JP2004230517A - Electrical spark drill and forming method of hole by electrical spark - Google Patents

Electrical spark drill and forming method of hole by electrical spark Download PDF

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JP2004230517A JP2003022934A JP2003022934A JP2004230517A JP 2004230517 A JP2004230517 A JP 2004230517A JP 2003022934 A JP2003022934 A JP 2003022934A JP 2003022934 A JP2003022934 A JP 2003022934A JP 2004230517 A JP2004230517 A JP 2004230517A
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Katsuro Endo
勝郎 遠藤
Tetsuro Ito
哲朗 伊東
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To create a desired hole on a work in high precision and in a short period of time. <P>SOLUTION: At least one of voltage applied between an electrode and the work, electrical conductivity of liquid supplied between the electrode and the work in the middle of drilling the hole, and a gap distance between the electrode and the work, is controlled on an electric spark drill. Operation or quality of drilling of the hole is improved by control including operation of applied voltage and a contact stopping function, control including use of a consumable electrode, and control to enclose actuation of a guide mechanism. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は放電加工機(EDM)に指向関連した、より特殊なものであり、電気火花式ドリルと電気火花により穴形成をするための方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
電極を使用して被加工物に穴形成する放電加工機(EDM)には少なくとも2つのタイプがある。 ワイヤカット加工機と火花ドリル加工機である。火花ドリル加工機の範疇では, 液体が電極と被加工物の間に介在する。従来の火花ドリルでは油とかケロシン油が液体として利用されている。しかしながらこれらのシステムでは、電気火花により可燃性の油又はケロシン油に印火する可能性が高い。
【0003】
2番目のタイプの火花ドリルについては、水を液体として使用する。すなわち従来の火花ドリル機ではアーク放電電圧の5倍程度の高電圧を利用し比抵抗率が10万〜100万cmΩ程度の低伝導率の水を使用している。しかしながら適用された高電圧では電極を磨耗させ、時として電極の異常磨耗を招き、何れも問題である。
【0004】
図1は電極12で被加工物10に1つ乃至それ以上の穴をあけるための従来の電気火花ドリルの例証である。電圧Vgは電極12と架台ベース14(被加工物10を支持)間に印加される。
印加電圧Vgと加工液漕20から供給される低伝導率の液体18は、被加工物10の穴を加工するために電極12と被加工物10のギャップ16’でアーク放電するように設定してある。
ギャップ16’の電圧Vgおよび液体18の伝導率はギャップを含むパラメータの組み合わせ、すなわち、望ましい「アーク放電状態」と2つの望ましくない状態「極間開放」または「極間短絡」をもたらす。
液体18はギャップ16と16’へ、ポンプ22を通して供給される。理想的にはアーク放電が電極12の先端ギャップ16’で起こるだけだと被加工物10の穴は効率的に加工される。また、電極12の側面ギャップ16でアーク放電することは望ましくなく、被加工物10の被加工効率と速度を下げることになる。
液体18は通常、従来のシステムでは電気伝導率が10〜1μS(比抵抗率10万〜100万cmΩ)の範囲にある脱イオン化された純粋な水である。
ポンプ22は通常、液体18をおよそ50気圧の圧力、60〜100cc/分程度の流量で供給している。
電圧Vgは直流電源24、スイッチング素子26、電流制限抵抗28、パルスジェネレータ30を使用して供給され、増幅器32およびZ軸駆動増幅器34、平均電圧コントローラ36、参照電圧Vr、極間状態をフィードバックするための極間電圧vg’でギャップ制御回路を構成する。通常、直流電源24はアーク放電電圧Vaの4〜6倍のオーダーの電圧を供給している。
【0005】
ポンプ22は高圧継ぎ手23に液体18を供給する。アンプ34は電圧をモーターMzに供給する。モーターMzは図1で示されるように電極のZ軸位置を制御する。モーターMcは電極12の回転を制御する。電圧Vgはブラシ接触38を通して極間に供給される。
【0006】
ギャップ電圧Vgが、あらかじめ設定された電圧に達すると 電気火花またはアークはギャップ16’に形成される。その結果アークエネルギーは電極12から被加工物10に移って留まり、被加工物10上に高温爆発を引き起こし、その結果、被加工物10の表面が分解され、通常溶かされ分散されて再凝固し加工チップとしてギャップ16’に残留する。
また、電極12の周期的な「ジャンプ上下動」による液体18の揚水作用によってギャップ16’からのチップの除去を行うことができる。
【0007】
図2は図1で例証された従来の電気火花ドリルの動作状況を例証したものである。ピーク電圧Vpは本質的には極間開放電圧に等しく、ギャップ16’に開放回路を形成するのに必要な電圧である。ピーク電圧の印加の幅は平均電圧Vmが一定値となるように極間サーボ制御されることにより得られる。アーク電圧Vaは電極12が必要な穴を作成するために被加工物10を加工する際に発生するギャップ16’の火花電圧である。
【0008】
図3は電極12とギャップ16と16’の関係を詳細に例証するものである。図3で、より明確に例証されるように、電極12内部の穴13を液体18が通る。それに加えて、印加電圧、および液体18で,被加工物10に貫通穴を形成するための先端ギャップ16’にアーク放電を生成させている。しかしながら伝導率、開放電圧、およびギャップサイズが正しく選択されないならばアーク放電はギャップ16で発生してしまい望ましくない。
ギャップ16でアーク放電することは電極12を異常摩耗させる。さらにアーク放電電圧の4〜6倍程度の高い電圧の場合は、図3で例証されるように電極12の摩耗によって引き起こされる電極12の先端部のテーパー形状により、残存部分(ストック部11)ができてしまう。
【0009】
電極12が被加工物10を完全に貫通して、反対側に抜けると液体18はギャップ16’に留まることができない。なぜなら、液体18は貫通穴から外に出てしまい、ギャップ16’では気中放電が発生してしまう。この状況ではストック残留部分11を除去することはとても難しく、速い貫通速度も維持できなくなる。
【0010】
図4は従来方式でのギャップ16’とピーク電圧がアーク放電電圧Vaの2倍3倍4倍と5倍になった場合の関係を示す。
典型的なアーク放電電圧Vaは17〜20ボルトであり、図4のグラフのカーブは本質的に、ギャップ16’における平均電圧とギャップ距離を示すものである。
図1と2で例証されているように、平均電圧制御装置36は図4に示すごとく平均電圧の制御によりギャップ16’の距離を制御する。
そして、図4の領域40に示すアーク放電電圧Va付近での制御は電圧が低すぎることもあり結果として極めて困難である。
【0011】
図5は、領域40での制御の難しさを示すものである。図5で示す加工速度Wと加工電流Igの関係を、平均電圧を関数パラメータとし、直流電源24を高電圧とした場合の図1のアレンジメントでのカーブを示したものである。
図5では、Vaの近くでのWカーブが明確に急峻な変化をしていることが例証されており、アーク放電電圧Va付近での制御が、図1のアレンジメントでは極めて困難か、不可能であることを示している。
すなわち、加工速度カーブWの急峻な変化領域においては、ギャップ16’における正常アーク放電、開放状態、短絡状態を判断することは困難である。
すなわち、図1に示すようなピーク電圧Vpが2Va,3Va,4Vaもしくは5Vaのように高い電圧である従来の制御システムでの結果としてである。
【0012】
上記で述べたような電気火花ドリルの動作では、電極12がギャップ16’を介して被加工物10に対向し加工がなされる。すなわち、ギャップ16’にドリル加工液(液体18)を供給し電気的放電をして結果として加工が行われる。また、仮に電気火花ドリル装置が被加工物10の貫通加工に使用されるとか、トリミング金型加工に使われるなら、より高精度な構成が必要とされるであろう。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
その結果、この動作は様々な金属とか金型を形成するのにも役に立つ。しかしながら、図1で例証されている従来のシステムには他のいくつかの欠陥がある、まず最初に、電気火花ドリルを使用して被加工物10の穴を形成する従来の方法では自動的に電極12が被加工物10を貫通する瞬間を検出することができない。これまでは、電極12による貫通を検出するのを作業者が監視する必要があった。
【0014】
従って被加工物10に穴を形成された後も電流は、電気火花ドリル加工作業を続けるために引き続き電極12に供給されている。その結果、穴をあける名目上の時間は増加し、側面は過度に加工されてしまう。すなわち穴の寸法精度が、かなり低下してしまう。上で記述されるように、電極がいつ貫通するかを検出するために、穴をあける作業を終了するまで、作業者は厄介な監視作業をしなければならず作業効率が低下させられていた。
【0015】
従来の電気火花ドリル装置では、その貫通終了後の被加工物10の穴が細いチューブ状である電極12で形成される場合は特に不利である。電極12が被加工物10に加工進行した後、電極12の給送と回転によって電極チューブは芯ぶれ振動をしてしまう。被加工物10に加工進行した後、電極チューブは直線状に進まなくなり、その結果形成される貫通穴の精度は悪くなってしまう。
【0016】
また、電極12と被加工物10の極性は通常の放電加工とは反対なので、従来の電気火花ドリル装置にとって不利な状況がある。それは被加工物10はプラス極性であり、電極12はマイナス極性であるため、結果として被加工物10から電極12までのイオンの移動が起きることになる(金属陽イオンの溶出)。このイオン移動による電気化学的浸食は被加工物10の侵食という意味で問題である。
【0017】
従来の電気火花ドリル装置にはさらに不具合がある。それは電極12は通常非常に細く、小さい内径と外径のために容易に破損とか変形を起こし、この電極12を使用すると被加工物10の被加工穴の品質が損なわれてしまう。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明は電気スパークドリルと被加工物に穴をあける方法において、いくつかの具体例を指向するものである。穴をあける間、電圧が電極に印加され、適正な伝導率の液体を介して電極と被加工物をギャップを持って対向させ、被加工物に必要とする貫通穴を創成するために制御されるものである。
【0019】
ドリル加工のための本発明の具体例として、電極に印加される電圧がアーク放電電圧の関数であり、電極と被加工物の間の液体の電気伝導率と電極と被加工物の間隙が関与しているということである。本発明の少なくとも1つの具体化は電極にかけられる電圧がアーク放電電圧に等しいか、アーク放電電圧の2倍までの範囲であるということを特徴とする。
【0020】
本発明における別の具体例として、電極に印加する電圧の平均電圧に関するもので平均電圧はおよそ0.5〜0.8アーク放電電圧であることを特徴とする。
【0021】
本発明のさらに別の具体例として、液体が高い伝導率液体であることが挙げられる。本発明の具体例として、高伝導率液体は6000〜10000cmΩ程度の比抵抗率(伝導率167〜100μS)である。
【0022】
さらに別の具体例として、本発明は電気火花ドリルと必要な貫通穴をあける方法に指向するものであるが、極間間隙のサーボは電極にかけられる電圧を測定し、電極と被加工物の間のギャップを適正に制御することにより為されることを特徴とする。
【0023】
さらに別の具体例として、本発明は電気火花ドリルと必要な貫通穴をあける方法に指向するものであるが、コントローラが電極に印加する電圧を、電極と被加工物の間に供給される液体の電気伝導率に応じて制御するものである。
【0024】
さらに別の具体例として、本発明は電気火花ドリルと必要な貫通穴をあける方法に指向するものであるが、ギャップで適正なアーク放電をするように、コントローラが電極と被加工物の間に提供される液体の電気伝導率を測定し伝導率が増加するか低下するに応じて適切な伝導率になるように、適正な伝導率の液を供給して制御するものである。
【0025】
さらに別の具体例として、本発明は電気火花ドリルと必要な貫通穴をあける方法において、貫通後の接触停止を特徴とする。 電極が被加工物を貫通して完全に抜け終わったのを、電極が接触板などの要素に接触したことで検知するものである。
検知回路により電極が接触板などの要素に触れた時、電極送給停止信号が発生し、電極の更なる進行を食い止めることが出来る。
【0026】
さらに別の具体例として、本発明は電気火花ドリルと必要な貫通穴をあける方法において、金属陽イオンの、被加工物から電極までの溶出移動を抑えることが出来るように犠牲電極を利用することを特徴とする。被加工物から金属イオンが溶出する代わりに、陽イオンはプラス極性の犠牲電極からマイナス極性の電極側に移動することになる。
【0027】
さらに別の具体例として、本発明は電気火花ドリルと所望の穴をあける方法において、ガイドの構成によって電極の芯ぶれ回転を検出するものである。電極が芯ぶれ回転をするならば、電極はガイドのもうひとつの構成要素に触れる。この構成要素でもって電極送給モーターを止めるための信号を制御する回路を構成している。
【0028】
【発明の実施の形態】
図6に示したものは本発明の模範的な例証である。本発明の例証である図6の電気火花ドリルは、図1で例証された従来の電気火花ドリルによく似ており、従って数字で示した同様の要素や記述はここでは省略される。本発明になる図6の実施例と、図1に示す従来の電気火花ドリルとの違いは、本発明のタンク20の中の液体118の電気伝導率である。図6に示す本発明で使用する液体118の電気伝導率は167〜100μS(比抵抗率6000〜10000cmΩの範囲で利用される。
このような高伝導率液体としては標準の都市水道水も該当する。これは図1の従来の電気火花ドリルで利用している純粋な脱イオン化水18のように高価ではない。さらに高伝導率液体118の使用は、図6の電気火花ドリルが、図1にしめす従来の電気火花ドリルのピーク電圧よりはるかに低い電圧で作動することを可能としている。その結果、図6の具体化例では、従来機に比べはるかに低電圧の直流電源124を使用している。
【0029】
さらに本発明のこの具体例における低ピーク電圧の使用は、図7で例証されるように電極12の摩耗低減に効果がある。本発明のこの具体例では、低ピーク電圧のために、アーク放電がギャップ16には起きず、制御されたギャップ16’にだけ起き、その結果ストック部11が残らないで、より良い貫通穴が作られる。
【0030】
さらに、ギャップ16ではアーク放電が発生しないので、電極12は、より均等な摩耗となる。なぜならピーク開放電圧が低いので、図6の具体例の場合、図3で例証されるギャップ16より小さいギャップ16’で加工することになる。最終的案としてピーク開放電圧が低いので電極12をエナメルや塗料でコーティング塗装すると、この性能をさらに向上させることができる。そのようなエナメルか塗料17は、図1の従来の電気スパークドリルでの採用においては、高い電圧によって容易に放電除去されてしまい効果は無かった。
【0031】
図8は図1と関連して図4グラフと同様の図6の具体例のグラフを例証するものである。図8によって明らかに例証されるように、より高い伝導率液体118を利用した場合、電気火花ドリルは、ほぼアーク放電電圧に近い低電圧での加工が可能となる。この低電圧は、電極のより少ない摩耗をもたらし、被加工物10に、より望ましい貫通穴を開けることが出来る。図8における2つの曲線は、200〜100μS(比抵抗率5000〜10000cmΩ)と、5〜1μS(比抵抗率20000〜1000000cmΩ)の2つの異なった伝導率範囲の液体の場合の例証である。
【0032】
図9は図1で例証される従来の電気ドリルの加工進行速度Wと加工電流Igと、図6で例証される具体例での加工進行速度Wと加工電流Igの比較である。図9においてW1とIg1は図1で例証される従来の電気火花ドリルに対応しており、W2とIg2は図6で例証される本発明の具体例に対応している。
【0033】
グラフの曲線カーブW2によって例証されるように、図6の具体例の、低電圧/高伝導率の組み合わせ応用例の場合、図1の従来の電気火花ドリルより広い操作範囲を加工において提供することができる。図6の具体例の低電圧/高伝導率の組み合わせ応用例における低電圧は、非常にアーク放電電圧Vaに近い平均電圧での制御をも可能にする。図6の具体例で、アーク放電電圧Vaの1/2に平均電圧に低下しても不安定になったり制御不能になること無く加工制御できることを図9に示した。
【0034】
図10は本発明の別の具体例を例証している、サーボ回路50とサーボアンプ51は電極送給モータMzに提供される電圧を制御するのに使用される。図10の具体例では、加工中に於けるギャップ16’の電圧が抽出され、サーボ50は「前方に進む」「停止」「逆方向に後退」を制御する。
【0035】
図11は図10の具体例における波形を示すものである。Vgは電極の持つインダクタンスや浮遊容量の影響を受けない純粋なギャップ電圧、Igはギャップ電流、VopenとVshortはギャップ16’において発生する電圧である。Cpはコントロールパルス(チェックパルス)であり、該コントロールパルスはパルスジェネレータ30から発生し、該Cpはスイッチング素子26のオフ時間の終わりに発生する。スイッチング素子26はパルスジェネレータ30によって駆動される。
サーボ回路50は常にサーボ電圧Vservoの状態を示す。Vg、Vopen、Vshort波形はギャップ間隙が、開放状態か、ショート(短絡)状態か、または正常な状態かを常に示している。ギャップ間隙電圧がVshortよりも低い電圧であれば ギャップ状態は短絡状態である。また、Vopen電圧より高い電圧であれば、ギャップ状態は開放状態である。VopenとVshortの間に電圧波形があるならば、ギャップ状態は正常なアーク放電状態である。Cpは、サーボ動作がシステムを正常なアーク放電状態に移行させるために、この波形フォームの各ポイントでサンプリングするためのパルスである。
【0036】
図12は図10のサーボ回路50の具体例である。この回路は単に模範的例であり、普通の回路技術で知られているような他の回路事例も利用することができる。
【0037】
図13は本発明の別の具体例であり、極間開放電圧が、液体118の電気伝導率の変化に従って制御されるものである。図13で例証される具体例では、加工容器52中に於いて電極12は被加工物10の中で加工され、適当な容器構造体に廃液54(高電気伝導率液体118と加工の廃スラッジと加工の結果生成する粒子を含む)は排出される。
廃液54はタンク20’に送られ、20’はタンク20の中の液体118と同じ伝導率を保っている。廃液54はフィルタ156を介して粒子を除去し、ろ過した液44としてポンプ122を通しタンク20に送られる。
【0038】
センサ158は液体118の伝導率を検出する。(通常、交流電流の測定をすることによって伝導率を検出できる。また、他の測定方法で伝導率を測定するのは可能である)。
センサ158の出力は、タンク20の中の液体118の伝導率によって、電極12と被加工物10に供給する印加電圧Vgのオープン電圧を制御する電圧コントローラ160に供給される。
この方法によって、液体118の伝導率が減少するか、または増加しているかによって、電圧を増加させるか、または減少させるかができる.
【0039】
図14は図13のオープンな電圧コントローラ160の模範的な実現例である。この実施については、いろいろな知られた技術で実現することはもちろんである。
【0040】
図15は、電気火花ドリルを制御するのに電磁バルブコントロールを利用する本発明の他の具体的実施例である。
図15の具体化例は、図13の具体化例に似ており、第3番目のタンク20”に純水か脱イオン水を容れ、この純水か脱イオン水である218を第3のポンプ222でもってタンク20’からタンク20にバルブ60の状態に応じて送給する。バルブ60は電磁バルブコントローラ260によって開放閉鎖操作される。
電磁バルブコントローラ260は、液体118の伝導率を測定しているセンサ158の出力により動作する。伝導率が高過ぎると電磁バルブコントローラ260が、バルブ60を開き、脱イオン水が、液体118の伝導率を減少させるべく、タンク20’からタンク20に注入される。このように違ったやり方で、図13で例証した具体例のように、図15で例証された具体例においても本質的には同様な動作をする。
【0041】
図16は図15に示した電磁バルブコントローラ260の具体的実施例である。電磁バルブコントローラ260はセンサ158からの電流信号Is(液118の伝導率を示す)を受け、脱イオン水、もしくは純水218で液体118の伝導率を下げるために、バルブ60への開放・閉鎖信号を発生し、タンク20’からタンク20に、該液を供給するかどうかを制御する。
図16で例証された模範的実施例について、いろいろな知られた技術で実現しうることは当然のことである。
【0042】
図17は本発明のさらに別の具体化例である。 図17の具体化例は2つの追加的特徴のある発明の例証である。 これらの2つの特徴は一緒に記述されるが、これらが、別々に使用されるか、または他の特徴と組み合わせて記述されるかについては留意しておいてもらいたい。
図17の第一の特徴は接触停止である。12は接触によって閉回路を形成し、電極12が被加工物10を完全に通り抜けたとき、電極送り停止の信号を発生させドリル動作を停止させる。
図17の具体的実施例では、電極12は接触検知板70に接触するようになっている。接触停止回路72(これも模範的例であるが)においては接触検知板70および電極12が接触感知回路を形成する。電極12が接触検知板70に接するとMzモーターを止めるべく信号が発生する。また、接触検知板70と電気火花ドリルの定盤との短絡を避けるために、ゴムシート74などで絶縁している。
【0043】
図17で例証される具体例の2番目の特徴は、犠牲的電極80の使用である。通常の使用操作においては、電極12はマイナス極性に、被加工物10はプラス極性に設定している。これらの極性の組み合わせにより、プラス極性の被加工物10の表面からの金属プラスイオンがマイナス極性の電極12に電解転移し、その結果、一種の腐食を引き起こす。事実、被加工物10がコバルト等の結合材を持つ、タングステンカーバイドなどの圧縮粉末合金であると、そのような被加工物10は容易に電解浸食される。これは金属プラスイオンの被加工物10から電極12までの電解転移のためである。
【0044】
被加工物10から電極12へのイオン移動の確率を減少させるために、犠牲的電極80が提供される。この電極80は、被加工物10より高い電圧のプラス極性にしてある。その結果、被加工物10が浸食される代わりに、金属プラスイオンは犠牲的電極80から溶出される。代替の具体例として電極12と被加工物10の極性を逆にすることも可能である。
【0045】
図18で例証した本発明のさらに別の模範的な具体例では、図17で記述された接触停止機能の特徴を、電極ガイド機構の特徴と結合させたことにある。
極度に細いチューブである電極12の外径と内径は非常に細く、これを使用するとき、電極12が芯ぶれ振動することが起こりうる。これは上質の穴を加工するのには好ましくない。
その結果、ガイドセンサ90(ほぼ、電極12の中央部を円環状に囲んでいる)が提供されている。電極12が過剰に振動しだすと、電極12は、ガイドセンサ90に接触して閉回路を構成するため電流It1が発生する。この電流が検知されると、電極12がガイドセンサ90に触れているということを示し、電極回転モーターMcは停止させられる。
【0046】
図17の具体例では接触停止の特徴と犠牲的な電極の特徴が、組み合わされて記述されている。さらに、 図18では、接触停止の特徴と電極ガイド機構の特徴を組み合わせた例で記述している。
しかしながら、本発明はこれらの組み合わせのみに制限されるべきでない。特に、接触停止の特徴、電極ガイド機構の特徴および犠牲的電極の特徴は組み合わせによっては、すべてが一緒に利用されうる。同様に、他の組み合わせもまた、技術分野における1つの技能として知られている。
【0047】
ここに於いて、様々な特徴を記述してあることに着目されるべきである。伝導率とか電圧制御に関して、これらの特徴が単独か組み合わせて使用されるかもしれないが、必要な結果を得るのにパラメーを制御して記述した制御をするとか、もしくは、他の制御をすることは当然である。
【0048】
なおその上、着目すべきは、その他の特徴、すなわち、ここで記述した犠牲的電極、接触停止、およびガイド機構等が単独で、もしくは組み合わせて実行されるか、または、上述した、伝導率や電圧コントロール等の特徴のすべてと組み合わせて、実効されるかである。
【0049】
発明は、このようにして記述されているが、この記述内容を、多くのやり方で変化させても同じであることは明らかである。
そのような変化は発明の精神と範囲から分離したものとは見なされず、すべての変更は、明白に技術における1つの技能として、上記の請求の範囲の中に含まれる。
【0050】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように高精度に短時間で穴あけ加工ができる。
【0051】
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の電気スパークドリルの例証である。
【図2】図1の従来の電気スパークドリルの電圧と電流の関係を示すグラフ曲線である。
【図3】図1の従来の電気スパークドリルの電極12について、より詳述したものである。
【図4】極間電圧が、ピーク電圧Vpとギャップの長さに関する関数として、どのような関係になるかを例証したものである。
【図5】平均電圧とギャップ距離に関する関数として、電極の進行速度と電流の関係を示すグラフである。
【図6】本発明の電気火花ドリルの具体例を例証したものである。
【図7】図6における電極についての例証である。
【図8】図6における平均電圧とギャップの長さとの関係を示すものである。
【図9】図6に示した具体例における、電極進行速度(加工速度W2)と電流(Ig2)の関係と、図1に示す従来の具体例における電極進行速度(加工速度W1)と電流(Ig1)の比較をしたものである。
【図10】本発明における、適用された電圧により適切にサーボ制御する具体化の例証である。
【図11】図10に示した具体例による制御時の波形である。
【図12】図10に示したサーボの具体例に関する、より詳細な説明である。
【図13】液体の伝導率に従って応動する印加開放電圧の制御を実行する本発明の別な具体化例証である。
【図14】図13に示した印加開放電圧の制御装置の具体化例のより詳細な説明である。
【図15】低伝導率液体を利用する際、液体の伝導率によって外部の低伝導率液体を供給するかどうかを制御する電磁バルブに印加する電圧を制御する装置の具体化例である。
【図16】図15の電磁バルブコントローラの具体化例のより詳細な説明である。
【図17】犠牲電極と接触停止機能を含んだ、本発明の別の具体化例である。
【図18】電極ガイド機能と接触停止機能を実行するようにした本発明の別の具体化例である。
【符号の説明】
10 被加工物
11 ストック部
12 電極
13 穴
14 架台ベース
16 ギャップ
16’ 制御されたギャップ
17 エナメルまたは塗料
18 脱イオン化水
20 タンク1
20’ タンク2
20’’ タンク3
22 ポンプ(P1)
23 高圧継手
24 直流電源
26 スイッチング素子
28 電流制限抵抗(Ro)
30 パルスジェネレータ
32 増幅器
34 Z軸駆動増幅器
36 平均電圧制御装置
38 ブラシ
44 ろ過した液
50 サーボ回路
51 サーボアンプ
52 加工容器
54 廃液
60 バルブ
70 接触検知板
72 接触停止回路
74 ゴムシート
80 犠牲的電極
90 ガイドセンサ
118 低伝導率の液体
122 ポンプ(P2)
124 直流電源(Eo)
156 フィルタ(F)
158 センサ
160 電圧コントローラ
218 純粋または脱イオン水
222 ポンプ(P3)
260 電磁バルブコントローラ
Vg 印加電圧(極間電圧)
vg’ 極間フィードバック電圧
vg 実際に検出可能な極間電圧
Vr 参照電圧
Mz Z軸駆動モーター
Mc 電極送給モーター
Vp ピーク電圧
Vm 平均電圧
Va アーク電圧
Vopen 極間16’において発生する極間開放状態検出レベル電圧
Vshort 極間16’において発生する極間短絡状態検出レベル電圧
Vservo サーボ電圧
VLo 電極のインダクタ成分に発生する誘起電圧
Lo 電極のインダクタ成分
Co 電極と被加工物の間に存在する浮遊容量
Ig 加工電流(ギャップ電流)
Ig1 従来の方法における加工電流
Ig2 本発明における加工電流
Is 電流信号
It1 電極が被加工物に接触した際のセンサ電流
It2 電極がガイドセンサに接触して流れるセンサ電流
Ip ピーク電流
W 加工進行速度
W1 従来の加工進行速度
W2 本発明の加工進行速度
Cp コントロールパルス(チェックパルス)
Eo 直流電源
EAC 交流電源
Ton 通電時間
Toff 断電時間
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric discharge machine (EDM) and more particularly to an electric spark drill and a method for drilling holes with an electric spark.
[0002]
[Prior art]
There are at least two types of electrical discharge machines (EDMs) that use electrodes to form holes in a workpiece. Wire cutting machine and spark drill machine. In the category of spark drilling machines, liquid intervenes between the electrode and the workpiece. In a conventional spark drill, oil or kerosene oil is used as a liquid. However, these systems are more likely to ignite flammable oils or kerosene oils with electric sparks.
[0003]
For the second type of spark drill, water is used as the liquid. That is, in the conventional spark drill, low conductivity water having a specific resistance of about 100,000 to 1,000,000 cmΩ is used by using a high voltage about five times the arc discharge voltage. However, the applied high voltage wears the electrodes, sometimes leading to abnormal wear of the electrodes, both of which are problems.
[0004]
FIG. 1 is an illustration of a conventional electric spark drill for drilling one or more holes in a workpiece 10 with electrodes 12. The voltage Vg is applied between the electrode 12 and the gantry base 14 (supporting the workpiece 10).
The applied voltage Vg and the low-conductivity liquid 18 supplied from the working fluid tank 20 are set so as to cause arc discharge in the gap 16 ′ between the electrode 12 and the work 10 in order to machine a hole in the work 10. It is.
The voltage Vg of the gap 16 'and the conductivity of the liquid 18 result in a combination of parameters that include the gap, a desirable "arcing condition" and two undesirable conditions "open gap" or "short gap."
Liquid 18 is supplied to gaps 16 and 16 ′ through pump 22. Ideally, if an arc discharge only occurs at the tip gap 16 'of the electrode 12, the hole in the workpiece 10 will be efficiently machined. Further, it is not desirable to perform arc discharge in the side gap 16 of the electrode 12, and the processing efficiency and speed of the workpiece 10 are reduced.
The liquid 18 is typically deionized pure water having a conductivity in the range of 10-1 μS (resistivity 100,000-1,000,000 cmΩ) in conventional systems.
The pump 22 normally supplies the liquid 18 at a pressure of about 50 atm and a flow rate of about 60 to 100 cc / min.
The voltage Vg is supplied using the DC power supply 24, the switching element 26, the current limiting resistor 28, and the pulse generator 30, and feeds back the amplifier 32, the Z-axis drive amplifier 34, the average voltage controller 36, the reference voltage Vr, and the gap state. The gap control circuit is configured by the inter-electrode voltage vg ′ for the purpose. Normally, the DC power supply 24 supplies a voltage on the order of four to six times the arc discharge voltage Va.
[0005]
Pump 22 supplies liquid 18 to high pressure joint 23. The amplifier 34 supplies a voltage to the motor Mz. The motor Mz controls the Z-axis position of the electrode as shown in FIG. The motor Mc controls the rotation of the electrode 12. Voltage Vg is provided between the poles through brush contact 38.
[0006]
When the gap voltage Vg reaches a preset voltage, an electric spark or arc is formed in the gap 16 '. As a result, the arc energy is transferred from the electrode 12 to the workpiece 10 and remains there, causing a high-temperature explosion on the workpiece 10, resulting in the surface of the workpiece 10 being decomposed, usually melted and dispersed and re-solidified. It remains in the gap 16 'as a processing tip.
Further, the chip can be removed from the gap 16 ′ by the pumping action of the liquid 18 due to the periodic “jump up and down movement” of the electrode 12.
[0007]
FIG. 2 illustrates the operation of the conventional electric spark drill illustrated in FIG. The peak voltage Vp is essentially equal to the gap open voltage and is the voltage required to form an open circuit in the gap 16 '. The width of application of the peak voltage can be obtained by performing the gap servo control so that the average voltage Vm becomes a constant value. The arc voltage Va is a spark voltage of the gap 16 'generated when the workpiece 10 is machined to form a hole required by the electrode 12.
[0008]
FIG. 3 illustrates in detail the relationship between electrode 12 and gaps 16 and 16 '. 3, the liquid 18 passes through the hole 13 inside the electrode 12, as more clearly illustrated. In addition, the applied voltage and the liquid 18 generate an arc discharge in the tip gap 16 ′ for forming a through hole in the workpiece 10. However, if the conductivity, open circuit voltage, and gap size are not properly selected, arcing can occur in gap 16 and is undesirable.
The arc discharge in the gap 16 causes the electrode 12 to wear abnormally. Further, in the case of a voltage as high as 4 to 6 times the arc discharge voltage, the remaining portion (stock portion 11) is formed by the tapered shape of the tip of the electrode 12 caused by the wear of the electrode 12 as illustrated in FIG. I can do it.
[0009]
When the electrode 12 has completely penetrated the workpiece 10 and exits on the opposite side, the liquid 18 cannot remain in the gap 16 '. This is because the liquid 18 comes out of the through-hole and air discharge occurs in the gap 16 '. In this situation, it is very difficult to remove the remaining stock portion 11, and a high penetration speed cannot be maintained.
[0010]
FIG. 4 shows the relationship when the gap 16 'and the peak voltage are twice, three times, four times and five times the arc discharge voltage Va in the conventional method.
A typical arc discharge voltage Va is 17-20 volts, and the curves in the graph of FIG. 4 essentially show the average voltage and gap distance at gap 16 '.
As illustrated in FIGS. 1 and 2, the average voltage controller 36 controls the distance of the gap 16 'by controlling the average voltage as shown in FIG.
Control near the arc discharge voltage Va shown in the region 40 of FIG. 4 is extremely difficult as a result because the voltage may be too low.
[0011]
FIG. 5 shows the difficulty of the control in the area 40. FIG. 6 shows a relationship between the processing speed W and the processing current Ig shown in FIG. 5 and a curve in the arrangement of FIG. 1 when the average voltage is a function parameter and the DC power supply 24 is a high voltage.
FIG. 5 illustrates that the W curve clearly changes sharply near Va, and control near the arc discharge voltage Va is extremely difficult or impossible with the arrangement of FIG. It indicates that there is.
That is, it is difficult to determine the normal arc discharge, the open state, and the short circuit state in the gap 16 ′ in the steep change region of the machining speed curve W.
That is, as a result of the conventional control system in which the peak voltage Vp as shown in FIG. 1 is a high voltage such as 2 Va, 3 Va, 4 Va or 5 Va.
[0012]
In the operation of the electric spark drill as described above, the electrode 12 faces the workpiece 10 via the gap 16 ′ to perform processing. That is, a drilling liquid (liquid 18) is supplied to the gap 16 'to cause electrical discharge, and as a result processing is performed. Also, if the electric spark drill device is used for penetrating the workpiece 10 or used for trimming mold processing, a more accurate configuration will be required.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
As a result, this operation is also useful for forming various metals and molds. However, the conventional system illustrated in FIG. 1 has some other deficiencies. First, the conventional method of forming a hole in the workpiece 10 using an electric spark drill automatically creates The moment when the electrode 12 penetrates the workpiece 10 cannot be detected. Until now, it has been necessary for an operator to monitor the detection of penetration by the electrode 12.
[0014]
Therefore, after the hole is formed in the workpiece 10, the current is still supplied to the electrode 12 to continue the electric spark drilling operation. As a result, the nominal time for drilling increases and the sides are over machined. That is, the dimensional accuracy of the hole is considerably reduced. As described above, the operator had to perform cumbersome monitoring operations until the drilling operation was completed in order to detect when the electrode penetrated, thereby reducing work efficiency. .
[0015]
The conventional electric spark drill device is particularly disadvantageous when the hole of the workpiece 10 after the completion of the penetration is formed by the thin tube-shaped electrode 12. After the processing of the electrode 12 on the workpiece 10, the feeding and rotation of the electrode 12 causes the electrode tube to vibrate out of alignment. After the processing of the workpiece 10 has progressed, the electrode tube does not advance in a straight line, and as a result, the accuracy of the formed through hole deteriorates.
[0016]
In addition, since the polarities of the electrode 12 and the workpiece 10 are opposite to those of normal electric discharge machining, there is a disadvantage in the conventional electric spark drill. Since the workpiece 10 has a positive polarity and the electrode 12 has a negative polarity, ions move from the workpiece 10 to the electrode 12 as a result (elution of metal cations). The electrochemical erosion due to the ion transfer is a problem in the sense that the workpiece 10 is eroded.
[0017]
Conventional electric spark drills have further disadvantages. That is, the electrode 12 is usually very thin and easily broken or deformed due to its small inner and outer diameters, and the use of this electrode 12 impairs the quality of the hole to be machined in the workpiece 10.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is directed to several embodiments of the electric spark drill and the method of drilling a workpiece. During drilling, a voltage is applied to the electrodes and controlled to create a through-hole required by the workpiece, with the electrode and the workpiece facing each other with a gap through a liquid of appropriate conductivity. Things.
[0019]
As an embodiment of the present invention for drilling, the voltage applied to the electrode is a function of the arc discharge voltage and involves the electrical conductivity of the liquid between the electrode and the workpiece and the gap between the electrode and the workpiece. That is. At least one embodiment of the invention is characterized in that the voltage applied to the electrodes is equal to the arc discharge voltage or ranges up to twice the arc discharge voltage.
[0020]
Another specific example of the present invention relates to an average voltage applied to the electrodes, wherein the average voltage is about 0.5 to 0.8 arc discharge voltage.
[0021]
Yet another embodiment of the present invention is that the liquid is a high conductivity liquid. As a specific example of the present invention, the high conductivity liquid has a specific resistivity (conductivity of 167 to 100 μS) of about 6000 to 10000 cmΩ.
[0022]
As yet another embodiment, the present invention is directed to an electric spark drill and a method for drilling the required through-holes, but the servo of the gap between the electrodes measures the voltage applied to the electrode, and the gap between the electrode and the workpiece is measured. This is achieved by appropriately controlling the gap.
[0023]
In yet another embodiment, the present invention is directed to an electric spark drill and a method for drilling the required through-holes, wherein the controller applies a voltage to the electrodes to a liquid supplied between the electrodes and the workpiece. Is controlled in accordance with the electrical conductivity of the substrate.
[0024]
In yet another embodiment, the present invention is directed to an electric spark drill and a method of drilling the required through-holes, but wherein a controller is provided between the electrode and the workpiece to ensure proper arcing at the gap. The electric conductivity of the provided liquid is measured, and a liquid having a proper conductivity is supplied and controlled so that the conductivity becomes appropriate as the conductivity increases or decreases.
[0025]
In yet another embodiment, the invention features an electric spark drill and a method for drilling the required through-holes, wherein contact stop after penetration. The fact that the electrode has completely penetrated the workpiece and has been completely removed is detected by contact of the electrode with an element such as a contact plate.
When the electrode touches an element such as a contact plate by the detection circuit, an electrode feed stop signal is generated, and further progress of the electrode can be stopped.
[0026]
As yet another specific example, the present invention utilizes a sacrificial electrode in an electric spark drill and method for drilling the required through-holes so that metal cations can be prevented from eluting from the workpiece to the electrode. It is characterized by. Instead of eluting metal ions from the workpiece, the cations move from the positive polarity sacrificial electrode to the negative polarity electrode.
[0027]
As yet another specific example, the present invention is an electric spark drill and a method for drilling a desired hole, wherein the rotation of the electrode is detected by the configuration of the guide. If the electrode makes an eccentric rotation, the electrode touches another component of the guide. These components constitute a circuit for controlling a signal for stopping the electrode feeding motor.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
What is shown in FIG. 6 is an exemplary illustration of the present invention. The electric spark drill of FIG. 6, which is illustrative of the present invention, is very similar to the conventional electric spark drill illustrated in FIG. 1, and accordingly, like numerals and similar elements and descriptions are omitted here. The difference between the embodiment of FIG. 6 according to the present invention and the conventional electric spark drill shown in FIG. 1 is the electric conductivity of the liquid 118 in the tank 20 of the present invention. The electric conductivity of the liquid 118 used in the present invention shown in FIG. 6 is used in the range of 167 to 100 μS (specific resistance 6000 to 10000 cmΩ).
Standard city tap water also corresponds to such a high-conductivity liquid. This is not as expensive as the pure deionized water 18 utilized in the conventional electric spark drill of FIG. Further, the use of a high conductivity liquid 118 allows the electric spark drill of FIG. 6 to operate at a voltage much lower than the peak voltage of the conventional electric spark drill shown in FIG. As a result, in the embodiment shown in FIG. 6, a DC power supply 124 having a much lower voltage than that of the conventional machine is used.
[0029]
Further, the use of a low peak voltage in this embodiment of the present invention is effective in reducing the wear of the electrodes 12, as illustrated in FIG. In this embodiment of the invention, because of the low peak voltage, arcing does not occur in the gap 16, but only in the controlled gap 16 ', so that no stock 11 remains and a better through hole is created. Made.
[0030]
Further, since no arc discharge occurs in the gap 16, the electrode 12 is more evenly worn. Because of the low peak open-circuit voltage, in the case of the specific example of FIG. 6, processing is performed with a gap 16 ′ smaller than the gap 16 illustrated in FIG. Since the peak open voltage is low as a final plan, this performance can be further improved by coating the electrode 12 with enamel or paint. Such an enamel or paint 17 was easily discharged and removed by a high voltage when used in the conventional electric spark drill of FIG. 1 and had no effect.
[0031]
FIG. 8 illustrates a graph of the embodiment of FIG. 6 similar to the graph of FIG. 4 in connection with FIG. As clearly illustrated by FIG. 8, when a higher conductivity liquid 118 is utilized, the electric spark drill can be processed at a low voltage that is close to the arc discharge voltage. This low voltage results in less wear of the electrodes and allows more desirable through holes in the workpiece 10. The two curves in FIG. 8 are illustrative for liquids in two different conductivity ranges, 200-100 μS (resistivity 5000-10000 cmΩ) and 5-1 μS (resistivity 20000-10000 cmΩ).
[0032]
FIG. 9 is a comparison between the processing speed W and the processing current Ig of the conventional electric drill illustrated in FIG. 1 and the processing speed W and the processing current Ig in the specific example illustrated in FIG. In FIG. 9, W1 and Ig1 correspond to the conventional electric spark drill illustrated in FIG. 1, and W2 and Ig2 correspond to the embodiment of the present invention illustrated in FIG.
[0033]
As illustrated by the curve curve W2 of the graph, for the combined low voltage / high conductivity application of the embodiment of FIG. 6, providing a wider operating range in processing than the conventional electric spark drill of FIG. Can be. The low voltage in the low voltage / high conductivity combination application of the embodiment of FIG. 6 also allows for control at an average voltage very close to the arc discharge voltage Va. In the specific example of FIG. 6, FIG. 9 shows that even if the average voltage is reduced to half of the arc discharge voltage Va, the processing can be controlled without becoming unstable or uncontrollable.
[0034]
FIG. 10 illustrates another embodiment of the present invention, where a servo circuit 50 and a servo amplifier 51 are used to control the voltage provided to the electrode feed motor Mz. In the specific example of FIG. 10, the voltage of the gap 16 ′ during the processing is extracted, and the servo 50 controls “forward”, “stop”, and “reverse in reverse”.
[0035]
FIG. 11 shows a waveform in the specific example of FIG. Vg is a pure gap voltage which is not affected by the inductance or stray capacitance of the electrode, Ig is a gap current, and Vopen and Vshort are voltages generated in the gap 16 '. Cp is a control pulse (check pulse). The control pulse is generated from the pulse generator 30. The Cp is generated at the end of the off time of the switching element 26. The switching element 26 is driven by the pulse generator 30.
The servo circuit 50 always shows the state of the servo voltage Vservo. The Vg, Vopen, and Vshort waveforms always indicate whether the gap gap is open, short (short), or normal. If the gap voltage is lower than Vshort, the gap state is a short-circuit state. If the voltage is higher than the Vopen voltage, the gap state is an open state. If there is a voltage waveform between Vopen and Vshort, the gap state is a normal arc discharge state. Cp is a pulse that is sampled at each point in this waveform form so that the servo operation causes the system to transition to a normal arcing state.
[0036]
FIG. 12 is a specific example of the servo circuit 50 of FIG. This circuit is exemplary only, and other circuit cases as known in ordinary circuit technology may be utilized.
[0037]
FIG. 13 shows another embodiment of the present invention, in which the inter-electrode open-circuit voltage is controlled according to a change in the electric conductivity of the liquid 118. In the embodiment illustrated in FIG. 13, the electrodes 12 are processed in the workpiece 10 in the processing vessel 52 and the waste liquid 54 (highly conductive liquid 118 and waste sludge from the processing) is placed in a suitable container structure. And particles produced as a result of processing) are discharged.
Waste liquid 54 is sent to tank 20 ′, which maintains the same conductivity as liquid 118 in tank 20. The waste liquid 54 removes particles through the filter 156 and is sent to the tank 20 through the pump 122 as the filtered liquid 44.
[0038]
Sensor 158 detects the conductivity of liquid 118. (Usually, the conductivity can be detected by measuring the alternating current. It is also possible to measure the conductivity by other measurement methods).
The output of the sensor 158 is supplied to a voltage controller 160 that controls the open voltage of the applied voltage Vg supplied to the electrode 12 and the workpiece 10 according to the conductivity of the liquid 118 in the tank 20.
In this manner, the voltage can be increased or decreased depending on whether the conductivity of the liquid 118 is decreasing or increasing.
[0039]
FIG. 14 is an exemplary implementation of the open voltage controller 160 of FIG. This implementation can of course be realized by various known techniques.
[0040]
FIG. 15 is another specific embodiment of the present invention that utilizes electromagnetic valve control to control an electric spark drill.
The embodiment of FIG. 15 is similar to the embodiment of FIG. 13, in which a third tank 20 "is filled with pure water or deionized water, and the pure water or deionized water 218 is stored in a third tank 20". The water is supplied from the tank 20 'to the tank 20 by the pump 222 according to the state of the valve 60. The valve 60 is opened and closed by an electromagnetic valve controller 260.
The solenoid valve controller 260 operates on the output of the sensor 158 measuring the conductivity of the liquid 118. If the conductivity is too high, solenoid valve controller 260 opens valve 60 and deionized water is injected from tank 20 ′ into tank 20 to reduce the conductivity of liquid 118. In this different manner, essentially the same operation is performed in the embodiment illustrated in FIG. 15, as in the embodiment illustrated in FIG.
[0041]
FIG. 16 shows a specific embodiment of the electromagnetic valve controller 260 shown in FIG. The electromagnetic valve controller 260 receives the current signal Is (indicating the conductivity of the liquid 118) from the sensor 158, and opens and closes the valve 60 to reduce the conductivity of the liquid 118 with deionized water or pure water 218. A signal is generated to control whether the liquid is supplied from tank 20 'to tank 20.
It will be appreciated that the exemplary embodiment illustrated in FIG. 16 can be implemented with various known techniques.
[0042]
FIG. 17 shows still another embodiment of the present invention. The embodiment of FIG. 17 is illustrative of the invention with two additional features. Although these two features are described together, it should be noted that they are used separately or in combination with other features.
The first feature in FIG. 17 is contact stop. A contact 12 forms a closed circuit by contact, and when the electrode 12 completely passes through the workpiece 10, generates a signal for stopping the electrode feed and stops the drill operation.
In the specific embodiment of FIG. 17, the electrode 12 comes into contact with the contact detection plate 70. In the contact stop circuit 72 (also an exemplary example), the contact detection plate 70 and the electrode 12 form a contact detection circuit. When the electrode 12 contacts the contact detection plate 70, a signal is generated to stop the Mz motor. Further, in order to avoid a short circuit between the contact detection plate 70 and the surface plate of the electric spark drill, it is insulated by a rubber sheet 74 or the like.
[0043]
A second feature of the embodiment illustrated in FIG. 17 is the use of a sacrificial electrode 80. In a normal use operation, the electrode 12 is set to a negative polarity, and the workpiece 10 is set to a positive polarity. Due to the combination of these polarities, positive metal ions from the surface of the workpiece 10 having a positive polarity are electrolytically transferred to the electrode 12 having a negative polarity, thereby causing a kind of corrosion. In fact, if the workpiece 10 is a compacted powder alloy, such as tungsten carbide, having a binder such as cobalt, such workpiece 10 is easily electrolytically eroded. This is due to the electrolytic transition of the metal positive ions from the workpiece 10 to the electrode 12.
[0044]
To reduce the probability of ion migration from the workpiece 10 to the electrode 12, a sacrificial electrode 80 is provided. The electrode 80 has a positive polarity with a higher voltage than the workpiece 10. As a result, the metal positive ions are eluted from the sacrificial electrode 80 instead of the workpiece 10 being eroded. As an alternative embodiment, the polarities of the electrode 12 and the workpiece 10 can be reversed.
[0045]
In yet another exemplary embodiment of the present invention, illustrated in FIG. 18, the features of the contact stop feature described in FIG. 17 are combined with features of the electrode guide mechanism.
The outer diameter and the inner diameter of the electrode 12, which is an extremely thin tube, are very small, and when this is used, the electrode 12 may vibrate in an out-of-center manner. This is not desirable for machining high quality holes.
As a result, a guide sensor 90 (which substantially encircles the center of the electrode 12 in an annular shape) is provided. When the electrode 12 starts to vibrate excessively, the electrode 12 comes into contact with the guide sensor 90 to form a closed circuit, so that a current It1 is generated. When this current is detected, it indicates that the electrode 12 is touching the guide sensor 90, and the electrode rotating motor Mc is stopped.
[0046]
In the specific example of FIG. 17, the characteristics of the contact stop and the characteristics of the sacrificial electrode are described in combination. Further, FIG. 18 illustrates an example in which the feature of the contact stop and the feature of the electrode guide mechanism are combined.
However, the invention should not be limited to only these combinations. In particular, the features of the contact stop, the features of the electrode guide mechanism and the features of the sacrificial electrode can all be used together in some combinations. Similarly, other combinations are also known as a skill in the art.
[0047]
It should be noted that various features have been described herein. Regarding conductivity and voltage control, these features may be used alone or in combination, but with the described control of parameters and other controls to achieve the desired result. Is natural.
[0048]
Additionally, it should be noted that the other features, namely the sacrificial electrode, contact stop, and guide mechanism described herein, are implemented alone or in combination, or as described above for conductivity and It is effective in combination with all the features such as voltage control.
[0049]
Although the invention has been described in this manner, it will be clear that the description can be varied in many ways.
Such changes are not considered to be a departure from the spirit and scope of the invention, and all changes are expressly included in the claims as a skill in the art.
[0050]
【The invention's effect】
According to the present invention, as described above, drilling can be performed with high accuracy in a short time.
[0051]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an illustration of a conventional electric spark drill.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between voltage and current of the conventional electric spark drill of FIG.
FIG. 3 shows the electrode 12 of the conventional electric spark drill of FIG. 1 in more detail.
FIG. 4 illustrates how the voltage between contacts is related as a function of peak voltage Vp and gap length.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between electrode travel speed and current as a function of average voltage and gap distance.
FIG. 6 illustrates a specific example of the electric spark drill of the present invention.
FIG. 7 is an illustration of the electrodes in FIG.
FIG. 8 shows a relationship between an average voltage and a gap length in FIG. 6;
9 shows the relationship between the electrode traveling speed (processing speed W2) and the current (Ig2) in the specific example shown in FIG. 6, and the electrode traveling speed (processing speed W1) and the current (Ig) in the conventional specific example shown in FIG. Ig1).
FIG. 10 is an illustration of an embodiment of the present invention for properly servo-controlling with applied voltage.
11 is a waveform at the time of control according to the specific example shown in FIG.
FIG. 12 is a more detailed description of a specific example of the servo shown in FIG. 10;
FIG. 13 is another illustrative embodiment of the present invention that performs control of the applied open circuit voltage responsive to the conductivity of the liquid.
14 is a more detailed description of a specific example of the control device for the applied open-circuit voltage shown in FIG. 13;
FIG. 15 is a specific example of an apparatus for controlling a voltage applied to an electromagnetic valve for controlling whether to supply an external low-conductivity liquid based on the conductivity of the liquid when using the low-conductivity liquid.
FIG. 16 is a more detailed description of an embodiment of the electromagnetic valve controller of FIG. 15;
FIG. 17 is another embodiment of the present invention including a sacrificial electrode and a contact stop function.
FIG. 18 shows another embodiment of the present invention in which an electrode guide function and a contact stop function are executed.
[Explanation of symbols]
10 Workpiece
11 Stock Department
12 electrodes
13 holes
14 Mount base
16 gap
16 'controlled gap
17 Enamel or paint
18 Deionized water
20 tank 1
20 'tank 2
20 '' tank 3
22 Pump (P1)
23 High pressure fittings
24 DC power supply
26 Switching element
28 Current limiting resistor (Ro)
30 pulse generator
32 amplifier
34 Z-axis drive amplifier
36 Average voltage controller
38 brushes
44 Filtered liquid
50 Servo circuit
51 Servo amplifier
52 Processing container
54 Waste liquid
60 valve
70 Contact detection plate
72 Contact stop circuit
74 rubber sheet
80 Sacrificial electrode
90 Guide sensor
118 Low conductivity liquid
122 pump (P2)
124 DC power supply (Eo)
156 Filter (F)
158 sensor
160 voltage controller
218 Pure or deionized water
222 pump (P3)
260 solenoid valve controller
Vg applied voltage (inter-electrode voltage)
vg 'Inter-pole feedback voltage
vg Actual detectable voltage between contacts
Vr reference voltage
Mz Z axis drive motor
Mc electrode feeding motor
Vp peak voltage
Vm average voltage
Va arc voltage
Vopen Gap open state detection level voltage generated between gaps 16 '
Vshort gap detection level voltage generated between gaps 16 '
Vservo servo voltage
Induced voltage generated in inductor component of VLo electrode
Inductor component of Lo electrode
Stray capacitance existing between Co electrode and workpiece
Ig Processing current (gap current)
Ig1 Machining current in conventional method
Ig2 Processing current in the present invention
Is current signal
Sensor current when the It1 electrode contacts the workpiece
Sensor current that flows when the It2 electrode contacts the guide sensor
Ip peak current
W Processing progress speed
W1 Conventional processing speed
W2 Processing speed of the present invention
Cp control pulse (check pulse)
Eo DC power supply
EAC AC power supply
Ton energizing time
Toff interruption time

Claims (26)

被加工物と電極の間のギャップにおけるアークを創生するための電極、液体を該ギャップに供給するための液体供給源、該電極に電圧を印加するための電圧源、該電圧範囲としては、概ねアーク放電電圧に等しいか、アーク放電電圧の2倍までとし、電圧、液体の比抵抗率、被加工物に所望の穴を作成するためのギャップのサイズの維持等、少なくとも一つの制御をするためのコントローラを備える電気火花ドリル。An electrode for creating an arc in the gap between the workpiece and the electrode, a liquid supply source for supplying a liquid to the gap, a voltage source for applying a voltage to the electrode, the voltage range as At least one control, such as maintaining the voltage, the specific resistivity of the liquid, and the size of the gap for creating a desired hole in the workpiece, to be approximately equal to the arc discharge voltage or up to twice the arc discharge voltage. Spark drill with a controller for. 電圧源によって印加される電圧においては、極間平均電圧よりも、極間開放電圧が高いことを特徴とする、請求範囲1の電気火花ドリル。2. The electric spark drill according to claim 1, wherein the voltage applied by the voltage source is higher in the gap open voltage than the gap average voltage. 電圧源によって印加される電圧が17〜40ボルトであることを特徴とする、請求項1の電気火花ドリル。2. The electric spark drill according to claim 1, wherein the voltage applied by the voltage source is between 17 and 40 volts. 該液体が高い伝導率液体であることを特徴とする、請求項1の電気火花ドリル。The electric spark drill according to claim 1, wherein the liquid is a high conductivity liquid. 該液体が6000〜10000cmΩの比抵抗率(167〜100μSの伝導率)を持っていることを特徴とする、請求項1の電気火花ドリル。2. The electric spark drill according to claim 1, wherein said liquid has a specific resistivity of 6000 to 10000 cm [Omega] (a conductivity of 167 to 100 [mu] S). コントローラはサーボ制御を含み、該サーボは、ギャップ電圧を測定して、進むか、位置保持するか、逆行することによって電極のギャップ距離を調整することを特徴とする、請求項1の電気火花ドリル。The electric spark drill of claim 1, wherein the controller includes a servo control, the servo measuring the gap voltage and adjusting the gap distance of the electrodes by advancing, holding, or reversing. . 前記サーボ制御が、パルスジェネレータによって作られた、スイッチング素子のオフ時間の終わりに発生するコントロールパルスに対応して、進めるか、位置保持するか、または逆行することを特徴とする、請求項6の電気火花ドリル。7. The servo control of claim 6, wherein the servo control is advanced, held, or reversed in response to a control pulse generated by a pulse generator, which occurs at the end of the off time of the switching element. Electric spark drill. 該コントローラーが、液体の比抵抗率に基づく、電極への印加電圧を制御するための電圧コントローラを包含するコントローラであることを特徴とする、請求項1の電気火花ドリル。The electric spark drill according to claim 1, wherein the controller is a controller including a voltage controller for controlling a voltage applied to the electrode based on a specific resistivity of the liquid. 該コントローラーが、液体の比抵抗率を制御するための比抵抗率コントローラを包含するコントローラであることを特徴とする、請求項1の電気火花ドリル。The electric spark drill according to claim 1, wherein the controller is a controller including a resistivity controller for controlling a resistivity of a liquid. 該電極が少なくとも、ある種のエナメル、もしくは塗料によって被覆塗装されることを特徴とする、請求項1の電気火花ドリル。2. The electric spark drill according to claim 1, wherein the electrode is coated with at least a kind of enamel or paint. 接触停止要素は、電極が被加工物を貫通した際、閉回路を完成するために設置され、電極が接触停止要素に接触すると閉回路を完成させ探知信号を発生する。該探知器は信号を出し、信号に対応して電極送りを停止させることを特徴とする、請求項1の電気火花ドリル。The contact stop element is installed to complete a closed circuit when the electrode penetrates the workpiece, and completes the closed circuit and generates a detection signal when the electrode contacts the contact stop element. The electric spark drill according to claim 1, wherein the detector emits a signal, and stops the electrode feed in response to the signal. 被加工物から金属陽イオンが移動するのを防ぐために、金属陽イオンが犠牲的電極から転出するように、該電極と被加工物の近くに犠牲的な電極を備えたことを特徴とする、請求項1の電気火花ドリル。Providing a sacrificial electrode near the electrode and the workpiece such that the metal cations migrate out of the sacrificial electrode to prevent migration of the metal cation from the workpiece. An electric spark drill according to claim 1. 接触停止ガイド機構は、電極が被加工物を貫通しつつある状態で芯ぶれ振動した際、電極がガイド機構に接触すると閉回路を完成させ探知信号を発生する。該探知器は信号を出し、信号に対応して電極回転を停止させることを特徴とする、請求項1の電気火花ドリル。The contact stop guide mechanism completes a closed circuit and generates a detection signal when the electrode contacts the guide mechanism when the electrode vibrates while the electrode is penetrating the workpiece. The electric spark drill according to claim 1, wherein the detector emits a signal and stops the rotation of the electrode in response to the signal. 電極と被加工物の間のギャップにアーク放電を創生し、液体を該ギャップに供給する構成において、該電極に電圧を印加し、該電圧範囲としては、概ねアーク放電電圧に等しいか、アーク放電電圧の2倍までとし、該電圧、該液体の伝導率、また被加工物に所望の穴を作成するためのギャップのサイズの維持等、少なくとも一つの制御を行うことを特徴とする、電気スパークによって穴を形成する方法。In a configuration in which an arc discharge is created in a gap between an electrode and a workpiece and a liquid is supplied to the gap, a voltage is applied to the electrode, and the voltage range is substantially equal to an arc discharge voltage or an arc. Electric discharge characterized by performing at least one control such as maintaining the voltage, the conductivity of the liquid, and the size of a gap for forming a desired hole in a workpiece, up to twice the discharge voltage. A method of forming holes by sparks. 該印加電圧において、平均電圧よりも極間開放電圧が高いことを特徴とする、請求項14の電気スパークによって穴を形成する方法。The method for forming a hole by an electric spark according to claim 14, wherein the gap voltage is higher than the average voltage at the applied voltage. 該印加開放電圧が17〜40ボルトであることを特徴とする、請求項14の電気スパークによって穴を形成する方法。15. The method of claim 14, wherein the applied open circuit voltage is between 17 and 40 volts. 該液体が高い伝導率液体であることを特徴とする、請求項14の電気スパークによって穴を形成する方法。The method of claim 14, wherein the liquid is a high conductivity liquid. 該液体が6000〜10000cmΩの比抵抗率(167〜100μSの伝導率)を持っていることを特徴とする、請求項14の電気スパークによって穴を形成する方法。15. The method of claim 14, wherein the liquid has a resistivity of 6000-10000 cm [Omega] (a conductivity of 167-100 [mu] S). 前述の制御は、該電圧を測定して、電極を進めるか、位置保持するか、逆行することによって電極のギャップ距離を調整出来るようにしたことを特徴とする、請求項14の電気スパークによって穴を形成する方法。15. The method according to claim 14, wherein said control measures the voltage to adjust the gap distance of the electrode by advancing, holding, or reversing the electrode. How to form. 該制御が、パルスジェネレータによって作られた、スイッチング素子のオフ時間の終わりに発生するコントロールパルスに対応して、電極を進めるか、位置保持するか、逆行することを特徴とする請求項19の方法。20. The method of claim 19, wherein the control advances, holds, or reverses the electrodes in response to a control pulse generated by the pulse generator, which occurs at the end of the off time of the switching element. . 該コントローラーが、液体の伝導率に基づく、電極への印加電圧を制御するための電圧コントローラを包含するコントローラであることを特徴とする、請求項14の電気スパークによって穴を形成する方法。15. The method of forming a hole with an electric spark according to claim 14, wherein the controller is a controller including a voltage controller for controlling an applied voltage to the electrode based on the conductivity of the liquid. 該コントローラーが、液体の伝導率を制御するための伝導率コントローラを包含するコントローラであることを特徴とする、請求項14の電気スパークによって穴を形成する方法。The method of claim 14, wherein the controller is a controller including a conductivity controller for controlling the conductivity of a liquid. 該電極が少なくとも、ある種のエナメル、もしくは塗料により被覆塗装されることを特徴とする、請求項14の電気スパークによって穴を形成する方法。15. The method of claim 14, wherein the electrode is coated with at least some enamel or paint. 接触停止要素は、電極が被加工物を貫通した際、閉回路を完成するために設置され、電極が接触停止要素に接触すると閉回路を完成させ探知信号を発生する。該探知機は信号を出し、信号に対応して電極送りを停止させることを特徴とする、請求項14の電気スパークによって穴を形成する方法。The contact stop element is installed to complete a closed circuit when the electrode penetrates the workpiece, and completes the closed circuit and generates a detection signal when the electrode contacts the contact stop element. 15. The method of claim 14, wherein the detector emits a signal and stops the electrode feed in response to the signal. 被加工物から金属陽イオンが移動するのを防ぐために、金属陽イオンが犠牲的電極から転出するように、該電極と被加工物の近くに犠牲的な電極を備えたことを特徴とする、請求項14の電気スパークによって穴を形成する方法。Providing a sacrificial electrode near the electrode and the workpiece such that the metal cations migrate out of the sacrificial electrode to prevent migration of the metal cation from the workpiece. A method of forming a hole by the electric spark of claim 14. 接触停止ガイド機構は、電極が被加工物を貫通しつつある状態で振動した際、電極がガイド機構に接触すると閉回路を完成させ探知信号を発生する。該探知器は信号を出し、信号に対応して電極進行を停止させることを特徴とする、請求項14の電気スパークによって穴を形成する方法。The contact stop guide mechanism completes a closed circuit when the electrode contacts the guide mechanism when the electrode vibrates while penetrating the workpiece, and generates a detection signal. The method of claim 14, wherein the detector emits a signal and stops the electrode advance in response to the signal.
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