JPH08229745A

JPH08229745A - 三次元放電加工装置

Info

Publication number: JPH08229745A
Application number: JP3525595A
Authority: JP
Inventors: Kiyohiko Tateyama; 清彦館山
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-02-23
Filing date: 1995-02-23
Publication date: 1996-09-10

Abstract

(57)【要約】【目的】三次元形状加工の際に電極と被加工物とのギ
ャップを加工終了まで適正に保ち、安定した加工を可能
とし、また、加工状態に応じて加工条件を自動的に変更
修正し、長時間に渡って効率よい加工を可能とし、電極
の消耗に対して適切な補正を施し高精度な加工を可能と
する。【構成】被加工物１が絶縁液２に浸されて配置された
加工槽３と、被加工物１に接近して配置され加工工具と
なる電極４と、前記電極４と前記被加工物１との間に放
電電力を供給する電源５と、前記電極４と前記被加工物
１とを相対的に位置決めする駆動手段６と、前記駆動手
段６を制御する制御手段７とを備えた三次元放電加工装
置である。また、前記電極４を前記被加工物１に対して
一定の周波数および振幅で振動し得る振動手段８と、短
絡信号と振動振幅から前記電極４と前記被加工物１との
相対位置を演算する演算部９とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電極と被加工物とを相
対的に位置決めし、三次元形状を有する金型や金属、導
電性セラミック等の部品を加工する三次元放電加工装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、三次元形状を有する金型や金属、
導電性セラミック等の部品を加工する三次元放電加工装
置として、「応用機構光学，１９９１年１２月号１２４
〜１２９頁（大河出版）」に記載されたものがある。こ
の三次元放電加工装置は、図７に示すようなもので、電
極４と加工槽３内の絶縁液２に浸された被加工物１と
に、放電電力を供給する電源５が接続されている。電極
４は、制御手段７に接続された駆動手段６に支持され、
被加工物１と相対的に移動し位置決めされるようになっ
ている。

【０００３】上記構成の三次元放電加工装置において、
電源５により電極４と被加工物１との間に放電電力を供
給印加しながら、電極４の先端と被加工物１とを接近さ
せると、電極４と被加工物１との間に放電が生じ、被加
工物１の電極４の先端に対向する部分が溶融除去され
る。したがって、制御手段７により駆動手段６を駆動
し、電極４を被加工物１に対し任意の三次元形状に沿っ
て位置決めすることにより、各位置で放電による溶融除
去加工を進め、任意の三次元形状に加工することができ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の装
置では、三次元形状の加工を行うためには、電極４と被
加工物１とのギャップは、大きすぎても、小さすぎて
も、放電が生じなくなり、加工が進行しなくなるため、
適正に保つ必要がある。ところが、このギャップの適正
範囲は、数μｍ程度と非常に小さく、加工終了まで適正
範囲内に保つことは非常に難しい。特に、ギャップが小
さくなりすぎて短絡等が生じた場合、これを回避するこ
とができず、また電極４の折損等が生じることもあり、
安定して加工を行うことは、困難である。

【０００５】さらに、放電加工は、通常、長時間の加工
時間を要し、かつ、加工屑の排出、電極の消耗等によ
り、加工状態が刻々と変化する加工方法であるが、この
変化に対応して加工中に条件を変更修正することができ
ず、このため、効率よく加工することが困難である。特
に、電極の消耗は、放電加工において必ず生じ、これに
より、加工設定点と実際の加工点との間にズレが生じ、
加工精度の劣化の大きな要因となっているが、従来の装
置ではこれを補正する手段を持っていないという問題点
がある。

【０００６】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、請求項１に係る発明は、三次元形状加工
の際に電極と被加工物とのギャップを加工終了まで適正
に保ち、安定した加工が可能であり、また、加工状態に
応じて加工条件を自動的に変更修正し、長時間に渡って
効率よい加工が可能であり、また、電極の消耗に対して
適切な補正を施し高精度な加工が可能な三次元放電加工
装置を提供することを目的とする。請求項２に係る発明
は、上記目的に加え、被加工物との接触による電極の折
損等を防止することができる三次元放電加工装置を提供
することを目的とする。請求項３に係る発明は、上記目
的に加え、更に安定した加工を行うことができる三次元
放電加工装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る発明は、図１に示すように、被加工
物１が絶縁液２に浸されて配置された加工槽３と、被加
工物１に接近して配置され加工工具となる電極４と、前
記電極４と前記被加工物１との間に放電電力を供給する
電源５と、前記電極４と前記被加工物１とを相対的に位
置決めする駆動手段６と、前記駆動手段６を制御する制
御手段７とを備えた三次元放電加工装置において、前記
電極４を前記被加工物１に対して一定の周波数および振
幅で振動し得る振動手段８と、短絡信号と振動振幅から
前記電極４と前記被加工物１との相対位置を演算する演
算部９とを備えた。請求項２に係る発明は、請求項１に
係る発明において、前記電極が前記被加工物との接触に
応じて伸縮する伸縮機構を備えたことを特徴とする。請
求項３に係る発明は、請求項１または２に係る発明にお
いて、前記振動手段が前記電極または前記駆動手段に設
けられ、前記電極または前記駆動手段の駆動と連動して
振動することを特徴とする。

【０００８】

【作用】上記構成の三次元放電加工装置において、電極
４と加工槽３内の絶縁液２に浸された被加工物１との間
に、電源５から放電電力を供給印加しながら、電極４と
被加工物１とを相対的に位置決めし、接近させると放電
が生じ、被加工物１の電極４に対向した部分が溶融除去
される。順次、所望の加工形状に沿って各加工箇所に連
続的に位置決めを行い、被加工物１を任意の三次元形状
に加工する。

【０００９】この際、電極４は、振動手段８によって振
動し被加工物１に接近離反している。このため、各加工
箇所での加工は、電極４の振動範囲で進行し、電極４と
被加工物１とのギャップの適正範囲が電極４の振動範囲
内にあれば、加工が進行する。そして、短絡が生じた場
合でも、電極４の振動により、短絡した箇所と電極４と
の間にギャップが生じ、この箇所での加工を行うため、
短絡を回避することができる。このため、電極４と被加
工物１とのギャップを加工終了まで適正範囲に保ち、安
定した加工を行うことができる。

【００１０】また、この際、電極４の振動の周波数を、
各加工箇所で十分加工が行える周波数とし、振幅は、振
動で電極４が最も被加工物１に接近した時に接触し短絡
を生じる大きさに設定する。電極４の振動により短絡は
周期的に生じるが、この際の短絡時間は、電極４と被加
工物１との接触時間であり、短絡状態が継続されること
はない。

【００１１】一方、演算部９は、短絡による放電電流値
の変化により、短絡信号を周期的に検出し、短絡時間と
振動振幅より、電極４と被加工物１との相対位置を演算
する。これにより、相対位置の変化から、加工速度等を
自動的に変更修正し、電極４と被加工物１との相対位置
を一定に保つようにする。よって、長時間に渡る加工に
おいても、効率よく加工を行うことができる。

【００１２】また、電極４と被加工物１との相対位置を
一定に保つような加工状態では、単位時間当たりの加工
量が一定となり、相対位置の変化量が、電極４の消耗に
よる加工設定点と実際の加工点とのズレ量を示す。これ
をキャンセルするように加工設定点に補正を施すことに
より、高精度な加工を行うことができる。

【００１３】請求項２に係る発明においては、電極４
は、被加工物１との接触に応じて伸縮し、被加工物１と
の接触による電極４の折損等を回避することができる。
請求項３に係る発明においては、振動手段８が電極４ま
たは駆動手段６に設けられ、電極４または駆動手段６の
駆動と連動して振動するため、電極４の振動は常に加工
の進行方向であり、加工形状に的確に対応した演算がな
され、更に安定した高精度な加工を行うことができる。

【００１４】

【実施例】

［実施例１］図２は本実施例の三次元放電加工装置を示
す概略構成図、図３はその三次元放電加工装置の要部拡
大断面図である。（構成）円柱状の電極２１と、加工槽２２内の絶縁液２
３に浸された被加工物２４とには、放電電力を供給する
電源２５および短絡信号検出部２６が接続されている。
短絡信号検出部２６は制御装置２７に接続され、その制
御装置２７を介して、やはり制御装置２７に接続された
計算機２８に短絡信号を送信することが可能となってい
る。

【００１５】加工槽２２は、ベース２９上に配設された
Ｘステージ３０、Ｙステージ３１上に載設されている。
これにより、加工槽２２内の絶縁液２３中に設けられた
被加工物２４は、Ｘステージ３０、Ｙステージ３１の駆
動に伴って、加工槽２２と一体的にＸ方向、Ｙ方向に移
動する。

【００１６】電極２１は、電極支持部材３２に取り付け
られており、電極支持部材３２は、Ｚステージ３３下面
に配設された電歪アクチュエータ３４の下面に取り付け
られている。Ｚステージ３３は、ベース２９上に直立し
た支柱３５に取り付けられ、Ｚ方向に駆動可能になって
おり、電極２１は、Ｚステージ３３の駆動に伴ってＺ方
向に移動する。

【００１７】Ｘステージ３０、Ｙステージ３１およびＺ
ステージ３３は、制御装置２７に接続され、制御装置２
７の指令により駆動する。また、電歪アクチュエータ３
４は、電源４７に接続され、電極２１の軸方向に振動す
る。

【００１８】次に、図３に基づき電極支持部材３２およ
び電歪アクチュエータ３４の説明をする。電極支持部材
３２は、電極案内管３２ａと案内管支持部材３２ｂと押
圧板３６とバネ３７と取付け板３８とで構成されてい
る。電極案内管３２ａは、上端に円盤状のツメ３９ａを
有し、内径が電極２１の直径と一致する円筒管であり、
電極２１の上部が挿入され、イモネジ４０電極で締結保
持されている。案内管支持部材３２ｂは、下端にツメ３
９ｂを有し、内径がツメ３９ａの直径と一致する円筒管
であり、上部より電極案内管３２ａが挿入され、ツメ３
９ａ、ツメ３９ｂにより保持されている。また、案内管
支持部材３２ｂは、電極案内管３２ａ上部に押圧板３６
が挿入され、その上にバネ３７が配設され、取付け板３
８にネジ４１で固定されている。したがって、電極２１
は、電極案内管３２ａと一体的にＺ方向に摺動するよう
になっている。ネジ４１には、端子４５ａ、４５ｂが設
けられ、それぞれ電源２５および短絡信号検出部２６に
接続され、電力供給および放電電流検出が可能となって
いる。また、取付け板３８上面には、ネジ４２ａが設け
られている。

【００１９】電歪アクチュエータ３４は、ケース３４ａ
と駆動板３４ｂと電歪素子４３とで構成されている。ケ
ース３４ａは、断面が矩形の円筒形状であり、ケース３
４ａの内側上面に電歪素子４３が、電圧の印加によりＺ
方向に伸縮するように固着されている。そして、電歪素
子４３の下面に駆動板３４ｂが固着され、駆動板３４ｂ
は、電歪素子４３の伸縮により、Ｚ方向に摺動するよう
になっている。また、駆動板３４ｂの下面には、ネジ４
２ａと螺合するネジ４２ｂが設けられ、取付け板３８が
取り付けられている。また、ケース３４ａの上面には、
ネジ４４ａが設けられ、Ｚステージ３３の下面に設けら
れたネジ４４ｂと螺合して取り付けられている。ケース
３４ａには、電歪素子４３と接続されている端子４６が
設けられており、電源４７と接続され電圧印加が可能と
なっている。

【００２０】（作用、効果）電極２１と被加工物２４と
の間に電源２５により放電電力を供給印加しながら、両
者を相対的に位置決めし、放電加工を行う。この際の電
極２１と被加工物２４との相対的位置決めは、予め、加
工形状を基に計算機２８により生成した加工形状データ
に従い、Ｘステージ３０、Ｙステージ３１およびＺステ
ージ３３をそれぞれ駆動して行う。

【００２１】加工中、電歪アクチュエータ３４には、電
源４７により、一定の周波数および振幅で電圧が印加さ
れ、電極２１がＺ方向に振動しているため、各加工箇所
では、電極２１の振幅の範囲で加工が進行する。このた
め、電極２１の振幅の範囲内に、電極２１と被加工物２
４とのギャップの適正範囲があれば、加工が進行し、短
絡が生じた場合でも、電極２１の微動により短絡した箇
所と電極２１との間に適正なギャップが生じ、この箇所
での加工を行うため短絡を回避することができ、加工終
了までギャップを適正範囲に保ちながら、安定した加工
を行うことが容易にできるようになっている。

【００２２】この際の振動の周波数は、各加工箇所で十
分加工が行えるように、数十Ｈｚに設定し、振幅を放電
ギャップよりやや小さい値である数μｍ程度とした。ま
た、振幅を放電ギャップよりやや大きい数μｍ〜十数μ
ｍ程度に設定すると、電極２１が、Ｚ方向最下端にある
ときに被加工物２４と接触し、周期的に短絡を生じるこ
ととなる。短絡信号検出部２６は、常に放電電流を検出
しており、これより周期的な短絡信号を抽出し、短絡時
間を計算機２８に送信する。計算機２８は、短絡時間の
長さ、変化量より、電極２１と被加工物２４との適正な
相対位置および加工条件を演算し、制御装置２７に送信
する。制御装置２７は、Ｘステージ３０、Ｙステージ３
１およびＺステージ３３を駆動し、電極２１と被加工物
２４との相対位置を修正し、新たな加工条件で加工を行
う。また、この際、加工形状データと修正位置より、電
極２１の消耗量を演算し、加工形状データに補正を加え
る。

【００２３】これにより、長時間に渡る加工において、
効率よい加工が可能であり、また、高精度な加工が可能
である。また、電極２１は、電極支持部材３２により、
Ｚ方向に摺動可能に支持されており、被加工物２４との
接触時には、引込み、非接触時には、バネ３７により元
の状態に戻るように伸縮するようになっている。このた
め、接触時に、電極２１に余分な負荷がかかって折損す
ることもなく、加工を進めることができる。本実施例に
おいては、円筒形状の電極２１とＸ−Ｙ−Ｚ３軸の直交
したステージ部（Ｘステージ３０、Ｙステージ３１およ
びＺステージ３３）を有し、電極２１の微動をＺ方向に
行う構成のため、電極２１をＸ−Ｙ平面で走査し、次第
にＺ方向に電極２１を送り加工するような形状に効果的
であり、特に金型凹部等の加工において効果を発揮す
る。

【００２４】［実施例２］図４は本実施例の三次元放電
加工装置を示す概略構成図、図５は本実施例の三次元放
電加工装置に使用される電極の例を示す斜視図である。
なお、本実施例の装置において、実施例１と同様の構成
部分については図１〜図３と同一符号をもって示し、そ
の説明は省略する。

【００２５】（構成）すなわち、本実施例において、加
工槽２２は、図４に示すように、ベース２９上のＸステ
ージ３０、Ｙステージ３１上に配設されたθ方向への回
転ステージ５０上に設けられており、被加工物２４は、
中心が回転ステージ５０の回転軸に一致するように設置
されている。また、電歪アクチュエータ３４は、Ｙ方向
に振動するようにＺステージ３３側面に取り付けられ、
下面に電極２１が支持されている電極支持部材３２は、
電歪アクチュエータ３４の振動面５１に取り付けられ、
Ｙ方向に振動するようになっている。

【００２６】（作用、効果）上記構成の加工装置によれ
ば、電極２１がＹ方向に振動しながら加工を行い、水平
方向より電極２１を送り加工するような形状、例えば、
凸面の加工や側面の加工において、実施例１と同様の作
用、効果が得られ、また、回転ステージ５０を有するこ
とで軸対象の被加工物２４の加工に適している。また、
本実施例においては、図５に示すように、矩形板状電極
５２を用いての高能率な加工や、円盤状電極５３を用い
ての横溝の加工等、多彩な形状の電極を使用した加工に
おいても効果を発揮できる。

【００２７】［実施例３］図６は本実施例の三次元放電
加工装置を示す概略構成図である。なお、本実施例の装
置において、実施例１と同様の構成部分については図１
〜図３と同一符号をもって示し、その説明は省略する。

【００２８】（構成）すなわち、本実施例においては、
加工槽２２は、ベース２９上のＸステージ３０、Ｙステ
ージ３１上に設けられており、Ｘステージ３０およびＹ
ステージ３１は、それぞれ微動Ｘステージ６０および微
動Ｙステージ６１を有している。また、Ｘステージ３０
およびＹステージ３１は、制御装置２７に接続され同時
制御可能となっており、微動Ｘステージ６０および微動
Ｙステージ６１は、それぞれＸステージ３０およびＹス
テージ３１の駆動に連動して振動するように構成されて
いる。電極２１は、電極支持部材３２に支持され、Ｚス
テージ３３に取り付けられ、Ｚ方向に移動するようにな
っている。

【００２９】（作用、効果）上記構成の加工装置によれ
ば、Ｘステージ３０およびＹステージ３１の駆動に連動
して、微動Ｘステージ６０と微動Ｙステージ６１が同期
した振動をする。この際の振幅は、Ｘステージ３０、Ｙ
ステージ３１の駆動速度に比例するため、加工槽２２内
の被加工物２４は、Ｘ−Ｙ平面上での移動方向に振動す
る。この際の電極２１の消耗は、径方向のズレとして検
出され、補正される。したがって、本実施例の加工装置
は、板状の被加工物２４に対して、Ｚ方向に電極２１を
送り貫通した後、Ｘ−Ｙ方向に電極２１を加工形状の輪
郭に沿って移動させ、えぐり貫いて作られるような形状
の部品、例えば、ギア等の部品の加工に適している。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、請求項１に係る発明によ
れば、電極を振動することにより、短絡を回避し、電極
と被加工物のギャップを適正範囲に保つため、加工終了
まで安定した加工が容易に可能である。また、電極の振
動による周期的な短絡信号を検出することにより、電極
と被加工物との相対位置を演算し、一定に保つようにす
るとともに、加工条件を変更修正するため、長時間に渡
る加工においても効率よい加工が可能であり、さらに、
電極消耗による加工設定点と実際の加工点とのズレ量を
キャンセルするように、加工設定点に補正を施すため、
高精度な加工が可能である。請求項２に係る発明によれ
ば、上記効果に加え、電極が被加工物に接触する際に伸
縮するようになっているため、被加工物との接触による
電極の折損等を回避することができる。請求項３に係る
発明によれば、上記効果に加え、振動手段が電極または
駆動手段に設けられ、電極または駆動手段の駆動と連動
して振動するようになっているため、加工形状に的確に
対応し、更に安定した高精度な加工が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の三次元放電加工装置を示す概略構成図
である。

【図２】実施例１の三次元放電加工装置を示す概略構成
図である。

【図３】実施例１の三次元放電加工装置の要部拡大断面
図である。

【図４】実施例２の三次元放電加工装置を示す概略構成
図である。

【図５】実施例２の三次元放電加工装置に使用される電
極を示す斜視図である。

【図６】実施例３の三次元放電加工装置を示す概略構成
図である。

【図７】従来のの三次元放電加工装置を示す概略構成図
である。

【符号の説明】

１，２４被加工物２，２３絶縁液３，２２加工槽４，２１，５２，５３電極５，２５電源６駆動手段７制御手段８振動手段９演算部２６短絡信号検出部２７制御装置２８計算機３４電歪アクチュエータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物が絶縁液に浸されて配置された
加工槽と、被加工物に接近して配置され加工工具となる電極と、前記電極と前記被加工物との間に放電電力を供給する電
源と、前記電極と前記被加工物とを相対的に位置決めする駆動
手段と、前記駆動手段を制御する制御手段と、を備えた三次元放
電加工装置において、前記電極を前記被加工物に対して一定の周波数および振
幅で振動し得る振動手段と、短絡信号と振動振幅から前記電極と前記被加工物との相
対位置を演算する演算部と、を備えたことを特徴とする
三次元放電加工装置。
【請求項２】前記電極が前記被加工物との接触に応じ
て伸縮する伸縮機構を備えたことを特徴とする請求項１
記載の三次元放電加工装置。
【請求項３】前記振動手段が前記電極または前記駆動
手段に設けられ、前記電極または前記駆動手段の駆動と
連動して振動することを特徴とする請求項１または２記
載の三次元放電加工装置。