JPH0521688B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、所謂型彫等の成形放電加工方法に関
し、加工の寸法・形状に応じて成形された１個若
しくは比較的少数の複数個に分割された総型加工
電極を用いて荒加工、中加工等の加工条件で加工
行なつた後、この前工程の加工により形成された
加工部に対し、より平滑な鏡面仕上の仕上加工を
より速い速度で放電加工により行なうことにより
加工の目的を達成する放電加工方法に関する。

〔従来技術〕

被加工体と加工電極とをケロシン等の所定の加
工液中で微小間隔を隔てて対向させ、前記被加工
体と前記加工電極との間に間歇的に電圧パルスを
印加することにより加工を行なう放電加工に於て
は、１パルス当りの加工量が大であれば加工速度
は速くなる反面、加工面が粗くなるという欠点が
あり、１パルス当りの加工量を小とすれば加工速
度は遅くなるが、加工面が平滑化される。仕上加
工に於て、仕上加工面を極力平滑化して加工速度
を上げるには、原理的には１パルス当りの加工量
を小としてパルス間隔を短くすればよいわけであ
るが、放電パルスの微細化及びパルス間隔を短く
する（即ち周波数を上げる）には限界がある。即
ち、放電回路には、導電ケーブルや被加工体と加
工電極の対向部、即ち加工間〓の加工面積に応じ
る静電容量、及び導電ケーブルのインダクタンス
が存在するので、仮に充放電用のコンデンサを設
けていない場合であつても、被加工体と加工電極
間の電圧を立上りに時間を要すると共に、放電電
流の立上りにも制限があり、このため、従来の電
子スイツチをオンオフ制御して加工用の電圧パル
ス列を形成供給する方式の放電加工に於ては、一
般的には放電パルスの発生周期を１〜2μS以下に
はできなかつたのである。このため、仕上加工に
於ては、コンデンサ充放電方式を用いるものが多
かつたが、加工速度や電極消耗等の点で満足すべ
き結果が得られていなかつた。又、放電パルスの
発生周期を短くすると、所謂アーク放電を生じや
すくなるという問題があつた。

このため従来から、加工間〓を含む放電回路の
浮遊静電容量の充放電によつて加工を行なう仕上
加工方法が提案されており（例えば、特開昭51−
13497号公報参照）、この方法によれば、0.1μs程
度以下の極めて微細化された放電パルスをＭHzオ
ーダの周波数で発生させることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、このような放電回路の浮遊静電容量の
充放電による方法では、放電休止時間が極めて短
いため、集中放電化が進んで持続的アーク放電状
態となり、加工面が熱影響を受けて実用的な加工
を行なうことが困難であつた。又、放電回路の浮
遊静電容量の充放電を利用して鏡面仕上加工する
には、該浮遊容量を50〜100pF以下、好ましくは
30pF以下とすることが望ましく、このため加工
間〓の面積を概ね数cm²以下、通常は１cm²前後以下
とすることが必要となり、広い加工面の鏡面仕上
加工を行なうことができなかつた。

本発明は、従来のこのような問題点に鑑み、放
電回路の浮遊静電容量のみの充放電による仕上加
工に於て、持続的アーク放電の発生を防止すると
共に広い面積の鏡面仕上加工を可能とすることを
目的として発明されたものである。

〔課題を解決するための手段〕

よつてこの発明に係る放電加工方法は、 被加工体の加工の寸法・形状に応じて成形され
た１個又は少数の複数個に分割された総型加工電
極を用いると共にスイツチ素子のオン・オフによ
り形成される間歇的な電圧パルスを加工用電源と
して用いて荒加工、荒加工と中加工、中加工と中
仕上加工の如き所望の加工条件で、必要に応じ電
極交換を行ないつつ一加工工程以上の加工を行つ
た後加工条件を切換えて仕上加工を行なう放電加
工方法に於て、 前記荒加工等の一加工工程以上の加工の終了
後、前記総型加工電極を、該電極加工面の面積に
対して充分小さい数cm²以下の加工面積の加工間〓
を形成する仕上加工電極に交換して前加工工程の
加工面の一部と相対向させ、該仕上加工電極と被
加工体間に短絡電流を1Aより小さい値に制限し
た直流電圧又は電圧パルスを印加し、両者間に形
成される前記小面積の加工間〓を含む放電回路の
浮遊静電容量のみの充放電によつて加工を行なう
ようにすると共に、前記仕上加工電極と被加工体
間に相対的な並進運動を与えて両者の対向部位を
順次に移動させながら前記加工工程の加工面を順
次に加工する放電加工方法としたものである。

〔作用〕

本発明によれば、仕上加工を行なうに際し、直
前の加工工程迄の放電加工に対し電気的加工条件
を切換えると共に、加工電極を予め用意した仕上
加工電極に交換したことにより、加工間〓の面積
が数cm²以下の小さな値に切換えられ放電回路の浮
遊静電容量が小さく制御されて、１パルス当りの
放電エネルギの小さい微細化された放電パルスに
よつてＭHzオーダの高周波で加工が行なわれ、
又、この小加工面積の仕上加工電極を被加工体の
広い加工面積部分に対し対向部位を順次に移動さ
せながら加工が行なわれることにより、持続的ア
ーク放電の発生を防止して平滑な鏡面仕上加工を
高速度で行なうことができると共に、広い面積の
加工面も容易に鏡面仕上加工することができる。

〔発明の実施例〕

以下本発明の詳細を図面に示す実施例により説
明する。第１図に示すように、本実施例に於て
は、商用交流電源又は商用交流を一旦整流して直
流にした後、スイツチ素子によるスイツチングに
より所定の高い周波数の交流とした交流電源１を
設け、トランス２によりピーク電圧が80V〜
1500V程度に成るように変圧し、整流器３で整流
して直流とした後、限流抵抗４を介して放電回路
５，６の仕上加工電極７と被加工体８の対向間〓
に印加する。尚、上記放電回路５，６は、後述実
験例に記載したように、又前述浮遊容量充放電の
従来技術に関する公開公報にも開示されているよ
うに、上記限流抵抗４によつて短絡電流が1A以
下の小さな値に制限されているものである。

ここで、仕上加工電極７とは、後述するよう
に、本発明放電加工方法に於ける仕上加工を実施
するに当り、電圧パルス等の電気的加工条件や加
工送り制御条件、或いは更に加工液の供給条件等
各種加工条件の切換えと共に、電極交換により被
加工体の前加工工程迄の加工面の一部と相対向し
て所定値以下の充分小さい加工面積の加工間〓を
形成する仕上加工電極に交換されたものである。
即ち、この仕上加工の前の加工工程迄は、被加工
体の加工の寸法・形状に応じて成形された通常１
個又は少数の複数個に分割された総型加工電極を
用いると共にスイツチ素子のオン・オフにより形
成される電圧パルスを加工用電源として用いて荒
加工、荒加工と中加工、中加工と中仕上加工の如
き所望の加工条件で、必要に応じ電極交換を行な
いつつ一加工工程以上の加工を行なつて、被加工
体には仕上加工すべきキヤビテイが形成された状
態にあるわけである。

しかして、上記仕上加工電極７の加工面積の所
定値以下とは、加工中の時々刻々に形成する加工
間〓の対向面積が常に所定値以下、例えば５cm²前
後以下、好ましくは２〜３cm²以下の約１cm²前後の
小さい値を保つように、対向面積の形成を制御す
ることにより、放電回路５，６間の浮遊容量Ｃが
小さくなるようにする。具体的には、仕上加工電
極の対向面積は一般的には約５cm²前後以下、好ま
しくは２〜３cm²以下の約１cm²前後の小さい値と
し、間〓容量は50〜100pF前後、好ましくは30pF
以下とすることが望ましい。

即ち、従来電極の加工面積が数cm²前後程度以下
のとき鏡面加工が可能なのが、例えば数100cm²の
加工面積の場合に鏡面加工が殆どできなかつたの
は、上記広い加工面積によつて形成される間隙浮
遊静電容量に蓄えられた電荷によつて、所定値よ
りも大きなピーク電流値の放電パルスを生成して
加工面を荒していたのが１つの原因であつたと考
えられるものである。尚、この場合、放電回路
５，６のインダクタンスも可及的に小さくなるよ
うにすることが好ましいのは勿論である。

更に、必要に応じ、仕上加工電極７に繋がる回
路５と被加工体８に繋がる回路６とを所定の周期
で短絡することができるようにスイツチ素子１０
を設け、予め設定した周波数の発振器の出力を一
定の割合で分周するか、加工間〓の加工状態判別
器９の出力により分周割合を変えこの分周信号を
整流及びレベル調節する制御回路１１より前記ス
イツチ素子１０に制御信号として加えて該スイツ
チ素子１０をオンオフする。該スイツチ素子１０
に加えるパルスの周期は、第２図に於てのτonと
τoffで示す時間の合計Ｔ１であり、スイツチ素子
１０がオフ状態に制御されるτonの期間、加工間
〓で高周波放電が発生し、スイツチ素子１０がオ
ン状態に制御されるτoffの期間放電回路は短絡さ
れて加工間〓での高周波放電が休止される。この
周期T1は、仕上加工電極７と被加工体８間の放
電繰返し周期の数倍以上となるように選定する。
例えば、加工間〓と放電回路５，６のリード線等
による浮遊容量の充放電による高周波放電の周期
に応じて、0.1〜500μs加工して、0.1μs〜10ｍｓ
中断するようにする。

前記のように、浮遊静電容量Ｃを好ましくは
30pF以下とすることにより、第３図のＶに示す
ように、放電回路に印加される直流電圧による放
電回路の浮遊容量の充放電電圧特性は、電圧の立
上り変化が一般の放電回路ではＶ１で示すように
遅れるのに比較し、Ｖ２で示すように立上りが急
峻となり、このために高周波の充放電による加工
が可能となり、仕上加工電極７と被加工体８の間
で微小の所定エネルギの放電電流を流し加工を
進行させることができる。

これにに対し、加工間〓の面積を考慮せず、前
記の中加工等の加工工程迄の加工に使用された通
常１個又は少数の複数に分割されて形成された所
謂総型電極で加工する場合は、加工間〓の面積が
大きく、又この面積が加工の進行に伴つて増大す
ることもあるため、浮遊静電容量の値も大きく、
１放電当りの放電エネルギが大きく、鏡面仕上加
工が難しいばかりでなく、仕上加工の速度も高周
波放電とならないために遅く、又、各放電の放電
電流ピークは放電パルスの時間幅の大きさの割り
にはあまり高くなくて各放電間の休止時間が少な
いか殆どないため、高周波アーク放電に移行して
いたものが、加工間〓の面積が所定値以下に設定
或いは維持されて放電回路の浮遊静電容量が小さ
く制御されることにより、１パルス当りの放電エ
ネルギの小さい微細化された放電パルスによつて
ＭHzオーダの高周波で加工が行なわれ、平滑な鏡
面仕上加工を高速度で行なうことができ、又、仕
上加工電極と被加工体との対向部位を移動させな
がら加工が行なわれるため、持続的アーク放電の
発生が防止されると共に広い面積の加工面も容易
に鏡面仕上加工することができる。

次に、本発明に於て、加工間〓、即ち加工電極
と被加工体８間の対向面積を、前記加工電極とし
て本発明に従い仕上加工電極７に交換することに
より所定の小さい値に制限した状態で加工を行な
う具体例を説明する。

第４図は、被加工体８に円形穴状の被加工部８
ａが形成されている場合の本発明による仕上加工
の例であり、この被加工部８ａは前工程の、例え
ば中仕上加工条件で、被加工部８ａにほぼ嵌挿す
る寸法の丸棒状電極により加工されたものであ
る。しかして、この例に於ける装置は、テーブル
１３又はアーム１４の何れか一方がＸ軸、Ｙ軸モ
ータにより移動可能に構成されるか、或いは、テ
ーブル１３又はアーム１４の何れか一方がＸ軸モ
ータ、他方がＹ軸モータにより駆動される被加工
体８のＸ、Ｙ平面上の位置設定機構を有する。ア
ーム１４の先端には、ラツク１５を有するロツド
１６が、アーム１４上に取付けたＺ軸モータ１７
の出力軸ピニオン１８をラツク１５に噛合させる
ことにより、上下に移動させられるように取付け
られ、該ロツド１６の下端にはモータ１９により
アーム２０が回転自在に取付けられ、該アーム２
０に沿つて揺動自在にブロツク２１が嵌合され、
該ブロツク２１のねじ穴に、アーム２０の一端に
取付けたモータ２２の出力軸に結合したねじロツ
ド２３を螺合し、該ブロ２１には仕上加工電極７
を装着するホルダー２４を有する。仕上加工電極
７は、図示するように、加工部８ａの面積よりも
はるかに小さい表面積の小さな円柱状の形状のも
のであるが、形状は円柱状以外に種々の形状が採
用できる。

この装置を用いて仕上加工を行なう場合には、
被加工体８のＸ、Ｙ平面上の位置設定機構をNC
装置（何れも図示せず）等により作動させること
により、被加工部８ａの中心を前記アーム２０の
回転中心に一致させる。又、モータ２２を作動さ
せて仕上加工電極７を加工部８ａの内壁との間に
微小間隔が形成されるようにし、且つモータ１７
を作動させて仕上加工電極７をその底面が加工部
８ａの底面に微小間隔を介して対向するように下
降させた後、加工部８ａを加工液に浸漬した状態
で仕上加工電極７或いはその近傍から加工液を噴
出させながら（この加工液の噴出機構については
図示していない）、モータ１９を作動させて仕上
加工電極７をアーム２０の回転中心を中心として
回転させつつ仕上加工電極７と被加工体８との間
に放電回路５，６出力を接続し電圧を印加する。
このようにすると加工間〓の対向面積は仕上加工
電極７の径にもよるが、数cm²前後又はそれ以下
で、加工部８ａを順次にスキヤンニングして加工
することができ、仕上加工電極７を１回転或いは
数回転させた後仕上加工電極７の回転半径を小さ
くし、且つ回転速度を大きくして同様の加工動作
を繰返す。この反対に、回転半径を漸次増大させ
ながら加工しても良く、更に螺旋状に動かしても
良い。

第５図は、前述第４図の場合と同じく前工程
の、例えば中加工条件で被加工体８Ａの球状面８
ｂのほぼ全体と嵌合する総型電極を用いて加工し
た該球状面８ｂを鏡面仕上加工する場合の一例で
あり、交換使用する仕上げ加工電極７Ａは加工面
である球状面８ｂの面積の数分の１以下即ち数cm²
前後又はそれ以下の対向面積の球状面を有するも
のを用い、モータ２５により回転される回転テー
ブル２６に載置した加工槽２７内の加工液２８中
に、該被加工体８Ａを、その中心がモータ２５に
よる回転中心と一致するように位置決めして浸漬
し、一方、前記Ｚ軸方向の位置が調節できるロツ
ド１６には、弧状のガイド穴２９ａを有するガイ
ド２９を取付けて、ロツド１６或いはテーブル２
６のＸ、Ｙ軸方向位置設定機構により、ガイド穴
２９ａが前記球状面８ｂと同心状をなすように位
置決めし、前記仕上加工電極７Ａを取付けたアー
ム３０と一体の弧状のガイド体３０ａを前記ガイ
ド穴２９ａに揺動可能に嵌合し、前記ロツド１６
に取付けたモータ３１の出力ねじロツド３２と噛
合うねじロツド３３と前記アーム３０とをリンク
３４及びピン３５，３６により連結し、モータ２
５を作動させて被加工体８Ａを回転させながら、
モータ３１を作動させることにより、仕上加工電
極７Ａを被加工体８Ａの球状面８ｂに沿つて矢印
３７の方向、又はその反対方向に連続的又は段階
的に移動させ、前記のように被加工体８Ａと仕上
加工電極７Ａとの間に放電回路５，６の出力を接
続して電極を印加し、且つ図示しない機構により
仕上加工電極７Ａ等から加工液を噴出しながら加
工を行なうようにしたものである。

尚、テーブル２６を回転させるのではなく、ロ
ツド１６を回転させるようにしても良い。

第６図は、前記球面部８ｂの仕上加工を行なう
別の例であり、予め用意してあつた球面部８ｂの
半径よりもやや大きい椀状の仕上加工電極７Ｂを
仕上加工に際して交換使用するようにし、球面部
８ｂに被せるようにセツトし、球面部８ｂの側面
部ａの仕上加工を行なう場合には仕上加工電極７
Ｂを実線で示すように図面上左に変位させ、頂部
ｂ乃至はその近傍の加工を行なう場合には２点鎖
線７B′に示すように仕上加工電極を下げるとい
うように、仕上加工電極７Ｂの高さ、位置或いは
傾きを変化させることにより、或いは、仕上加工
電極７Ｂと被加工体８Ａとを相対的に回転させる
ことにより、実質的な対向面積を数cm²前後又はそ
れ以下の小さい値に保持しつつ加工を行なうよう
にしたものである。

第７図は被加工体８Ｂの球面凹部８ｃを前述と
同様仕上加工を行なう例であり、前記モータ２５
を作動させて被加工体８Ｂを回転させながら、前
記ロツド１６に取付けたモータ４０を作動させる
ことにより、その出力ねじロツド４１と噛合する
ねじロツド４２と、リンク４３とを介して、ロツ
ド１６にピン３８により揺動可能に取付けられた
アーム３９を矢印４４方向（又はその反対方向）
に連続的に又は段階的に回動させ、該アーム３９
に取付けた仕上加工電極７Ｃ（この仕上加工電極
は、前記球状凹面８ｃに沿う弧状面を有して該弧
状面が球状凹面８ｃに対向するように位置決めさ
れる）を球状凹面８ｃに沿つて移動させることに
より、加工を行なうようにしたものである。尚、
この場合もテーブル２６を回転させるのではな
く、ロツド１６を回転させるようにしても良い。
又、第６図の場合とは逆に、球状凹面８ｃよりや
や小径の外径を有する球状の仕上加工電極を用
い、第６図で説明したように該球状の仕上加工電
極を球状凹面８ｃ内で変位させることにより、球
状の仕上加工電極が球状凹面８ｃに近接した位置
で放電が生じるようにしても良い。

第８図は被加工体８Ｃに加工された溝８ｄの仕
上加工を行なう場合の加工例であり、Ｘ軸又はＹ
軸モータ４５により動かされるテーブル４６上に
テーブル４６の移動方向と溝８ｄの方向が一致す
るように被加工体８Ｃを位置決めし、溝８ｂの底
面角度、例えば約60度に対して先端角度が例えば
約50度と小さく、且つ溝８ｄの長さより短い仕上
加工電極７Ｄを前記ロツド１６に例えば図示のよ
うに上下動用シリンダ４７により取付け、該シリ
ンダ４７を伸長させて溝８ｄに仕上加工電極７Ｄ
を微小間隔を介して対向させた状態で仕上加工電
極７Ｄの先端近くを傾動支点とするように、シリ
ンダ４７に溝８ｄの軸方向と直角方向に溝８ｄの
底面角度と仕上加工電極７Ｄ先端角度の差に応じ
た角度の往復傾動を毎秒数回前後又はそれ以下で
ゆつくり行なわせつつ、Ｘ軸又はＹ軸モータ４５
によりテーブル４６を連続的又は図示のａ，ｂ，
ｃ，ｄの範囲毎に間歇的に移動させて加工を行な
うようにしたものである。

次に加工の実例について説明すると、第８図の
の例に於て、仕上加工に際し交換使用する仕上加
工電極７に銅電極を用い、加工液として従来から
通常用いられている白灯油を用い、被加工体８が
Ｓ５５Ｃ材である場合に於て、加工溝８ｄの面積
８cm²に対し仕上加工電極７の対向面積が0.4cm²で、
加工間〓の静電容量を20pFとし、該仕上加工電
極７を３cm／secの速度で電圧が300Vで短絡電流
が約0.5Aの直流を用い、スイツチ１０の制御に
より第２図のオン時間τonを1μsecとし、オフ時
間τoffを2μsecとした場合には、加工速度は2.7
mg／min、加工面粗さは0.28μｍRmax、加工電流
は最大0.2A、ピーク電流は20Aとなつた。一方、
前の中仕上加工工程で用いた所謂総型電極、即ち
加工溝８ｄの全体に嵌合合致する形状の加工電極
を用いて加工を行なつた場合には、加工速度は３
mg／min、加工面粗さは1.1μｍRmaxとなり、加
工電流は0.2A、ピーク電流35Aとなつた。この結
果から、本発明によれば、加工面粗さが極めて良
好な鏡面仕上加工を比較的高速度に行ない得るこ
とが分る。又、加工中に電極の消耗度合によつて
仕上加工電極の位置座標を補正するようにすれ
ば、より高精度の仕上加工が行なえるようにな
る。又、本発明は、前記のような単純な形状の加
工部のみでなく、複雑な形状の加工部の仕上加工
を行なう場合にも適用でき、その場合には、仕上
加工電極をその形状に合わせて移動させたり、形
状の異なる複数種類の電極を用いて加工を行なう
ことになる。

以上述べたように、本発明によれば、仕上加工
に際し、前工程迄の放電加工に対し、電気的加工
条件を切換えると共に、加工電極を予め用意した
仕上加工電極を交換して加工を行なうようにする
ことにより、加工間〓の面積が所定値以下の小さ
な値に保持され放電回路の浮遊静電容量が小さく
制御されて、１パルス当りの放電エネルギの小さ
い微細化された放電パルスによつてＭHzオーダー
の高周波で加工が行なわれ、又小加工面積の仕上
加工電極と被加工体り広い加工面積の部分と相対
向するように対向部位を相対的に順次に移動させ
ながら加工が行なわれることにより、持続的アー
ク放電の発生を防止して平滑な鏡面仕上加工を高
速度で行なうことができると共に、広い面積の加
工面も容易に鏡面仕上加工することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する放電加工装置
の一例を示す回路図、第２図は第１図の動作を説
明する波形図、第３図は本発明の放電電圧と放電
電流の関係図、第４図乃至第８図は本発明の加工
方法を実施する放電加工装置の各例を示す図であ
る。 １……交流電源、７，７Ａ〜７Ｄ……仕上加工
電極、８，８Ａ〜８Ｃ……被加工体、８ａ〜８ｄ
……被加工部、１０……スイツチ素子、１１……
制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被加工体に対し加工電極を微小間〓に介して
   相対向させ、前記間〓に加工液を介在させた状態
   で両者間に間歇的な電圧パルスを印加して放電を
   発生させ、前記対向方向に相対的に加工送りを与
   えて加工するもので、被加工体の加工の寸法・形
   状に応じて成形された総型加工電極を用いると共
   にスイツチ素子のオン・オフにより形成される間
   歇的な電圧パルスを加工用電源として用いて荒加
   工、荒加工と中加工、中加工と中仕上加工の如き
   所望の加工条件で、必要に応じ電極交換を行ない
   つつ一加工工程以上の加工を行なつた後加工条件
   を切換えて仕上加工を行なう放電加工方法に於
   て、 前記荒加工等の一加工工程以上の加工の終了後、
   前記総型加工電極を、該電極加工面の面積に対し
   て充分小さい数cm²以下の加工面積の加工間〓を形
   成する仕上加工電極に交換して被加工体の前加工
   工程の加工面の一部と相対向させ、該仕上加工電
   極と被加工体間に短絡電流を1Aより小さい値に
   制限した直流電圧又は電圧パルスを印加し、両者
   間に形成される前記小面積の加工間〓を含む放電
   回路の浮遊静電容量のみの充放電によつて加工を
   行なうようにすると共に、前記仕上加工電極と被
   加工体間に相対的な並進運動を与えて両者の対向
   部位を順次に移動させながら前記前加工工程の加
   工面を順次に加工することを特徴とする放電加工
   方法。