專利名稱：導線放電加工方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及在導線電極和被加工物電極間隙之間發生放電對被加工物進行加工的導線放電加工方法和裝置的改進。
背景技術：
放電加工作為模具等的加工技術確立了牢固的地位，并廣泛應用在汽車產業、家電產業、半導體產業等的模具加工領域中。
圖4是放電加工的機械學說明圖，圖中1是電極、2是被加工物、3是電弧柱、4是加工液、5是放電加工生成的加工屑。重復以下(a)至(e)的周期(對應圖4(a)至(e))，由被加工物的放電進行去除加工。也就是說，(a)由放電發生的電弧柱3的形成，(b)由放電的熱能的局部溶融及加工液4的汽化，(c)加工液4的汽化爆發力的發生、(d)溶融部(加工屑5)的飛散、(e)由加工液冷卻、凝固電極間的絕緣恢復。
本發明是關于在放電加工中，剜加工、切割斷加工等使用的導線放電加工。導線放電加工尤其對高精度化要求高，例如使用于半導體業界等的高精度模具加工，要求1~2μm程度的高加工精度。
圖5是顯示導線放電加工的加工序序例子的說明圖。在圖中，1a是導線電極、2是被加工物、4a是加工液水、6是起始孔、圖5的(a)是粗加工的第一切割、圖5的(b)是粗加工后精加工的第二切割、圖5的(c)最終精加工的第三切割。
圖5的(a)中的第一切割加工例，示出了在起始孔6中通過導線電極1a、剜被加工物2的加工。因為在后加工時要做好表面光潔度和精度，所以在這樣的第一切割時，不要求怎么樣的表面光潔度和精度，這對于提高生產力特別是提高加工速度很重要。在導線放電加工中，為提高加工速度，和有效地進行電極間的加工屑排出，要向電極間強力吹進水4a。然后，除去水4a的水斑，為防止電極1a的斷線，采用在圖中沒有表示的加工槽里積累水4a浸漬被加工物2的方法。
在前述以往的導線放電加工中，第一切割(圖5的(a))后的第二切割(圖5的(b))以及第三切割(圖5的(c))等的加工都在加工液的水4a中進行。
在導線電極1a和被加工物2的電極間加電壓，因為正極和負極互相有吸引力，所以由于這種靜電力，韌性小的導線電極1a被拉到被加工物2一側。這就成為導線電極1a振動的原因，存在由于這種振動使高精度加工變得困難的問題。
又，在由于放電能量發生加工液的汽化爆發力狀態下(例如圖4的(c))，導線電極1a，由于加工液的汽化爆發力向被加工物的反方向大力作用，產生振動。由于這種振動，在被加工物2的形狀中產生凹凸，有導致精度惡化的問題。
在作為導線放電加工的利用領域半導體業界中，例如IC引線框的模具等的加工，對于形狀精度1μm、表面光潔度1μmRma*以下的被加工物要求相當的高精度和非常光滑的表面的同時需提高生產力增加必要的用途，尤其在這種用途中，因為上述導線電極的振動產生的問題更為顯著。
作為在這種液體中解決導線放電加工的問題的方法，在電極間不介入加工液，而在大氣中進行導線放電加工，關于大氣中導線放電加工的技術揭示在(東京農工大學安達他「根據大氣中放電加工的二切割的高精度化」、型技術、第14卷、第7號、1999年、154頁、日刊工業新聞社)。這個技術揭示了根據在大氣中導線的放電加工可以提高被加工物的垂直精度，雖然在高精度的觀點方面意義重大，但與在加工液中的加工相比容易發生導線電極和被加工物之間的短路，存在加工安定性及加工速度方面的問題、實用化方面有困難。
發明概述本發明的目的是能獲得實現導線放電加工的高精度化、高品質化和生產力的提高的導線放電加工的方法及裝置。
本發明的導線放電加工方法，在導線電極和被加工物的電極之間發生放電對所述被加工物進行加工，包括在加工液中進行粗加工的第1工序，在大氣中進行精加工的第2工序，在所述電極間短路對應于要求規格預先設定的時間以上不繼續的規定速度以上，所述第2工序中的導線電極和被加工物的相對移動速度是一定的。
此外，本發明的導線放電加工方法，在導線電極和被加工物的電極之間發生放電對所述被加工物進行加工，包括在加工液中進行粗加工的第1工序，在大氣中進行精加工的第2工序，在所述電極間短路對應于要求規格預先設定的時間以上不繼續的規定速度以上，所述第2工序中的導線電極和被加工物的相對移動速度是可變的。
此外，本發明的導線放電加工方法，上述可變的相對移動速度由單位時間內正常脈沖數多時速度增加，單位時間內正常脈沖數少時速度降低來控制。
此外，關于本發明的導線放電加工方法，對所述短路對應于要求規格預先設定的時間以上不繼續的規定速度和放電集中發生頻率對應于要求規格預先設定的頻率以下的規定速度進行比較，控制所述相對移動速度，以便達到快的速度以上。
本發明的導線放電加工裝置，由加工電力供給裝置向導線電極和被加工物的電極之間供給放電能量，由位置決定裝置使所述導線電極和被加工物相對移動，在大氣中對所述被加工物進行加工，包括控制裝置，控制所述位置決定裝置，以便在所述電極間短路對應于要求規格預先設定的時間以上不繼續的規定速度以上，所述導線電極和所述被加工物的相對移動速度是一定的。
此外，本發明的導線放電加工裝置，由加工電力供給裝置向導線電極和被加工物的電極之間供給放電能量，由位置決定裝置使所述導線電極和被加工物相對移動，在大氣中對所述被加工物進行加工，包括在所述電極間短路對應于要求規格預先設定的時間以上不繼續的規定速度以上，所述導線電極和所述被加工物的相對移動速度是可變的。
此外，本發明的導線放電加工裝置，包括控制裝置，控制所述可變的相對移動速度，以便在單位時間內正常放電脈沖數多的場合速度增加，在單位時間內正常放電脈沖數少的場合速度降低此外，本發明的導線放電加工裝置，包括控制裝置，控制所述所述位置決定裝置，對所述短路對應于要求規格預先設定的時間以上不繼續的規定速度和放電集中發生頻率對應于要求規格預先設定的頻率以下的規定速度進行比較，使所述相對移動速度達到快的速度以上。
與本發明相關的導線放電加工方法和裝置因為有了上述結構，所以能提高在大氣中導線放電加工的安定性和加工速度，從而達到實現導線放電加工的高精度化和高品質化并同時提高生產力的效果。
圖面簡要說明
圖1表示與本發明實施形態相關的導線放電加工方法的一個例子的說明圖。
圖2表示與本發明實施形態相關的導線放電加工裝置構成的說明圖。
圖3表示導線電極和被加工物的相對移動速度與放電集中發生頻率的關系的圖。
圖4表示放電加工的機械學說明圖。
圖5表示導線放電加工的加工工序例子的說明圖。
實施發明的最佳形態圖1表示與本發明實施形態相關的導線放電加工方法的一個例子的說明圖，在圖中，1a是導線電極、2是被加工物、4a是作為加工液的水、6是起始孔、7是空氣等氣體、圖1的(a)是粗加工的第一切割、圖1的(b)是粗加工后精加工的第二切割。第一切割和第二切割的名稱是為了便利，導線放電加工未必要由二次加工結束。對于精度要求高的被加工物的加工，有時也可進行7次8次加工。
其次，對加工方法的概要地進行說明。圖1的(a)的第一切割，是在起始孔6上通導線電極1a，剜出被加工物的加工。在第一切割中，因為會在后加工中完成表面光潔度和精度的提高，所以不要求很嚴格的表面光潔度和精度，重要的是為了提高生產力尤其是加工速度，與背景技術的圖5相同，在電極間介入作為加工液的水4a進行加工。
通常的導線放電加工，在第一切割以后，加工也在加工液中進行，如在背景技術中顯示的，因為存在導線電極的振動等問題，不適合高精度的加工。本發明，在精加工中，電極間不介入加工液進行加工，可改善被加工物的形狀精度和表面光潔度。
在圖1的精加工的第二切割中，為抑制導線電極1a的振動改善加工精度，不在加工液4a中加工，而在氣體7中進行加工。因為氣體中的導線放電加工，如下所示可抑制導線電極1a的振動。
也就是說，在電極間加電壓時，因為作用于導線電極1a和被加工物2間的靜電力與電極間的導電率成比例，以相同的電極間的距離來計算，相比電極間的介質為4a，電極間的介質為氣體7時，上述靜電力為數十分之一(例如，感應率在真空中最小，在水中約是真空的80倍)。此外，由于放電，氣化爆發力會在介入于電極間的液體中產生，而電極間只有氣體7的時候，導線電極1a幾乎不會受到氣化爆發力的影響。所以，可以抑制導線電極1a的振動等。
圖2表示與本發明實施形態相關的導線放電加工裝置的構成的說明圖，圖1(b)所示的是氣體中實現導線放電加工的結構例子。在圖2中，1a是導線電極、2是被加工物、7是例如空氣、氧氣、氮氣或惰性氣體等的氣體、8是線圈架、9a和9b是向導線電極1a和被加工物2的電極間供給氣體7的氣體供給裝置、10是輸帶輥、11是緊帶輪、12是為進行被加工物2的水平方向(X方向)驅動的X工作臺，13是為進行被加工物2的水平方向(Y方向)驅動的Y工作臺，14是控制驅動X工作臺的圖示中沒有的驅動馬達的X軸伺服放大器、15是控制驅動Y工作臺的圖示中沒有的驅動馬達的Y軸伺服放大器、16是加工電力供給裝置、17是控制裝置。
接著對動作進行說明。用輸帶輥10和緊帶輪11夾住導線電極1a并牽引導線電極1a行駛、使導線電極1a與被加工物2相對、由氣體供給裝置9a和9b向導線電極1a和被加工物2電極間供給氣體7，向上述電極間由加工電力的裝置16供給放電能量的加工電力，由作為位置控制裝置的X工作臺12和Y工作臺13等使導線電極1a和被加工物2相對移動進行被加工物2的精加工。包括了依照上述位置決定裝置的導線電極1a和被加工物2相對位置的決定控制及控制電加工條件等的控制裝置。氣體供給裝置9a和9b，可實現例如在導線電極1a周圍形成噴嘴的壓力氣體的供給等。這樣的將壓力氣體供給電極間，可防止由放電被除去的加工屑附著于導線電極和被加工物的表面。大氣中的放電加工也可不用這樣的氣體供給裝置9a和9b，在大氣中進行。
如圖1(b)說明所示，因為大氣中的導線放電加工可抑制導線電極的振動等，所以可提高被加工物的形狀精度和表面光潔度，但是卻存在大氣中放電特有的問題。最大的問題是電極間距離狹窄。通常在加工液中的導線放電加工，由于電極間介入的加工屑等的影響，在發生放電時電極間的距離擴大，而在大氣中導線放電加工時，因為加工屑幾乎不滯留在電極間，電極間距離變得狹窄。電極間距離狹窄一方面有優化加工精度的好處，另一方面如背景技術中所示，有在導線電極和被加工物間容易短路的問題，短路的發生和繼續會導致加工面發生痕道和加工速度低下等。
也就是說，在大氣中導線放電加工時，一旦發生短路，大多會重復從同一場所進去和出來，短路無法消除而導致在加工面上留下痕道。
必須要查明這種現象的原因，可以考慮以下①至③條推測原因。
①短路發生時不能加工，到短路剛發生前加工部分相對塌陷，短路的部分成為凸的形狀在加工面形成凹凸。因為短路電極倒轉，由電極間的平均電壓控制導線電極和被加工物的電極間距離即進行電極間隨動時，因為上回剛短路前的部分被加工，所以電極間平均電壓變高上述相對移動速度變快。這種狀態一直到上回短路的部分，上述相對移動速度不能急劇降低而又發生短路。因為這種現象的重復所以在同一地點重復了短路。
②短路發生時，導線電極會溶化到被加工物上，把這種溶化部分拉開的話，在導線電極的行進方向和垂直方向上導線電極會振動，因為這種振動無法減退，所以被加工物表面的凹凸和導線電極的短路會繼續。
③由于被加工物和導線電極的組合，被加工物因為放電加工被磁化，因為和導線電極吸引，短路無法解除。
可以考慮這樣的推測原因，無論如何，一定的場所導線電極停留一定的時間以上可以說是問題。
所以，關于本發明的導線放電加工方法，在大氣中的放電加工中，使導線電極和被加工物在短路根據要求表面精度等的要求規格在預先設定時間以上不繼續的規定速度以上不相對移動來進行加工。此外，這時的控制不啟動電極間的伺服，使導線電極和被加工物在上述規定速度以上經常相對移動。
上述規定速度由被加工物的材質和板厚、導線電極的材質和直徑以及放電加工的電力條件等加工條件決定，被加工物的板厚越厚、導線電極的直徑越小、此外由放電加工的電力條件放電能量越小、有必要快，要根據被加工物的材質和板厚、導線電極的材質和直徑和放電加工的電力條件等加條件預先由實驗決定。
此外，導線電極和被加工物的相對移動速度即可加工成上述規定速度以上的一定速度，也可成上述規定速度以上可變。上述相對移動速度在上述規定速度以上可變時，例如在每單位時間正常放電脈沖數多時速度上升，在每單位時間正常放電脈沖數少時速度下降，維持上述規定速度以上的上述相對移動速度如圖2控制裝置17來進行控制。
此外，尤其是被加工物板厚厚時，被加工物的上端或下端容易發生集中放電。這主要有以下①至③理由。
①因為被加工物的上端或下端的邊緣容易發生放電，所以容易集中放電。
②大氣中的放電，在同一位置集中放電的話，會發現導線電極材料附著于被加工物的現象，這種導線電極對被加工物的附著會導線電極和被加工物的相對移動速度。
③被加工物板厚厚時，因大多要設定導線電極和被加工物的相對移動速度小，而助長了放電集中。
所以，為抑制被加工物板厚厚時放電集中，進行讓導線電極和被加工物的相對移動速度變化的實驗。圖3是顯示了被加工物板厚為100mm的鋼材時，導線電極和被加工物的相對移動速度與放電集中發生頻率的關系圖，導線電極和被加工物的相對移動速度加快時，在某一速度下放電集中發生頻率急劇下降，上述相對移動速度再加快，放電集中發生頻率到零，即可知道不再發生放電集中。
也就是說，被加工物板厚為100mm的鋼材時，在加工液中由放電加工的精加工通常使用導線電極和被加工物的相對移動速度1mm/min，在大氣中由導線放電進行的精加工時，幾乎確實在被加工物的上端或下端發生放電集中，提速上述相對移動速度到10mm/min時基本上看不到放電集中，進一步提速上述相對移動速度到30mm/min時就完全看不到放電集中了。
這樣的放電集中頻率根據要求規格在預先設定的頻率以下的規定速度，參照加工條件預先由實驗求得，比較這個規定速度和上述短路根據要求規格在預先設定的時間以上不繼續的規定速度，要到快的速度以上，可以由圖2的控制裝置17來控制導線電極和被加工物的相對移動速度。
這樣，在大氣中的導線放電加工，上述相對移動速度到上述規定速度以上時，相比上述相對移動速度慢的時，為減小加工去除量有必要增加加工次數，而上述相對移動速度快時，加工時間不可能整體變慢。
工業上的實用性如上所述，關于本發明的導線放電加工方法和裝置，特別適于用在高精度導線放電加工作業中。
權利要求
1.一種導線放電加工方法，在導線電極和被加工物的電極之間發生放電對所述被加工物進行加工，其特征在于，包括在加工液中進行粗加工的第1工序，在大氣中進行精加工的第2工序，在所述電極間短路對應于要求規格預先設定的時間以上不繼續的規定速度以上，所述第2工序中的導線電極和被加工物的相對移動速度是一定的。
2.種導線放電加工方法，在導線電極和被加工物的電極之間發生放電對所述被加工物進行加工，其特征在于，包括在加工液中進行粗加工的第1工序，在大氣中進行精加工的第2工序，在所述電極間短路對應于要求規格預先設定的時間以上不繼續的規定速度以上，所述第2工序中的導線電極和被加工物的相對移動速度是可變的。
3.如權利要求2所述的導線放電加工方法，其特征在于，控制所述可變的相對移動速度，以便在單位時間內正常放電脈沖數多的場合速度增加，在單位時間內正常放電脈沖數少的場合速度降低。
4.如權利要求1至3中任一項所述的導線放電加工方法，其特征在于，對所述短路對應于要求規格預先設定的時間以上不繼續的規定速度和放電集中發生頻率對應于要求規格預先設定的頻率以下的規定速度進行比較，控制所述相對移動速度，以便達到快的速度以上。
5.一種導線放電加工裝置，由加工電力供給裝置向導線電極和被加工物的電極之間供給放電能量，由位置決定裝置使所述導線電極和被加工物相對移動，在大氣中對所述被加工物進行加工，其特征在于，包括控制裝置，控制所述位置決定裝置，以便在所述電極間短路對應于要求規格預先設定的時間以上不繼續的規定速度以上，所述導線電極和所述被加工物的相對移動速度是一定的。
6.一種導線放電加工裝置，由加工電力供給裝置向導線電極和被加工物的電極之間供給放電能量，由位置決定裝置使所述導線電極和被加工物相對移動，在大氣中對所述被加工物進行加工，其特征在于，包括在所述電極間短路對應于要求規格預先設定的時間以上不繼續的規定速度以上，所述導線電極和所述被加工物的相對移動速度是可變的。
7.如權利要求2所述的導線放電加工裝置，其特征在于，包括控制裝置，控制所述可變的相對移動速度，以便在單位時間內正常放電脈沖數多的場合速度增加，在單位時間內正常放電脈沖數少的場合速度降低。
8. 如權利要求5至7中任一項所述的導線放電加工裝置，其特征在于，包括控制裝置，控制所述所述位置決定裝置，對所述短路對應于要求規格預先設定的時間以上不繼續的規定速度和放電集中發生頻率對應于要求規格預先設定的頻率以下的規定速度進行比較，使所述相對移動速度達到快的速度以上。
全文摘要
本發明揭示一種導線放電加工方法及裝置，由加工電力供給裝置(16)向導線電極(1a)和被加工物(2)的電極間供給放電能量，由位置決定裝置使上述導線電極(1a)和被加工物(2)相對移動，對被加工物(2)進行加工，包括在加工液(4a)中進行粗加工的第1工序和在空氣、氧氣、氮氣或惰性氣體等氣體(7)中進行精加工的第2工序，在上述第2工序中，利用控制裝置(17)來控制位置決定裝置，使得在所述電極間短路對應于要求規格預先設定的時間以上不繼續的規定速度以上，所述第2工序中的導線電極(1a)和被加工物(2)的相對移動速度是一定的。能夠實現導線放電加工的高精度化和高品質化和生產力提高。
文檔編號B23H7/04GK1424951SQ00818505
公開日2003年6月18日 申請日期2000年11月20日 優先權日2000年11月20日
發明者后藤昭弘 申請人:三菱電機株式會社