3內(nèi)的工作臺(未圖示)上。
[0076](2)在加工條件中，針對影響表面質(zhì)量及缺損、裂口的放電電流脈沖波形，例如從30至150安培中選擇峰值電流值，從0.3至6.4微秒中選擇電流脈沖寬度，對于表面粗糙度及最小肋寬則選擇不會發(fā)生缺損的設(shè)定，最后將中止時間延長到不會發(fā)生斷線的程度。
[0077](3)這里，峰值電流值表示放電電流的最大到達(dá)電流值，為圖9所示的三角形波形的頂點。
[0078](4)電流脈沖寬度是指在接通加工用電源裝置20的電流供給開關(guān)(SW6，SW7)開始向線電極I與工件2的電極間供給電流后，至達(dá)到峰值電流值為止的時間。實際上，由于在斷開電源電路的開關(guān)(SW6，SW7)的時刻，電流不會再增加，因此，在該時刻達(dá)到了峰值電流。
[0079](5)具體而言，作為以上述(2)決定加工條件的一例，將電源電壓設(shè)定得盡量低，預(yù)先將電源電路的接通時間較小地設(shè)定為放電中的電流不超過希望的峰值電流值的程度，逐漸加長其接通時間而接近希望的峰值電流值。
[0080](6)觀察該加工結(jié)果，確認(rèn)工件上沒有出現(xiàn)破損、裂口、孔之后，為了提高加工速度，將電源電壓切換到下一個較大的設(shè)定，重復(fù)上述(5 )。
[0081](7)為了將峰值電流值調(diào)整到30至150安培，例如，在本實施例的加工用電源裝置(參見圖13)中，通過將加工中使用的電源電壓設(shè)定為30至150伏特左右而能夠進(jìn)行調(diào)整。
[0082](8)峰值電流值和脈沖寬度，能夠通過由石墨或碳復(fù)合材料構(gòu)成的工件的板厚、材質(zhì)(脆性、致密性)、加工形狀(肋寬)、希望的表面粗糙度而決定。
[0083](9)當(dāng)然，雖然峰值電流值越小，表面粗糙度越好，但由于隨著峰值電流值變小，力口工速度極端低下，因此，例如為了加工工件板厚150mm、肋寬0.6mm的形狀，峰值電流值=100安培、脈沖寬度為1.2微秒左右是能兼顧表面粗糙度和加工速度的最佳設(shè)定值。
[0084](10)在加工例中，雖然在以往條件下加工速度=0.4mm/min時斷線頻發(fā),但在本發(fā)明的實施方式中，加工速度=0.35mm/min時能夠沒有斷線地持續(xù)加工到最后。
[0085](11)進(jìn)而，在加工肋寬小的形狀的結(jié)果中，為了加工工件板厚150mm、肋寬0.3mm的形狀，峰值電流值=50安培、脈沖寬度為1.2微秒左右是能兼顧表面粗糙度和加工速度的最佳設(shè)定值。
[0086](發(fā)明的效果)
[0087]根據(jù)本發(fā)明，能夠高速且高品位地加工在利用以往方式的電火花線切割機(jī)中目前為止難以加工的圖1、圖2的形狀。圖4、圖5是以往的加工表面的放大照片和表面粗糙度，圖15、圖16是本發(fā)明的加工表面的照片和表面粗糙度，能夠確認(rèn)大幅度的提高。
[0088]在以往的加工條件設(shè)定中，如圖17所示，峰值電流波形在0.6 μ s的期間急劇上升到280安培，這種沖擊性的電流的流動使含有加工液的深層部也過熱，引起加工液的氣化爆炸，產(chǎn)生了裂口、缺損。
[0089]在本發(fā)明的加工條件設(shè)定中，如圖18所示，使峰值電流的上升平緩的在以往的2倍時間的1.2μ s的期間峰值電流上升至以往的約1/3的100安培的電流，則不會引起被加工物的深層部的氣化爆炸，如圖19Α及圖19Β的例子所示，能夠不產(chǎn)生裂口、缺損地將板厚150mm的石墨材料加工為僅0.6mm寬的薄肋形狀。圖19A是該加工例的外觀立體圖，圖19B是其主視圖。
[0090]此外，關(guān)于圖20A-圖20D中所示的板厚150mm、更薄的0.3mm寬的肋形狀，如圖21所示，為了使電流的上升更加平緩，設(shè)定為在上升時間相同的1.2μ s的期間，使峰值電流上升至以往的1/6的50安培，由此能夠進(jìn)行無裂口、缺損的加工。但是，如圖21所示那樣，在使電流的上升平緩的情況下，由于電流能量降低，因此加工速度變?yōu)榧庸ど鲜?.6mm寬的薄肋的加工速度的約1/2。圖20A是該加工例的外觀立體圖，圖20B是主視圖，圖20C是將符號126所示的虛線內(nèi)部放大后的圖，圖20D是將符號128所示的虛線內(nèi)部放大后的圖。
[0091]圖22是對利用電源電壓和峰值電流的可加工范圍進(jìn)行說明的圖表，例示了石墨
0.6mm寬的肋的可加工范圍。
[0092]如圖22所示,通過使用30至150安培的峰值電流值,從而不會破壞石墨的0.6mm寬的肋。此外，如圖22所示，就以往的加工電流而言，峰值電流值為300至600安培，其被設(shè)定為遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于本發(fā)明中的峰值電流值的峰值電流值。此外，圖23是對峰值電流值為100安培時的接通時間與電源電壓的關(guān)系進(jìn)行說明的圖表。電源電壓越高，達(dá)到峰值電流值100安培的時間越短。
[0093]如圖22、圖23所示，在加工條件中，針對影響表面質(zhì)量及缺損、裂口的放電電流脈沖波形，例如從30至150安培中選擇峰值電流值，從0.3至6.4微秒中選擇電流脈沖寬度，對于表面粗糙度及最小肋寬則選擇不發(fā)生缺損的設(shè)定值。由此，能夠在加工由石墨材料或碳復(fù)合材料構(gòu)成的工件時，得到適于產(chǎn)業(yè)上的利用的表面質(zhì)量與加工速度。而且，通過最后將中止時間延長到不發(fā)生斷線的程度，從而能夠設(shè)定最佳的峰值電流值、電流脈沖寬度、中止時間。
[0094]接著，在用對工件2與線電極I之間施加電壓來加工工件2的電火花線切割機(jī)加工石墨材料或碳復(fù)合材料的工件2時，通過以下述方式選擇加工用電源電壓，從而能夠得到良好的表面質(zhì)量和加工速度，即:能夠以向線電極I流動的全部放電電流值從供給開始至達(dá)到90安培為止的時間為1.0微秒以上，且峰值電流值為90至110安培中的任意值進(jìn)行加工。
[0095]此外，在用對工件2與線電極I之間施加電壓來加工工件2的電火花線切割機(jī)加工石墨材料或碳復(fù)合材料的被加工物時，當(dāng)加工形狀為薄肋形狀且在0.4mm以下加工其肋寬時，通過以向線電極I流動的全部放電電流值從供給開始至達(dá)到40安培為止的時間為
1.0微秒以上，且峰值電流值為40至70安培中的任意值來進(jìn)行加工，從而能夠得到良好的表面質(zhì)量和加工速度。
[0096]此外，根據(jù)加工形狀，有時會出現(xiàn)薄肋形狀和厚壁部分混合的如圖24，圖25所示的情況。此時，與薄肋形狀部分一致，僅使用峰值電流值低的如圖21那樣的電流波形，與此相比，在不擔(dān)心裂口、缺損的厚壁部使用如圖18那樣的加工速度為2倍的電流設(shè)定，加工效率高。
[0097]因此，如圖14所示，根據(jù)加工形狀的加工部位，在不擔(dān)心裂口、缺損地因重視加工速度而需要更大的能量時，有通過固定電源電壓延長接通時間，雖然加工表面的損傷增加，但提高了峰值電流值輸出較大能量的方法、由于加工速度最優(yōu)先而需要更大的能量時也使電源電壓一起增大的方法和由于加工表面質(zhì)量優(yōu)先而降低電源電壓延長接通時間地使峰值電流相同而不增加加工表面的損傷使整體能量增多的方法。
[0098]為了根據(jù)加工形狀變更電流能量，有在加工程序中增加在需要變更的各形狀部分變更能量設(shè)定(加工條件)的指令的方法。此外，當(dāng)為鋒利邊緣角那樣的形狀時，有根據(jù)到達(dá)角部的頂點時得到的頂點到達(dá)信號和與下一塊的接合角度，判定為鋒利的邊緣，由此來減弱能量，減少邊緣的缺損的方法。這樣，需要根據(jù)形狀而使放電能量瞬間變?yōu)樽罴眩枰鐖D13所示的電源裝置。
【權(quán)利要求】
1.一種電火花線切割機(jī)，在線電極與被加工物之間的電極間施加脈沖電壓而通過放電來加工上述被加工物，其特征在于， 該電火花線切割機(jī)具有: 放電加工用電源裝置，能夠使施加于上述電極間的電壓供給低于加工金屬材料時的電壓的電壓；以及 控制裝置，在上述被加工物的材質(zhì)為石墨材料或碳復(fù)合材料時，調(diào)整從上述放電加工用電源裝置向上述電極間供給的脈沖電壓及該脈沖電壓的脈沖寬度，使向上述線電極流動的全部放電電流的峰值電流值和電流脈沖寬度，設(shè)定為適合于上述石墨材料或碳復(fù)合材料的加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電火花線切割機(jī)，其特征在于， 上述放電加工用電源裝置能夠使向上述線電極流動的全部放電電流的峰值電流值在30安培至150安培的范圍內(nèi)、使電流脈沖寬度在0.3微秒至6.4微秒的范圍內(nèi)分別變化， 上述電火花線切割機(jī)還具備輸入上述被加工物的材質(zhì)的材質(zhì)輸入單元， 當(dāng)通過上述材質(zhì)輸入單元輸入的被加工物的材質(zhì)為石墨材料或碳復(fù)合材料時，上述控制裝置在上述放電加工用電源裝置的峰值電流值及電流脈沖寬度的可變更范圍內(nèi)，對向上述線電極流動的全部放電電流的峰值電流值和電流脈沖寬度進(jìn)行調(diào)整。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電火花線切割機(jī)，其特征在于， 上述放電加工用電源裝置具有: 多個直流電源裝置，用于在30至150安培的范圍內(nèi)改變上述峰值電流值； 切換單元，根據(jù)來自上述控制裝置的指令，切換上述多個直流電源裝置；以及 電流供給單元，在由上述控制裝置發(fā)出指令的時間內(nèi)，從根據(jù)來自上述控制裝置的指令進(jìn)行了切換的上述直流電源裝置向上述電極間供給放電電流。
4.一種電火花線切割方法，用電火花線切割機(jī)加工石墨材料或碳復(fù)合材料的被加工物，該電火花線切割機(jī)在被加工物與線電極之間的電極間施加電壓來加工上述被加工物，該電火花線切割方法的特征在于， 以向上述線電極流動的全部放電電流的峰值電流值為30安培至150安培范圍內(nèi)的任意值，且以電流脈沖寬度為0.3微秒至6.4微秒范圍內(nèi)的任意值，進(jìn)行加工。
5.一種電火花線切割方法，用電火花線切割機(jī)加工石墨材料或碳復(fù)合材料的被加工物，該電火花線切割機(jī)在被加工物與線電極之間的電極間施加電壓來加工上述被加工物，該電火花線切割方法的特征在于， 使向上述線電極流動的全部放電電流值從供給開始至達(dá)到90安培為止的時間為1.0微秒以上，且使峰值電流值為90至110安培的任意值地進(jìn)行加工。
6.一種電火花線切割方法，用電火花線切割機(jī)加工石墨材料或碳復(fù)合材料的被加工物，該電火花線切割機(jī)在被加工物與線電極之間的電極間施加電壓來加工上述被加工物，該電火花線切割方法的特征在于， 在加工形狀為薄肋形狀且將其肋寬在0.4mm以下加工時，使向上述線電極流動的全部放電電流值從供給開始至達(dá)到40安培為止的時間為1.0微秒以上，且使峰值電流值為40至70安培的任意值地進(jìn)行加工。
【文檔編號】B28D1/06GK103722622SQ201310472867
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月11日
【發(fā)明者】長谷川靖雄 申請人:發(fā)那科株式會社