JPH07102484B2 - 放電加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、加工電極と被加工物との間に間歇的に電圧パ
ルスを印加してパルス放電を生ぜしめる放電加工装置に
関する。

（従来の技術） 従来の放電加工装置では、加工電極を被加工物に対して
所定の振幅で上下に往復させるレシプロ運動を行なわ
せ、加工電極の上昇時に加工液を加工間隙に流入させ下
降時に加工間隙から噴出させるポンプ作用によって、加
工間隙に生成する加工屑を排除し、加工液を更新しなが
ら加工を行なうのが普通である。そして通常、レシプロ
運動の周期は0.3〜30sec程度の範囲で、又、振幅は0.05
〜1mm程度の範囲で放電状態等に応じて増減制御され
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、このようなレシプロ運動では、放電状態や加工
深さ等の加工状態に応じて周期や振幅を変更制御したと
しても、ポンプ作用による加工液の流れが比較的規則的
となるため、レシプロ運動を繰返しても加工液が良く更
新される部位とあまり更新されない部位とが生じる。こ
のため加工液の更新が一様に行なわれず、加工間隙の一
部に加工屑が滞留滞積することがあり、各部位の加工屑
濃度が不均一となり、放電の均一分散性が阻害され、一
部で集中放電やアーク放電が生じて良好な加工を困難に
したり加工面粗さを不均一にしたり加工能率を悪化させ
たりすることになる。

このような問題点に鑑み、本発明は、レシプロ運動によ
る加工間隙の加工液更新、加工屑排除の機能を改善し、
加工液の更新を各部一様に行なって加工間隙の加工屑濃
度の調整を所期の通り行ない各部位の加工屑濃度を均一
にすることにより、集中放電やアーク放電の発生を防止
し、加工面の全面で良好な放電を分散性良く均一に発生
させて面粗さの均一な精度の良い加工を能率良く行ない
得る放電加工装置の提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） この目的を達成するため、本発明の放電加工装置は、加
工電極が取付けられる電極ホルダを該ホルダの軸方向に
所定振幅で往復運動させるレシプロ運動装置を備えると
共に、前記電極ホルダの軸と直角に配設されて該ホルダ
を支持する板状部材と、該板状部材に前記電極ホルダの
軸を中心として放散同形に３個以上配設され前記電極ホ
ルダの軸方向に所定距離移動する上下動装置と、該３個
以上の上下動装置を介して前記板状部材を支持する部材
と、前記３個以上の上下動装置を夫々所定時間ずらせて
順次動作させる駆動装置とからなる前記電極ホルダの軸
を傾動させる傾動装置を備え、加工電極と被加工物との
対向面積、加工形状、加工条件のうちの１つ又は２以上
の組合わせによって、前記レシプロ運動装置により前記
電極ホルダを往復運動させる周期と前記傾動装置により
前記３個以上の上下動装置を順次動作させる周期との比
を所定の比率に設定し、加工間隙の放電状態に応じて前
記各周期を増減制御する手段を備えてなることを特徴と
する。

（作用） 放散同形に配設される３個以上の上下動装置を夫々所定
時間ずらせて順次動作させることにより、電極ホルダの
軸を傾動させると共に該傾動の向きを順次変化させる運
動（以下、みそすり運動と言う）が生じる。このみそす
り運動により電極ホルダ先端に取付けられた加工電極と
被加工物間の加工間隙の長さが一部で小さくなり他部で
大きくなり、この加工間隙長さが大きく又は小さくなっ
た部位が円運動するように移動することにより、加工間
隙内の一部加工液の更新が行なわれると共に加工液が加
工屑とともに攪拌され、加工間隙各部位の加工屑濃度が
均一化される。又、このように加工間隙内の加工液が攪
拌されている状態で、加工電極がレシプロ運動装置によ
り上下往復運動を行なうことにより、該運動に伴うポン
プ作用によって加工間隙に流入する加工液の流れ及び加
工間隙から流出する加工液の流れが擾乱されて不規則的
になるため、各一回のレシプロ運動による加工液の更
新、加工屑の排除は必ずしも各部一様に行なわれないに
しても、ポンプ作用による加工液の流れが不規則的であ
るため、レシプロ運動を繰返すことにより加工間隙の加
工液は各部一様に更新されることになり、加工間隙の一
部に加工屑が滞留、滞積するようなことがなく、加工屑
濃度を各部一様にして、集中放電やアーク放電の発生を
防止し得る。又、放電はみそすり運動により加工間隙長
さが小さくなっている部位で発生するが、この放電発生
部位が円を描くように移動して加工間隙の各部位に分散
性良く均一に良好な放電を発生させることができる。
又、この放電発生部位が移動することからも集中放電や
アーク放電の発生が防止される。

又、特に加工面積の広い仕上加工を行なう場合、加工電
極と被加工物との対向面積が大きいと浮遊容量が大きく
なることから、一発一発の放電が重なり、放電エネルギ
が大きくなって加工面を粗くし、所期の仕上面粗さが得
られない結果を生じるが、本発明では、加工電極のみそ
すり運動により加工間隙長さが大きい部位と小さい部位
とが形成され、従来のように加工間隙長さが各部均一に
保持されて加工が行なわれる場合に比して、加工間隙長
さの大きい部位が形成されるだけ浮遊容量が低減される
から、広い加工面積でも所期の面粗さで精度の良い仕上
加工が行なわれる。

又、加工電極と被加工物との対向面積が大きい程、又、
加工形状が凹凸に富んだ複雑な形状である程、又、加工
条件によっても荒加工では仕上加工よりも単位時間当り
の加工屑生成量が多いため、加工間隙の各部位の加工屑
濃度の不均一や加工屑の一部位の滞留等が起こりやす
い。そこで、前記対向面積が大きいとき、加工形状が凹
凸に富んだ複雑な形状であるとき、一発の放電エネルギ
の大きい加工電圧パルスを供給する荒加工のときは、加
工間隙の各部位の加工屑濃度の均一性を向上させるため
に、レシプロ運動の周期の間に行なわれるみそすり運動
の回数を多くする如く、前記対向面積、加工形状、加工
条件によってレシプロ運動の周期とみそすり運動の周期
との比を所定の比率に設定し、この状態で、加工間隙の
放電状態に応じて両周期を増減制御することにより、加
工間隙の加工屑濃度を所期の濃度に調整し、各部位の加
工屑濃度を均一にする機能を最適に発揮させることがで
きる。

（実施例） 第１図および第２図は本発明の型彫放電加工装置の一実
施例であり、１は加工電極、２は被加工物、３は加工電
源、４は電極ホルダ、５は電極ホルダ４および加工電極
１を支持するスピンドルであり、後述のレシプロ運動装
置40により上下動させられるものである。該スピンドル
５と前記電極ホルダ４との間に、それぞれ電極ホルダ
４、スピンドル５に固着した円板6,7を介して３個以上
（実施例は３個）の上下動装置8a〜8cを、電極ホルダ４
の軸心のまわりに配設する。本実施例の上下動装置8a〜
8cは、所定の振幅を得るため、それぞれ１個以上の円板
状の電歪材９を同数ずつ積層して相互に固着したものに
ついて示す。10は上下の円板6,7間に介装した引張りば
ねであり、下方の円板６を上方に引上げておくものであ
り、必要に応じて設けられるものである。

レシプロ運動装置40は、ヘッド41に設けられた筒体42に
上下動自在に嵌合され、スピンドル５の上部に１枚以上
取付けられたガイド板43を筒体42の内面に縦に設けたガ
イド溝44に沿って摺動自在に係合させることにより回り
止めされている。該スピンドル５を上下動させる駆動装
置は、筒体42内に固定された可逆モータ45と、該可逆モ
ータ45の出力ねじ46と、該出力ねじ46を螺挿するねじ孔
47aを有し、かつスピンドル５に固定されたナット47と
からなり、制御回路48からの信号により、スピンドル５
を被加工物１に対する高さ制御を行なうと共に、検出さ
れる放電状態に応じて３〜0.03回／秒程度の頻度、0.05
〜1.0mm程度の振幅の範囲でレシプロ運動を行なわせる
ものである。

11は前記制御回路48からの信号により駆動され、上下動
装置8a〜8cの順に、各装置8a〜8cの電歪材９に夫々所定
時間ずらせて電圧を印加することにより、これらを順次
伸縮させ、これにより円板６および電極ホルダ４を介し
て加工電極１にみそすり運動を行なわせる駆動装置であ
る。

第３図は制御回路48の一部を示す図であり、12は加工電
源３により電極１と被加工物２との間に印加される各電
圧パルスごとの放電電圧（例えば電圧パルス印加時点よ
りパルス幅の50％の時点における電圧）を検出する検出
器、49は前記電圧パルス印加に基づく間隙電圧が、例え
ば25V以上、すなわち間隙で未だ放電を生じていない
か、発生放電パルスが正常と思われる電圧の場合にのみ
出力を「１」とする比較器、50は前記間隙電圧が例えば
20V以下、すなわち加工電極１と被加工物２との間に短
絡を生じている、または間隙での放電がアーク放電気味
等の不良放電状態であると思われる電圧の場合に出力を
「１」とする比較器、51は単位時間当たりの比較器49の
出力「１」の数が所定値以下になるか、もしくは電源装
置３により加工電極１と被加工物２との間に加えられる
電圧パルス数Ｎに対する比較器49の出力「１」の数の割
合が所定値以下になるのに応じてみそすり運動周期（第
５図のT1）を減少変化させ、逆の場合に増大変化させる
制御回路である。52は、単位時間当たりの比較器49の出
力「１」の数の所定値以下の減少、もしくは電源装置３
により加工電極１と被加工物２との間に加えられる電圧
パルス数Ｎに対する比較器50の出力「１」の数の所定値
以上の増大によってレシプロ運動の周期を減少変化さ
せ、逆の場合に増大変化させる制御を行なうと共に、電
極１と被加工物２との距離を調整するように前記モータ
45を制御する制御回路である。又、制御回路48により、
みそすり運動の周期とレシプロ運動の周期との比が設定
される。

第４図は前記駆動装置11の具体例であり、各上下動装置
8a〜8cは電気的には複数個の電歪材９を並列接続してな
り、各上下動装置8a〜8cに対する各駆動回路は、整流器
13からの直流電流をスイッチング素子14を駆動すること
により変圧器15に流し、該変圧器15で昇圧し、整流器16
を介してコンデンサ17に充電し、各上下動装置8a〜8cの
電歪材９に印加するように構成され、各スイッチング素
子14は、前記検出器12により検出される放電状態によ
り、前記制御回路51、ドライブ回路19を介してオンオフ
制御される。

第５図は第４図の回路の動作を説明するもので、ａ〜ｆ
は第４図の同じ符号で示す各部の信号を示し、g,h,iは
電圧印加により各上下動装置8a〜8cの下方へ伸びた分の
長さを示す。図示のように、スイッチング素子14はそれ
ぞれ所定時間ｔだけずらせて供給されるa,b,cに示す高
い周波数のパルス列の組みによって周期T1でサイクリッ
クに作動し、制御回路48で設定したみそすり運動の周期
T1とレシプロ運動の周期T2（第６図）との比に応じ、例
えば周期T1が周期T2の1/3に設定される場合、周期T1
は、0.3〜30sec程度の範囲で放電状態に応じて増減制御
される周期T2の1/3の0.1〜10sec程度の範囲で放電状態
に応じて増減制御され、d,e,fに示すように上下動装置8
a,8b,8cの夫々の電歪材９にこの周期T1を三分割した時
間ｔだけ遅れて三角波電圧が順次印加され、電圧波高に
応じて電歪材９が下方に伸長、または上方に収縮し、そ
の伸長または収縮した部分の円板６の部分が下降または
上昇するので、円板６すなわち電極１がみそすり運動を
することになる。このみそすり運動を行なわせる電歪材
９の上下動幅は例えば５〜100μｍ程度に設定される。

また、上記みそすり運動の１周期の時間および振幅は、
加工電極１またはスピンドル５に対する加工サーボ送り
の応答速度よりも充分早く、かつ加工送りの最小設定単
位の数倍以内であるように選定して、サーボ送りの安定
を乱さず、常に加工面積を小面積に保って面粗さ10μmR
max程度以下の仕上加工において、加工面を荒さずに加
工が行なえるようにする。

また従来から通常、レシプロ運動の周期T2は、加工電極
と被加工物との対向面積、加工形状、加工条件に応じて
設定されるが、本発明では、更に、前記対向面積、加工
形状、加工条件、あるいはこれらの組合わせに応じて、
この設定周期T2がみそすり運動の周期の数倍ないしは数
十倍以上の所定倍率となるようにみそすり運動の周期T1
が設定される。そして、検出放電状態に応じて、設定周
期T2が、比較器50の出力「１」の割合が多いほど減少制
御されると共に比較器49の出力「１」の数が多いほど増
大制御され、又、設定周期T1も、比較器49の出力「１」
の数が多いほど増大制御される。又、他方、比較器49の
出力「１」の数が多いときは、加工電極１と被加工物２
との間隔を狭める加工送りを早くする。

次に具体例により本発明による加工面の均一化および加
工能率の向上について述べる。第６図（Ａ）に示すよう
に、前記周期T1を0.4secとし、振幅を15μｍとし、一方
モータ45によるレシプロ運動の周期T2を第６図（Ｂ）に
示すように周期T1の2.5倍の１秒とし、振幅を70μｍと
し、さらに被加工物２をS55C、電極１をCuとし、電極の
大きさを15mm×30mmとして、前記設定周期T1及びT2を検
出放電状態に応じて前記のように関連制御して加工した
とき、８μRmax以上の良い加工面においては、本発明の
ものは全面が均一となり、面粗さの割合（ｒ）、即ち目
的とする面粗さ（Ro）の所と一番粗い所（Rr）との比
（ｒ＝Rr/Ro）が下記の数値となった。

本発明 従来 Rmax8μｍ 1.12（1.3） 1.45 Rmax5μｍ 1.2（1.45） 1.64 Rmax3μｍ 1.3（1.6） 2.31 Rmax1.5μｍ 1.40（1.85） 4.62 となり、極めて良い結果が得られた。なお、（）内の数
字はレシプロ運動を加えない場合である。

また、10mm幅、1mm厚さの細い電極を用い、前記と同じ
条件で加工速度を測定したところ、第７図に示すような
結果を得た。第７図において、Ａはレシプロ運動および
みそすり運動無し、Ｂはレシプロ運動のみ有り、Ｃはみ
そすり運動のみ有り、Ｄはレシプロ運動およびみそすり
運動有り、ＥはＤにさらに第１図の電極１の加工液噴出
孔1a〜1cからの加工液噴射（噴射圧1.2kg/cm²、流量2l/
min）を加えた場合について示し、これらの曲線から判
るように、レシプロ運動とみそすり運動を組合わせるこ
とにより、加工速度を高めることができ、さらに加工液
を噴射することにより、加工速度を一層高めることがで
きる。

また、電極消耗率について比較すると、パルス幅18μse
c、休止幅６μsec、Ip1.6Aで加工した時、電極消耗率が
22％となり、本発明による場合、電極消耗率が12％とな
った。

第８図および第９図は本発明の他の実施例であり、本実
施例は、前記電極ホルダ４を固着した円板６上にロッド
21,22,23を垂直に固着し、各ロッド21,22,23を、前記ス
ピンドル５に固着した円板７に上下動自在に貫通し、各
ロッド21,22,23の上端に水平板24,25,26を固着し、各円
板７の上面に固定した電動モータ27,28,29により回転さ
れるカム板30,31,32の周面を前記各水平板24,25,26の下
面に当接させ、電動モータ27,28,29を、各カム板30,31,
32と水平板24,25,26との接触面の最下点が順次あらわれ
るように駆動するようにしたもので、各カム板30,31,32
の回転周期や振動幅も前記実施例と同様に設定される。

なお、本発明を実施する場合、前記上下動装置8a〜8cと
しては、磁歪材やねじによる駆動機構を用いることがで
きる。また、本発明は、ワイヤカット放電加工にも用い
ることができる。また、放電状態を検出する手段として
は、平均電圧や放電電流を検出する等、種々の手段が採
用できる。

（発明の効果） 以上述べた通り、本発明によれば、レシプロ運動装置に
より加工電極に電極ホルダの軸方向に所定振幅で往復す
るレシプロ運動を行なわせると共に電極ホルダの軸を傾
動させる傾動装置により加工電極にみそすり運動を行な
わせ、このレシプロ運動とみそすり運動の夫々の周期T1
とT2との比を、加工電極と被加工物との対向面積、加工
形状、加工条件のうちの１つ又は２以上の組合わせによ
って所定の比率に設定し、加工間隙の放電状態に応じて
前記各周期を増減制御するように構成したことにより、
加工間隙の加工屑濃度を所期の濃度に調整し、加工間隙
の各部位の加工屑濃度を均一に保持して、集中放電やア
ーク放電の発生を防止し、加工面の全面で良好な放電を
分散性良く一様に発生させて均一な面粗さの精度の良い
加工を能率良く行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例装置の構成図、第２図は第１
図の上下動装置の配置を説明する平面図、第３図は第１
図の上下動装置およびレシプロ運動装置の制御回路の一
例を示す回路図、第４図は第１図の上下動装置の駆動装
置の一例を示す回路図、第５図は第４図の動作説明に供
する波形図、第６図は前記上下動装置およびレシプロ運
動装置の動作の関連を示す波形図、第７図は上下動装置
およびレシプロ運動装置による動きと加工速度との関連
を示す曲線図、第８図および第９図は本発明の他の実施
例を示す側面図および上下動装置の配置を示す平面図で
ある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加工電極が取付けられる電極ホルダを該ホ
   ルダの軸方向に所定振幅で往復運動させるレシプロ運動
   装置を備えると共に、前記電極ホルダの軸と直角に配設
   されて該ホルダを支持する板状部材と、該板状部材に前
   記電極ホルダの軸を中心として放散同形に３個以上配設
   され前記電極ホルダの軸方向に所定距離移動する上下動
   装置と、該３個以上の上下動装置を介して前記板状部材
   を支持する部材と、前記３個以上の上下動装置を夫々所
   定時間ずらせて順次動作させる駆動装置とからなる前記
   電極ホルダの軸を傾動させる傾動装置を備え、加工電極
   と被加工物との対向面積、加工形状、加工条件のうちの
   １つ又は２以上の組合わせによって、前記レシプロ運動
   装置により前記電極ホルダを往復運動させる周期と前記
   傾動装置により前記３個以上の上下動装置を順次動作さ
   せる周期との比を所定の比率に設定し、加工間隙の放電
   状態に応じて前記各周期を増減制御する手段を備えてな
   ることを特徴とする放電加工装置。
2. 【請求項２】前記上下動装置が、電歪材又は磁歪材によ
   り構成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の放電加工装置。