CN1222425A - 放电加工装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种工件侧面预先垂直加工后,采用中空圆筒状电极进行高精度侧面锥形加工的放电加工方法及其装置。该装置包括:存贮加工形状二维轮廓路径、侧面锥形尺寸、相对于电极XY方向移动的Z方向进给量等的存贮手段(9);向轮廓路径加附偏移信息的手段(10a);计算达到目的深度的电极路径重复次数的加工处理次数计算手段(10b);计算每圈电极路径偏移位移量的手段(10c);控制每圈电极路径偏移位移量的电极位置控制手段(10d)。

Description

放电加工装置及其方法

本发明涉及一种被加工件侧面在预先垂直加工后，进行锥形加工时，采用中空圆筒电极进行加工的放电加工装置及其方法。

以往，通过放电加工进行侧面的锥形加工时，通常把电极侧面整形成锥形，然后使电极相对于被加工件，仅在主方向轴上进退，由此使电极形状复制至被加工件，以这种方式进行加工。

另一方面，如特公昭41-3594号公报中所揭示的，使棒状电极在相对于被加工件，在与主方向成直角的方向(垂直平面)进行运动，这种放电加工方法和装置已在广泛应用。

这时，根据加工深度进行控制，相应于加工深度，使对主方向成直角的方向的位移量，加工开始时大，随着加工进行而逐渐变小，由此，通过如图13所示的棒状电极(直电极)能在被加工件上进行加工深度为Zm、加工开始时的半径为R0(对与电极进退方向成直角的方向的移动量)的锥状的雕刻加工。即，使电极在进退方向，即Z轴方向移动，同时，使该电极在该方向的垂直方向(X轴、Y轴方向)移动，组合该三个轴向的移动，可进行上述锥形的雕刻加工。又，通过组合X轴、Y轴方向电极运动，使电极围绕Z轴移动也能进行加工。

又，在特公平1-22097号公报所揭示的方法中提出了如下加工方法的方案：如图14(a)所示，使电极在Z轴方向前进进行加工；然后，如图14(b)、(c)所示，从该加工终了位置使电极边后退、边在X轴和Y轴方向移动用电极侧面部进行加工。若采用该方法，不在电极前端部集中放电就能进行加工。

另一方面，已熟知历来采用圆筒、圆柱、棱柱等简单形状的电极，用NC控制手段进行三维控制，进行所期望的三维形状加工的放电加工装置。在这种放电加工装置中，由于不必制作复杂三维形状的成形冲压模，因而能减少金属模具的制作成本和减少其制作时间。又，用于加工的电极采用规定的简单形状的电极，因而易于构成CAM系统，能期待加工过程的自动化。

但是，在这种放电加工装置中，因为用简单形状电极进行面积宽大的加工，与成形冲压模制作的电极的放电加工比较，其电极消耗量增大且加工精度降低。为了解决这些问题，在特公平5-345228号公报中揭示了一种通过修正电极消耗进行高精度加工的方法。图15表示这种消耗电极修正方法的原理。

如图所示，圆筒电极在进行旋转的同时，相对于放电加工平面，以角度α斜向送进，由此，能经电极1的轮廓形状及加工深度变化的位置(a)至位置(d)的过渡状态后，建立出电极1的轮廓形状及加工深度不变化的从位置(d)至(e)及其以后的稳定状态。这时，若在电极消耗量大的加工条件下，则几乎可以忽略上述位置(a)至(d)的过渡状态。因而，用适当的进给角度α斜向送进加工电极，能进行刻除加工深度给定的层状部分的放电加工。

在这种方法的技术中，备有用于计算纵向消耗量修正值的模拟器，通过提供刻除层的厚度E、电极半径R、体积消耗比U，可计算相对于放电加工层平面的电极送进角α，利用倾斜运动进行加工。

在示于图13的能进行锥形加工的放电加工装置中，加工时，如图16(a)所示，与被加工件相对的总是电极前端。由此，电极前端部经常受放电或电解的影响而易于消耗，一旦消耗，就如图16(b)、(c)所示，其前端部就变形，留下画斜线部分的余量。因此，结果是加工形状与预期的加工形状有显著差异。

另一方面，在进行图14所示的加工时，电极不仅用其前端，而且也有效使用其侧面进行放电，因而可抑制仅仅前端集中消耗，与图16相比，能维持其形状，进行加工。但，使用的棒状电极虽然侧面是垂直的，也必须预先准备二维形状方面大致加工成相同形状的电极。

例如，如图17所示，在预先进行槽形加工后，再在开口部进行锥形加工时，制作复杂形状的成形冲压模电极效率很低。如图中所示的情况，槽形自然可通过切割放电加工机进行加工，加工精度高且工时短。因此，倘若制作槽形的棒状电极，也仅加工锥形部分。

在用于被加工件的材料硬度高的场合，也不能忽视侧面的消耗量。因而，在加工中，必须更换多个电极以排除电极消耗的影响。

下面，叙述采用简单形状电极进行轮廓加工的情形。首先，在低消耗条件下，尽量不消耗电极进行锥形加工时，由于用电极端面边缘进行加工，该边缘消耗大。因仅边缘部消耗成圆形，为了确保形状精度，必须修整电极端面部或频繁更换电极本身。

如特公平5-345228号公报中所揭示的那样，在借助电极消耗修正进行加工的方法中，以基本进行侧面形状为垂直的被加工件的加工为前提，不考虑进行高精度锥形加工。又，该方法以对整体的被加工件进行加工为前提，因而，对预先进行过加工的侧面(如图17所示)进行锥形加工是困难的。

本发明就是为解决上述缺陷而提出的，其目的在于提供一种被加工件侧面在预先垂直加工后，进行锥形加工时，采用中空圆筒状电极进行高精度加工的放电加工方法及其装置。

本发明所述的一种在电极与被加工件间施加脉冲电压、由数值控制(NC)进行三维控制、完成期望形状加工的放电加工装置，它包括：存贮由前加工预先作槽形加工的一次加工后，所述一次加工所形成加工形状的二维轮廓路径、应加工的侧面锥形尺寸、各种条件下相对于XY方向移动的Z方向给定进给量、以及加工条件表的存贮手段；向所述轮廓路径附加偏移信息的偏移信息附加手段；对所述侧面锥形尺寸的深度数据、Z方向进给量、电气条件和电极直径，由预先求得的每圈电极路径的加工深度计算达到目的深度的电极路径重复次数的加工处理次数计算手段；由所述侧面锥形尺寸的所述侧向长度及加工处理次数计算每圈电极路径的偏移位移量的偏移位移量计算手段；根据由所述偏移信息附加手段附加至所述轮廓路径的偏移位置，控制每圈电极路径的所述偏移位移量的电极位置控制手段；通过所述电极位置控制手段的控制使中空圆筒状电极在Z轴方向旋转，同时在所述槽的侧面进行锥形加工的二次加工手段。

又，所述中空圆筒状电极的外径大于或等于应加工的侧面锥形尺寸的侧向长度。

又，所述中空圆筒状电极的厚度等于或小于在侧面锥形的底部形成的曲线部分的曲率半径的许可值。

本发明的一种在电极与被加工件间施加脉冲电压、通过数值控制(Nc)进行三维控制、完成期望形状加工的放电加工方法，该方法包括下述步骤：预先经前加工进行槽行的一次加工的步骤；存贮由所述一次加工形成的加工形状的二维轮廓路径、应加工的侧面锥形尺寸、各种条件下相对于电极XY方向移动的Z方向给定进给量、以及加工条件表的存贮步骤；在所述轮廓路径上附加偏移信息的偏移信息附加步骤；对所述侧面锥形尺寸的深度数据、Z方向进给量、电气条件和电极直径，由预先求得的每圈电极路径的加工深度，计算达到目的深度的电极路径重复次数的计算步骤；由所述侧面锥形尺寸的所述侧向长度和加工处理次数，计算每圈电极路径的偏移位移量的偏移位移量计算步骤；根据由所述偏移信息附加手段附加至所述轮廓路径的偏移位置，控制每圈电极路径的所述偏移位移量的电极位置控制步骤；根据所述控制的位移量使中空圆筒状电极在Z轴方向旋转，同时在所述槽的侧面进行锥形加工的加工步骤。

又，所述计算电极路径的重复次数的步骤根据预先求得的每圈电极路径的加工深度、侧面锥形尺寸的设定深度数据及预先求得的深度数据进行处理。

又，所述方法中，中空圆筒状电极的外径大于或等于应加工的侧面锥形尺寸的侧向长度。

又，所述方法中，中空圆筒状电极的厚度等于或小于在侧面锥形的底部形成的曲线部的曲率半径的许可值。

图1是本发明实施例1的放电加工装置的概略构成图。

图2是表示图1放电加工装置范围内的信息流的详图。

图3是加工样品形状的说明图。

图4是表示本发明实施例1的放电加工装置的侧面锥形加工方法的处理过程图。

图5是表示本发明实施例1的放电加工装置的侧面锥形加工时，电极移动路径的说明图。

图6是表示不作消耗修正时的加工形状的说明图。

图7是表示本发明的实施例1的放电加工装置的计算每层偏移变化量的计算手段的流程图。

图8是采用本发明实施例1的放电加工装置的每一加工层偏移变化量d的放电加工方法的流程图。

图9是每层加工深度修正的说明图。

图10是本发明实施例1的放电加工装置的计算每层偏移变化量的计算手段其它例子的流程图。

图11表示电极外径比侧向锥形尺寸小时的电极消耗形状的图。

图12是表示锥形侧面底部存在的弯曲部分的图。

图13表示用棒状电极产生锥形的以往的放电加工方法的图。

图14是用棒状电极产生锥形，且有效使用侧面时的加工过程图。

图15是由采用消耗修正控制的简单电极作放电加工的已有技术例子的说明图。

图16是用棒状电极产生锥形时，图13的放电加工方法的加工过程说明图。

图17是加工样品形状的说明图。

图中：1是中空圆筒状电极，2是被加工件，3是电极旋转手段及电极移动手段，4是加工液，5是加工槽，6是加工液供给装置，7是加工用电源，8是数值控制(Nc)手段，9是存贮手段，9a是加工形状二维轮廓路径，9b是锥形尺寸，10是数值控制(Nc)手段，10a是在轮廓路径上附加偏移信息的附加手段，10b是电极路径重复次数计算手段，10c是每圈路径的偏移位移量计算手段，10d是电极位置控制手段，11是槽加工形状，12是基本轮廓路径，13是初始轮廓路径。

下文，参照附图说明本发明的实施例。实施例1

图1是本发明实施例1的放电加工装置的概略构成图。

1是加工用中空圆筒状电极，2是被加工件，3是电极移动手段和电极旋转手段，4是加工液，5是加工槽。6是使加工液循环的加工液供给手段，7是在电极1与被工件2之间施加电流脉冲的加工用电源，8是根据加工形状数据、使电极移动的数值控制(Nc)手段。

图2是图1放电加工装置范围内的信息流详细说明图。

9是存储手段，由目的加工形状的二维轮廓路径9a、应加工的侧面锥形尺寸9b、相对于电极行进方向的侧面方位9c、相对于各种条件下的电极X,Y方向移动的给定Z向进给量9d、加工条件表9e构成。应该认为9d的参数相当于对各种条件(例如电气条件、电极直径)下的电极消耗的Z向修正量。又，在9e的加工条件表中，由9d的参数计算每圈轮廓加工路径的加工深度。10是数据控制(Nc)手段，它由在轮廓路径上添加偏移信息的手段(偏移信息附加手段)10a、路径重复次数计算手段(加工处理次数计算手段)10b、由初始偏移值计算每一路径的偏移位移量的手段〔偏移位移量计算手段〕10c、电极位置控制手段10d构成。

然后，说明采用本加工装置，由简单的管状电极进行侧面加工的过程。作为一次加工，由前期加工预先作槽形加工。形状如图3(a)所示。该一次加工手段可以与后述的进行锥形加工的二次加工手段相同，或采用不同类型的电极。

在本实施例中，将进行图3(b)形状的侧面锥形加工，作为锥形的加工例子。锥形尺寸设定为：侧向最大值为a、深度方向最大值为b。

另一方面，必须在进行锥形加工前，相对于图3(a)槽的池形，预先产生电极的轮廓路径。如图5(a)所示，轮廓路径必须是所用电极的侧面接触槽的池形轮廓11的内侧侧面的电极路径12。该电极路径12是用于进行本次锥形加工的基本加工路径12。由于该加工路径与偏移信息对应，如图5(b)所示，根据偏移值的指定可以规定扩大或缩小。

能以图4中(a)、(b)、(c)、(d)的顺序，表示侧向所视的侧面锥形加工过程。假定使用的电极1是管状电极且在加工过程中始终以固定转速旋转。首先，外径为D的管状电极1，如图4(a)所示，自相对于预先给定的基本轮廓路径12扩大偏移量a的位置开始。俯视时，加工开始时的电极路径13如图5(b)所示。

如上所述，首先就相对于预先给定的基本加工路径12扩大偏移量a的路径13进行加工。但，若按照电极路径仅在XY平面上移动，则在完成加工路径1圈前，电极即已消耗，如图6所示，加工在中途就不能再进行。因此，如图15所示，在XY方向移动的同时，电极一面沿Z方向下落，一面进行加工。Z方向的倾斜量，如图2所示，在各种条件下，预先存储好相对于XY移动量的电极的Z向进给。该存储的数据直接传送至电极移动控制手段，因而不管加工轮廓形状如何，能相对于XY的移动量，提供固定的Z进给量。

如上所述，在相对于XY方向的移动提供给定的Z向进给量且形状尺寸a比b小时，即使在形状轮廓路径长而且电极消耗大到不能忽视的情况下，也能如图4(b)所示，进行给定深度b1的加工。在这种情况下，放电仅在电极底部进行，每圈电极路径的加工深度b1，即使形状轮廓路径长，也总是呈现固定值(参见图15)。因此，相对于Z向进给量和电气条件、电极直径，每圈电极路径的加工深度b1能由实验算出，作成加工条件表，便于存储。

从图4(b)至4(d)，加工轮廓路径13的加工次数每重复一次，即进行层状加工。但，为了进行锥形加工，每进行一层加工，偏移量需减少d，以在侧面形成倾斜。在进行层状加工中，当消耗的电极端面部达到深度b时，偏移量变为零。

计算每层偏移变化量d的计算手段示于图7。预先给定锥形尺寸a、b及z修正量。z修正量参照由电气条件、电极直径等构成的加工条件数据表。每层的加工深度b1可由加工条件数据表计算。另一方面，因锥形的最大深度是b，每层加工深度b1固定时，加工形状路径的重复次数可由c=b/b1确定。

由于锥形的侧向最大长度尺寸为a，由该值，相对于基本轮廓路径12的初始偏移值确定为a。由加工深度b1算出达到深度b止的加工次数为c=b/b1。为了进行侧面锥形加工，必须减小每层加工的偏移量。每层的偏移量可由加工次数c计算，即为d=a/c。通过采用上述计算的每层加工的偏移位移量d，实际加工如图8所示流程进行。

如上所述，存储采用简单形状电极、由给定的z轴进给量加工的深度数据及锥形加工用的修正参数，由深度数据计算到达目的深度的电极路径的重复次数，由得到的重复次数计算每次电极路径的偏移变化量，并使每圈电极路径变化上述偏移位移量，因而与电极消耗无关，同已有技术相比，不用复杂的控制，即能进行高精度的侧面锥形加工。

但，在这样的加工中，加工侧面锥形时，每一层的加工深度b1随着偏移量变化而同样地变化。尤其，当a大且锥形倾斜度大时，该变化的倾向变得非常大。这是由于下述原因：电极始终旋转，电极在整个表面消耗，与此相对应，与电极相对的加工部的面积逐渐减少，结果，电极消耗长度减少。因此，在作c次加工时，加工深度B比设定深度b深。

这里所谓的“每层加工深度b1”，由于总是变化的，因此必须修正b1。当b1恒定时，根据上述偏移变化值d，以规定的角度进行加工。

即，加工成锥形尺寸a及b。但，实际上，b1变化，所以b变为B。由此，每一层的模拟平均加工深度b2，在尺寸a固定时，为下式所示(参见图9)：

                    b2=b1×B/b

由于每层加工深度是变化的，锥形侧面成为具有图9曲线的侧面。虽然这种锥形侧面具有变化平缓的曲线，但可由上述b2数据，对尺寸a和b作正确修正。

根据由b1及B/b计算的b2，加工次数可由c=b/b2求得。即，预先准备的加工条件表不仅包含每层加工深度b1的数据，而且含有每个锥形尺寸a对b1的修正量数据B/b。综上所述，这种计算每层偏移变化量d的计算手段如图10所示。

如上所述，当每层的加工深度随每圈电极路径变化时，每层加工深度可以修正，因而能按设定的深度正确加工。

在本锥形加工中，设电极外径为D，侧向的锥形尺寸为a，则使用的电极必须是具有D＞a关系的电极。在D＜a工时，则成为如图11所示那样，有在被加工件的端面产生加工残余部分的可能。

又，当使偏移量变化时，电极不仅因电极底部放电而消耗，而且就连侧面部也因进行对加工剩余部分放电而消耗，不能获得正确的加工形状精度。

另一方面，按照上述方法，进行锥形加工时，偏移量必须从0变化至a。这时，在偏移量由0至(a-e)的加工工序中，得到锥形侧面大致平坦的面(参见图12(a))。其理由是，电极在旋转，因而若存在与其厚度相当的加工面积，则电极全面消耗，仅在Z轴方向进行修正即能修正该电极消耗。但，当偏移量超过(a-e)时，如图12(b)所示，电极不在整个底面进行放电，边缘部消耗成圆形。为此，最终加工形状的锥形产生角部半径为r的弯曲部分。若最终形状的锥形末端的弯曲部允许角部半径不大于r，则必须使用电极厚度具有e≤r关系的电极。

根据第1、4发明，存贮采用中空圆筒形电极、根据给定Z轴进给量加工的深度数据，由深度数据计算达到目的深度的电极路径的重复次数，由算得的重复次数计算每圈电极路径的偏移变化量，并使每圈电极路径变化所述偏移位移量，因而与电极消耗无关，同已有技术比较，可不用复杂控制，即能高精度地进行侧面锥形的加工。

根据第2、6发明，除第1、4发明的效果外，还因能把电极侧面部的消耗抑制至最低限度，因而能以更高的精度加工侧面形状。

根据第3、7发明，除第1、第4发明的效果外，由于能使电极消耗时存在的锥形侧面底部的曲线部减小至允许值以内，因而能以更高精进行侧面形状的加工。

根据第5发明，在每层加工深度随每圈电极路径经均变化时，能修正每层的加工深度，因而能按设定的深度正确加工。

Claims (7)

1．一种在电极与被加工件间施加脉冲电压、由数值控制进行三维控制、完成期望形状加工的放电加工装置，其特征在于，它包括：存贮由前加工预先作槽形的一次加工后，所述一次加工所形成加工形状的二维轮廓路径、应加工的侧面锥形尺寸、各种条件下相对于XY方向移动的Z方向给定进给量、以及加工条件表的存贮手段；向所述轮廓路径附加偏移信息的偏移信息附加手段；对所述侧面锥形尺寸的深度数据、Z方向进给量、电气条件和电极直径，由预先求得的每圈电极路径的加工深度计算达到目的深度的电极路径重复次数的加工处理次数计算手段；由所述侧面锥形尺寸的所述侧向长度及加工处理次数计算每圈电极路径的偏移位移量的偏移位移量计算手段；根据由所述偏移信息附加手段附加至所述轮廓路径的偏移位置，控制每圈电极路径的所述偏移位移量的电极位置控制手段；通过所述电极位置控制手段的控制使中空圆筒状电极在Z轴方向旋转，同时在所述槽的侧面进行锥形加工的二次加工手段。

2．如权利要求1所述的放电加工装置，其特征在于，所述中空圆筒状电极的外径大于或等于应加工的侧面锥形尺寸的侧向长度。

3．如权利要求1所述的放电加工装置，其特征在于，所述中空圆筒状电极的厚度等于或小于在侧面锥形的底部形成的曲线部分的曲率半径的许可值。

4．一种在电极与被加工件间施加脉冲电压、通过数值控制进行三维控制、完成期望形状加工的放电加工方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：预先经前加工进行槽形的一次加工的步骤；存贮由所述一次加工形成的加工形状的二维轮廓路径、应加工的侧面锥形尺寸、各种条件下相对于电极XY方向移动的Z方向给定进给量、以及加工条件表的存贮步骤；在所述轮廓路径上附加偏移信息的偏移信息附加步骤；对所述侧面锥形尺寸的深度数据、Z方向进给量、电气条件和电极直径，由预先求得的每圈电极路径的加工深度，计算达到目的深度的电极路径重复次数的计算步骤；由所述侧面锥形尺寸的所述侧向长度和加工处理次数，计算每圈电极路径的偏移位移量的偏移位移量计算步骤；根据由所述偏移信息附加手段附加至所述轮廓路径的偏移位置，控制每圈电极路径的所述偏移位移量的电极位置控制步骤；根据所述控制的位移量使中空圆筒状电极在Z轴方向旋转，同时在所述槽的侧面进行锥形加工的加工步骤。

5．如权利要求4所述的放电加工方法，其特征在于，所述计算电极路径的重复次数的步骤根据预先求得的每圈电极路径的加工深度、侧面锥形尺寸的设定深度数据及预先求得的深度数据进行处理。

6．如权利要求4所述的放电加工方法，其特征在于，所述中空圆筒状电极的外径大于或等于应加工的侧面锥形尺寸的侧向长度。

7．如权利要求4所述的放电加工方法，其特征在于，所述中空圆筒状电极的厚度等于或小于在侧面锥形的底部形成的曲线部的曲率半径的许可值。

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