JPH01502968A - 電極を回復させることによる放電加工法 - Google Patents
電極を回復させることによる放電加工法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
;径を回復させることによる放;加工法放電加工は、モールド、グイ及び複雑な
三次元の被加工物、特に加工し蛇い材料の製造を含む、種々の製造加工法にとっ
て好古しzl、7()工技真jとなってきた。この加工技術の有効性と精度は当
初から関心の的であり、その間ノ0弓よ事実上増す傾向にある。
放電加工は、その複雑な形や、材料を加工し娃いものに広く使用されてきたが、
その理論的に実際的な効果があるにも拘らず、もっと簡単な形のものやもっと加
工し易い材料には広く使用されるには至っていない、特に;径の過度の摩耗によ
り、放;加工の用途が経済的に制限され、それ故に、これらの加工法の高価な費
用と不便さを正当化しうるものは、どうしてもそれに顆らざるを得ないような操
作だけに限られていた。
高度の;径摩耗率は、大部分が放;万ロエ操作それ自体に固有のものであるが、
被加工部材がらの金属の除去に関連して生じる;衡の摩耗率を低下させるために
、これまで多くの技術が開発されてきた。しかしながら、これらの段階には限度
があった。@盟約観測を含めてこの技術分野で“ゼロの摩耗状態”という誤称で
しばしば呼ばれているような最低レベルに;径の摩耗を保持するために、放電加
工のパラメータが選ばれる場合でも、その;径は尚、その;径から取り出される
ストック100gにつき、1部の摩耗を有する。S径の摩耗は通常、均等ではな
い。
通常の場合、各被加工部材につき、1個以上の電極な必要とすることは珍らしい
ことではなく、また、電極がトレランスを外れて使用にガ1えなくなるまでに数
個の被加工部材を加工できることもある。
放電加工において、t f!の摩耗が1つの最大の制限要件であるので、S径を
できるだけ長< it持するために、操作パラメータは普通、“摩耗なし”状態
に設定されるll5tifiの機能上の寿命はそのような方法で伸ばすことがで
きるけれどら、それは放;加工操作の時間の浪費となる。
この主たる効果は、従来の加工技術によって黒i9;径を比較的作り易いという
ことて゛ある。事実、それは加工し易く、すぐれた電気特性と熱特性な宥し、こ
れによって最良の放電加工切断工具として黒鉛;柘が出現することになり、実際
上、その他の;径材料、例えば種々の金属は排除された。
通常の;径加工法は、他の加工法と異なること;=なく、その黒鉛がひしろ力C
工し易くて、;径の形態が放;加工により形成される所望の被加工部材5)鏡像
となることを除けば、事実上、被加工部材を加工するのに必要な加工法と同じて
′ある。その結果、そのS径はそれに要する費用が高価となる。従って新しいS
衡を加工しても、使用によって失われ、摩耗した寸法を回復させるために中古
の電極を加工し直すとしても、著しい時間と費用がかかる。黒Eaの刀口工し易
さは主として、被加工部材の材料次第で決まる0通常の加工操作によって被加工
部材を加工するのが難かしくなればなるほど、放電加工操作の節約度ら大となる
。
放電加工用電極を作る際に時間と費用が著しくかがるけれども、放電加工操作中
、“摩耗なし”状態の最適要件には至らない遅速な要件に耐えるにはこの技術が
好ましいことは容易に理解て゛きる。“摩耗なし”という言葉が実際には、はん
のわずかな摩耗があったことを意味するとすれば、その結果は許されるが、1%
の摩耗率は、実際上、非常に重大なことであり、全く容認されない。
図面の簡単な説明
図面は黒鉛E D M S径を作り、回復させるために超音波茄工を備えた本発
明のE D 1,1 (放電加工)機械の概略図である。
本発明の要旨
本発明において、非常に改良を行った放電加工操作は、高速度加工操作、即ちハ
イパワーの放電加工操作を可能とするような、1IAj9放電加工電極を迅速か
つ簡単に回復させる手段によって可能とされる。
その回復操作と切削操作は1サイクルのうちにS %の摩耗要件及び回復時間の
要件に対して加工切削率がバランスを保つようにすることによって決定される最
大生産vJ早に遺したスゲジュールを行う際、交互に行われる。この方法は簡単
に最適状態にすることができる。
本発明の有効性は、放電加工操作と交互に、高度の精度と有効性でもって黒鉛;
径を回復させることのできる機械を提供することにある。この結果は、それ自#
、特定要件に結びつく2つの方法のいづれか1つによって得られる。
超音波加工法は、1つの実施例の根拠となっており、軌道式機械的研削がもうひ
とつの実施例の根拠をなす0本発明の2つの実施例について、この明細書に詳細
に説明する。
本発明の詳細な説明
EDM法の使用者に随伴する主たるパラメータは、S極材料、放′!S電流の効
率サイクル、電流密度及び極性の選択である。
また、高速度放電加工及びS朽の回復法も提供し、この方法によって、高い供給
率で、ハイバフ−の加工が可能となる。この方法は、次の段階によって行われる
。即ち、被加工部材をワークステーション・に取付け、黒Ia放S;径が;極の
摩耗により実質的な程度、分解度と精度を失うまでそのS Nでもって被加工部
材を形造り、被加工部材を結合位置から非加工位置へ相対的に移動させることに
よって被加工部材を電極から外し、高速S極回復位置を;衡に間遠するように移
動させることによって行われる。その電極はそれからその高分解能力を取り戻す
ように高速度で回復が行われる0回復したS Nはそれから放電加工を継続して
被加工部材を形造るために使用される。そこで放電加工周期が継続する。その;
径は、その有効寿命中、固定状態に保持される。
これらのパラメータの各々は、切削率、;荀の摩耗及びそこで生じた被加工部材
の精巧な部分の分解に関して大きな影響をもつことはよく知られている。
電極材料はま゛すはしめに、黒鉛と金属との間で選択させる。一般的状況におい
て、従来言われてきたことは、黒鉛;径は、金属;径より10倍速く切削し、製
造も容易であるが、がなりもろくて、摩耗やイ急食をし易く、精巧な部分の損や
被加工部材の分解に損を生じるということであった。
金属S径は、放電電流の流れる時間の方が流れない時開より長いような、放4:
LH流効率に耐えることができる。黒8衡て゛は、流れない時間の方が長い。
E D M操作における金属の除去率は、流れない時間を減らすことにより増大
するが、′r:L径の摩耗率は一般に、流れない時間を短縮することにより低下
する。
全ての電極の場合、効率周期は、間隙条件を一定に保持しながら、流れない時間
を最少限にするように選択される。
放電電流のアンペアは効率周期の頻度と;径のサイズによって決まる。金属の(
を食卒とS極の摩耗の両方とも、S流密度が上昇すると共に増大する。二次元、
又は三次元の形をした電極の場合、金属電極に対する最大S流密度は約6〜Sア
ンペア−国−2位数であり、黒鉛S径の場合、その最大電流は一般に、約10〜
15アンペア−(2)−2位数て゛ある0通常の“摩耗なし”状態はこれらの値
の約10〜15%のことが多く、稀に、25〜3026以上のこともある。
約0.5a!以下の“−次元”電極で切削する孔の場合のように、″::L径摩
粍が重要な意味をもたない場合において、最大切削率は約30−アンプ−■−2
までの電流密度で得られる0例えばカーバイドのようなエキシチックな材料の放
電加工はしばしば、;衡が負であることを必要とする。金属の除去率は電極が負
の極性を有する時に、しばしば2倍となるが、摩耗率もしばしば、2倍以上に大
変増加する。
E D Mオペレータによりコントロールされる可変パラメータは他に多くある
けれども、前述のパラメータが本発明に最も関係のあるものである。
本発明の目的は、電極の摩耗を特別に顧慮することをなしに、EDMの最大生産
性を生じるようにEDMI作パラメータを選択することによってEDMの生産性
を最大にすることである0本発明は被加工部材の晴巧な部分の損や分解の損失を
生じることなしに“−次元”のE D M操作に比べ高速度でE D M技術に
よって成形加工を行うことである。
本発明におけるE D M操作の条件は、黒8径を使用し、S流の流れないオフ
タイムを非常に短くした効率周期を選択し、非常な高電流密度で、通常、負極を
有するS ’Iにすることによって被加工部材の金属除去を最大にすることであ
る。
その結果の一例として、正極をもち、“摩耗なし”状態で、電流密度が3.12
アンプ−〇−2の黒鉛S極による工具鋼のELIMの金属除去率は最大25イン
チ”−hr−1であった。これとは対照的に、負極をもち、S流密度を25アン
プまで増大させた場合の同一システムでは、400インチ”−hr−1の切削率
が得られた。
本発明において、被加工部材からの金属除去率は非常に高く、反面、電極の摩耗
率も高い、そのような操作は従来、使用するには実際的でないと考えろれできた
、なぜなら、そのような;極の摩耗は、被加工部材の精巧な部分の損や分解の損
が容認できないほどになるからである。
電極のこの侵食はここで、;径の形を高速度で回復させ、その電極の状態を取り
戻すことによって行われる。;径を回復させることができるようにED14操作
を定期的に中断させることによって、最も複雑な三次元の形でされ、E D M
法にとってあたり前のすぐれた表面仕上げをもつ細部のv4密さと非常に厳密な
トレランスに加工することができる。ここでS極の回復は、全体として”摩耗な
し”状態より非常に迷い操作を行うような遠度で行われ、トレランスや精巧部分
の損はない。
高速度放電加工の表面仕上げは“摩耗なし”状Sのもとで得られた表面仕上げに
ほんのわずかに劣る。
そのような結果を保証したい場合には、例えば“摩耗なし”状態のような、迎切
なパラメータのもとで新しく回復させた電極により短時間、仕上げ操作をすれば
、非常に高度の仕上げが得られる。そのような段階は加工操作の完成ではない、
そこでは、成る種の表面の荒さが許されている。この種の放電加工操作は黒鉛S
径を正確なトレランスに高速度で再生することによってのみ可能である。この技
術分野における従来の方法は、加工工程中に有効に回復させるには、あまりにち
遅速でしからあまりに不正確であったので、通常、そのような操作では、多数の
;衡を使用し、各S極が過度に摩耗した時、それを取りかえるだけであった。I
:粍S8iを加工し直すことは、事実上、g遺と同じことであって、それは製造
に匹敵するほどの時間と努力を要した。
S極形成法の改善により、現在、轟も複雑な電極の形でさえ、以前の方法で要し
た4〜10時間より大変短い10〜30分という大変短時間で非常な精度に回復
される。
この高速度で回復て゛きる方法は、全体の形の加工、即ち“T F M”と超音
波振動数ち“U S M”として知られている型の非伝統的加工における最近の
開発に基づいている。
これらの方法の両方とも !鉛でのE D M t 極の製造を含む、広い用途
として受入れられている。さらに、それらの方法は成る場合には同時操作として
E D Mと組合わせて使用された。これらの方法のどちらも、本発明において
も考慮され本発明と矛盾するものでは全くないが、本発明に不可欠なものではな
い。
超音波加工では、トランスジューサ工具が所望の被加工部材、即ち本発明ではE
D ?vf 4:極のi切な形の反対像に形成される。その工具の形は正確に
被加工部材の形ではなくて、工具と被加工部材との間にスペースを許すように片
寄っている。下文で説明するように、軌)!!運動を行う予定の場合、その軌道
運動ができるように、さらに片寄せる。
工具と被加工部材との開の間隙は液体、通常は水と研削粒子とで満たされるが、
その他の液体も使用て゛きる。この加工流体を間隙へ吐出し、それを吸引によっ
て除去し、力a工砕片を有効に除去するのが通常行われる方法であって、これが
好ましい。
工具は加工部へ送られ、小さな振幅の逼切な音波又は超音波振動数で振動される
。その工具はまた、被加工部材に対して軌道を動くようにされる。この方法は普
通、研削流体の循環と砕片の流出を改善し、供給率と材料の除去率を上昇させる
。
加工は、被加工部材の表面に対して突出した研削粒子の機械作用と液体中のキャ
ビテーションとの組合わせによって行われる。
本発明はこの実施例において、超音波加工用トランスジューサを形成する黒19
f:、%のMJJJな反対像が、両方の方法において同一軌道運動を使用する
限り、EDM法により形成される被加工部材の正確な完全な対となるという事実
を有する。USMの研削間隙は事実上、EDMのスパーク間隙と同じとなる。
この同等性により、超音波工具の形成は単に、従来の方法で正の完全なマスター
形がら成形することによって得られ、その後、黒[径を形成し、回復させるため
に適切なEDM機械に使用される。ここで必要なことは、超音波工具を配設し、
それを黒鉛電極に対して正確に位置づけ、符合させ、超音波トランスジューサー
を遍切な時期に駆動させることである。従来から周知のように回転タレット操作
、又はインデックステーブルが使用される。
使用時、そのような操作は次のような工程で行われる。即ち、超音波トランスジ
ューサーを、必要とされる最終的被加工部材の正確な複製物として形成し、トラ
ンスジューサーを駆動しながら、黒鉛ブロックを超音波工具へ供給し、それがら
研削スラリーを流して黒鉛電極を形成する*’::;’fHが完全に形成された
時、超音波工具は引き抜かれ、研削液て洗われ、加工の準備が整った被加工部材
が退所に固定され、EDMが開始する。
S極が!:′粍する時、それはその電極を回復させるなめの回復掃作が侵食によ
って指示されている時点に達している。
その被加工部材を取出し、超音波工具に入れがえるaT:、径を工具へ前進させ
、研削流を流し、トランスジューサーを超音波駆動し、¥’A道による移動を行
わせる。これらは全部、前述した通りである0回復に必要な時間は、S径の状尽
によって指示されるが、通常、最初の電極形成に要する時間のわずかな部分でし
かない、;径が完全に回復した時、EDMを再開する。
この周期は必要に応じて何回もくり返される。ED ?viが終わり近くになる
時、最終的な回復を早え、電極の極性を逆にし、低パワーで最後の仕上げ切削を
行うことによって一層精巧な表面仕上げにすることは、望ましい場合が多い、一
般に、この仕上げ操作は精々、材料除去の最後の5%以下、又は機械加工の最後
の30分のうち、いづれか小ざい方で行われる。
E D M操作時間と回復時間の相対的時間は電極の形の複雑さやその他の詳細
な条件、加工される材料及び黒鉛材料の特性によって変わる。一般に、それは8
0〜90%の加工時間の範囲にあり、それ以上の場合もある。
U S ?v1笑施例は超音波トランスジューサー工具の最大寸法によって制限
される。一般に、これらの工具は直径が1Qoo以上であってはならない。
そのようにサイズの制限のないもうひとつの実施例は、全体的形状加工、即ち“
T F M”としても知られている機械的軌道研削であって、その場合、黒鉛電
極は、軌道面に対して直交する軸上での振動と組み合わせたのち、a道運動によ
り研削マスターに対して加工される。黒鉛の研削切削は工具がWA銘ブロックI
S?ilT削される時にその形全体に生じる。昔通、超音波工具の場合のように
、正の研削マスターが反対像の黒鉛;径を切削する。しかしながら、この場合、
軌道研削軌道は適切なスパーク間隙を備えるためにEDλ(の軌道より適切な量
だけ大きくなければならない、EDλ・丁電極の私〆を望まない場合、研削マス
ターの寸法は軌道に等しい盆だけ軌道面で拡大させなければならない。
軌道研削法は、小サイズにF+;IJ限されることはなく、超音波加ニドランス
ジューサーに比べて非常に簡単である。他方、軌道研削は黒鉛に大きな応力をか
けるので、特に複雑な細部や肉薄部材等の場合に傷つけたり、破壊したりする危
険が増す、tlL道研削は超音波加工の精巧な細部の分解を得ることができない
。
本発明は、本発明の特に好ましい実施例を示す図面を参照することによって詳し
く理解されるであろう、この実施例において、黒鉛S径は超音波加工によって形
成と回復が行われ、それは金属被力ロエ部材の軌道放電万Ω工に使用される。こ
れらの操作は、高生産率で単一の工作機械に対する一体的加工操作で必要とされ
る周期で行われる。
図面に示すE D M工具は一対の加工具(i)(2)上にあって、それらの加
工具は、摺動路m1(4)を介してX−Y軌道駆動台(3)と交互に結合するよ
うになっている。X−Y軌道駆動台(3)は剛性機械基部(5)に取付られ、そ
の駆動台には、X軸及びY軸の駆動部材が取付られ、これらはこの技術に普通程
度に通じた人々にとってよく知られているように、駆動台面の軌道運動を生じさ
せるようになっている。加工台(1)(2)は正確な符号関係で台(3)と結合
し、加工台の適切な符号と整列を保証する′A切な手段が使用され、′Fi数の
テーパー形ショットピン(6)を使用し、このピンは対応するテーパーピン孔(
7)にはまる、この方法は非常に1笑で正確で、再生可能であり、かつまた、全
く簡単で安価である。
加工台(1)と(2)は非常に似ている。主な違いは、各加工台にドレーンがあ
るが、E D M加工台(1)のドレーンは、EDM誘;供給装置に連絡してい
るが、U S ?vi加工台(2)のドレーンはU S M流体供給装置(9)
に連絡しているということである。
X−Y軌道駆動台(3)の上方で、ラム装置(10)は、機械基部(5)により
v!A直に支持された機械部材(図示せず)によってしっかりと支持される。こ
のラム装置(10)は駆動台(3)のX−Y軌道面に直交するY軸上を前進、後
退するようになっており、黒船電極(12)を支持した超音波トランスジューサ
ー(19)を支持している。
加工台(1)は、被加工部材を加工タンク(2C)内に固定し、閉じこめる。そ
の被加工部材は、それが加工台(1)に対して相対的に移動しないように、クラ
ンプ(11)で適所に締結される。加工タンク(20)はE D M誘S流を、
ドレーン(21)を介して誘;タンク(22)へ幽閉する。その誘;流は;気モ
ータ(24)により駆動される誘;ポンプ(23)により、フィルター(25)
を通って循環され、このフィルターが被加工部材から除去された金属を流体から
除去する。フィルターにかけられた誘電流体はEDM電極(12)の内部を通っ
て、その内部に形成された導管を通って送られる。この方法はこの技術に普通程
度に通じた人々にとってよく知られており、スパーク間隙にうまく流体を流し、
その間隙に蓄積する除去された金属砕片によるその間隙におけるアーク作用を減
らすようになっている。
図面を明瞭にするために、この流路は示されていない。
周期のDEM位相の間、加工作用はまず被加工部材を加工台(1)上の適所に締
めつけることにより始まり、その加工台(1)を駆動台(3)上の適所に符合さ
せ、それから、S Mモータ(24)を拍動させることにより誘;流の循環をス
タートさせ、X−Y@道駆動台(3)の迦切なサイズの軌道をスタートさせ、黒
鉛電極(12)をE D Mq流に掻く接近させる。ラム(10)をそれから、
金属除去率で決定される割合で抜刀ロエ部材内へ前進させ、遂に電極の摩耗がそ
の電極の回復作用を必要とするようになるまで加工作用を続ける。その時点で、
いくつかの段階を逆行させて回復の準備をする。
ラム(10)がその完全に引っこんだ位置にある時、符合する加工台(1)はそ
のショットピン(6)を引っこめ、それをスライドmW(4)上の適所から外れ
るようにスライドさせることによって適所の位置から離れ、それによって、これ
もまた、摺道路(4)に装着されているU3復用加工台(2)の余地を作る。加
工台(2)が適所に位置すると、その台はそのショットピン(6)がX−Y台(
3)上の雌形ショットピン孔(7)と結合することによって黒鉛S極(12)と
再び符合した状態で固定される。
E D M誘電流の流れは妨げられ、超音波加工用研削スラリーの流れがセレク
ター弁(26)を変えることによって開始され、その研削用スラリー流がUS特
表千1−5029(i8 (5)
Mスラリー供給部(9)から流れることになる。
加工台(2)は殆んど701台(1)と同じであるが、それが被加工部材ではな
くてマスターを保持しており、さらに加工タンク(30)と研削スラリータンク
(32)とに連絡したドレーン(31)を備えている点が異なる。そのスラリー
は、;気モータ(24)によって駆動されるスラリーポンプ(33)によってフ
ィルター(35)を通って循環され、そのフィルター(35)は研削粒子は通過
させるが、U S M jA作からのそれより目の荒い黒鉛砕片は除去するよう
な寸法を有する。
研削粒子は沈ませて、黒鉛を表面に浮かせるような担体触媒を選択することによ
って、浮遊法により研削スラリーから黒鉛を取り除く方法も堤供することができ
る。この方法によれば、フィルター(35)は不要となり、スラリータンク(3
2)内のすくい取り装置によって黒鉛を除去する手段を備える。この実施例は図
示していない。
R細な研削スラリーが、黒鉛と共に内部通路を通過するようになっており、その
圧力と流量比は超音に過度の労力を払う必要がない。
操作周期の超音波加工位相中、マスターがはじめに、加工台(2)上の黒鉛S極
と符合し、電気モータ(34)の作動により、研削スラリーが流動し始め、駆動
台(3)上でltL道がスタートし、ラム(10)が作動して、黒鉛をマスター
に衝く接近させる。この時点で、超音波トランスジューサーがスタートし、ラム
(10)は黒鉛電極、即ちUSM被加工部材を、@ gg除去早て′決まる割合
で、マスターへ前進させる。この操作は、次のE D M位相の準■のために上
の段階を處進させる時に必要とされる加工の形に、そのS 径が再び生れ変わる
まで続けられる。
国際調査報告
Claims (5)
- 1.A.本体装置に取付られ、その装置の一部を形成する放電加工用電極と、 B.高いパワーで高い供給比で加工するようになった前記装置の放電加工機械部 分と、前記高いパワーは電極の摩耗率を高くし、加工分解度と精度の損をも大き くする事と、 C.前記加工操作の最初の分解度及び精度レベルを取り戻すために電極を回復さ せるようになった前記装置の高速電極回復部分と、 D.前記電極と交互に共衝するため前記装置の放電部分と回復部分との相対的動 きを与える手段と、前記装置は前記加工及び回復1回の連続的周期操作で行われ るように構成されていることとで成る、高速度で放電加工及び電極回復をはかる 放電加工及び電極回復装置。
- 2.A.本件装置の放電部分に位置づけたワークステーションに被加工部材を取 付ける工程と、B.前記装置に取付けられた黒鉛放電電極がその電極の摩耗によ り分解度と精度を実質的な程度、失ってしまうまで、非常に高いパワーで、しか も機械の高速度で放電加工することにより、前記黒鉛放電電極で被加工部材を形 造る工程と、 C.電極から被加工部材を取り外し、その被加工部材を、前記装置の放電部分と 前記電極との相対的な動きによって前記加工位置から非作動位置へ移動させる工 程と、 D.前記装置の一部を形成する高速度電極回復ステーションを非作動位置から前 記電極と共に回復位置移動させ、それから前記黒鉛電極を、その高分解度構造を 回復するように、高速度で回復させる工程と、 E.前記装置の回復部分と前記電極との相対的動きにより、電極の回復ステーシ ョンを回復位置から非作動位置へ戻す工程と、 F.前記放電加工を連続させて前記被加工部材を形造るために、前記電極を使用 することによって被加工部材を形造る工程と、 G.前記被加工部材の所望の形態が得られるまで、前記被加工部材の放電加工と 前記電極の回復との周期を反復する工程とで成り、放電加工及び電極回復装置を 使って、高いパワーで、しかも高い供給率で導電性被加工部材を放電加工する方 法。
- 3.前記回復部分は超音波加工工具であることを特徴とする、請求の範囲第1項 に記載の装置。
- 4.前記回復部分は全体的形状の加工工具であることを特徴とする、請求の範囲 第1項に記載の装置。
- 5.前記電極は黒鉛であることを特徴とする、請求の範囲第1項に記載の装置。
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