线切割加工机的加工液喷出装置.pdf

本发明的线切割加工机的加工液喷出装置，具有向被加工物(W)与线电极(E)的极间间隙喷出加工液的喷嘴，其特征在于，具有：固定于配设在被加工物(W)的上下的加工头(15)上的壳体(16)；以及将壳体(16)及喷嘴(17)连接起来的、根据所述加工液的压力而变形的具有规定弹性系数的连接构件(18)，连接构件(18)与喷嘴(17)的结合体中，在所述加工液的进口侧及出口侧形成有进口侧内径(D2)及出口侧内径(D1)的无截面积变化的中空部，在所述加工液的进口侧与出口侧之间形成有最小内径(D0)的无截面积变化的中空部。本发明在喷嘴密接加工时及喷嘴隔离加工时，能提高生产率。

1.  一种线切割加工机的加工液喷出装置，具有被固定在加工头上、向所述被加工物与线电极的极间间隙喷出加工液的喷嘴，所述加工头配设于被加工物的上部或下部，其特征在于，具有：
固定在所述加工头上的壳体；以及
将所述壳体及所述喷嘴连接起来的、根据所述加工液的压力而变形的具有规定弹性系数的连接构件，
在所述连接构件与所述喷嘴的结合体中，在所述加工液的出口侧形成有规定内径(出口侧内径)的无截面积变化的中空部，在所述加工液的出口侧的上游侧形成有规定内径(比所述出口侧内径小的最小内径)的无截面积变化的中空部。

2.  一种线切割加工机的加工液喷出装置，具有被固定在加工头上、向所述被加工物与线电极的极间间隙喷出加工液的喷嘴，所述加工头配设于被加工物的上部或下部，其特征在于，具有：
固定在所述加工头上的壳体；
连接构件，其被支承成相对于所述壳体可沿所述加工液的喷出方向滑动、将所述壳体与所述喷嘴进行连接；以及
具有规定弹性系数的弹性体，其根据所述加工液的压力而变形、该变形引起的恢复力朝与所述加工液的喷出方向相反的方向作用于所述连接构，
在所述连接构件与所述喷嘴的结合体中，在所述加工液的出口侧形成有规定内径(出口侧内径)的无截面积变化的中空部，在所述加工液的出口侧的上游侧形成有规定内径(比所述出口侧内径小的最小内径)的无截面积变化的中空部。

3.  一种线切割加工机的加工液喷出装置，具有被固定在加工头上、向所述被加工物与线电极的极间间隙喷出加工液的喷嘴，所述加工头配设于被加工物的上部或下部，其特征在于，具有：
固定在所述加工头上的壳体；
被支承成相对于所述壳体可沿所述加工液的喷出方向滑动的喷嘴；以及
具有规定弹性系数的弹性体，其根据所述加工液的压力而变形、该变形引起的恢复力朝与所述加工液的喷出方向相反的方向作用于所述喷嘴，
在所述加工液的出口侧形成有规定内径(出口侧内径)的无截面积变化的中空部，在所述加工液的出口侧的上游侧形成有规定内径(比所述出口侧内径小的最小内径)的无截面积变化的中空部。

4.  如权利要求1～3中任一项所述的线切割加工机的加工液喷出装置，其特征在于，根据将所述喷嘴与被加工物进行接近或密接的角落部的加工中所述加工液向所述极间间隙的喷出效率，而最佳化选定所述出口侧内径，根据将所述喷嘴与被加工物进行隔离的角落部的加工中所述加工液向所述极间间隙的喷出效率，而最佳化选定所述最小内径。

5.  如权利要求1～3中任一项所述的线切割加工机的加工液喷出装置，其特征在于，在所述连接构件与所述喷嘴的结合体中，在所述最小内径的中空部的上游侧形成有规定内径(比所述最小内径大的进口侧内径)的无截面积变化的中空部。

6.  如权利要求5所述的线切割加工机的加工液喷出装置，其特征在于，为将所述喷嘴与被加工物密接加工时所述喷嘴向所述被加工物的推压力作成大致为零而选定所述进口侧内径。

线切割加工机的加工液喷出装置
技术领域
本发明涉及对向线电极与被加工物的极间间隙喷出加工液的、线切割加工机的加工液喷出装置的改进。
背景技术
线切割加工，是在线电极与被加工物的极间介有绝缘性的加工液，使线电极及被加工物相对移动并向极间间隙供给加工电力，通过放电能量而对被加工物进行加工。
在进行如此线切割加工的线切割加工机中，线电极从供给卷筒以一定的速度送出，配置在被加工物的上下，且被供给于具有线导件的加工头之间。另外，将加工液从配设在被加工物上下的喷嘴喷出，对极间间隙的加工屑予以除去及冷却等。为了提高加工速度，需要将高压的加工液高效地向极间间隙喷出。
为了这样的目的，在传统的线切割加工机的加工液喷出装置中，一般采用对喷出加工液的喷嘴内径(以下称为“喷嘴直径”)及加工液的喷出压力予以最佳化的方法。
另外，为了将加工液高效地向极间间隙喷出，并抑制喷嘴推压力对被加工物的影响，需要进行微调，以在将喷嘴尽可能接近被加工物、或喷嘴与被加工物密接的场合，减小喷嘴的推压力(以下称为“喷嘴密接加工”)。
对于如此问题，比如有日本特开平2-292127号公报(日本专利第2656129号公报、美国专利第5128505号公报)所揭示的线切割加工机的加工液喷出装置。
图9是表示上述公报所揭示的传统线切割加工机的加工液喷出装置结构的剖视图，图中，1是固定在切割加工机的加工头上的壳体，2是可相对于壳体1滑动的可动元件，3是相对于可动元件2可滑动的喷嘴，4是线通过喷嘴，5是线导件，6是槽，7是喷出室，8是压力室，9是第2室，10及11是节流孔，W是被加工物。将加工液从槽沟6作为加压流体进行供给，将加工液从喷嘴3向未图示的线电极与被加工物W的极间间隙喷出。压力室8及第2室9构成为相对于喷嘴3使压力室8内的压力及喷出室7内的压力作用成相互反向，即使在将高压的加工液向极间间隙喷出的场合，也能充分缓和作用于加工头的反作用力，能进行高精度且高速加工。
在如此结构的线切割加工机的加工液喷出装置中，可将喷出加工液的喷嘴3的位置朝被加工物W自动进行微调节，以进行喷嘴密接加工，但存在着不得不设置压力室8等、使得结构复杂的问题。
图10是表示必须将喷嘴与被加工物的距离分离的加工(以下称为“喷嘴隔离加工”)例子的说明图，图中，12a及12b是加工头，13a及13b是加工液喷出装置，14是固定被加工物W的夹具，E是线电极。另外，图10(a)是因固定被加工物W的夹具14与上部的加工液喷出装置13a产生干涉而需要进行喷嘴隔离加工的场合，图10(b)是因被加工物W上具有锪孔或背面避让部等而需要进行喷嘴隔离加工的场合。
在如图10那样进行喷嘴隔离加工的场合，为了高效地将高压的加工液向线电极与被加工物的极间间隙喷出，提高加工生产性，需要将喷嘴直径设定成与密接加工时的喷嘴直径不同。
在如图9那样的传统线切割加工机的加工液喷出装置中，在设定了适于喷嘴密接加工的喷嘴直径的场合，无法设定适于喷嘴隔离加工的喷嘴直径，故喷嘴隔离加工时的加工速度下降，存在着作为加工整体的生产率下降的问题。
本发明是为了解决上述问题而作成的，其目的在于提供一种喷嘴密接加工时及喷嘴隔离加工时，能提高加工生产率的线切割加工机的加工液喷出装置。
本发明内容
本发明的线切割加工机的加工液喷出装置，具有被固定在加工头上、向所述被加工物与线电极的极间间隙喷出加工液的喷嘴，所述加工头配设于被加工物的上部或下部，在线切割加工机的加工液喷出装置中，具有：固定在所述加工头上的壳体；以及将所述壳体及所述喷嘴连接起来的、因所述加工液地压力而变形的具有规定弹性系数的连接构件，在所述连接构件与所述喷嘴的结合体中，在所述加工液的出口侧形成有规定内径(出口侧内径)的无截面积变化的中空部，在所述加工液的出口侧的上游侧形成有规定内径(比所述出口侧内径小的最小内径)的无截面积变化的中空部。
另外，本发明的线切割加工机的加工液喷出装置，具有被固定在加工头上、向所述被加工物与线电极的极间间隙喷出加工液的喷嘴，所述加工头配设于被加工物的上部或下部，在线切割加工机的加工液喷出装置中，具有：固定于所述加工头上的壳体；被支承成相对于所述壳体可沿所述加工液的喷出方向滑动的、将所述壳体与所述喷嘴连接起来的连接构件；以及具有规定的弹性系数的弹性体，其根据所述加工液的压力而变形、该变形产生的恢复力向与所述加工液的喷出方向相反的方向作用于所述连接构件，在所述连接构件与所述喷嘴的结合体中，在所述加工液的出口侧形成有规定内径(出口侧内径)的无截面积变化的中空部，在所述加工液的出口侧的上游侧形成有规定内径(比所述出口侧内径小的最小内径)的无截面积变化的中空部。
另外，本发明的线切割加工机的加工液喷出装置，具有被固定在加工头上、向所述被加工物与线电极的极间间隙喷出加工液的喷嘴，所述加工头配设于被加工物的上部或下部，在线切割加工机的加工液喷出装置中，具有：固定在所述加工头上的壳体；被支承成相对于所述壳体可沿所述加工液的喷出方向滑动的喷嘴；以及具有规定的弹性系数的弹性体，其根据所述加工液的压力而变形、该变形产生的恢复力向与所述加工液的喷出方向相反的方向作用于所述喷嘴，在所述加工液的出口侧形成有规定内径(出口侧内径)的无截面积变化的中空部，在所述加工液的出口侧的上游侧形成有规定内径(比所述出口侧内径小的最小内径)的无截面积变化的中空部。
另外，本发明的线切割加工机的加工液喷出装置是，根据将所述喷嘴与被加工物接近或密接进行的角落部加工中所述加工液向所述极间间隙的喷出效率，而最佳化选定所述出口侧内径，根据将所述喷嘴与被加工物进行隔离的角落部加工中所述加工液向所述极间间隙的喷出效率，而最佳化选定所述最小内径。
另外，本发明的线切割加工机的加工液喷出装置是，在所述连接构件与所述喷嘴的结合体中，在所述最小内径的中空部的上游侧形成有规定内径(比所述最小内径大的进口侧内径)的无截面积变化的中空部。
另外，本发明的线切割加工机的加工液喷出装置是，为使所述喷嘴与被加工物的密接加工时所述喷嘴向所述被加工物的推压力大致为零，而选定所述进口侧内径。
由于本发明的线切割加工机的加工液喷出装置具有以上的结构，故能在喷嘴密接加工时及喷嘴隔离加工时自动地切换喷出的加工液的外径，获得作为加工整体提高生产率的效果。
另外，能减小喷嘴密接加工时喷嘴向被加工物的推压力，故具有提高加工精度的效果。
图1是表示本发明实施例1的线切割加工机的加工液喷出装置结构的剖视图。
图2是表示本发明实施例1的线切割加工机的加工液喷出装置的动作说明用剖视图。
图3是表示本发明实施例1的线切割加工机的加工液喷出装置的动作说明用剖视图。
图4是表示将喷嘴与被加工物的间隙对加工液喷出压力的变化进行实测后的结果图。
图5是表示本发明实施例1的线切割加工机的加工液喷出装置的喷嘴与连接构件的结合体其他结构例的图。
图6是表示本发明实施例2的线切割加工机的加工液喷出装置结构的剖视图。
图7是表示本发明实施例2的线切割加工机的加工液喷出装置的其他结构的剖视图。
图8是表示本发明实施例3的线切割加工机的加工液喷出装置结构的剖视图。
图9是表示传统的线切割加工机的加工液喷出装置结构的剖视图。
图10是表示必须将喷嘴与被加工物的距离分离的加工例子的说明图。
实施例1
图1是表示本发明实施例1的线切割加工机的加工液喷出装置结构的剖视图，图中，15是加工头，16是固定在加工头15上的壳体，17是喷嘴，18是连接构件，19是线导件，20是将加工液作为加压流体而向壳体16供给的加工液供给管路，E是线电极，W是被加工物，D1是连接构件18的加工液出口侧内径及喷嘴17的内径，D2是连接构件18的加工液进口侧内径，D0是连接构件18的最小内径，h是加工液不从加工液供给管路20供给时的喷嘴17与被加工物W的相对面间的距离，G是加工槽。
连接构件18例如由橡胶或树脂等具有规定弹性系数的弹性体构成，在加工液的进口侧及出口侧具有由内径D2及D1构成的中空部，在加工液的进口侧和出口侧之间具有最小内径D0的中空部，构成节流孔。另外，连接构件18的加工液出口侧端部(图中A)固定于喷嘴17，喷嘴17与连接构件18构成结合体。
壳体16与喷嘴17通过连接构件18连接，连接构件18形成为：在加工液不从加工液供给管路20供给时，壳体16与喷嘴17的相对面(图中B)接触。
将从加工液供给管路20供给的、经由壳体16内、连接构件18、喷嘴17喷向被加工物W的加工液作为绝缘物，通过线导件19的引导，在朝被加工物W方向进给的线电极E与被加工物W之间施加脉冲状电压而产生放电，从而进行被加工物W的除去加工。
图2是表示本发明实施例1的线切割加工机的加工液喷出装置的动作说明用剖视图，与图1相同的符号表示同一或相当部分。图2中，P1及P2是加工液的压力，F1是由加工液的压力P1产生的向上的力，F2是由加工液的压力P2产生的向下的力，F0是由连接构件18的弹性产生的恢复力，F是喷嘴17向被加工物W的推压力，L是连接构件18的加工液喷出方向的自然长度。
另外，图2(a)表示非加工时或精加工时等加工液压力较低的场合，图2(b)表示初加工时等加工液压力较高的场合。
图2中，连接构件18受到由加工液压力P2产生的向下的力F2的作用。即，得到下式。
F2＝P2×π/4×(D2²-D0²)                    (1)
在图2(a)的加工液压力较低的场合，因向下的力F2小，故连接构件18几乎不变形。即喷嘴17与被加工物W的相对面间的距离h得到保持。
在图2(b)的加工液压力较高的场合，因加工液的压力产生的连接构件18的自由伸长ΔLmax大于图2(a)的喷嘴17与被加工物W的相对面间的距离h。即喷嘴17与被加工物W的表面密接，对被加工物W进行推压。
当图2(b)的状态中加工液的压力降低，则连接构件18的变形减小，喷嘴17回到图2(a)的位置。
在图2(b)中，加工液压力P1产生的向上的力F1由下式得到。
F1＝P1×π/4×(D1²-D0²)                    (2)
另外，图2(b)的状态是，若将连接构件的弹性产生的恢复力设为F0，则是以下公式(3)及公式(4)成立的场合。
H＜ΔLmax                                  (3)
F2＞F1+F0                                  (4)
另外，该场合喷嘴17对被加工物W的推压力F成为下式。
F＝F2-F1-F0                                (5)
而且，若将从加工槽G或喷嘴17与被加工物W间的微小间隙流出的加工液所产生的压力损失设为ΔP，则能得到下式。
P1＝P2-ΔP                                 (6)
该压力损失ΔP，可利用公知的实验公式等求得，由连接构件18所形成的节流孔的各参数决定。因此，相对于加工液的压力P2，通过选定连接构件18的加工液出口侧内径D1、加工液进口侧内径D2及最小内径D0，可使喷嘴17向被加工物W的推压力F成为所需的值。即，通过对连接构件18所形成的节流孔的各参数的选定，可设定所需的推压力F，故可实现将喷嘴17与被加工物W的表面密接的、高效的高速加工。
而且，在公式(5)喷嘴17向被加工物W的推压力F为零的场合，即下式成立的场合，可忽略喷嘴17与被加工物W接触并相对移动时的摩擦力，故能得到精度更高的加工。
F2＝F1+F0                            (7)
图3是表示本发明实施例1的线切割加工机的加工液喷出装置的动作说明用剖视图，表示加工液不从加工液供给管路20供给时喷嘴17与被加工物W的相对面间的距离h大的场合。另外，与图2同一符号表示同一或相当部分。
在图3中，下式成立。
h＞ΔLmax                            (8)
该场合，加工液的压力P1不起作用，加工液的压力P2产生的向下的力F2使连接构件18变形，在加工液的压力P2产生的向下的力F2与因连接构件18的弹性产生的恢复力F0为平衡的位置，喷嘴17静止。
下面，对喷嘴密接加工或喷嘴隔离加工的从喷嘴17喷出的加工液的最佳外径、即应设定的喷嘴直径的例子进行说明。
在喷嘴密接加工和喷嘴隔离加工中，直线部的加工与角落部的加工相比，发现直线部的加工受喷嘴直径的影响小，而角落部的加工受喷嘴直径的影响大。
比如，在角落部的加工中，在将图2(b)所示的喷嘴17与被加工物W密接的场合(相当于喷嘴密接加工)，若使喷出的加工液的外径作成6至7mm左右，则能将加工液高效地向极间间隙喷出。即，由于图2(b)中，喷出加工液的喷嘴有效内径成为连接构件1 8的加工液出口侧内径D1，故只要将D1设定为6至7mm即可。
另一方面，在图3所示的喷嘴17无法与被加工物W密接的场合(相当于喷嘴隔离加工)，若将喷出的加工液的外径做成4mm以下，就能减少从加工槽G向外飞散的加工液的喷流，能有效地将加工液向极间间隙喷出。即，图3中，由于喷出加工液的喷嘴有效内径成为连接构件18的最小内径D0，故只要将D0设定在4mm以下即可。
如此，通过根据角落部的喷嘴密接加工的加工液的向极间间隙的喷出效率而将加工液出口侧内径D1最佳化，根据角落部的喷嘴隔离加工的加工液的向极间间隙的喷出效率而最佳化选定连接构件18的最小内径D0，就可在喷嘴密接加工时及喷嘴隔离加工时自动地切换喷出的加工液外径，可提高加工效率，故可提高生产率。
图4是表示将喷嘴与被加工物的间隙对加工液的喷出压力的变化进行实测后的结果图，以直线部加工的场合为例进行了表示。另外，图4中，同时表示了本发明的结构(图1中，D0＝4mm，D1＝7mm的场合)及传统的喷嘴结构(喷嘴直径为4mm的场合，喷嘴直径为7mm的场合)。
从图4可知，当喷嘴与被加工物的间隙增大，本发明结构的加工液的喷出压力与喷嘴直径为4mm的传统喷嘴的结构的加工液喷出压力大致相同。
另外，喷嘴直径为4mm的传统喷嘴的结构及喷嘴直径为7mm的传统喷嘴的结构，在喷嘴与被加工物的间隙为大约0.3mm以下的范围内加工液的喷出压力急剧下降。相比之下，本发明的结构中，因为喷嘴与被加工物的间隙自动得到调节，故可抑制加工液的喷出压力的下降。
如上所述，将连接构件18的最小内径D0及加工液出口侧内径D1进行最佳化，而且在喷嘴密接加工中，若相对于利用公式(6)及(7)所选定的最小内径D0及加工液出口侧内径D1，使喷嘴17向被加工物W的推压力F为零而选定加工液进口侧内径D2，就可忽略喷嘴17与被加工物W接触时的摩擦力，故可提高生产率及加工精度。
图5是表示本发明实施例1的线切割加工机的加工液喷出装置的喷嘴与连接构件的结合体的其他结构例的图，与图1相同符号表示同一或相当部分。
如图5(a)所示，在喷嘴17与连接构件18的结合体中，加工液的进口侧也可是锥形(图中T1)。
如图5(b)所示，在喷嘴17与连接构件18的结合体中，加工液的出口侧也可是锥形(图中T2)，与出口侧的内径D1的中空部连接。
即，在喷嘴17与连接构件8的结合体中，只要有对密接加工时喷出的加工液的外径进行限制的中空部的无截面积变化的部分(图中S1，内径D1部分)、及对隔离加工时喷出的加工液的外径进行限制的中空部的无截面积变化的部分(图中S0，内径D0部分)即可。
另外，在图5(a)的结构中，通过对锥形部(图中T1)的各参数(锥形的长度及角度等)进行选定，可改变相当于公式(1)的F2的加工液压力产生的向下的力的大小，故通过对上述各参数的选定，可使喷嘴密接加工时的喷嘴17向被加工物W的推压力F大致为零。
因此，即使是图5的结构，也能起到与图1的结构相同的作用效果。
在以上的说明中，是对安装在上部加工头上的加工液喷出装置进行了说明，但对安装在下部加工头上的加工液喷出装置也可采用相同的结构。
实施例2
图6是表示本发明实施例2的线切割加工机的加工液喷出装置结构的剖视图，图中，21是连接构件，22是例如O形环等具有规定弹性系数的弹性体。另外，图6中，与实施例1的图1相同的符号表示同一或相当部分。
喷嘴17与连接构件21的加工液出口侧端部(图中A)固定，连接构件21被支承成相对于壳体16可沿加工液的喷出方向滑动。配设在壳体16与连接构件21之间的弹性体22，根据加工液的压力而变形，故该变形引起的恢复力对连接构件21朝与加工液的喷出方向相反的方向进行作用。
因此，如图6所示，在喷嘴17与壳体16接触的状态(相当于实施例1的图2(a))下，当加工液的压力增大，则弹性体22变形，喷嘴17朝与被加工物W密接的方向移动(例如相当于实施例1的图2(b))。
另外，当加工液的压力降低，则弹性体22的变形恢复，喷嘴17回到图6的位置。
本发明的实施例2的图6的结构，因是通过弹性体22的变形使喷嘴17移动的结构，因而连接构件21可由刚性足够大的材料制作。
即使是以上那样的结构，通过与实施例1相同地选定连接构件21的最小内径D0、加工液出口侧内径D1及加工液进口侧内径D2，也可得到与实施例1相同的作用效果。
图7是表示本发明实施例2的线切割加工机的加工液喷出装置的其他结构的剖视图，图中，23是喷嘴，D1是喷嘴23的加工液出口侧内径，D2是喷嘴23的加工液进口侧内径，D0是喷嘴23的最小内径。另外，与图6相同符号表示同一或相当部分。
喷嘴23被支承成相对于壳体16可沿加工液的喷出方向滑动。配设在壳体16与喷嘴23之间的弹性体22，根据加工液的压力而变形，故该变形引起的恢复力对喷嘴23朝与加工液的喷出方向相反的方向进行作用。
因此，如图7所示，在喷嘴23与壳体16接触的状态(相当于实施例1的图2(a))下，当加工液的压力增大，则弹性体22变形，喷嘴23朝与被加工物W密接的方向移动(例如相当于实施例1的图2(b))。
另外，当加工液的压力降低，则弹性体22的变形恢复，喷嘴23回到图7的位置。
即使是以上那样的结构，通过与实施例1相同地选定喷嘴23的最小内径D0、加工液出口侧内径D1及加工液进口侧内径D2，也可得到与实施例1相同的作用效果。
实施例3
图8是表示本发明实施例3的线切割加工机的加工液喷出装置的结构的剖视图，图中，24是喷嘴，25是由伸缩管等的管状弹性体构成的连接构件，D1是喷嘴24的加工液出口侧内径，D2是连接构件25的内径，D0是喷嘴24的最小内径。另外，在图8中，与实施例1的图1相同的符号表示同一或相当部分。
另外，连接构件25的一端固定在壳体16上，另一端固定在喷嘴24上，构成喷嘴24与连接构件25的结合体。
在图8的场合，将连接构件25的内径设为D2(相当于图1的连接构件18的加工液进口侧内径D2)、将喷嘴24的最小内径设为D0(相当于图1的连接构件18的最小内径D0)、将喷嘴24的加工液出口侧内径设为D1(相当于图1的连接构件18的加工液出口侧内径D1)，由连接构件25及喷嘴24构成节流孔。
即使是如此结构，通过与实施例1相同地选定喷嘴24的最小内径D0、加工液出口侧内径D1及连接构件25的内径D2，也可得到与实施例1相同的作用效果。
产业上的可利用性
如上所述，本发明的线切割加工机的加工液喷出装置，尤其适合于加工生产率要求高的线切割加工。