JP2007000949A - 放電加工方法およびこれに用いる加工電極 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工品質の高品質化および低コスト化を容易に図ることのできる放電加工方法およびこれに用いる加工電極を提供する。
【解決手段】 導電性を有する素材により形成された電極本体２と、導電性を有する素材により形成された電極チップ３と、電極チップ３を電極本体２の先端に着脱自在に保持するための保持手段６とにより加工電極１を形成し、放電加工時には、電極本体２の先端に、電極チップ３を保持し、この電極チップ３をアーク放電に用いる電極端として加工対象物Ｗに放電加工を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、加工品質の高品質化および低コスト化を図るのに好適な放電加工方法およびこれに用いる加工電極に関する。

従来から、放電現象を利用して加工対象物を加工する放電加工が知られている。この放電加工は、絶縁性を有する加工液中で、工具電極である加工電極の先端と加工対象物とを数μｍ〜数十μｍの放電ギャップと称される間隙をおいて対向させ、加工対象物と加工電極の先端面との間に数十Ｖ〜数百Ｖの電圧を印加することによりアーク放電を繰返し発生させ、その熱と圧力の作用で加工対象物の表面の一部、詳しくは、加工対象物の加工電極の先端面と対向する部分を溶融除去するものである。

このような放電加工は、放電を行う加工電極の形状に応じた加工ができるため、一般の機械加工が困難な材質や複雑な形状の加工に使用されている。

なお、放電加工は、加工電極を回転させながら、加工対象物および／または加工電極を数値制御(ＮＣ)により移動させることで、フライス加工と同様な３次元加工も可能である。

さらに、放電加工は、加工液として電解液を用いることなどにより非金属の加工を行うこともできる。

図３は、一般的な放電加工装置の一例を示すものであり、この放電加工装置Ｍは、絶縁性を有する加工液Ｌが貯留される加工槽Ｍ０１を有している。この加工槽Ｍ０１の内部には、加工対象物Ｗを着脱自在に固定するための加工テーブルＭ０２が配設されており、この加工テーブルＭ０２の上面に加工対象物Ｗが固定されるようになっている。また、加工槽Ｍ０１に貯留される加工液Ｌの液量は、加工液Ｌ中に加工対象物Ｗが浸漬されるように設定されている。

前記加工テーブルＭ０２の上方には、棒状に形成された加工電極１０１がその先端を下方に向けて配設されている。この加工電極１０１は、図３の上方に示す基端部がサーボ機構を備えた送り装置Ｍ０３により着脱自在に保持されており、送り装置Ｍ０３により加工電極１０１の先端が加工対象物Ｗの加工部分に対して接離するように上下方向に移動自在とされている。そして、放電加工時には、送り装置Ｍ０３により加工電極１０１と加工対象物Ｗとが放電ギャップと称される所定の間隙Ｇを保持するように形成されている。

前記加工電極１０１と加工対象物Ｗとは、ケーブルＣを介して高周波パルス発生装置Ｍ０４に接続されており、放電加工時には、高周波パルス発生装置Ｍ０４から供給されるパルスにより間隙Ｇに放電アークが繰返し発生するように形成されている。

前記加工槽Ｍ０１には、加工槽Ｍ０１の内部の加工液Ｌを循環使用するための配管ＰＬが配設されており、配管ＰＬの途中には、常時は閉状態とされたバルブＶ、加工液Ｌを正常に保持するためのドレン付きのストレーナＳおよびポンプＰが図３の反時計方向にて示す加工液Ｌの流動方向の上流側から下流側に向かってこの順に配設されている。

なお、送り装置Ｍ０３としては、加工電極１０１を上下動させるとともに回転させる構成や、加工電極１０１を３次元方向に移動させる構成のものもあり、加工対象物Ｗに対する加工形状に応じて選択使用されている。

このような放電加工装置１においては、加工対象物Ｗに対して放電加工を行う場合、一般的には市販の加工電極１０１の先端の形状を、加工形状に応じた形状に整形して使用している。

例えば、加工対象物Ｗに断面円形の穴加工を行う場合には、市販の加工電極１０１の電極端となる先端を、所定の寸法の円柱状に整形している。勿論、目的とする加工形状に応じたものがあれば、円柱状に形成された市販の加工電極１０１をそのまま使用する場合もある。

また、加工対象物Ｗに欠球面状あるいは半球面状などの窪みや溝を形成する場合には、図４に示すように、加工電極１０１の電極端となる先端１０１ａを、例えば、プロファイル加工などの精密な加工機で高精度の半球状に整形している。

ところで、放電加工においては、加工が進むにつれて加工電極１０１それ自体、詳しくは、アーク放電に用いる電極端となる先端１０１ａ部分も放電によって消耗するために、徐々に先端１０１ａの当初の形状が失われて行き、さらには加工電極の先端１０１ａの形状に倣う加工対象物Ｗの形状も、目的とする形状から逸脱して加工されてしまう。

このため、同一の加工電極１０１で長時間加工を行う場合、例えば、加工対象物Ｗに対して市販の加工電極１０１の先端１０１ａの形状では得られない凹曲面などの形状を多数形成する場合には、定期的に加工電極１０１の形状を測定して、その形状が基準から逸脱した場合は、加工を停止して、放電加工装置１から加工電極１０１を取り外し、取り外した加工電極１０１の先端１０１ａの形状の再整形を行っている。

しかしながら、従来の加工電極１０１による放電加工では、近年の高品質化および低コスト化の要求に応えることができないという問題点があった。

例えば、従来の加工電極１０１の先端１０１ａの形状の再整形では、１０μ程度の加工誤差は避けられず、再整形の前後で加工精度にバラツキが生じ、加工品質に劣るという問題点があった。

また、加工電極１０１の再整形には、多大な時間とコストが必要になるという問題点があった。

さらに、加工電極１０１の再整形による放電加工装置１の加工の停止時間が長いという問題点もあった。

そこで、加工品質の高品質化および低コスト化を容易に図ることのできる放電加工方法およびこれに用いる加工電極が求められている。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、加工品質の高品質化および低コスト化を容易に図ることのできる放電加工方法およびこれに用いる加工電極を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、本発明に係る放電加工方法の特徴は、絶縁性の加工液中で加工電極と加工対象物とを対向させ、前記加工電極と前記加工対象物との間にアーク放電を繰り返し発生させることにより前記加工対象物の一部を溶融除去する放電加工方法において、前記加工電極を、導電性を有する素材により形成された電極本体と、この電極本体に対し着脱自在とされており導電性を有する素材により形成された電極チップとにより構成し、放電加工時には、前記電極本体の先端に、前記電極チップを保持し、この電極チップをアーク放電に用いる電極端として前記加工対象物に放電加工を行う点にある。

本発明に係る放電加工方法においては、前記電極チップを磁性を有する素材により形成し、前記電極チップを前記電極本体の先端に磁力により保持することが好ましく、また、前記電極チップとして玉軸受用鋼球を用いることが好ましい。

本発明に係る加工電極の特徴は、放電加工に用いる加工電極において、導電性を有する素材により形成された電極本体と、導電性を有する素材により形成された電極チップと、前記電極チップを前記電極本体の先端に着脱自在に保持するための保持手段とを有している点にある。

本発明に係る加工電極においては、前記保持手段が、磁性を有する素材により形成された電極チップと、磁石とを有していることが好ましく、また、前記電極チップが、玉軸受用鋼球であることが好ましい。

本発明に係る放電加工方法によれば、加工電極の電極端が消耗した場合、加工電極の電極端の再整形を電極チップの交換という簡便な方法により代替することができるので、加工の停止時間を短くすることができるし、電極チップの交換の前後における加工品質を同一に保持することができる。その結果、加工品質の高品質化および低コスト化を容易に図ることができる。

また、本発明の加工電極によれば、加工電極の電極端となる電極チップを容易に交換することができるので、本発明に係る放電加工方法を確実かつ容易に実施することができる。その結果、加工の停止時間を短くすることができるし、電極チップの交換の前後における加工品質を同一に保持することができるので、加工品質の高品質化および低コスト化を容易に図ることができる。

以下、本発明を図面に示す実施形態により説明する。なお、前述した従来のものと同一ないし相当する構成については図面中に同一の符号を付しその詳しい説明は省略する。

図１は本発明に係る加工電極の実施形態の加工状態における要部を示す模式図である。

本実施形態の加工電極は、加工対象物に欠球面状あるいは半球面状の窪みや溝を形成するものを例示している。

図１に示すように、本実施形態の放電加工に用いる加工電極１は、電極本体２と、電極チップ３と、磁石４とを有している。

前記電極本体２は、図１の上端が送り装置（図３の符号１０５）のチャックに着脱自に取着されるものであり、導電性を有する素材により円柱状の棒状に形成されている。そして、電極本体２は、従来と同様に、ケーブル（図３の符号１０６）を介して高周波パルス発生装置（図３の符号１０７）に接続されている。また、電極本体２の先端である下端面には、上方に向かって小径のテーパ状のチップ受け５が凹設されている。このチップ受け５は、電極チップ３の取付部として機能するものであり、電極チップ３との対向部位の形状に応じて多種多様の形状から選択使用することができるが、テーパ状やインロー構造などの位置決め機能を有するものであることが好ましい。

なお、電極本体２としては、市販されている円柱状、ブロック状、円筒状、プレート状などの各種のものを、そのままの形状あるいは所定の形状に加工して用いてもよい。

また、電極本体２の素材としては、コバルトなどの磁性成分を加えることで、導電性および磁性を有するものを用いてもよい。

前記電極チップ３は、加工対象物Ｗに放電加工を行う際に、加工電極１のアーク放電に用いる電極端として機能するものであり、電極本体２の先端たる下端に取着されている。この電極チップ３は、磁性および導電性を有する素材により形成されており、本実施形態においては、加工対象物Ｗに欠球面状あるいは半球面状などの窪みや溝を形成するために、市販されている球体、詳しくは高精度の玉軸受用鋼球３ａが用いられている。

なお、電極チップ３の形状としては、加工対象物Ｗの加工形状に応じて各種の形状から選択することができる。

例えば、加工対象物ＷにＶ溝を加工する場合には、図２に示すように、電極チップ３Ａとして、市販されている算盤玉状のものを用いるとよい。

なお、電極チップ３としては、玉軸受用鋼球３ａに限らず、テーパピン、平行ピン、円筒コロ、円すいコロ、キーなどの高精度で、入手性がよく、しかも低価格な市販品を用いることができる。勿論、電極チップ３として、予め加工対象物Ｗの加工形状に応じた所定形状に形成したものを複数用意して用いてもよい。

また、電極チップ３としては、電極本体２のチップ受け５との対向部位に、インロー構造などの電極本体２との相互間で位置決めを容易に行うことのできる取付部を設けるとよい。

前記磁石４は、電極チップ３を電極本体２の先端に磁力により着脱自在に保持させるためのものであり、本実施形態においては、環状に形成された永久磁石４ａが用いられている。なお、磁石４としては、設計コンセプトなどの必要に応じて電磁石を用いてもよい。

前記永久磁石４ａは、その軸方向である図１の上下方向の両側に磁極が形成されるように着磁されている。そして、永久磁石４ａの径方向内側、詳しくは、永久磁石４ａの内孔に電極本体２がその長手方向を平行にして配置されている。

本実施形態の永久磁石４ａとしては、初期の磁束密度が、１０００００μテスラ（１０００ガウス）以上のもの、本実施形態においては３６００００μテスラ（３６００ガウス）程度のものが用いられている。この磁束密度は、仕様、設計コンセプトなどの必要に応じて設定すればよい。

なお、永久磁石４ａを所定位置に保持する構成としては、永久磁石４ａの磁力を用いる構成や、取付ステーを用いて永久磁石４ａを保持する構成などから選択使用することができる。

具体的には、加工電極１の電極本体２を着脱自在に保持する送り装置のチャックが磁性体により形成されているのが一般的なので、永久磁石４ａの上端面をチャックに直接吸着させる構成としたり、電極本体２をコバルトなどの磁性成分を含有する素材により形成して樹脂などの非磁性体により形成された磁石保持部材を介して電極本体２の外周の上部に永久磁石４ａを吸着させる構成や、加工槽（図３の符号１０２）あるいは加工テーブル（図３の符号１０３）に設けた移動自在な磁石取付ステーを用いて固定保持する構成を挙げることができる。そして、このような構成を採用することで、既存の放電加工装置に磁石４を容易かつ確実に設置することができる。

なお、磁石４として電磁石を用いると、電磁石４に対する通電の有無により、電極チップ３の着脱を自動的に行うことができるので、電極チップ３を自動的に交換することができる。

前記導電性および磁性を有する素材により形成された電極チップ３と、磁石４とにより、本実施形態の電極チップ３を電極本体２の先端に着脱自在に保持するための保持手段６が構成されている。

なお、保持手段６としては、磁力を用いずに電極チップ３を電極本体２の先端に着脱自在に保持することのできる構成、例えば、エアカプラのようなワンタッチジョイントを用いてもよい。勿論、インロー構造などの電極本体２と電極チップ３との相互間で位置決めを容易に行うことのできる取付部を設けることが肝要である。

つぎに、前述した構成からなる本実施形態の作用について本発明の放電加工方法とともに説明する。

本実施形態の放電加工方法は、前述した図１に示す本実施形態の加工電極１を用いて実施する。

本実施形態の加工電極１による放電加工は、電極本体２の先端に、電極チップ３を磁石４の磁力により保持して行う。

すなわち、送り装置のチャックに電極本体２の上端を取り付ける。そして、永久磁石４ａの内孔を電極本体２に挿入し、電極本体２の上端側の周囲に永久磁石４ａを配置する。

ついで、電極チップ３としての玉軸受用鋼球３ａを電極本体２の先端のチップ受け５にセットする。これにより、玉軸受用鋼球３ａは、永久磁石４ａの磁力によってテーパ状のチップ受け５に吸着保持されるとともに、チップ受け５の内部において、永久磁石４ａの磁力によって電極本体２の上端に向かう力を受けて自動調心される。

すなわち、電極本体２の先端に形成されたテーパ状のチップ受け５は、電極本体２の先端に磁力により取着される玉軸受用鋼球３ａの位置決め機能を兼ね備えている。

ついで、従来と同様にして、加工対象物Ｗへの放電加工を行う。これにより、加工対象物Ｗの加工部位に、欠球面状あるいは半球面状などの窪みや溝を形成することができる。

この時、永久磁石４ａの磁力により電極本体２の先端に吸着された玉軸受用鋼球３ａが導電性を有しているため、玉軸受用鋼球３ａの表面が加工対象物Ｗとの相互間におけるアーク放電に用いる電極端として機能する。

また、放電加工は、加工電極１の電極端となる玉軸受用鋼球３ａと加工対象物Ｗの加工部位との相互間が非接触であるため、加工中における玉軸受用鋼球３ａには、大きな外力が加わらない。

したがって、玉軸受用鋼球３ａを電極本体２に吸着保持するのに必要な磁力としては、人手により玉軸受用鋼球３ａを簡単に着脱できる程度に小さいものであっても、玉軸受用鋼球３ａが電極本体２から脱落することはない。

また、玉軸受用鋼球３ａは、等級により１μｍあるいはそれ以下と寸法精度が高く、このような玉軸受用鋼球３ａを加工電極１の電極端として用いることで、形状が転写される加工対象物Ｗの加工部位においても高い寸法精度を得ることができるとともに、玉軸受用鋼球３ａを交換してもバラツキの少ない高い加工品質を容易に得ることができる。

またさらに、加工対象物Ｗに対する一般的な放電加工では、玉軸受用鋼球３ａの表面は、加工対象物Ｗの加工部位と対向している一部が電極端として使用されるので、放電加工時間の増加にともなって一部が消耗する。この場合、加工を停止して、玉軸受用鋼球３ａを回転させて、それまで使用していなかった面を加工対象物Ｗに向けることで、再び初期と同一条件による放電加工を行うことができる。

さらに、玉軸受用鋼球３ａの消耗が広範囲に至った場合には、加工を停止して、人手により電極本体２から使用に供した玉軸受用鋼球３ａを永久磁石４ａの磁力に抗して取り外し、新たな玉軸受用鋼球３ａを電極本体２の先端のチップ受け５にセットするという玉軸受用鋼球３ａの交換を簡単に行うことで、容易に初期状態（交換前と同一の状態）での放電加工を行うことができる。

なお、加工電極１を回転させるとともに、加工電極１を傾斜させることで、玉軸受用鋼球３ａの電極端として使用する表面積を大きくすることができる。その結果、玉軸受用鋼球３ａの消耗部分が広い面積に分散するので、玉軸受用鋼球３ａの使用時間を長くすることができる。すなわち、玉軸受用鋼球３ａの精度を長時間に亘り保持させることができる。

また、電極本体２は、放電加工により消耗しないので交換不要であるため、サイズの異なる玉軸受用鋼球３ａを磁力により保持させることができる。その結果、加工対象物Ｗに形成する加工部位のサイズの変更を容易に行うことができる。

さらに、加工電極１を回転させながら、加工対象物Ｗおよび／または加工電極１を数値制御により移動させることで、直線状、環状、曲線状などの溝加工を容易に行うこともできる。

このように、本実施形態の放電加工方法によれば、加工電極１を、導電性を有する素材により形成された電極本体２と、この電極本体２に対し着脱自在とされており導電性を有する素材により形成された電極チップ３とにより構成し、放電加工時には、電極本体２の先端に、電極チップ３を保持し、この電極チップ３をアーク放電に用いる電極端として加工対象物Ｗに放電加工を行うことができるので、加工電極１の電極端としての電極チップ３が消耗した場合、消耗した電極チップ３を新たな電極チップ３に容易に交換することができる。

したがって、従来の加工電極１０１の電極端の再整形を電極チップ３の交換という簡便な方法により代替することができる。

また、電極チップ３の交換は、従来の加工電極１０１の電極端の再整形と異なり、交換前後の加工精度を同一に保持することが容易にできる。

したがって、本実施形態の放電加工方法によれば、加工電極１の電極端が消耗した場合における加工停止時間を短くすることができるとともに、加工精度のバラツキを少なくすることができるので、加工品質の高品質化および低コスト化を容易に図ることができる。

また、本実施形態の放電加工方法によれば、電極チップ３を磁性を有する素材により形成し、電極チップ３を電極本体２の先端に磁力により保持することができるので、人手による操作によって電極本体２に対し電極チップ３を簡単かつ短時間で着脱して交換することが容易にできる。

さらに、本実施形態の放電加工方法によれば、電極チップ３として玉軸受用鋼球３ａを用いているので、加工対象物Ｗに欠球面状あるいは半球面状などの窪みや溝を形成するための高精度の球体を容易かつ低コストで入手することができる。

すなわち、玉軸受用鋼球３ａは、安価で市場に供給されているので、損耗した玉軸受用鋼球３ａを新たなものと交換したとしても、従来の加工電極１を再生整形する場合に比べて、加工精度のバラツキをより少なくすることができるとともに、交換に要する費用を低減することができるし、交換に要する時間を短くすることができる。

本実施形態の加工電極１によれば、導電性を有する素材により形成された電極本体２と、導電性を有する素材により形成された電極チップ３と、電極チップ３を電極本体２の先端に着脱自在に保持するための保持手段６とを有しているので、放電加工時に、電極チップ３をアーク放電に用いる電極端として加工対象物Ｗに放電加工を行うことができるとともに、電極チップ３の交換を容易に行うことができる。

したがって、従来の加工電極１０１の電極端の再整形を電極チップ３の交換という簡便な方法により代替することができる。

また、電極チップ３の交換は、従来の加工電極１０１の電極端の再整形と異なり、交換前後の加工精度を同一に保持することが容易にできる。

したがって、本実施形態の加工電極１によれば、本発明の放電加工方法、すなわち、加工電極１を、導電性を有する素材により形成された電極本体２と、この電極本体２に対し着脱自在とされており導電性を有する素材により形成された電極チップ３とにより構成し、放電加工時には、電極本体２の先端に、電極チップ３を保持し、この電極チップ３をアーク放電に用いる電極端として加工対象物Ｗに放電加工を行う放電加工方法を簡便な構成で確実かつ容易に実施することができる。

よって、本実施形態の加工電極１によれば、加工品質の高品質化および低コスト化を容易に図ることができる。

また、本実施形態の加工電極１によれば、保持手段６が磁性を有する素材により形成された電極チップ３と磁石４とを有しているので、電極本体２の先端に電極チップ３を磁石４の磁力により着脱自在に保持させることが容易かつ確実にできる。

したがって、本実施形態の加工電極１によれば、本発明の放電加工方法、すなわち、電極チップ３を磁性を有する素材により形成し、電極チップ３を電極本体２の先端に磁力により保持して放電加工を行う放電加工方法を簡便な構成で確実かつ容易に実施することができる。

さらに、本実施形態の加工電極１によれば、電極チップ３が、玉軸受用鋼球３ａであるので、加工対象物Ｗに欠球面状あるいは半球面状などの窪みや溝を形成するための高精度の球体を容易かつ低コストで入手することができる。

したがって、本実施形態の加工電極１によれば、本発明の放電加工方法、すなわち、電極チップ３として玉軸受用鋼球３ａを用いる放電加工方法を簡便な構成で確実かつ容易に実施することができる。

よって、本実施形態の放電加工方法およびこれに用いる加工電極１によれば、加工品質の高品質化および低コスト化を容易に図ることができる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

本発明に係る放電加工方法を実施する加工電極の実施形態の要部を示す模式図 図１の加工電極の電極チップの変形例を示す図１と同様の図 一般的な放電加工装置の要部を示す模式図 従来の加工対象物に欠球面状あるいは半球面状などの窪みや溝を形成する場合に用いる加工電極の要部を示す模式図

符号の説明

１ 加工電極
２ 電極本体
３、３Ａ 電極チップ
３ａ 玉軸受用鋼球
４ 磁石
４ａ 永久磁石
５ チップ受け
Ｇ 間隔
Ｗ 加工対象物

Claims (6)

1. 絶縁性の加工液中で加工電極と加工対象物とを対向させ、前記加工電極と前記加工対象物との間にアーク放電を繰り返し発生させることにより前記加工対象物の一部を溶融除去する放電加工方法において、
   前記加工電極を、導電性を有する素材により形成された電極本体と、この電極本体に対し着脱自在とされており導電性を有する素材により形成された電極チップとにより構成し、放電加工時には、前記電極本体の先端に、前記電極チップを保持し、この電極チップをアーク放電に用いる電極端として前記加工対象物に放電加工を行うことを特徴とする放電加工方法。
2. 前記電極チップを磁性を有する素材により形成し、前記電極チップを前記電極本体の先端に磁力により保持することを特徴とする請求項１に記載の放電加工方法。
3. 前記電極チップとして玉軸受用鋼球を用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放電加工方法。
4. 放電加工に用いる加工電極において、
   導電性を有する素材により形成された電極本体と、
   導電性を有する素材により形成された電極チップと、
   前記電極チップを前記電極本体の先端に着脱自在に保持するための保持手段とを有していることを特徴とする放電加工に用いる加工電極。
5. 前記保持手段が、磁性を有する素材により形成された電極チップと、磁石とを有していることを特徴とする請求項４に記載の放電加工に用いる加工電極。
6. 前記電極チップが、玉軸受用鋼球であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の放電加工に用いる加工電極。

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