JP2008012651A - 放電加工方法および放電加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パイプ電極による穴開け放電加工の効率化を図る放電加工方法および放電加工機の提供。
【解決手段】回転させない中空のパイプ電極を使う放電加工において、通常の放電と逆極性のパルス電圧を印加して、該パイプ電極の先端部が未加工ワークの表面形状と均等にほぼ密接するまで該パイプ電極を消耗させて、該パイプ電極の先端部を形成する工程を含み、その後、通常の極性に戻して未加工ワークを放電加工する。
【選択図】図７

Description

発明の詳細な説明

本発明は、パイプ電極を用いる穴開け放電加工方法および放電加工装置に関する。

円形のパイプ電極を用いてワーク（被加工物）に穴開け加工することは、貫通孔／非貫通孔によらず、従来から周知に行われ、この際、パイプ電極を回転しながらパイプ電極の内部に加工液を流して、放電加工によりワークに穴開け加工することが一般的であった。

ワークを非円形状に穴開け加工するには、非円形状の断面を有するパイプ電極を用いて、非円形パイプ電極を回転することなく、非円形パイプ電極の内部に加工液を流して放電加工するか、非円形状の断面を有する棒状電極を用いて、非円形棒状電極を回転することなく、加工液中で放電加工するか、所望の形状に近い円形に通常のパイプ電極で、従来通り円形に穴開け放電加工し、さらに、ワイヤカット電極や細い棒状電極等を用いて所望の非円形状に放電加工する等の方法が用いられていた。

この内、非円形状の断面を有するパイプ電極を用いて、回転することなく、非円形パイプ電極の内部に加工液を流して放電加工する方法は、ワークと電極の間の放電ギャップ間を冷却、清浄するので、安定した放電が継続して効率的であるが、非円形パイプ電極の場合、非円形パイプ電極の先端が、放電加工に伴い、不均一に消耗し、その端面が不均一になる現象が発生することが知られている。その典型的な例を図１および図３に示した。

図１および図３においては、図２に示した小判形状の断面を有するパイプ電極を使用して、回転することなく、水平面の未加工ワークに対して放電加工を繰り返した場合の電極先端形状の変化を観察した結果であり、放電加工を繰り返すと、曲率半径の小さい部分より、大きい部分の方が相対的に電極の消耗が早く、加工回数を重ねるにつれて、その先端の形状の不均一さが増していることが理解できる。

通常の円形パイプ電極でも、その先端は、放電加工時に少しずつ消耗しているが、円形であること、および回転していることにより、不均一な消耗にはならない。しかしながら、均一な水平端面である円形パイプ電極で、加工する表面形状が水平でないワークを加工する場合、放電加工の深さが効率的でないケースがある。その典型的な例を図４に示した。円形パイプ電極で、回転して放電加工する深さＤ１より、ワークの表面形状に先端を形成したパイプ電極を使用して、回転しないで放電加工する深さＤ２の方が小さく、放電加工が効率的であることは明白である。

放電による多数の非円形の穴開け加工を行う場合、不均一消耗した非円形パイプの先端を、その都度、機械的に均一面に研削修復する等により、放電加工を開始する必要があり、機械的に研削する際には、非円形パイプ電極を取り外して研削する必要がある場合もあり、余分な工程により穴開け作業が非効率であった。

放電加工においては、電極側を負極、ワーク側を正極として放電加工するのが通常であり、双方の金属の材質にもよるが、一般的にワークの方が、より消耗して加工され、電極も少し消耗する。逆に、電極側を正極、ワーク側を負極として放電加工すると、電極側の消耗量が大きくなる。この逆極性の電圧を印加する方法は、特許文献１、特許文献２等に開示され、主として、電極ワーク間の放電屑の除去や精密な仕上げ加工の目的で利用されており、逆極性の電圧で電極側を消耗させることは周知の技術である。

通常と逆極性のパルス電圧を印加して電極を修復消耗させる方法は、特許文献３に開示されている。この技術は、工具電極の側面形状をワークに溝加工する際、ワークと接近する部分の工具電極が消耗して工具電極の外側に段差ができるが、逆極性の電圧を印加して、工具電極を加工面に沿って長手方向に引くことにより、外形の段差を放電により修正するものである。この技術は、電極の横端面部の修復が目的であり、しかも数μｍ未満の段差修復が対象で、パイプ電極の先端平面部の修復（約０．１ｍｍ−約３ｍｍ）には対応していない。

非円形状孔の放電加工工具としては、特許文献４が開示されている。これは放電加工部の電極と、ブローチ加工部の超硬材が複合したものであり、放電加工とブローチ加工を続けて行うことのできる加工工具であり、その放電加工部の電極は、非円形であるが、内部に加工液が流せる中空形状ではなく、電極の不均一消耗についての記載もない。
特公昭４１−８３３２ 特公昭４５−１４４７８ 特開平１０−１５６６３２ 特開平３−２４５９１６

本発明は上記の問題点に鑑み、不均一に消耗した非円形パイプ電極の先端を、その非円形パイプ電極を取り外すことなく、均一な先端面に修復し、非円形の穴開け放電加工を効率的に行うことを第一の目的とする。

さらに、パイプ電極を使用して、回転させないで水平面でないワークを放電加工する場合、予めワークの表面形状にパイプ電極の先端の全面をほぼ一致させる形状とし、実質的な放電加工深さを短くして、穴開け放電加工を効率的に行うことを第二の目的とする。

本発明は上記目的を達成するため、回転させない中空のパイプ電極を使う放電加工において、通常の放電と逆極性のパルス電圧を印加して、該パイプ電極の先端部の全面が未加工ワークの表面形状とほぼ均等に密接するまで該パイプ電極を消耗させて、該パイプ電極の先端部を形成する工程を含み、その後、通常の極性に戻して未加工ワークを放電加工する放電加工方法を特徴とするものである。

また、回転させない中空のパイプ電極を使う放電加工機において、通常の放電と逆極性のパルス電圧を印加できる電源手段と、該逆極性のパルス電圧で該パイプ電極の先端部の全面が未加工ワークの表面形状とほぼ均等に密接するまで消耗させる手段と、通常の放電時間および加工深さ、極性の切り換え、該逆極性のパルス電圧における加工深さおよび／もしくは加工時間を予めプログラム化できる手段とを備えたことを特徴とするものである。

さらに、不均一に消耗したパイプ電極を均一な端面に修復する手段として、未加工ワークの表面形状が水平面である場合において、その水平面を利用して、通常の放電と逆極性のパルス電圧を印加してパイプ電極の端面を均一水平面に修復することを特徴とするものである。

中空のパイプ電極を使う目的は、電極内部に加工液を流して、放電加工時に生成する加工屑を除去し易くするため等である。これらのパイプ電極は、材質が銅、真鍮、黄銅、タングステン等のパイプをダイス引き抜き加工等による周知の方法により、外周部の形状を楕円、小判、正方、矩形、多角形、星形等に成形して得られる。これらの典型的な断面形状の例を図８に示す。

上記の非円形の中空パイプ電極とワーク間にパルス電圧を供給する電源装置、パイプ電極の保持装置およびワークとの上下、左右、前後の相対位置制御装置、パイプ電極の送り機構、加工液還流装置等は、従来の周知の放電加工装置を使用することができる。その典型的なブロック回路図を図５に示した。

パイプ電極の先端部の全面が未加工ワークの表面形状とほぼ均等に密接するまで消耗させる本発明の手段としては、通常の放電と逆極性のパルス電圧を印加できる電源を用意し、従来の放電加工に用いるパルス電圧を供給する電源装置の出力部に極性切り換え部を付け加え、極性切り換えと共に、パイプ電極の送り条件、逆極性のパルス電圧でパイプ電極を消耗させる時間（放電時間）もしくは消耗量（加工深さ）設定を設定する加工条件設定部を設け、加工条件設定部の加工条件に応じて制御部からの信号により逆極性のパルス電圧をパイプ電極とワーク間に供給できるようにする。

さらにパイプ電極を加工位置に設置し、パイプ電極の先端が逆極性のパルス電圧で放電を開始する位置までＺ軸を低下させ、予め設定した時間および／もしくは加工深さだけ逆極性のパルス電圧でパイプ電極の先端の全面を未加工ワークの表面形状に倣うように成形する。その後、パルス電圧の極性を通常の極性に切り換え、必要な加工深さの穴開け放電加工を行う。

不均一に消耗したパイプ電極を均一な端面に修復する本発明の手段としては、未加工ワークの表面形状が水平な場合には、それがパイプ電極の修復として利用され、未加工ワークの表面形状が水平でない場合には、それがパイプ電極の先端面の成形として利用されることとなり、上記と同様な手段で達成できる。

以下本発明の実施形態を図７および図９−図１３を参照して説明する。放電加工装置としては、図５の従来のパイプ電極放電加工機のパルス電圧出力部（加工電流発生部２５）に、パルス電圧の極性を切り換える極性切り換え部２６を介してパイプ電極１２およびワーク１３間にパルス電圧を供給できるようにする。さらに制御部２２に対して、極性切り換えと共に、パイプ電極１２の送り条件、逆極性のパルス電圧でパイプ電極を消耗させる時間（放電時間）もしくは消耗量（加工深さ）設定を設定する加工条件設定部２１を設けた。

加工条件設定部２１には、上記の加工条件のほか、通常の放電時間および加工深さ、極性の切り換え、加工液供給条件等の放電加工諸条件を予めプログラム化し、制御部２２で記憶、実行信号の生成ができるようにし、全体として図７に示すような放電加工システムとした。

長径２．０ｍｍ、短径１．０ｍｍ、平均肉厚０．２ｍｍの小判型断面を有する黄銅製のパイプ電極１２を、楕円形分割治具を介して電極チャック９に取り付けた。加工液として市販のアステック社製ＧＴ−Ｖを５重量％水溶液として使用し、加工液循環ポンプ１８により、電極チャック９を介して加工液を小判型パイプ電極１２の内部に圧送するようにした。加工液の圧送圧力は、２−５ＭＰａとした。

ワーク１３は、中空で断面カマボコ形状であり、材質はステンレス製で、この上面の傾斜部に多数の貫通孔を穴開けする作業を必要とするものである。ワーク台にワーク１３をクランプ（図示せず）により固定し、ＸＹテーブルを動かして、図９に示した穴開け位置にパイプ電極１２の先端を設置する。

極性切換部２６でパルス電流発生部２５の極性を通常放電と逆に切り換え、放電加工を開始する。この時のパルス電圧は、約１５−４０Ｖの範囲であり、パルス電流は、約５−１５Ａの範囲であった。逆極性の放電では、パイプ電極１２が消耗形成され、図１０に示したようにワーク１３の表面形状に倣う形にパイプ電極１２の先端が成形されていく。

図１１に示したように、ワーク１３の表面形状にパイプ電極１２の先端が完全に成形されるまでに２．０秒を要した。その後、極性切換部２６を切り換えて、通常の放電加工をパルス電圧（２０−２５Ｖ）、パルス電流（１０−１５Ａ）の条件で、図１２に示したように、ワーク１３を放電加工して穴開け加工を行う。

図１３に示したように、穴開けが完了するまでの時間は４．５秒であった。
穴開けの完了後、パイプ電極１２を上部に引き上げ、同じワーク１３の同様な傾斜部の別の穴開け位置に移動し、今度は長さ０．２ｍｍ分の逆極性の放電加工してパイプ電極先端を消耗させ、続いて正極性に切り換えて放電加工を行う。以下、三つ目および四つ目の穴開け加工以降、十個目まで穴開け加工について、逆極性の放電加工を含んだ穴開け放電加工は、全てほぼ４．７秒で変わらなかった。

比較例

実施例と同じ小判型断面を有する黄銅製のパイプ電極を使い、同じワークに対して、極性を変えることなく通常の穴開け放電加工を行うと、一つ目の穴開け加工時間は６．０秒であり、以下二つ目から五つ目までの穴開け加工時間は、それぞれ６．２、６．３、６．５、６．８秒と次第に増加していった。

実施例と同じ小判型断面を有する黄銅製のパイプ電極１２を使い、図６に示した中空で水平表面のワーク３３に小判型の穴開けを多数箇所行う。図１に示したように小判型のパイプ電極１２の先端は、穴開け加工回数が増える毎に変形が増大した。実質的に５回目以降は、パイプ電極１２の先端を修復しないと穴開け加工は非効率である。

この穴開け加工の３回毎に、実施例１と同様な逆極性の放電加工を行い、ワーク３３の水平面を利用してパイプ電極１２の先端面の修復を行った。修復のための逆極性の放電加工時間は約０．５秒であった。

発明の効果

実施例から明らかなように穴開け作業時間を短縮でき、効率化が図れる。
特に水平面でないワークへの同形状の穴開け放電加工を多数行う場合、パイプ電極の先端形状がそのまま利用できる場合には、効率化の程度が大きくなる。

さらに、水平面ワークへの非円形パイプ電極の不均一消耗の修復が容易であり、電極を回転させないので、従来必ず必要であった加工液供給用の回転継ぎ手が不要となり、機構が簡単で電極以外の消耗部品がほとんどないので、装置が安価に製造でき、かつ信頼性が高くなった。

油圧回路の流量調整用穴および空圧回路のバルブ用穴に非円形の穴開け加工した部品の要求が増大しており、これらの穴開け加工の効率化に寄与できる。

小判型断面パイプ電極先端部の不均一消耗の程度を示す部分側面図である。 小判型断面パイプ電極先端部の平面図である。 小判型断面パイプ電極先端部の変化外観図である。 水平でないワークに対する加工深さを示す概略図である。 従来のパイプ電極を使う穴開け放電加工システムの概略ブロック図である。 水平面を有するワークの概略図である。 本発明によるパイプ電極を使う穴開け放電加工システムの概略ブロック図である。 非円形パイプ電極の断面形状の例である。

符号の説明

１ 放電加工機本体
３ サーボ制御部
５ Ａ−Ｄコンバータ
６ Ｚ軸送りモータ
７ 電極回転モータ
８ エンコーダ
９ 電極取り付けチャック
１１ 電極振れ防止装置
１２ パイプ電極
１３ ワーク
１４ Ｘ軸サーボモータ
１５ Ｙ軸サーボモータ
１８ 加工液圧送ポンプ
１９ 加工液槽
２１ 加工条件設定部
２２ 制御部（マイコン）
２３ 極間距離制御部（サーボ制御部３の一部）
２４ 極間電圧検出部
２５ 加工電流発生部（パルス電源）
２６ 極性切換部
２７ ＸＹ軸制御部（サーボ制御部３の一部）

Claims (6)

1. 回転させない中空のパイプ電極を使う放電加工において、通常の放電と逆極性のパルス電圧を印加して、該パイプ電極の先端部の全面が未加工ワークの表面形状と均等にほぼ密接するまで該パイプ電極を消耗させて、該パイプ電極の先端部を形成する工程を含み、その後、通常の極性に戻して未加工ワークを放電加工することを特徴とする放電加工方法。
2. 未加工ワークの表面形状が水平面である場合において、中空のパイプ電極の断面形状が、円以外の形状である請求項１に記載の放電加工方法。
3. 未加工ワークの表面形状が水平面以外の請求項１に記載の放電加工方法。
4. 回転させない中空のパイプ電極を使う放電加工機において、通常の放電と逆極性のパルス電圧を印加できる電源手段と、該逆極性のパルス電圧で該パイプ電極の先端部の全面が未加工ワークの表面形状と均等にほぼ密接するまで消耗させる手段と、通常の放電時間および加工深さ、極性の切り換え、該逆極性のパルス電圧における加工深さおよび／もしくは加工時間を予めプログラム化できる手段とを備えた放電加工装置。
5. 未加工ワークの表面形状が水平面である場合において、中空のパイプ電極の断面形状が、円以外の形状である請求項４に記載の放電加工装置。
6. 未加工ワークの表面形状が水平面以外の請求項４に記載の放電加工装置。

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