JP3732290B2 - 放電加工装置および放電加工方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、放電加工装置および放電加工方法に関し、特に、単純形状の工具電極を用いて三次元加工を行う放電加工装置および放電加工方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、円筒状、円柱状、角柱などの単純形状をした工具電極(加工電極)を用い、数値制御装置により三次元制御を行い、所望の三次元形状加工を行うことができる放電加工装置が知られている。このような放電加工装置では、複雑な三次元形状の総型工具電極を製作する必要がないため、金型製作コストおよび製作時間を改善できる。また、加工に用いる工具電極は、単純形状の工具電極を用いるため、CAMシステムの構築が容易となり、加工工程の自動化も期待できる。
【0003】
しかし、このような放電加工装置では、単純形状の工具電極を用いて幅広い面積の加工を行うため、総型工具電極による放電加工と比較して、工具電極の消耗や加工形状の精度が問題となる。
【0004】
このような問題を解決するために、特開平5−345228号公報には、工具電極の消耗補正(Z軸補正)制御を行うことによって、高精度な放電加工を行うことが示されている。図8は、そのような放電加工の原理を示している。
【0005】
図8に示されているように、この放電加工では、円柱状の工具電極100を回転させながら被加工物Wの放電加工面に対して角度(電極斜め送り角度)αで斜めに送ることにより、工具電極100の輪郭形状および加工深さが変化する位置(a)から位置(d)までの過渡状態を経て、工具電極100の輪郭形状および加工深さが変化しない位置(d)以降で定常状態を作り出すことができる。
【0006】
この放電加工の場合、工具電極消耗量の大きい加工条件であるならば、位置(a)から位置(d)までの過渡状態をほとんど無視することができ、適切な送り角度αで工具電極100を斜めに送ることによって、加工深さが一定の層状の除去加工を行うことができる。
【0007】
この放電加工においては、定常状態での加工量と電極消耗量とを考慮することで、厚さ(深さ)Eの一層分を除去するための電極斜め送り角度αは、層の厚さE、工具電極の半径R、工具電極の断面積S、体積消耗率Uより、次式のように求めることができる。
【0008】
すなわち、
tan(α)=R・E・U/S
である。工具電極100が円筒形状のものである場合、工具電極の外側半径R1、内側半径R2とすると、電極斜め送り角度αは次式により求めることができる。
【0009】
すなわち、
tan(α)=(R1−R2)・E・U/S
=E・U/π(R1−R2)
である。従って、上述のような放電加工では、工具電極100の形状に応じた電極消耗補正のための計算式を幾つか準備しておく必要がある。
【0010】
特開平5−345228号公報に開示されている技術では、工具電極100の長手方向の消耗を補正するための値を計算するためのシミュレータを備え、除去層の厚さE、工具電極半径R、体積消耗比Uを与えることにより、放電加工面に対する工具電極100の送り角度αを計算し、傾斜移動により工具電極100の長手方向の消耗を補償して加工深さが一定の層状の除去加工を行うようになっている。
【0011】
この放電加工では、工具電極の長さ方向の消耗補正を斜め方向の送りを行うことにより補正できるため、加工速度が稼げる工具電極消耗領域を利用でき、加工効率を向上できるとしている。
【0012】
つぎに、図9を参照して加工パスと工具電極の動きの具体例について説明する。図9は被加工物Wに星形の2個のポケットP1、P2を加工する場合の電極移動軌跡を示している。はじめに、工具電極100は、任意のXY座標位置Aにおいて被加工物Wの上面よりZ軸方向(垂直方向)に距離aだけ離れた位置にある(図10参照)。
【0013】
工具電極100は、上述の位置によりポケットP1の加工開始位置Bまで水平移動し、その後にポケットP1の加工開始位置Bにて被加工物Wの上面へ向けて距離aだけ真下に降下し、この垂直降下によって被加工物Wとの間の距離が放電ギャップになると、ポケットP1の放電加工を開始する。
【0014】
この状態で、工具電極100が星形輪郭状に移動し、工具電極100が1周して1周分の加工が完了すると、工具電極100は一つ内側のパスへ移り、これを1周する。工具電極100が最も内側のパスを1周して一つのポケットP1の加工を完了し、工具電極100が位置Cに位置すると、工具電極100は、図11(a)〜(d)に示されているように、位置Cで真上に所定量上昇し、この状態で水平移動してもう一つのポケットP2の加工開始位置Dまで水平移動し、この加工開始位置Dにて被加工物Wの上面へ向けて位置Cでの上昇分、真下に降下することで、ポケットP2の放電加工を開始する。
【0015】
そして、同様に、工具電極100が星形輪郭状に移動してポケットP2の加工を完了し、加工完了位置Eに位置すると、工具電極100は、距離aだけ真上に上昇し、水平移動して最初の位置Aに戻る。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような従来の放電加工では、工具電極100と被加工物Wとの間に放電ギャップを設けるために加工開始位置B、Dにおいて、工具電極100を被加工物Wに対して接近させる動作、すなわちアプローチ動作は、加工開始位置BあるいはDにおいて工具電極100を被加工物Wに対して真下に移動させることにより行われるため、図10に示されているように、加工開始位置BあるいはDにおいて、定常深さより深い窪みhができ、加工底面の平面精度が低下すると云う問題点があった。
【0017】
この発明は、以上のような問題を解決するもので、加工開始位置に定常深さより深い窪みができることを回避し、加工底面の平面精度が高い放電加工を行う放電加工装置および放電加工方法を得ることを目的としている。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による放電加工装置は、工具電極と被加工物の間に電圧を印加することによって前記被加工物の加工処理を行う放電加工装置において、前記工具電極を前記被加工物に対して接近させるアプローチ時には、前記工具電極を加工深さ方向と垂直な平面における加工形状パスに沿った方向に移動させるとともに前記工具電極を前記被加工物の加工深さ方向に移動させることによって前記工具電極を前記被加工物の上面に対して斜め送りさせるよう制御し、かつ電気条件に応じて工具電極の斜めアプローチ開始高さ位置を可変設定する工具電極位置制御手段を備えるものである。
【0019】
この発明による放電加工装置では、アプローチ時に工具電極を被加工物の上面に対して斜め送りさせるよう制御し、かつ電気条件に応じて工具電極の斜めアプローチ開始高さ位置を可変設定する工具電極位置制御手段を備えているので、アプローチ時の被加工物の加工底部における加工深さ方向への加工のし過ぎが起こり難くなる。
【0020】
また、上述の目的を達成するために、この発明による放電加工装置は、工具電極と被加工物の間に電圧を印加することによって前記被加工物の加工処理を行う放電加工装置において、前記工具電極を前記被加工物に対して接近させるアプローチ時には、前記工具電極を加工深さ方向と垂直な平面における加工形状パスに沿った方向に移動させるとともに前記工具電極を前記被加工物の加工深さ方向に移動させることによって前記工具電極を前記被加工物の上面に対して斜め送りさせるよう制御し、かつ加工形状パスに応じて斜めアプローチ時の工具電極の加工深さ方向と垂直な平面方向移動距離を可変設定する工具電極位置制御手段を備えるものである。
【0021】
この発明による放電加工装置では、アプローチ時に工具電極を被加工物の上面に対して斜め送りさせるよう制御し、かつ加工形状パスに応じて斜めアプローチ時の工具電極の加工深さ方向と垂直な平面方向移動距離を可変設定する工具電極位置制御手段を備えているので、アプローチ時の被加工物の加工底部における加工深さ方向への加工のし過ぎが起こり難くなる。
【0022】
つぎの発明による放電加工装置は、アプローチ時とアプローチ後とで放電加工の電気条件を個別に設定できるものである。
【0023】
この発明による放電加工装置では、アプローチ時とアプローチ後とで放電加工の電気条件が個別に最適設定される。
【0024】
また、上述の目的を達成するために、この発明による放電加工方法は、工具電極と被加工物の間に電圧を印加することによって前記被加工物の加工処理を行う放電加工方法において、前記工具電極を被加工物に対して接近させるアプローチ時に、前記工具電極を加工深さ方向と垂直な平面における加工形状パスに沿った方向に移動させるとともに前記工具電極を前記被加工物の加工深さ方向に移動させることによって前記工具電極を前記被加工物の上面に対して斜め送りする斜め送り工程を含むとともに、電気条件に応じて工具電極の斜めアプローチ開始高さ位置を可変設定するものである。
【0025】
この発明による放電加工方法では、アプローチ時に工具電極を被加工物の上面に対して斜め送りする斜め送り工程を含むとともに、電気条件に応じて工具電極の斜めアプローチ開始高さ位置を可変設定するので、被加工物の加工底部における加工深さ方向への加工のし過ぎが起こり難くなる。
【0026】
また、上述の目的を達成するために、この発明による放電加工方法は、工具電極と被加工物の間に電圧を印加することによって前記被加工物の加工処理を行う放電加工方法において、前記工具電極を被加工物に対して接近させるアプローチ時に、前記工具電極を加工深さ方向と垂直な平面における加工形状パスに沿った方向に移動させるとともに前記工具電極を前記被加工物の加工深さ方向に移動させることによって前記工具電極を前記被加工物の上面に対して斜め送りする斜め送り工程を含むとともに、加工形状パスに応じて斜めアプローチ時の工具電極の加工深さ方向と垂直な平面方向移動距離を可変設定するものである。
【0027】
この発明による放電加工方法では、アプローチ時に工具電極を被加工物の上面に対して斜め送りする斜め送り工程を含むとともに、加工形状パスに応じて斜めアプローチ時の工具電極の加工深さ方向と垂直な平面方向移動距離を可変設定するので、被加工物の加工底部における加工深さ方向への加工のし過ぎが起こり難くなる。
【0028】
つぎの発明による放電加工方法は、アプローチ時とアプローチ後とで放電加工の電気条件を個別に設定できるものである。
【0029】
この発明による放電加工方法では、アプローチ時とアプローチ後とで放電加工の電気条件が個別に最適設定される。
【0030】
【実施の形態】
(実施の形態1)
以下に添付の図を参照してこの発明に係る放電加工装置および放電加工方法の実施の形態を詳細に説明する。
【0031】
図1はこの発明による放電加工装置の実施の形態1を示している。放電加工装置は、中空円筒状の工具電極1と、工具電極1を中心軸線周りに回転させる電極回転装置2と、ワークテーブル3上において内部に加工液4を蓄えて被加工物Wを配置される加工槽5と、工具電極1と被加工物Wとを相対的にX軸、Y軸、Z軸方向に移動させるための軸駆動手段6、7、8と、工具電極1と被加工物Wの間に電圧を印加するための加工用電源9と、加工液4を循環させる加工液供給装置10と、加工形状データやその他の加工パラメータに基づいて工具電極1を移動させるための指令と加工用電源9の電気条件を設定するための指令とを出力するNC装置11とを有している。
【0032】
図2に示されているように、NC装置11は、加工条件記憶手段12と、工具電極位置制御手段13と、電気条件制御手段14とを有している。
【0033】
加工条件記憶手段12は、加工形状を得るための加工形状パス、アプローチ時の工具電極平面方向移動、ここではXY軸方向に対する電極軸線方向(Z軸方向)の送り量、アプローチ後の工具電極平面方向(XY軸方向)移動に対する電極軸線方向(Z軸方向)送り量の各データを記憶しているものであり、より具体的には、加工形状パス格納部12aと、アプローチ開始時の工具電極1のZ軸方向位置に設定するデータ(斜めアプローチ開始高さ)を格納するの斜めアプローチ開始高さ格納部12bと、アプローチ開始時の工具電極1のXY軸方向の移動距離(斜めアプローチXY移動量)のデータを格納する斜めアプローチXY移動量格納部12cと、加工条件テーブル部12dと、アプローチ後の工具電極1のXY軸方向移動に対するZ軸方向送り量である各加工条件毎のZ軸補正量を格納するZ軸補正量格納部12eとを有している。
【0034】
加工条件記憶手段12は、斜めアプローチ開始高さを設定するパラメータと、斜めアプローチXY移動量を設定するパラメータとをそれぞれ、予め複数種類有しているか、あるいはこれらパラメータを書換可能に記憶することができる。
【0035】
工具電極位置制御手段13は、加工条件記憶手段12に記憶された加工形状パス、と、アプローチ時あるいはアプローチ後の工具電極1のXY軸方向に対するZ軸方向)の送り量のデータに基づいて工具電極1の位置制御を行う。
【0036】
工具電極位置制御手段13は、アプローチ時には、加工条件記憶手段12より読み出されたアプローチ開始時の工具電極1のZ軸方向位置のパラメータに応じてアプローチ開始時の工具電極1のZ軸方向位置を可変設定し、また加工条件記憶手段12より読み出されたアプローチ時の工具電極1のXY軸方向の移動距離のパラメータに応じてアプローチ時の工具電極1のXY軸方向の移動距離を可変設定する。
【0037】
これにより、工具電極位置制御手段13は、斜めアプローチ開始高さ格納部12bより与えられる斜めアプローチ開始高さと、斜めアプローチXY移動量格納部12cより与えられる斜めアプローチXY移動量とを加えた加工形状パスと、加工条件テーブル部12dおよびZ軸補正量格納部12eより与えられるZ軸補正量により、加工パス1周分の工具電極1の各軸指令を発生し、アプローチ時には、工具電極1を加工形状パスに応じてXY軸方向に移動させつつ被加工物Wに接近させる斜め送りを行い、工具電極1と被加工物Wとの間に所定の放電ギャップを画定する。
【0038】
電気条件制御手段14は、アプローチ時とアプローチ後とで放電加工の電気条件を個別に設定する指令を加工用電源9に対して出力する。
【0039】
つぎに、上述のような構成による放電加工装置を用いて行う単純パイプ電極による放電加工における工具電極の被加工物へのアプローチ動作について説明する。
【0040】
図3において、工具電極1は、初期状態として被加工物Wの上面よりZ軸方向に距離aだけ離れた位置Fにあり、アプローチ開始により、被加工物Wの上面よりZ軸方向に距離hだけ離れた位置G、即ち、斜めアプローチ開始高さ位置GまでZ軸方向に垂直降下する。
【0041】
斜めアプローチ開始高さ位置Gまで降下すると、工具電極1は、加工パス経路に沿ってXY軸方向に斜めアプローチXY移動量dを移動しつつZ軸方向に降下し、被加工物Wの上面に接近した位置Hに到達する。これにより工具電極1は、斜めアプローチ開始高さ位置Gより位置Hまでは被加工物Wに対して斜めに降下移動する。
【0042】
これにより、図4に示されているように、加工底部に窪み(段差)が形成されることが回避される。
【0043】
位置Hからは、アプローチ後の位置制御として、工具電極1は、Z軸補正量を与えられながら加工パス上を移動し、加工パスを1周して位置Iに戻っている。
【0044】
ここで、位置Iと位置Hとの間には、図4に示されているように、斜めアプローチによって加工面に傾斜部bが生じているから、位置Iまで移動した工具電極1は、その後、更に位置Hまで移動し、1回の輪郭形状パス加工を終了する。
【0045】
実施の形態として、外径0.5mmのパイプ状電極を用いて斜めアプローチ開始高さ0.015mm、斜めアプローチXY移動量2mmとして斜めアプローチを行った結果、従来の垂直アプローチの場合には、10μm程度の深さの窪みができるのに対して、斜めアプローチでは、深さが2μm以下の無視できる段差しか形成されなかった。
【0046】
電極アプローチ位置付近では、加工面に窪みが生じ易いから、図5に示されているように、アプローチにおける電極降下中(位置Fから位置Hの区間)における放電の電気条件を、電気条件制御手段14によって、アプローチ後の通常加工時の電気条件2より弱い電気条件1に切替設定することができる。
【0047】
これにより、電極降下によって被加工物の深さ方向への過剰加工、換言すれば加工底面に窪み(段差)が発生することが、より一層、確実に低減する。
【0048】
また、図6に示されているように、電気条件に応じて斜めアプローチ開始高さ位置を、被加工物Wの上面よりZ軸方向に距離h’だけ離れた位置G’に変更することができる。
【0049】
このことによっても、電極降下による被加工物の深さ方向への過剰加工によって加工底面に窪み(段差)が発生することが、より一層、確実に低減する。
【0050】
なお、斜めアプローチ開始高さ位置G、G’を決定する距離h、h’は、電気条件により決まる放電ギャップ値と同程度に設定されればよく、これにより区間dで、はじめて放電が起きるようになる。
【0051】
また、図7に示されているように、加工パスなどに応じて、斜めアプローチXY移動量を、dより少ないd’に変更することもでき、工具電極1の定常加工開始位置を、HからH’に変更することができる。
【0052】
これにより、使用電極径に対して微少な形状の加工の場合も、適正な斜めアプローチが行われ得るようになる。
【0053】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による放電加工装置及び放電加工方法によれば、加工底面部の段差を減らすことができ、加工底面の平面精度が高い放電加工が行われるようになる。
【0054】
つぎの発明による放電加工装置及び放電加工方法によれば、加工パスが短い場合でも適正な斜めアプローチを行うことができ、加工底面の平面精度が高い放電加工が行われるようになる。
【0055】
つぎの発明による放電加工装置及び放電加工方法によれば、アプローチ時とアプローチ後とで放電加工の電気条件が個別に最適設定されるから、加工底面部の段差を更に減らすことができ、加工底面の平面精度がより一層、高い放電加工が行われるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明による放電加工装置の実施の形態1を示す概略構成を示すブロック図である。
【図2】 この発明による放電加工装置のNC装置の概要を示すブロック図である。
【図3】 この発明による放電加工方法における電極アプローチの一つの動作例を示す説明図である。
【図4】 この発明による放電加工方法における電極アプローチの一つの動作例を示す説明図である。
【図5】 この発明による放電加工方法における電極アプローチの他の動作例を示す説明図である。
【図6】 この発明による放電加工方法における電極アプローチの他の動作例を示す説明図である。
【図7】 この発明による放電加工方法における電極アプローチの他の動作例を示す説明図である。
【図8】 (a)〜(e)は電極消耗補正制御を用いた単純工具電極による加工要領を示す説明図である。
【図9】 加工パスと工具電極の動きの具体例を示す平面図である。
【図10】 従来における電極アプローチ動作を示す説明図である。
【図11】 (a)〜(d)は形状加工時の工具電極の動きを示す説明図である。
【符号の説明】
1 工具電極,2 工具電極回転装置,3 ワークテーブル,4 加工液,5 加工槽,6 X軸駆動手段,7 Y軸駆動手段,8 Z軸駆動手段,9 加工用電源,10 加工液供給装置,11 NC装置,12 加工条件記憶手段,13 工具電極位置制御手段,14 電気条件制御手段。
Claims (6)
- 工具電極と被加工物の間に電圧を印加することによって前記被加工物の加工処理を行う放電加工装置において、
前記工具電極を前記被加工物に対して接近させるアプローチ時には、前記工具電極を加工深さ方向と垂直な平面における加工形状パスに沿った方向に移動させるとともに前記工具電極を前記被加工物の加工深さ方向に移動させることによって前記工具電極を前記被加工物の上面に対して斜め送りさせるよう制御し、かつ電気条件に応じて工具電極の斜めアプローチ開始高さ位置を可変設定する工具電極位置制御手段を備えることを特徴とする放電加工装置。 - 工具電極と被加工物の間に電圧を印加することによって前記被加工物の加工処理を行う放電加工装置において、
前記工具電極を前記被加工物に対して接近させるアプローチ時には、前記工具電極を加工深さ方向と垂直な平面における加工形状パスに沿った方向に移動させるとともに前記工具電極を前記被加工物の加工深さ方向に移動させることによって前記工具電極を前記被加工物の上面に対して斜め送りさせるよう制御し、かつ加工形状パスに応じて斜めアプローチ時の工具電極の加工深さ方向と垂直な平面方向移動距離を可変設定する工具電極位置制御手段を備えることを特徴とする放電加工装置。 - アプローチ時とアプローチ後とで放電加工の電気条件を個別に設定できることを特徴とする請求項1または2に記載の放電加工装置。
- 工具電極と被加工物の間に電圧を印加することによって前記被加工物の加工処理を行う放電加工方法において、
前記工具電極を被加工物に対して接近させるアプローチ時に、前記工具電極を加工深さ方向と垂直な平面における加工形状パスに沿った方向に移動させるとともに前記工具電極を前記被加工物の加工深さ方向に移動させることによって前記工具電極を前記被加工物の上面に対して斜め送りする斜め送り工程を含むとともに、電気条件に応じて工具電極の斜めアプローチ開始高さ位置を可変設定することを特徴とする放電加工方法。 - 工具電極と被加工物の間に電圧を印加することによって前記被加工物の加工処理を行う放電加工方法において、
前記工具電極を被加工物に対して接近させるアプローチ時に、前記工具電極を加工深さ方向と垂直な平面における加工形状パスに沿った方向に移動させるとともに前記工具電極を前記被加工物の加工深さ方向に移動させることによって前記工具電極を前記被加工物の上面に対して斜め送りする斜め送り工程を含むとともに、加工形状パスに応じて斜めアプローチ時の工具電極の加工深さ方向と垂直な平面方向移動距離を可変設定することを特徴とする放電加工方法。 - アプローチ時とアプローチ後とで放電加工の電気条件を個別に設定することを特徴とする請求項4または5に記載の放電加工方法。
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