JP2012051108A

JP2012051108A - 細穴放電加工装置及び細穴放電加工方法

Info

Publication number: JP2012051108A
Application number: JP2011248122A
Authority: JP
Inventors: Kenzo Horie; 賢造堀江
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-11-12
Filing date: 2011-11-12
Publication date: 2012-03-15
Anticipated expiration: 2031-11-12
Also published as: JP5147984B2

Abstract

【課題】細穴放電加工により精密細穴を形成する際に細穴開口付近にて生じやすい二次放電を抑制して傷の発生や開口エッジが丸みを帯びるのを防止する。
【解決手段】細いパイプ電極の先端から加工液を噴射させながら電極先端を被加工物に近づけ、先端と被加工物間に火花放電を発生させて細穴加工する細穴放電加工装置において、加工穴から流出する加工屑を含む加工液を吸引するための吸引ノズルをノズル口を加工穴開口に近づけた状態で取り付ける。
【選択図】図１

Description

本発明は細穴放電加工により精密細穴を形成する際に、細穴開口付近にて生ずる二次放電によって傷が発生したり開口エッジが丸みを帯びたりするのを防止する細穴放電加工装置、及びその装置を使用した細穴放電加工方法に関する。

細穴放電加工は細いパイプ電極の先端から加工液を噴射させながら電極を下降させて被加工物に近づけ、電極先端と被加工物との間にパルス電流による放電を発生させて細穴を形成する加工法である。パルス放電により電極先端下部の被加工物は部分的に溶融し、加工液により急冷されて爆発的に飛散する。飛散した屑は加工液と混ざってスラッジとなり、パイプ電極外面と細穴内面との僅かな隙間を通って被加工物表面に排出される。この動作の繰り返しにより深い精密細穴が形成される。

ところで、隙間を通って上昇したスラッジは被加工物表面に到達すると流速が低下するため、細穴開口近傍にはスラッジに含まれる加工屑が滞留・堆積しやすい。加工屑は金属であるため滞留すると加工屑を介して電極外面、被加工物表面部との間に二次放電が発生する。この二次放電は被加工物表面に傷を発生させたり、細穴開口のエッジに丸みを帯びさせたりする。こうした加工屑の細穴開口近傍での滞留・堆積は、比重の大きい超硬材を加工する際に顕著に表れる。このような二次放電による不具合を解消するため、細穴開口付近での加工屑の滞留・堆積を防止する提案が従来よりなされている。

その一つは、被加工物の加工穴表面近くに加工液を流すノズルを設置し、被加工物表面に排出されるスラッジを押し流す案である。しかし、この案の場合、効果を上げるためにノズルから流す加工液の流速を上げると、電極が振動したり、細穴からの加工液の流出が妨げられたり、細穴から出ようとする加工屑を逆に細穴に押し込めたりする弊害が生ずる。反対に流速を下げすぎると加工屑を十分には除去できないという問題がある。

また、特許文献１には電極による細穴加工に先立って被加工物にテーパ状の下穴を開け、放電加工中は放電加工によって生じたスラッジを下方側に吸引することを特徴とする放電加工方法が開示されている。しかし、細穴加工に先立って被加工物にテーパ状の下穴を開けることは非効率である。

また、特許文献２には被加工物に下穴を開け、被加工物下側に加工液を溜める治具を取り付け、治具内のスラッジ含む加工液を電極と加工穴との隙間を通って加工側に吸引する案が開示されている。しかし、前もって下穴を開けたり、加工液を溜める治具を被加工物下側に設けたりするのは面倒である。

また、特許文献３には被加工物の加工部分の周りを囲むように液溜を設け、これにポンプによる分流加工液を供給して常に一定の加工液を介在させて加工穴入口部分での放電を防止する案が開示されている。しかし、被加工体物の加工部周りに液溜を設けてポンプにより分流加工液を流すことは面倒である。

特開２００８−２３８３７２号公報特開平６−７２３号公報特開平６−７２３号公報

本発明は、従来技術のこうした問題点を解決するためになされたもので、その課題は、細穴放電加工により精密細穴を形成する際に細穴開口付近にて生ずる二次放電により傷が発生したり、開口エッジが丸みを帯びたりするのを防止する細穴放電加工装置、及びその装置を使用した細穴放電加工方法を提供することにある。

前記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、細いパイプ電極の先端から加工液を噴射させながら電極先端を被加工物に近づけ、先端と被加工物間に火花放電を発生させて細穴加工する細穴放電加工装置において、加工穴から流出する加工屑を含む加工液を吸引するための吸引ノズルを、そのノズル口を加工穴開口に近づけた状態で取り付けたことを特徴とする細穴放電加工装置である。

被加工物が比重の大きい超硬材のような場合には、加工穴開口に運ばれた加工屑が細穴開口近傍に滞留・堆積してパイプ電極と被加工物表面部との間に二次放電が発生しやすい。二次放電が発生すると被加工物表面に傷が生じたり細穴開口のエッジが丸みを帯びたりする不具合が生ずる。本構成の細穴放電加工装置では細穴開口近傍に取り付けた吸引ノズルが滞留・堆積しようとする加工屑を加工液と一緒に吸引して除去するため、二次放電の発生が抑制されて不具合が防止される効果を奏する。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の細穴放電加工装置において、吸引ノズルは先端部を中空円環状に形成し、円環中心に向かう円環側壁に加工屑を含む加工液を吸引するためのノズル口が複数形成してあることを特徴とする細穴放電加工装置である。

このように吸引ノズル先端部を中空円環状に形成して内側壁面にノズル口を設けた構成とすれば、加工屑を含む加工液を効率的に吸引することができる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の細穴放電加工装置において、該装置には電極先端を被加工物の加工穴に導くための上下方向中心孔を有する下方に凸状の電極ガイドがその下端面を被加工物表面に接近した状態で取り付けてあり、該電極ガイドの下端部には加工屑を含む加工液を上下方向中心孔周りに設けた１乃至複数のノズル口から吸引し、電極ガイド内のノズル孔を通して電極ガイド側面に取り付けた吸引パイプに導く吸引ノズルが形成してあることを特徴とする細穴放電加工装置である。

このように吸引ノズルを電極ガイドの下端部に埋め込む形で形成すればノズル口を細穴開口部に一層接近させることができるため、加工屑を含む加工液を一層効率的に吸引することができる。

また、請求項４に記載の発明は、細いパイプ電極の先端から加工液を噴射させながら電極先端を被加工物に近づけ、先端と被加工物間に火花放電を発生させて細穴加工する細穴放電加工法において、加工前に被加工物の表面に絶縁性塗料による薄膜を形成しておき、放電加工時には加工穴開口近傍にノズル口を配した吸引ノズルにて加工穴から流出する加工屑を含む加工液を連続吸引することを特徴とする細穴放電加工法である。

このように被加工物の表面に絶縁性塗料による薄膜を形成しておき、更に吸引ノズルにて加工穴から流出する加工屑を含む加工液を連続吸引すれば細穴開口部での二次放電を効果的に防止できる。

本発明に係る細穴放電加工装置１の全体構成である。細穴放電加工装置１による細穴加工状態の説明図である。表面に絶縁性塗料による薄膜２２を形成した被加工物２の細穴加工状態の説明図である。先端部を中空円環状に形成した吸引ノズル２０の外観図である。電極ガイド１９の下端部に吸引ノズルを埋め込み形成した構成の説明図である。

以下、本発明に係る細穴放電加工装置、及び細穴放電加工法の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る細穴放電加工装置１の全体構成を示したものである。被加工物２はＸＹ位置決めテーブル３上に固定された固定治具４に取り付けられる。ＸＹ位置決めテーブル３は図示しないＸ軸サーボモータ、Ｙ軸サーボモータにより基台５上をＸ軸、Ｙ軸方向に駆動され、被加工物２の細穴加工位置を放電用パイプ電極７の先端真下に位置決めする。

基台５の片側にはコラム８が立設してある。その上部にはＸＹ位置決めテーブル３側に向けて上部アーム９が水平取り付けしてある。上部アーム９の先端には、放電用パイプ電極７を駆動する電極駆動部を支えるコ字状支持フレーム１０が上下方向に固定されている。コ字状支持フレーム１０の上側フランジ１０ａと下側フランジ１０ｂの間にはボールネジ１２が回転自在に取り付けてあり、上側フランジ１０ａの上面側にはそのボールネジ１２を回転駆動するサーボモータ１３が取り付けてある。ボールネジ１２にはナット１４が螺合させてあり、そのナット１４には電極回転駆動機構１５が取り付けてある。サーボモータ１３がボールネジ１２を回転駆動するとナット１４が移動して電極回転駆動機構１５が上下移動する。

電極回転駆動機構１５には、放電用パイプ電極７の端部を着脱自在に保持するチャック１７が回転自在に取付けてある。チャック１７はモータ１８により回転駆動される。前記コ字状支持フレーム１０の下側フランジ１０ｂには、チャック１７に保持されたパイプ電極７の下端側をガイドするガイド孔を備えた電極ガイド１９が取り付けてある。

パイプ電極７は、中心孔を有する外径数１０μｍ〜数ｍｍの銅、タングステン、超硬金属等で形成された細いパイプ状電極である。その下端側は前記電極ガイド１９のガイド孔に挿通し、上端側は前記チャック１７に保持させて取り付ける。モータ１８がチャック１７を回転駆動することによりパイプ電極７も回転する。電極回転駆動機構１５には図示しないスリップリングが取り付けてあり、そのスリップリングを介して放電のための電圧がパイプ電極７に供給される。また、パイプ電極７の中心孔には、図示しない加工液供給装置から加圧された加工液が供給されるようになっている。加工液はパイプ電極７の中心孔を通って先端から噴出する。加工液は絶縁性の液体であり、例えば灯油が使用される。また、純水が使用される場合もある。

本発明の細穴放電加工装置１の特徴として、前記コ字状支持フレーム１０の下端部には吸引ノズル２０が取り付けてある。吸引ノズル２０は、そのノズル口２１が細穴加工時に加工穴開口に近づいた状態となるように取り付けてある。吸引ノズル２０は図示しない吸引ポンプにホースで繋がれており、加工穴から噴出する加工液や加工穴開口付近に滞留する加工屑を吸引して除去する。

次に、細穴放電加工装置１を用いた細穴加工法について説明する。被加工物２をＸＹ位置決めテーブル３上に固定した固定治具４に取り付け、ＸＹ位置決めテーブル３をＸ軸サーボモータ、Ｙ軸サーボモータにより移動させて被加工物２の細穴加工位置を放電用パイプ電極７の先端真下に位置決めする。次に、吸引ポンプを稼働させ、吸引ノズル２０がノズル口２１から加工屑を含む加工液を吸引できる状態にする。スリップリングを介してパイプ電極７と被加工物２との間に放電電圧を印加し、パイプ電極７の中心孔に加工液供給装置から加圧した加工液を供給して先端から噴出させる。そしてモータ１８を駆動してパイプ電極７を回転させる。

この状態でサーボモータ１３を駆動し、電極回転駆動機構１５を低速で下降させる。パイプ電極７の先端が被加工物２の表面に接近すると、パイプ電極７先端と被加工物２との間に火花放電が発生する。火花放電により被加工物２の表面は削られ、被加工物２に穴が開き始める。この状態を図２に示す。火花放電が発生した部分の被加工物２は溶解し、加工液により急冷されて加工屑となって激しく飛散する。残った部分には月のクレーターのような窪みができる。放電電流をパルス状に流して火花放電を連続発生させ、それに合わせてパイプ電極７を低速下降させることで窪みが深まり穴が形成される。

火花放電により飛散した加工屑は加工液と混ざってスラッジとなりパイプ電極７外面と細穴内面との隙間を通って加工穴開口に運ばれる。細穴開口近傍には吸引ノズル２０がノズル口２１を細穴開口に接近させた状態で取り付けてある。細穴開口に到達した加工屑は加工液と一緒に吸引ノズル２０に吸い込まれて除去される。このような動作の繰り返しにより細く、深い穴が形成される。

被加工物２が比重の大きい超硬材のような場合、加工液により加工穴開口に運ばれた加工屑は細穴開口近傍に滞留・堆積し易い。加工屑は金属であるため滞留・堆積すると加工屑を介してパイプ電極７と被加工物２表面部との間に二次放電が発生する。この二次放電は被加工物２表面に傷を発生させたり、細穴開口のエッジに丸みを帯びさせたりする不具合を引き起こす。本発明の細穴放電加工装置１では、細穴開口近傍に取り付けた吸引ノズル２０が滞留・堆積しようとする加工屑を加工液と一緒に吸引して除去するため二次放電の発生が抑制されて不具合の発生が防止される。

（変形実施形態）以上説明した細穴放電加工装置、及び細穴放電加工法は次のように変形して実施してもよい。
（その１）細穴放電加工法として、被加工物２の表面には図３に示すように加工前に絶縁性塗料による薄膜２２を形成しておくとよい。このようにすることで細穴開口部での二次放電を更に効果的に防止できる。薄膜２２は、例えば金属研磨表面のケガキに使用される青ニスをスプレイで吹きつけて形成する。薄膜２２は厚すぎると穴加工の放電開始に悪影響を与えるため５０μｍ程度の厚みとする。

（その２）前記実施形態では図２、図３に示したように、吸引ノズル２０のノズル口２１は細穴開口の片側に配置されてパイプ電極７の片側から加工屑と加工液を吸引するようにされていた。これに代えて、吸引ノズル２０の先端部を図４に示すような中空円環状に形成し、円環中心に向かう円環側壁に加工屑を含む加工液を吸引するノズル口２１ａを複数形成するとよい。この吸引ノズル２０ａの中心をパイプ電極７が通るようにして細穴開口に接近して取り付ければ加工屑を含む加工液を一層効率的に吸引することができる。

（その３）吸引ノズルは図５に示すように電極ガイド１９の下端部に埋め込む形で形成してもよい。ノズル口２１ｂはパイプ電極７を通す中心孔周りに下向きに複数個形成する。ノズル口２１ｂから吸引した加工屑を含む加工液は、電極ガイド１９内に形成したノズル孔を通って電極ガイド１９側面に取り付けた吸引パイプ２４に導く。このような構成とすれば、ノズル口２１ｂを細穴開口部に一層接近させることができるため加工屑を含む加工液を一層効率的に吸引することができる。

図面中、１は細穴放電加工装置、２は被加工物、７はパイプ電極、１９は電極ガイド、２０は吸引ノズル、２１、２１ａ、２１ｂはノズル口、２２は薄膜、２４は吸引パイプを示す。

特開２００８−２３８３７２号公報特開平６−７２３号公報特開２０００−７２３号公報

Claims

細いパイプ電極の先端から加工液を噴射させながら電極先端を被加工物に近づけ、先端と被加工物間に火花放電を発生させて細穴加工する細穴放電加工装置において、
加工穴から流出する加工屑を含む加工液を吸引するための吸引ノズルを、そのノズル口を加工穴開口に近づけた状態で取り付けたことを特徴とする細穴放電加工装置。
請求項１に記載の細穴放電加工装置において、前記吸引ノズルは先端部を中空円環状に形成し、円環中心に向かう円環側壁に前記加工屑を含む加工液を吸引するためのノズル口が複数形成してあることを特徴とする細穴放電加工装置。
請求項１に記載の細穴放電加工装置において、該装置には前記電極先端を被加工物の加工穴に導くための上下方向中心孔を有する下方に凸状の電極ガイドがその下端面を被加工物表面に接近した状態で取り付けてあり、該電極ガイドの下端部には前記加工屑を含む加工液を前記上下方向中心孔周りに設けた１乃至複数のノズル口から吸引し、電極ガイド内のノズル孔を通して電極ガイド側面に取り付けた吸引パイプに導く吸引ノズルが形成してあることを特徴とする細穴放電加工装置。
細いパイプ電極の先端から加工液を噴射させながら電極先端を被加工物に近づけ、先端と被加工物間に火花放電を発生させて細穴加工する細穴放電加工法において、
加工前に前記被加工物の表面に絶縁性塗料による薄膜を形成しておき、
放電加工時には加工穴開口近傍にノズル口を配した吸引ノズルにて加工穴から流出する加工屑を含む加工液を連続吸引することを特徴とする細穴放電加工法。