CN1126645A - 放电加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种放电加工装置，该装置利用加工用电极(13)和被加工物(15)间加的电压，放电加工被加工物，在加工用电极和被加工物经常保持适当间隙的同时，采用压电元件(110)的振动附加部(111)使两者相对振动，按照振动频率，稳定地产生间隙小时进行放电加工，间隙大时保持绝缘。在50Hz-500Hz范围内设定该频率时，能减少产生短路及电弧状态。振动促使放电间隙加工碎块的排出。该装置实现了微细放电加工的高速化和稳定化。

Description

放电加工装置

本发明涉及一种以数百微米(μm)以下的微细放电加工的高速化和稳定化为目的的放电加工装置。

在数百μm以下的微细放电加工中，要在微米或者亚微米(Subμm)级高精度地加工加工用电极形状的复制和被加工物的加工表面光洁度的场合，必须微小化单步的放电能量至10^-7J级。因放电能量小，加工用电极和被加工物的放电间隙为几μm，有加工碎块在放电间隙滞留时容易产生加工用电极和被加工物间的短路或者电弧状态的问题。于是，圆形孔加工的场合使加工用电极旋转，促使加工碎块的排出和减少短路或者电弧状态的产生，形成加工的高速化和稳定化。

然而，在不能使加工用电极旋转的方孔等非圆形孔加工的场合，因前述的问题，加工速度非常慢，不能实用。此外，圆形孔加工的进一步高速化和稳定化也是大课题。

本发明的目的是在具备促进放电间隙排出滞留加工碎块，减少加工用电极和被加工物产生短路或者电弧状态的手段的放电加工装置中，实现微细放电加工的高速化和稳定化。

为解决前述课题，本发明的特征是，在利用加工用电极和被加工物间加的电压，对前述被加工物进行放电加工的放电加工装置中，配备用来检测前述加工用电极和前述被加工物间有无短路或者电弧状态的短路检测部、驱动前述加工用电极或前述被加工物，使在前述短路检测部测出短路或者电弧状态时增大前述加工用电极和前述被加工物的间隙，没有测出短路或者电弧状态时缩小前述间隙的驱动部和在前述加工用电极和前述被加工物间施加相对振动的振动附加部，前述振动附加部用压电元件构成，且前述振动的频率设定在50Hz—500Hz范围内，或者前述振动的振幅设定在加工用电极和被加工物间的放电间隙的2倍—40倍范围内，进而前述频率和振幅两者均设定在前述的范围内。

在利用加工用电极和被加工物间加的电压，对被加工物进行放电加工的放电加工装置中，驱动加工用电极或被加工物，使检测加工用电极和被加工物间有无短路或者电弧状态的短路检测部在测出短路或者电弧状态时增大加工用电极和被加工物的间隙，没有测出短路或者电弧状态时缩小该间隙，所以能经常适当地保持加工用电极和被加工物间的间隙。这里，由用压电元件构成的振动附加部，对加工电极和/或被加工物施加振动时，产生加工用电极和被加工物的间隙变小时进行放电加工、间隙变大时保持绝缘的状态。此外，由于振动促进排出放电间隙的加工碎块。

而且，由于在50Hz—500Hz的低频区域中设定前述振动的频率，放电加工能高速化，振动能排除不良影响。也就是说如图3所示的那样，频率在50Hz以上时，加工速度与没有振动的情况相比，高达后者的2—4倍，达到了放电加工的高速化。令人满意的是，如图4所示的频率在100Hz以上时，加工速度与没有振动的情况相比，高达后者的4—5倍，达到了更进一步的高速化。这种高速化当频率为200Hz时达到了峰值，进一步地提高频率也不能加快加工速度。因此，不必用需要防振部分的高频进行振动，如果用实用上已知的加工用电极、被加工物和其保持部的共振频率的1/2以下的频率，就能充分得到振动效果。因此，通过在500Hz以下设定前述频率，能充分估计安全系数，使该频率在前述共振频率的1/2以下。如前述说明的那样，利用在50Hz—500Hz内设定前述频率，能实现放电加工的高速化，且不需防振部能进行稳定的放电加工。更令人满意的是可以在100Hz—300Hz内设定前述频率。

在加工用电极和被加工物间的放电间隙的2倍—40倍范围内设定前述振动的振幅时，能谋求加工速度的稳定化。也就是说前述倍率不满2倍时，如图5所示，加工速度的变动显著，难以进行稳定的放电加工。另一方面，因为前述倍率提高时，加工速度随之慢慢地降低，所以用40倍以下作为其倍率。这样，以40倍以下作为前述倍率，从能不过度驱动压电元件的观点来看，也是令人满意的。

又，利用将前述振动的频率和振幅都设定在前述范围内，当然能以最佳条件谋求放电加工的高速化和稳定化。

如前所述的本发明，能促进在放电间隙排出滞留的加工碎块并能减少加工用电极和被加工物的短路或者电弧状态的产生，是能实现加工的高速化和稳定化的优良的放电加工装置。

图1是表示本发明的一实施例的结构图。

图2是表示加工速度和馈送设定速度间关系的图。

图3是表示加工速度和振动频率间关系的图。

图4是表示加工速度和振动频率间关系的图。

图5是表示加工速度和振动振幅间关系的图。

下面，参照附图对本发明的实施例进行详细地说明。

图1是根据本发明的放电加工装置的一实施例。作为这一实施例表示的放电加工装置，用放电加工装置主体10和控制部11构成。放电加工装置主体10是在Z轴方向以微小的间隙使加工用电极保持部12所保持的加工用电极13和加工台14上保持的被加工物15间相对放电加工的刻模放电加工装置，具备由在放入加工液16的加工槽17中固定的座架18和在座架18中固定的板簧19间加压连接的压电元件110组成的振动附加部111，其结构是压电元件110振动时，座架18作为固定端板簧19对应振动进行弹性形变，并通过与板簧19连接的加工台14，将振动传到被加工物15上。

控制部11包括在加工用电极13和被加工物15间由RC电路外加加工用电压的加工用电压外加部112、用于检测加工用电极13和被加工物15间有无短路的短路检测部113、用于通过加工用电极保持部12使加工用电极13旋转的旋转控制部114、用于在Z轴方向进行驱动的Z轴驱动部115和用于在压电元件110上外加任意驱动电压的压电元件驱动部116。加工中的Z轴驱动部115，通过加工用电极保持部12用一定的馈送设定速度在Z轴的正方向(图中下面部分)驱动加工用电极13使加工用电极13和被加工物15的间隙变小。短路测出部113，在测出加工用电极13和被加工物15短路的场合，在Z轴的负方向(图中上面部分)驱动加工用电极13，使加工用电极13和被加工物15的间隙增大。

图2是应用基于图1说明的放电加工装置的情况下，表示用加工需要的时间除被加工物15加工削减体积所得的加工速度和加工用电极13的馈送设定速度间关系的图。在图中，对于根据有无加工用电极13的旋转和有无被加工物15的振动等四种条件，分别用“停止”表示加工用电极13不旋转且被加工物15不振动的情况，用“旋转”表示加工用电极13旋转而被加工物15不振动的情况，用“振动”表示加工用电极13不旋转而被加工物15振动的情况，用“旋转＋振动”表示加工用电极13旋转且被加工物15振动的情况。加工用电极13的旋转数是3000rpm，被加工物15的Z方向振动是振幅为20μm、频率是100Hz的正弦波振动。加工是用纯钨制直径为50μm的加工用电极13以80V加工用电压、1.1KΩ电阻和10PF电容组成的RC电路作为加工用电源在石油加工液16中，对不锈钢制的被加工物15进行放电加工。这时的放电间隙是大约1μm。又，在本实施例中，虽然限定加工条件和加工用电极13以及被加工物15的材料进行说明，但只要用具有导电性的材料，对于任何的加工条件当然也能利用振动获得本发明的效果。在不使被加工物15振动的场合，对于馈送设定速度为2—3μm/S，加工速度为最大，当馈送设定速度在上述值以上时，变成短路或者电弧状态，加工用电极13和被加工物15拉开的次数增多，与其预期加工速度提高，不如认为加工速度往往下降。另一方面，使被加工物振动，通过取适当的馈送设定速度(4—8μm/S)，在加工用电极13不旋转的情况下能获得以往5倍的加工速度、在旋转的情况能获得以往2倍的加工速度。

图3和图4应用基于图1说明的放电加工装置的情况下，表示加工速度和振动频率间关系的图。使振动条件变化，使加工用电极13总是旋转，馈送设定速为8μm/S。此外，和基于图2说明的条件相同。由此，频率不到50Hz不能认为充分提高了加工速度，然而，如图4所示，频率从超过200Hz附近开始，加工速度不提高。因此，不必用需要防护部分的高频进行振动，只要用实用上已知的加工用电极和被加工物及其保持部的共振频率的1/2以下的频率，就能充分获得振动效果。因此，将前述频率范围设定在50Hz—500Hz内。

图5是应用基于图1说明的放电加工装置的情况下，表示加工速度和振动振幅间关系的图。图中“●”表示相同条件(放电间隙为1μm)下的加工结果平均值，“×”表示偏差的上限和下限。振动频率是100Hz。由此，加工速度在振幅为2μm(放电间隙的2倍)左右时变成最大，但在振幅不到2μm时，所得偏差大。通过使振幅为前述放电间隙的两倍以上，能够减小偏差，从而加工能稳定化。此外，振幅为放电间隙的两倍以上且提高该倍率时，加工速度渐渐降低，所以将该倍率设定为40倍以下。这样，以40倍以下作为前述倍率，从能不过度驱动压电元件的观点来看，也是令人满意的。

Claims (3)

1.一种放电加工装置，该装置利用加工用电极和被加工物间加的电压，放电加工被加工物，其特征在于，具备用来检测所述加工用电极和所述被加工物间有无短路或者电弧状态的短路检测部、驱动所述加工用电极或所述被加工物，使所述短路检测部测出短路或者电弧状态时增大所述加工用电极和所述被加工物的间隙、没有测出短路或者电弧状态时缩小所述间隙的驱动部和在所述加工用电极和所述被加工物间施加相对振动的振动附加部，所述振动附加部用压电元件构成，且所述振动的频率设定在50Hz—500Hz范围内。

2.一种放电加工装置，该装置利用加工用电极和被加工物间加的电压，放电加工被加工物，其特征在于，具备用来检测所述加工用电极和所述被加工物间有无短路或者电弧状态的短路检测部、驱动所述加工用电极或所述被加工物，使所述短路检测部测出短路或者电弧状态时增大所述加工用电极和所述被加工物的间隙、没有测出短路或者电弧状态时缩小所述间隙的驱动部和在所述加工用电极和所述被加工物间施加相对振动的振动附加部，所述振动附加部用压电元件构成，且所述振动的振幅设定在加工用电极和被加工物间的放电间隙的2倍—40倍范围内。

3.一种放电加工装置，该装置利用加工用电极和被加工物间加的电压，放电加工被加工物，其特征在于，具备用来检测所述加工用电极和所述被加工物间有无短路或者电弧状态的短路检测部、驱动所述加工用电极或所述被加工物，使所述短路检测部测出短路或者电弧状态时增大所述加工用电极和所述被加工物的间隙、没有测出短路或者电弧状态时缩小所述间隙的驱动部和在所述加工用电极和所述被加工物间施加相对振动的振动附加部，所述振动附加部用压电元件构成，且所述振动的频率设定在50Hz—500Hz范围内的同时，所述振动的振幅设定在加工用电极和被加工物间的放电间隙的2倍—40倍范围内。

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