JP5255167B1 - 細穴放電加工装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、加工屑排出向上の目的で加工液噴射圧力増加を行うと、電極側面を押すベクトル力が増加し、電極がノズルの噴射方向に寄せられ振動を起こし放電加工が不安定になりメ力的要因と加工液流量不足による二次放電現象が重なり楕円穴形成の要因となる問題がある。
特許文献3では、Z軸方向に送りを与えられると共に回転駆動される電極ホルダで棒状電極又はパイプ電極の上端部を保持し、該パイプ電極の下部を電極ガイドで案内し、加圧加工液を該電極の上端より電極外表面内を包んで電極ホルダまで供給し電極ホルダから電極下端までは電極ホルダに設けられた電極を通すガイド穴を通して電極外表面内を包んで噴流状態で供給して細穴放電加工を行う細穴放電加工装置が提案されている。
また棒状電極を使用した場合には、ノズル噴射を用いて加工穴の入口側開口部に向けて斜め方向からの加工液噴射を行っているが、電極径0.2mm以下になると、加工チップの排出が不十分になることはパイプ状の加工用電極の場合と同様であり、上記不具合が生じることも同様である。
この構成によれば、加工用電極の電極ホルダから電極ガイドまでの部分を、加圧加工液の放射流で包んで冷却することができ、加工用電極がパイプ電極である場合には該パイプ電極の内部空間にも加圧加工液を供給しうる。そして、加工液ポンプから電極ホルダに多量の加圧加工液を供給することができて、電極ホルダから棒状電極またはパイプ電極である加工用電極を包んで噴射する加圧加工液の噴射流を多量にすることができて、加工用電極の電極ホルダから液槽までの間の部分を十分に冷却することができる。加工用電極について、ワークとの間で放電が行われる電極下端から離れた部分の冷却も、加工用電極に大電流を流せることにつながる。
この構成では、加圧加工液と上記高圧加工液の供給について、貯液槽に貯留される加工液をポンプ1基のみでポンプアップすることで行えて、分岐後に、加圧加工液の圧力設定と高圧加工液の圧力設定とを行えば良いから、加工液の圧力設定の制御及び流量制御がし易く、加工液の循環経路を簡素に構成できる。
この構成では、高圧加工液の液圧が3MPa以上であるので、放電加工孔が深くなった加工段階でも放電加工孔の内面と加工用電極との間の放電加工間隙に高圧加工液が円滑に侵入できて放電加工孔の底で発生する加工屑を高圧加工液が洗い出すことができる。このため、深い細穴の放電加工でも短時間に加工できる。
この構成では、高圧加工液を電極ガイドの中空部に大量に導入することができ、筒空間の下端の高圧加工液噴射口より噴射する高圧加工液の噴射流が、細穴放電加工により形成される入口部放電加工穴径にほぼ等しい径を有する高圧加工液噴射口より電極下端までの間の加工用電極を包んでほとんど広がらずに、放電加工間隙に侵入する。このため、深い細穴の放電加工でも短時間に加工できる。
この構成では、高圧加工液が電極ガイドの周囲の空間に大量に導入することができ、高圧加工液受容室の下端の高圧加工液噴射口より噴射する高圧加工液の噴射流が、細穴放電加工により形成される入口部放電加工穴径にほぼ等しい径を有する高圧加工液噴射口より電極下端までの間を包んでほとんど広がらずに、放電加工間隙に侵入する。このため、深い細穴の放電加工でも短時間に加工できる。
この構成では、放電加工孔の周辺に霧状になった加工屑を含む飛散加工液及び液状化物が停滞しないので、放電加工間隙から加工屑を含む加工液が円滑に排出され、入口部放電加工孔の周縁に溶融堆積物が形成することが回避される。
図1は第1の実施形態の細穴放電加工装置の全体構成図であり、図2は要部の拡大断面図であり、図3は要部をさらに拡大した断面図である。
この実施形態の細穴放電加工装置1は、Z軸方向に移動されかつ回転されるように設けられ電極ホルダ10の上部を収容し固定する回転シャフト8と、回転シャフト8に上部を収容固定され棒状またはパイプ状の加工用電極11の上端を保持するチャック装置である電極ホルダ10と、加工用電極11の下端を加工液の液膜を介在させてZ軸方向にガイドする電極ガイド13と、回転シャフト8に形成され、加工液ポンプ21からの加圧加工液を回転継ぎ手5を介して導入する加圧加工液分配室8aと、電極ガイド13を収容し支持するハウジングブロック17の上部に設けられ、加圧加工液分配室8aの下端の噴射孔8bから噴射され加工用電極11を包んで流下する加工液を受け容れる液槽15と、前記ハウジングブロック17内に、該液槽15に連通していると共に加工液ポンプ21から高圧加工液22cを受け容れる高圧加工液受容室9と、高圧加工液受容室9の下端に設けられ、細穴放電加工によりワーク14に形成される入口部放電加工穴径35aにほぼ等しい径の高圧加工液22cの噴射流がほとんど広がらずに放電加工間隙に侵入させる高圧加工液噴射口9aと、を備えて成る。ここで、本実施形態ではシャフトとして回転シャフトを用いた例を示しているが、それに囚われることなく、回転しないシャフトであってもよい。
電極ホルダ10は、昇降テーブル7の下端に設けられ、加工用電極11の上端が下方から差し込まれるとこの上端を把持し、昇降テーブル7に設けられているモータ4によって回転されて加工用電極11を回転する。
上記の電極冷却方法で、電極径0.2mm以下の加工用電極11で加工パルス設定電流をこれまでの3倍以上とすることもでき、高速に穴あけ放電加工ができる。
高圧加工液受容室9は、細穴放電加工により形成される入口部放電加工穴径35aにほぼ等しい径を有する高圧加工液噴射口9aを有し、該高圧加工液噴射口9aより噴射する高圧加工液22cの噴射流がほとんど広がらずに放電加工間隙35bに侵入させる噴射機能を有する。
サーボユニット39は、サーボ回路とサーボドライバを有し、NC装置42からの信号に基づいて加工用パルス電源36から出力されるパルスを入力し、サーボモータ3を制御駆動する。
サーボモータ3の駆動回転により昇降する昇降テーブル7の移動量は、ロータリーエンコーダ2でパルス量として検出され、コントロールユニット44の電極移動位置計測手段に入力するようになっていて、常に電極の移動位置が何処にあるか検出されメモリ処理及び比較処理手段44bにデータ入力され又は比較処理される。
判定処理手段44cは、所要の放電加工用パルス電圧が放電加工間隙35bに印加され、放電加工間隙35bの隙間を所要の最適値に制御するためのサーボ制御信号svが出力される。放電加工間隙35bの状態を示す信号Fは、加工用パルス電源36からコントロールユニット44に与えられ、サーボ制御信号svはサーボモータ3に与えられ、これにより加工用電極11のZ軸方向への送り量の制御が行なわれる。
加工用パルス電圧は加工用パルス電源36から出力線37,38を介して加工用電極11とワーク14との間に形成される放電加工間隙35bに印加する。
このため、貫通路13aは、電極ガイド13の機械的強度の許す範囲で大きくすることが望ましい。貫通路13aは、図7(a)に示す電極ガイド13では上下に長い長円孔となるように開設され、図7(b)に示す電極ガイド13では上下に長い矩形孔となるように開設され、図7(c)に示す電極ガイド13では上下方向の中央部を側方から見てコの字に切除し水平断面が半円分だけ残って上下が繋がっている形態に開設されている。図7(d),(e)に示す電極ガイド13では貫通路13aより下側部分の外面を高圧加工液が接触して流れるようになっていて電極ガイド13を冷却するようになっている。またこの形状は、後述する第2の実施形態の電極ガイド13Aとしても使用可能な形態になっている。
貫通路13aの大きさについては、上下方向に4mm以上の長さを確保する。これによって、加工用電極11に超鋼合金材を使用した場合に、外部応力等が加わることにより、高圧加工液受容室9内で2mm、4mm、8mmなどばらばらの長さで粉砕状態になる加工用電極11の排除が良好に行える。
なお、直線及び螺旋状の溝本数は単数及び複数を使用してもよい。
実施形態に示す細穴放電加工装置にパイプ電極を取り付け、材質SUS304、加工厚さ1mmのワークに放電加工を行うと、加工穴径が0.075mmとなり、加工時間が約4秒となった。このデータでは、噴射加工液22の液量が20.7g/minであり、この液量の使用は、図4に示すパイプ電極径35dが0.1mmであるときの加工液流量0.254ml/minの約80倍の使用になる。穴径と加工厚みの相違はあるが、加工速度比較では電極ガイド13を備えていることで従来よりも約25倍の速度向上になる。この加工液噴射ガイドを使用する環境は加工屑の排出を安定的に維持する必要があり、そのため電極ガイド13からワーク14までの間は水没しないようにする。
実施形態に示す細穴放電加工装置にパイプ電極を取り付け、材質SUS304、加工厚さ1mmのワークに放電加工を行うと、図4に示す電極径35dが0.055mm、下部ガイドピース13bが内径0.063mmである設定条件の場合、下部ガイドピース13bから噴射した高圧加工液22cは直径0.065mmで放射状に広がりつつ0.3mmの距離にあるワーク14に到達し、噴射加工液22のワーク14上面での放射径35fは0.082mmと測定された。このときの加工穴径は、0.079mmであった。放電加工中に加工液22が放電加工間隙35bを通りワーク14の上面に直接到達する、該放電加工間隙35bの半径方向の幅は、
((噴射加工液のワーク上面での放射径35f)−(入口部放電加工穴径35e))/2=0.0015mm
となり、前記の噴射加工液がこの領域35cで霧化する。
図13は、加工液噴射圧力に対する性能変化に関する実験結果を示すグラフである。図14は、加工液圧変化に対する加工性能変化に関する実験結果を示すグラフである。
この実験は、加工液噴射圧力(流量)を変化させることで、電極消耗比、加工速度、加工穴入口径の各変化を測定した。この実験では、SUS304で厚み1.0mmのワーク14に対して、電極径0.055mmで貫通する。この際、電極ガイド13上部の電極冷却と放電加工間隙へのエア噴射を併用した。実験結果によれば、電極ガイド13の加工液噴射圧力が3MPaの前後で加工性能が大きく変化した。
詳述すると、加工液噴射圧力3MPaまでは電極ガイド13からの噴射流量が放電時に生ずる加工屑排出の効果が不足状態で、加工液噴射圧力3MPaから電極消耗の上昇が止まり、加工屑排出が効果的に行われる状態となる。加工液噴射圧力12MPaから電極消耗比、加工速度、加工穴入口径に大きく変化するのが測定できた。加工液噴射圧力12MPaでは電極消耗比と加工穴入口径が小さくなった要因として、電極ガイド13の上部ガイドピース13c及び下部ガイドピース13bの加工用電極11と対向する案内面に加工液22が通過する際に潤滑液として働き、加工中の電極進退動作に機械的負荷が軽減されたか、上部ガイドピース13c及び下部ガイドピース13bと加工用電極11間の加工液流速により滑り軸受の摩擦低減が働いたと考える。このことは、加工液噴射圧力が少ない状態であっても電極回転数の高速化を行うことで、前記加工性能が変化すると考えられる。したがって、本発明者の実験によれば、電極ガイド13上部の電極冷却と放電加工間隙のエア噴射を併用し、電極ガイド13を使用し高圧加工液22cの液圧が少なくとも3MPaであることが、比較的細径の穴から微細径の穴を高速であけるために有用であることが確認された。なお、高圧加工液22cの液圧が20MPa以上でも良好に細穴放電加工が行えることも確認された。
本発明は、上記の実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載に基づいて把握される技術的範囲には、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々、設計変更した形態が含まれる。
8a 加圧加工液分配室
8b 噴射孔
9,9A 高圧加工液受容室
9a 高圧加工液噴射口
10 電極ホルダ
11 加工用電極
13 電極ガイド
14 ワーク
15 液槽
16 エアノズル
17,17A ハウジングブロック
17a 液路
20 噴霧加工液回収装置
21 加工液ポンプ
22b 加圧加工液
22c 高圧加工液
35a 入口部放電加工穴径
35b 放電加工間隙
40 貯液槽
Claims (7)
- ワークの近傍で棒状電極またはパイプ電極である加工用電極の下部を加工液の液膜を介在させてZ軸方向にガイドする電極ガイドを備え、
前記電極ガイドをワークの近傍において固定するハウジングブロック内に高圧加工液を受け容れる高圧加工液受容室を備え、
前記高圧加工液受容室がその下端に、電極径よりも超微小に大きい口径に規制されていて、細穴放電加工により形成される入口部放電加工穴径にほぼ等しい径の高圧加工液の噴射流がほとんど広がらずに放電加工間隙に侵入させる高圧加工液噴射口を備えて成ることを特徴とする細穴放電加工装置。 - さらに、前記加工用電極を保持するシャフトと、
前記シャフトの内部に加圧加工液を導入し前記加工用電極を通しかつ噴射孔を有する加圧加工液分配室と、
前記電極ガイドの上側に、前記加圧加工液分配室の噴射孔から噴射され加工用電極を包んで流下する加圧加工液を受け容れかつ加工用電極がパイプ電極であるときはその内部通路に連通状態に臨み加圧加工液分配する液槽と、
前記液槽から溢流液を溢流液流下管を通して受け容れる貯液槽とを備えることを特徴とする請求項1に記載の細穴放電加工装置。 - 前記貯液槽内の加工液を加工液ポンプにより上記加圧加工液と上記高圧加工液とに分岐して循環するように構成されている請求項1又は2に記載の細穴放電加工装置。
- 前記高圧加工液受容室に導入される前記高圧加工液の液圧が3MPa以上であり、前記加工用電極の前記電極ガイドより電極下端までの間を高圧加工液で包んだ状態の噴射流の液圧が3MPa以上とする圧力設定手段を備えていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の細穴放電加工装置。
- 前記高圧加工液受容室は、電極ガイドの中空部であり、電極ガイドの下端を露出して該電極ガイドを収容するハウジングブロックに設けられた液路を介して高圧加工液を導入し、前記高圧加工液噴射口は、前記電極ガイドの中空部である前記高圧加工液受容室の下端に設けられていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の細穴放電加工装置。
- 前記高圧加工液受容室は、前記電極ガイドを収容するハウジングブロックに設けられ該電極ガイドの外面に沿って下端まで導入するように形成され、前記高圧加工液噴射口は、前記高圧加工液受容室の前記電極ガイドの下側近傍に同心に設けられていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の細穴放電加工装置。
- 加工前後から発生する霧状になった加工屑を含む飛散加工液及び液状化物を吹き飛ばすためのエア又は不活性ガスを噴射するエアノズルと、
前記吹き飛ばされた飛散加工液及び液状化物を回収するための噴霧加工液回収装置と、を備えたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の細穴放電加工装置。
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