线放电加工装置
阅读说明：本技术 线放电加工装置 (Wire electric discharge machining apparatus ) 是由 坂口昌志 保坂昭夫 于 2021-06-01 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种精度高的线放电加工装置,通过简单且最低限度的改良,抑制由温度变化产生的上侧导引单元的相对位置的偏移。线放电加工装置(100)包括：支撑在上侧引导线电极(W)的上侧导引单元(82)的上侧支撑体(6),其中,上侧支撑体(6)包括：臂(61),下端设置有上侧导引单元(82)；轴驱动部(51),使臂(61)沿着至少一个轴方向移动,并且由线膨胀系数大于陶瓷的材料形成；及调整块(62),将臂(61)与轴驱动部(51)连结,并且由陶瓷形成,调整块(62)被固定于以下位置,所述位置通过轴驱动部(51)与调整块(62)的固结面产生的双金属效应而能够抑制上侧支撑体(6)的伸缩引起的上侧导引单元(82)的位移。(The invention provides a high-precision wire electric discharge machining device, which can restrain the relative position deviation of an upper guide unit caused by temperature change through simple and minimum improvement. A wire electric discharge machining device (100) is provided with: an upper support (6) supported on an upper guide unit (82) that guides the wire electrode (W) on the upper side, wherein the upper support (6) includes: an arm (61) provided at a lower end thereof with an upper guide unit (82); a shaft drive unit (51) which moves the arm (61) in at least one axial direction and is formed of a material having a linear expansion coefficient greater than that of ceramic; and an adjustment block (62) that connects the arm (61) and the shaft drive unit (51) and is formed of ceramic, wherein the adjustment block (62) is fixed at a position where displacement of the upper guide means (82) due to expansion and contraction of the upper support body (6) can be suppressed by a bimetal effect generated at a fixed surface of the shaft drive unit (51) and the adjustment block (62).)
技术领域
本发明涉及一种使用线电极进行放电加工的线放电加工装置，尤其涉及如下放电加工装置，包括：上侧支撑体，从上下延伸的机柱起横向延伸，支撑在上侧引导线电极的上侧导引单元；及下侧支撑体，从机柱起横向延伸，支撑在下侧引导线电极的下侧导引单元。
背景技术
以往已知一种使用线电极对被加工物进行放电加工的线放电加工装置。线放电加工装置利用被加工物与线电极之间的放电现象进行加工，因此可对通过切削加工难以切断的硬金属或陶瓷等高硬度材料进行精密加工。
近年来，从提高耐久性的观点出发，而将高硬度材料用于模具等各种组件，要求线放电加工装置实现高水平的加工精度。
在通用的线放电加工装置中，在以从机柱侧起沿着水平方向配置的方式支撑的上侧支撑体以及下侧支撑体的前端分别安装了上侧导引单元与下侧导引单元。但上侧支撑体在线放电加工装置整体的结构上，通常包括臂及包括轴驱动部在内的一个以上构成组件而形成。在线放电加工装置中，在对被加工物进行加工时，在收容于上侧导引单元中的上侧线导件与收容于下侧导引单元中的下侧线导件之间以特定的张力拉设线电极，在形成于移行的线电极与被加工物之间的加工间隙产生放电，同时使上侧导引单元以及下侧导引单元相对于被加工物相对移动，由此将被加工物切断加工为任意形状。而且，通过控制上侧导引单元与下侧导引单元的相对位置，可进行所谓锥切，即将线电极以所需的角度配置并放电，将被加工物加工成精密的形状。
在这种线放电加工装置中，上侧支撑体与下侧支撑体分别因各种原因发生变形，导致安装于前端的上侧导引单元乃至下侧导引单元的定位精度产生误差。例如，针对外力，通过使用高刚性的原材料来减少误差。此外，针对热位移，通过使用热膨胀系数更小的原材料来减少误差。但是，如果放热或外部环境温度的变化导致装置的温度上升或下降，那么存在在材质不同的构成组件的固结面产生热位移引起的热膨胀差，而对机械精度或加工精度造成不良影响的情况。具体而言，在支撑上侧导引单元以及下侧导引单元的支撑体的温度发生变化的情形时，产生以下问题：支撑体膨胀或收缩而发生热变形，产生上侧导引单元与下侧导引单元相对的位置偏移，引起定位精度或加工精度的降低。
为了防止构成组件的热位移，已知在上下支撑体中流通加工液者(专利文献1)。具体而言，在支撑线电极的上侧支撑体以及下侧支撑体的内部流通加工液以将其等控制为同一温度，通过将上下支撑体始终保持为同一温度，两者的膨胀或收缩变得相同，因此可防止加工精度变差。
此外，也存在将检测温度的温度检测传感器配置于多个装置本体，在进行线放电加工时，通过温度检测传感器检测到的温度算出装置的热变形量，对移动量进行修正(专利文献2)。
进而，揭示了关于如下线放电加工装置的发明等：考虑材质不同，而以使上侧支撑体的温度变化引起的变化量与下侧支撑体的温度变化引起的变化量变得相等的方式选定各组件的水平方向的长度(专利文献3)。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利实公昭63-42981号公报
[专利文献2]日本专利特开昭62-176735号公报
[专利文献3]日本专利第5922995号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
但是，如专利文献1那样在装置内部流通加工液的方法会导致装置大型化，并且花费加工液的循环设备费或维持费。此外，如专利文献2那样使用温度检测传感器的方法要花费温度检测传感器等追加组件的购买费用，进而在无法实时测定装置本体的准确温度的情形时，有修正值产生时滞而修正产生误差的可能性。
因此，本申请发明人等基于专利文献3所揭示的发明进行了锐意研究，结果通过在构造上潜心创造，从而发明出简单且低成本地使热位移成为最低限度的上侧支撑体。
因此，本发明的目的在于提供一种能够以简单的结构且低成本提高定位精度以及加工精度的放电加工装置。
[解决问题的技术手段]
本发明是一种线放电加工装置，包括：支撑在上侧引导线电极的上侧导引单元的上侧支撑体，在所述线放电加工装置中，所述上侧支撑体包括：臂，下端设置有所述上侧导引单元；轴驱动部，设置于所述臂的背面，使所述臂沿着至少一个轴方向移动，并且由线膨胀系数大于陶瓷的材料所形成；及调整块，将所述臂与所述轴驱动部连结，并且由陶瓷所形成，所述调整块被固定于以下位置，所述位置通过所述轴驱动部与所述调整块的固结面产生的双金属效应而能够抑制所述上侧支撑体的伸缩引起的所述上侧导引单元的位移。
此处，所谓“轴驱动部”是指用来使臂沿着轴方向移动的驱动机构，经由调整块而至少将臂固定。具体而言，在本实施方式中，至少包括U轴滑块。
上侧支撑体的温度发生变化的话，上侧支撑体整体伸缩，上侧导引单元与下侧导引单元发生相对位置偏移。因此，通过不将臂与轴驱动部直接固定，而是经由调整块加以固定，从而利用材质不同的臂与轴驱动部产生的双金属效应产生与上侧支撑体的伸缩方向相反方向的位移，结果可抑制上侧导引单元与下侧导引单元的相对位置偏移。
在本发明的线放电加工装置中，所述调整块的上表面被固定于所述轴驱动部的底面。
作为本发明的构造，将由陶瓷形成的调整块的上表面固定于由线膨胀系数大于陶瓷的材料形成的轴驱动部的底面，臂未直接固定于轴驱动部。通过设为这种构造，可利用调整块与轴驱动部的固结面产生的双金属效应使上侧导引单元产生与上侧支撑体的温度变化引起的伸缩方向相反的位移，从而消除上侧导引单元的位置偏移。
在本发明的线放电加工装置中，所述调整块从所述臂的背面突出设置。
而且，在本发明的线放电加工装置中，所述臂与所述调整块为一体成形。
进而，在本发明的线放电加工装置中，所述臂与所述调整块作为整体在侧面视下以倒L字形状形成。
根据本发明，能够以将调整块从臂的背面突出设置的结构、或臂与调整块作为整体在侧面视下以倒L字形状形成的结构等简单的结构且低成本地抑制上侧导引单元与下侧导引单元的相对位置偏移。
进而，通过将调整块与臂一体成形，能够简化制造工序。
[发明的效果]
本发明的线放电加工装置通过将由陶瓷形成的调整块配置于由线膨胀系数大于陶瓷的材料形成的轴驱动部，即可使上侧支撑体因热引起的膨胀或收缩导致的上侧导引单元的位移成为最低限度，而提供一种可简单且低成本地抑制由温度变化产生的相对位置的错开的、精度高的线放电加工装置。
附图说明
图1是表示本发明实施方式的线放电加工装置100的概略的侧视图。
图2是表示所述实施方式的上侧支撑体6的实施方式的立体图。
图3是表示所述实施方式的上侧支撑体6的实施方式的侧视图。
图4是表示所述实施方式的上侧支撑体6的实施方式的底视图。
图5是表示所述实施方式的调整块62的示意图。
图6是表示外部气体温度上升时的以往的上侧支撑体500的位移的说明图。
图7是表示外部气体温度上升时的本发明的上侧支撑体6的位移的说明图。
图8是表示所述实施方式的上侧支撑体6的其他例的侧视图。
图9是表示所述实施方式的上侧支撑体6的外部环境的温度变化[℃]引起的垂直位移[μm]的说明图。
图10是表示以往的上侧支撑体500的立体图。
[符号的说明]
1：机座
2：机柱
3：台
6：上侧支撑体
7：下侧支撑体
11、13、22、92、94：轨
21、31、51a、52a、93a：线性引导件
51、551：U轴滑块
52：V轴滑块
61、561：垂直臂
62：调整块
81：下侧导引单元
82、582：上侧导引单元
91：Z轴座
93：Z轴滑块
100：线放电加工装置
500：以往的上侧支撑体
621：上表面
623：正面
M1、M2：固结面
W：线电极
具体实施方式
＜1.第一实施方式＞
(1.1线放电加工装置100的整体结构)
以下，使用图对本发明的第一实施方式进行详细说明。图1是表示本发明实施方式的线放电加工装置100的概略的侧视图，图2是表示所述实施方式的上侧支撑体6的实施方式的立体图。图3是表示所述实施方式的上侧支撑体6的实施方式的侧视图。在以下说明中，在线放电加工装置100的机械本机中，将在U轴滑块51设置了垂直臂61一侧的面(图1的纸面上从左侧观察机械本机的情形时的面)设为正面。而且，面向正面而将后侧设为背面，面向正面而将右手侧以及左手侧设为侧面。而且，面向正面而将从上侧观察机械本机的情形时的面设为上表面，将从下侧观察的情形时的面设为底面。
线放电加工装置100包括：机座1，载置于设置面；机柱2，以可沿着水平方向即Y轴方向往返移动的方式设置于机座1上；V轴滑块52，以可沿着与Y轴方向平行的水平单轴方向(V轴方向)往返移动的方式水平设置于所述机柱2上；Z轴座91，设置于V轴滑块52的一端；Z轴滑块93，以可经由线性引导件93a而沿着Z轴方向往返移动的方式安装于Z轴座91；U轴滑块51，以可经由线性引导件51a而沿着与X轴方向平行的水平单轴方向(U轴方向)往返移动的方式水平设置于Z轴滑块93的与Z轴座91相向的面；垂直臂61；及调整块62，固定于U轴滑块51的底面。
此处，将垂直臂61、调整块62、U轴滑块51以及Z轴滑块93总称记作上侧支撑体6。
在垂直臂61的下端固定有上侧导引单元82，在机柱2的下方的侧壁固定从机柱2延伸的下侧支撑体7，在一端固定有下侧导引单元81。
另外，还包括：以可沿着与Y轴方向垂直的方向(X轴方向)移动的方式设置的台3，在台3上安装未图示的加工槽4，可将被加工物载置于加工槽4内的工件架上。
在机座1的上部固定有沿着Y轴方向延伸的多条轨11、及沿着X轴方向延伸的多条轨13，轨11与固定于机柱2的底部的多个线性引导件21卡合，轨13与固定于台3的底部的多个线性引导件31卡合。由此，机柱2可沿着Y轴方向直线移动，台3可沿着X轴方向直线移动。
在机柱2的上部固定有沿着V轴方向延伸的多条轨22，这些轨22与固定于V轴滑块52的底部的多个线性引导件52a卡合。由此，V轴滑块52可沿着V轴方向直线移动。
在V轴滑块52的一端一体地固定有Z轴座91。
在Z轴座91的正面固定有沿着Z轴方向延伸的多条轨92，这些轨92与设置于Z轴滑块93的多个线性引导件93a卡合。由此，Z轴滑块93可相对于Z轴座91而沿着上下方向即Z轴方向直线移动。
在Z轴滑块93的正面固定有沿着U轴方向延伸的多条轨94，这些轨94与设置于U轴滑块51的多个线性引导件51a卡合。由此，U轴滑块51可相对于Z轴滑块93而沿着U轴方向直线移动。
另外，线性引导件21、线性引导件31、线性引导件51a、线性引导件52a、线性引导件93a可适当利用公知的线性引导件，机柱2、U轴滑块51、V轴滑块52、Z轴滑块93、台3利用马达等驱动构件而沿着各方向往返移动。
U轴滑块51是侧面视下呈大致矩形状的构件。V轴滑块52、Z轴座91、Z轴滑块93以及U轴滑块51因制造上的限制，而由作为线膨胀系数大于陶瓷的材料的铸铁所形成。
垂直臂61是长条的角柱形状的构件，背面固定有调整块62，下端设置有由不锈钢形成的上侧导引单元82。垂直臂61垂直地设置于XY平面，由作为热引起的变形少且刚性高的原材料的陶瓷形成。
下侧支撑体7是固定于机柱2的前表面下部而从机柱2延伸的角柱形状或圆柱形状的构件，前端固定有下侧导引单元81。下侧支撑体7由陶瓷形成，下侧导引单元81由作为具有大于铸铁的线膨胀系数的线膨胀系数的材料的不锈钢形成。
线放电加工装置100可从未图示的放电加工用电源装置对被加工物与线电极W供给加工电压，并且通过未图示的控制装置，使载置于工件架的被加工物相对于架在上侧导引单元82与下侧导引单元81之间的线电极W沿着所需的路径相对移动，而进行放电加工。
(1.2调整块62的结构)
图4是表示所述实施方式的上侧支撑体6的实施方式的底视图，图5是表示所述实施方式的调整块62的示意图。图6是表示外部气体温度上升时的以往的上侧支撑体500的位移的说明图，图7是表示外部气体温度上升时的本发明的上侧支撑体6的位移的说明图。图8是表示所述实施方式的上侧支撑体6的其他例的侧视图，图10是表示以往的上侧支撑体500的立体图。此处，在图6以及图7中，为了容易区分垂直臂61、垂直臂561以及调整块62，而以斜线表示。
在以往的线放电加工装置中，垂直臂561通过平行于XZ面的固结面M1固定于U轴滑块551(图6、图10)。若外部环境的变化导致上侧支撑体500的温度变化，则上侧支撑体500整体会向正面方向伸长(Y轴方向负方向)或向背面方向收缩(Y轴方向正方向)(F3)，因此设置于垂直臂561的下端的上侧导引单元582也会随着上侧支撑体500的伸缩而向正面方向或背面方向偏移，上侧导引单元582与下侧导引单元81发生相对位置偏移。其原因在于：构成上侧支撑体500的Z轴滑块593以及U轴滑块551在制造上是由作为线膨胀系数大于陶瓷的材料的铸铁所形成，因此与由陶瓷形成的下侧支撑体7相比会进一步伸缩。
另外，U轴滑块551与垂直臂561的材质的不同产生的热膨胀率的差导致固结面M1产生内部应力(双金属效应)。具体而言，作为垂直臂561的材质的陶瓷与作为U轴滑块551的材质的铸铁相比，线膨胀系数为约1/2～约1/3，因此在温度上升时，与固结面M1平行地发挥作用的压缩及拉伸应力变大，在垂直臂561产生从垂直方向倾斜的力F1，上侧导引单元582向正面方向偏移。而且，在温度下降时，在垂直臂561产生与从垂直方向倾斜的力F1相反的力，上侧导引单元582向背面方向偏移。
如此，上侧支撑体500的热引起的伸缩以及U轴滑块551与垂直臂561的双金属效应这两个原因，导致在温度上升时上侧导引单元582向正面方向偏移，在温度下降时向背面方向偏移。
因此，在本实施方式中，将由热膨胀率小于铸铁的陶瓷形成的调整块62(图4、图5)的上表面621固定于U轴滑块51的固结面M2即底面，将垂直臂61固定于调整块62的正面623。U轴滑块51与垂直臂61是隔着调整块62间接连接，未直接连接。
通过设为这种构造，在温度上升时，上侧支撑体6整体因热而向正面方向伸长(Y轴方向负方向)(F3)，但U轴滑块51与调整块62的双金属效应使得相对于垂直臂61而向背面方向(Y轴方向正方向)倾斜的力F2发挥作用，而可抵消上侧导引单元82的偏移(图7)。而且，在温度下降时，上侧支撑体6整体向背面方向收缩(Y轴方向正方向)，但U轴滑块51与调整块62的双金属效应使得相对于垂直臂61而向正面方向(Y轴方向负方向)倾斜的力发挥作用，因此可抵消上侧导引单元82的偏移。
即使在上侧支撑体6的温度上升或下降的情形时，也可通过追加调整块62这种简单的构造的改良来消除上侧导引单元82的偏移。
在本实施方式中，调整块62的形状为方形(图5)，但只要为可利用U轴滑块51与调整块62的固结面M2产生的双金属效应抵消上侧支撑体6的伸缩引起的上侧导引单元82的偏移的形状，那么就没有限定，例如也可以为圆柱状。通过变更调整块62的形状或尺寸，可调整固结面M2产生的双金属效应，而决定垂直臂61的倾斜量。
调整块62的材质的热膨胀率小于U轴滑块51所使用的材质即可，优选陶瓷。
此外，调整块62在U轴滑块51上的安装位置，只要可利用U轴滑块51与调整块62的固结面M2产生的双金属效应抵消上侧支撑体6的伸缩引起的上侧导引单元82的偏移，那么就没有特别限定。
调整块62例如可从垂直臂61的背面突出设置(图3)，垂直臂61与调整块62也可以作为整体在侧面视下以倒L字形状形成(图8)。
此外，垂直臂61与调整块62可一体成形。
＜2.模拟例＞
图9是表示所述实施方式的上侧支撑体6的外部环境的温度变化[℃]引起的垂直位移[μm]的说明图。
为了将本实施方式的上侧支撑体6与不包括调整块62的以往的上侧支撑体500(比较例1、图6、图10)的效果加以对比，而进行数值模拟。
具体而言，重复使上侧支撑体6、上侧支撑体500的外部气体温度(室温)上升3℃的状态与上升6℃的状态(图9中下方的曲线图)，分别计测安装于垂直臂61、561的上侧导引单元82、582的垂直方向(Z轴方向)的位移[μm](图9中上方的曲线图)。此处，图9中上方的曲线图中，实线是表示本发明实施方式的上侧支撑体6的垂直位移[μm]的曲线图，虚线是表示比较例1的以往的上侧支撑体500的垂直位移[μm]的曲线图。
根据图9中上方的曲线图可知，与比较例1的上侧支撑体500相比，包括调整块62的上侧支撑体6即使在外部气体的温度变化的情形时，上侧导引单元82的垂直方向的偏移也少。
如上所述，上侧支撑体6通过安装调整块62这种简单的构造，即可抑制垂直臂61的翘曲或变形。
在本实施方式中，使上侧支撑体6沿着U轴、V轴、Y轴、Z轴方向移动，使台3沿着X轴方向移动，但也可以使台3沿着Y轴以及X轴方向移动。
在本实施方式的结构中，在V轴滑块52的正面侧设置Z轴滑块93，在Z轴滑块93的正面侧设置U轴滑块51，在U轴滑块51的正面设置垂直臂61，但无论V轴滑块52、U轴滑块51、Z轴滑块93以何种位置安装，只要相对于安装于第一正面侧的轴驱动部而将垂直臂61配置于正面侧，那么使用调整块62也可获得同样的效果。
以上所说明的本发明可在不脱离所述发明的精神以及必需的特征事项的情况下以其他各种方式实施。因此，本说明书所记载的实施例为例示的例子，不应解释为限定于此。
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