JP3715116B2 - 放電加工装置および放電加工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、放電加工装置および放電加工方法に関し、さらに詳しくは、ワークの加工底面に段差やうねりが生じにくく、加工時間を短くできる放電加工装置および放電加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、総形工具による転写加工ではなく、円筒状、円柱状、角柱などの単純形状をした工具電極を数値制御により三次元移動させ、被加工物を所望の三次元形状に加工する放電加工装置が知られている。このような放電加工装置では、複雑形状の総形工具電極を作製する必要がないため、金型製作コストおよび製作時間を改善できるという利点がある。また、単純形状の工具電極を用いるため、工具電極の標準化が可能であると共にＣＡＭシステムの構築が容易となり、加工工程の自動化が期待できるという利点もある。
【０００３】
ところが、このような放電加工装置では、単純形状の工具電極を用いて幅広い面積を加工するため、総形電極による放電加工に比べ、加工形状の精度が問題になる。
【０００４】
図１１は、従来の放電加工方法を示す説明図である。ワークＷに対して円柱形状の工具電極５０１を位置Ａから位置Ｂまで下降させると、当該ワークＷと工具電極５０１との間で放電除去現象が生じる。この断続放電による除去作用によりワークＷを工具電極５０１の形状に加工する。続いて、工具電極５０１は、加工パスに従って位置Ｂから位置Ｃまで水平移動する（加工量５０２）。これにより、単純形状の工具電極５０１により所定形状の除去加工を行う。また、工具電極５０１は放電現象により消耗するから、加工工程において工具電極５０１を垂直下方に送り、工具電極５０１の消耗を補正する（電極消耗量５０３）。従って、工具電極５０１は、加工工程において、水平方向移動と垂直方向移動とを合成した移動を行うことになる（斜め送り量５０４）。
【０００５】
このような工具電極の補正を行う技術として、特開平５−３４５２２８号公報に記載のＥＤＭ装置が知られている。図１２は、このＥＤＭ装置における工具電極の補正方法の説明図である。この放電加工では、円柱形状の工具電極６０１を回転させながらワークＷの放電加工面に対して所定角度（電極斜め送り角度）αで斜め送りしつつ加工する。これにより、工具電極６０１の輪郭形状および加工深さが変化する位置（ａ）から（ｄ）までの過渡状態を経て、工具電極６０１の輪郭形状および加工深さが変化しない位置（ｄ）以降で定常状態を作り出すことができる。
【０００６】
電極斜め送り角度αは、定常状態での加工量と電極消耗量を考慮して決定する。一層の厚さＥ、加工電極の半径Ｒ、加工電極の断面積Ｓ、体積消耗率Ｕとした場合、円柱形状の工具電極６０１における電極斜め送り角度αは、
ｔａｎ（α）＝Ｒ・Ｅ・Ｕ／Ｓ
により求めることができる。
【０００７】
また、円筒形状の工具電極６０１における電極斜め送り角度αは、工具電極６０１の外側半径Ｒ１、内側半径Ｒ２とすると、
により求めることができる。
【０００８】
このＥＤＭ装置では、上記のような消耗補正の計算式が工具電極６０１の形状に応じて準備してある。また、このＥＤＭ装置は、工具電極６０１の消耗補正を行うための値を計算するシミュレータを備える。シミュレータは、第１の除去層の厚さＥ、工具電極の半径Ｒ、摩耗容積量Ｕから電極斜め送り角度αを計算する。この電極斜め送り角度αに基づき、ＥＤＭ装置の数値制御ユニットが工具電極６０１に傾斜運動を与え、工具電極６０１の消耗補正を行う。このようにすれば、工具電極消耗領域を利用して加工できるので、加工速度を稼ぐことができる。
【０００９】
つぎに、工具電極による加工領域について説明する。図１３は、工具電極の水平移動軌跡を示す説明図である。まず、工具電極７０１は、図１３の（ａ）に示すように、初期の加工残領域７５１内を加工パスに従ってＡＢ間の加工パス７０３上、ＢＣ間の加工パス７０４上を移動する。
【００１０】
ここで、ワークＷから除去される加工領域について考える。加工領域とは、加工のため工具電極７０１が通過した部分をいう。同図では、網掛け部分７２３、７２４が加工領域となる。また、加工領域７２３、７２４の加工幅は、工具電極７０１の直径と放電ギャップ（両側）とを加算した値になる。同図の（ｂ）に示すように、工具電極がＣＤ間の加工パス７０５、ＤＥ間の加工パス７０６、ＥＦ間の加工パス７０７を移動して加工開始点Ａに戻ると、第１の輪郭パス７３１が終了する。従って、第１の輪郭パス７３１における実際の加工幅は、前記工具電極７０１の直径と放電ギャップ（両側）とを加算したものになる。
【００１１】
つぎに、工具電極７０１は、加工残領域７５２側にＦＧ間の加工パス７０８を移動する。この工具電極７０１のピックフィード量は、通常、工具電極７０１の半径分となる。工具電極７０１は、ＧＨ間の加工パス７０９、ＨＩ間の加工パス７１０を移動し、加工領域の除去加工を継続する。このため、第２の輪郭パス７３２における実際の加工幅は、工具電極７０１のピックフィードが工具半径になるため、工具電極７０１の半径と放電ギャップ（片側）を加算したものになる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の放電加工では、図１３に示すように、加工残領域内において、各輪郭パス７３１、７３２毎に実際の加工幅が異なるものとなる。また、加工形状が複雑になるほど、同一輪郭パス７３１内であっても加工パス７０３〜７０７毎に実際の加工幅がばらつき出す。このため、ワークＷの加工量が不均一になって、ワークＷの加工底面に段差やうねりが生じるという問題点があった。また、加工底面の段差やうねりを取り除くには、仕上げ加工が必要であり、１層の厚さを小さくして加工底面に対し複数回の除去加工を行う必要がある。このため、加工時間が増大するという問題点があった。
【００１３】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ワークの加工底面に段差やうねりが生じにくく、加工時間を短くできる放電加工装置および放電加工方法を得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による放電加工装置は、工具電極と被加工物の間にパルス状の電圧を印加すると共に工具電極の長さ方向の消耗を電極消耗補正係数に基づいて補正しつつ放電加工を行う放電加工装置において、加工する度に加工残領域を取得する加工残領域取得手段と、工具電極および加工パスから加工領域を取得する加工領域取得手段と、加工領域と加工残領域との重複領域であって実際に加工することになる実加工領域を取得する実加工領域取得手段と、実加工領域を輪郭パス長または加工パス長で割って平均加工幅を取得する平均加工幅取得手段と、平均加工幅に基づいて最適な電極消耗補正係数を取得する最適電極消耗補正係数取得手段とを備え、当該取得した電極消耗補正係数により消耗補正を行うようにしたものである。
【００１５】
従来、輪郭パス毎に加工幅が異なるため加工量が不均一になっていたが、この発明では、実際に加工することになる実加工領域を求め、この実加工領域から加工パス毎または輪郭パス毎に平均加工幅を求め、この平均加工幅から最適な電極消耗補正係数を取得するようにした。通常、放電加工装置ではＺ軸送りにより工具電極を長さ方向に移動するが、この工具電極の移動を最適な電極消耗補正係数に基づいて行うので加工底面における加工量のばらつきを効果的に抑制できる。例えば第１の輪郭パスよりも第２の輪郭パスの方がその平均加工幅が小さい場合、工具電極のＺ軸方向送り量を小さくするようにする。このようにすれば、加工底面の段差やうねりを減少させることができる。また、仕上げ加工への依存が少なくなるから、加工時間を短縮できる。
【００１６】
つぎの発明による放電加工装置は、上記放電加工装置において、さらに、工具電極の全径を用いて放電加工する場合には、輪郭パス単位で加工領域を取得し、実加工領域を輪郭パス長で割った平均加工幅から輪郭パス用の電極消耗補正係数を取得し、工具電極の径の一部を用いて放電加工する場合には、加工パス単位で加工領域を取得し、実加工領域を加工パス長で割った平均加工幅から通常の電極消耗補正係数を取得するようにしたものである。
【００１７】
発明者らが実験した結果、工具電極の全径を用いて放電加工する場合、加工パス単位で電極消耗補正係数を取得して消耗補正するよりも、輪郭パス単位で電極消耗補正係数を取得して消耗補正する方が、良好な加工状態を得られることを見出した。そこで、工具電極の全径を用いて放電加工する場合は、輪郭パス単位で電極消耗補正係数を取得し、それ以外では、加工パス単位で電極消耗補正係数を取得するようにした。このようにすれば、加工底面における段差やうねりの発生を効果的に抑制できる。
【００１８】
つぎの発明による放電加工装置は、上記放電加工装置において、さらに、第１の輪郭パスについては、当該輪郭パス単位で加工領域を取得し、実加工領域を輪郭パス長で割った平均加工幅から第１輪郭パス用の電極消耗補正係数を取得し、第２の輪郭パスまたは第１の輪郭パス以降の加工パスについては、加工パス単位で加工領域を取得し、実加工領域を加工パス長で割った平均加工幅から通常の電極消耗補正係数を取得するようにしたものである。
【００１９】
第１の輪郭パスに関し、発明者らは、実験の結果、加工パス単位で電極消耗補正係数を取得して消耗補正するよりも、輪郭パス単位で電極消耗補正係数を取得して消耗補正する方が、良好な加工状態を得られることを見出した。そこで、第１の輪郭パスに関しては、輪郭パス単位で電極消耗補正係数を取得し、それ以外の第２の輪郭パスや加工パスでは、加工パス単位で電極消耗補正係数を取得するようにした。このようにすれば、加工底面における段差やうねりの発生を効果的に抑制できる。
【００２０】
つぎの発明による放電加工装置は、上記放電加工装置において、さらに、前記加工領域取得手段において、加工領域を取得する際、工具電極の放電ギャップを考慮するようにしたものである。
【００２１】
通常、工具電極の周囲には、放電ギャップが生じる。このため、実際に加工すると、工具電極の直径に放電ギャップを加えた幅だけ加工される。この発明では、この放電ギャップを考慮にいれて、加工領域を取得するようにした。このため、加工領域を正確に取得することができる結果、電極消耗補正係数をより最適に取得することができる。
【００２２】
つぎの発明による放電加工装置は、上記放電加工装置において、さらに、前記平均加工幅取得手段において、実加工領域を矩形に見立てたうえで、加工パス長または輪郭パス長で割り、平均加工幅を取得するようにしたものである。
【００２３】
工具電極の外形が円形であり、径が異なる複数の工具電極を用いたりすると、実加工領域が必ずしも矩形にはならない。そこで、加工パス長は計算できるから、実加工領域を矩形に見立てたうえで加工パス長または輪郭パス長で割り、平均加工幅を取得するようにした。
【００２４】
つぎの発明による放電加工方法は、工具電極と被加工物の間にパルス状の電圧を印加すると共に工具電極の長さ方向の消耗を電極消耗補正係数に基づいて補正しつつ放電加工を行う放電加工方法において、加工する度に加工残領域を取得する加工残領域取得工程と、工具電極および加工パスから加工領域を取得する加工領域取得工程と、加工領域と加工残領域との重複領域であって実際に加工することになる実加工領域を取得する実加工領域取得工程と、実加工領域を輪郭パス長または加工パス長で割って平均加工幅を取得する平均加工幅取得工程と、平均加工幅に基づいて最適な電極消耗補正係数を取得する最適電極消耗補正係数取得工程とを含み、当該取得した電極消耗補正係数により消耗補正を行うようにしたものである。
【００２５】
まず、実際に加工することになる実加工領域を求める。実加工領域は、加工領域と加工残領域との重複領域である。つぎに、この実加工領域から加工パス毎または輪郭パス毎に平均加工幅を求める。平均加工幅は、実加工領域を加工パスまたは輪郭パスで割ることで求める。そして、この平均加工幅から最適な電極消耗補正係数を取得し、当該電極消耗補正係数を用いて放電加工を行う。従来、加工幅が異なることで加工量にばらつきを生じさせていたが、このように、それぞれ加工幅の異なる加工パスまたは輪郭パス毎に電極消耗補正係数を求めるようにすれば、加工量のばらつきを効果的に抑制できる。このため、加工底面の段差やうねりを減少させることができる。また、仕上げ加工への依存が少なくなるから、加工時間を短縮できる。
【００２６】
つぎの発明による放電加工方法は、上記放電加工方法において、工具電極の全径を用いて放電加工する場合には、輪郭パス単位で加工領域を取得する輪郭パス加工領域取得工程と、実加工領域を輪郭パス長で割った平均加工幅から輪郭パス用の電極消耗補正係数を取得する輪郭パス用電極消耗補正係数取得工程と、を含み、工具電極の径の一部を用いて放電加工する場合には、加工パス単位で加工領域を取得する加工パス加工領域取得工程と、実加工領域を加工パス長で割った平均加工幅から通常の電極消耗補正係数を取得するようにした通常電極消耗補正係数取得工程とを含むものである。
【００２７】
工具電極の全径を用いて放電加工する場合、輪郭パス単位で加工領域を取得し、この加工領域から実加工領域を求め、実加工領域を輪郭パスで割ることにより電極消耗補正係数を取得するようにした。一方、工具電極の径の一部を用いて放電加工する場合、加工パス単位で電極消耗補正係数を取得するようにした。すなわち、工具電極の全径を用いて放電加工する場合のみ、加工パス単位ではなく、輪郭パス単位で電極消耗補正係数を求めるようにしたのである。このようにしたのは、発明者らが実験したところ、工具電極の全径を用いて放電加工する場合は、加工パス単位で電極消耗補正係数を取得して消耗補正するよりも、輪郭パス単位で電極消耗補正係数を取得して消耗補正する方が良好な加工状態を得られることを見出したためである。従って、上記工程により放電加工することで、加工底面における段差やうねりの発生を効果的に抑制できるようになる。
【００２８】
つぎの発明による放電加工方法は、上記放電加工方法において、さらに、第１の輪郭パスについては、当該輪郭パス単位で加工領域を取得する輪郭パス加工領域取得工程と、実加工領域を輪郭パス長で割った平均加工幅から第１輪郭パス用の電極消耗補正係数を取得する第１輪郭パス用電極消耗補正係数取得工程と、を含み、第２の輪郭パスまたは第１の輪郭パス以降の加工パスについては、加工パス単位で加工領域を取得する加工パス加工領域取得工程と、実加工領域を加工パス長で割った平均加工幅から通常の電極消耗補正係数を取得するようにした通常電極消耗補正係数取得工程とを含むものである。
【００２９】
第１の輪郭パスでは、輪郭パス単位で加工領域を取得し、この加工領域から実加工領域を求め、実加工領域を輪郭パスで割ることにより電極消耗補正係数を取得するようにした。一方、第２の輪郭パスや加工パスは、加工パス単位で電極消耗補正係数を取得するようにした。すなわち、第１の輪郭パスでは、加工パス単位ではなく、輪郭パス単位で電極消耗補正係数を求めるようにしたのである。このようにしたのは、発明者らが実験したところ、第１の輪郭パスに関しては、加工パス単位で電極消耗補正係数を取得して消耗補正するよりも、輪郭パス単位で電極消耗補正係数を取得して消耗補正する方が良好な加工状態を得られることを見出したためである。従って、上記工程により放電加工することで、加工底面における段差やうねりの発生を効果的に抑制できるようになる。
【００３０】
つぎの発明による放電加工方法は、上記放電加工方法において、さらに、前記加工領域取得工程において、加工領域を取得する際、工具電極の放電ギャップを考慮するようにしたものである。
【００３１】
放電ギャップを考慮に入れれば、実際の加工状態に近くなるので、正確に加工領域を取得することができる。このため、電極消耗補正係数をより最適に取得することができる。
【００３２】
つぎの発明による放電加工方法は、上記放電加工方法において、さらに、前記平均加工幅取得工程において、実加工領域を矩形に見立てたうえで、加工パス長または輪郭パス長で割り、平均加工幅を取得するようにしたものである。
【００３３】
工具電極の外形が円形である。また、径が異なる複数の工具電極を頻繁に用いて加工する。このため、実加工領域が必ずしも矩形にはならない。そこで、この発明では、実加工領域を矩形に見立ててから加工パス長または輪郭パス長で割り、平均加工幅を取得するようにした。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる放電加工装置および放電加工方法につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００３５】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１にかかる放電加工装置を示すブロック図である。この放電加工装置１００は、中空円筒状の工具電極１と、工具電極１の軸を中心に当該工具電極１を回転させる電極回転装置２と、ワークＷを載置するワークテーブル３と、ワークテーブル３上に設けられ、槽内に加工液４を蓄えてワークＷを沈没する加工槽５とを備えている。また、工具電極１およびワークＷは、両者間に電圧を印加する加工用電源６にそれぞれ接続されている。加工用電源６は、制御装置７により制御される。
【００３６】
さらに、制御装置７は、記憶部８と演算部９とを有する。記憶部８は、加工形状パスを記憶する加工パス記憶部８０１と、工具電極１の消耗補正係数を記憶する電極消耗補正係数記憶部８０２と、電気条件を記憶する電気条件記憶部８０３とから構成されている。演算部９は、加工の進捗に伴い変化する加工残領域を計算する加工残領域計算部９０１と、加工パスにより加工する領域（面積）を計算する加工領域計算部９０２と、加工パスの平均加工幅を計算する平均加工幅計算部９０３と、求めた平均加工幅に基づき最適な電極消耗補正係数を計算する最適消耗補正係数計算部９０４とから構成されている。制御装置７は、加工形状パスや消耗補正係数、電気条件に基づきＸ軸駆動装置１０、Ｙ軸駆動装置１１およびＺ軸駆動装置１２の制御を行い、工具電極１とワークＷとの相対的な位置決めをする。
【００３７】
つぎに、この放電加工装置１００において単純パイプ電極（１）を用いた場合の電極消耗補正係数の最適計算について説明する。図２は、図１の放電加工装置による放電加工工程を示すフローチャートである。図３および図４は、図２に示したフローチャート中の工程における加工領域を示す説明図である。この放電加工装置１００による放電加工方法を概説すると、まず、加工パス毎に加工幅が異なるから、この加工パス毎の加工幅に基づいて最適な電極消耗補正係数を計算する。つぎに、この電極消耗補正係数を用いて工具電極１の消耗補正を行いつつ、放電加工を行う。また、第１の輪郭パスでは、加工パス毎ではなく輪郭パスを単位とする平均加工幅から最適な電極消耗補正係数を計算する。第２の輪郭パス以降は、輪郭パス単位ではなく、加工パス毎の平均加工幅から最適な電極消耗補正係数を計算する。以下、フローチャートに沿って詳説する。
【００３８】
ステップＳ２０１では、無垢のワークＷの加工残領域を記憶する。加工残領域は、加工パス記憶部８０１に記憶してある加工パスから算出する。加工残領域は、ワークＷ上の未加工領域と略同義である。
【００３９】
ステップＳ２０２では、全加工パスが終了したか否か判断する。全加工パスが終了してれば、加工を終了する。終了していなければ、ステップＳ２０３に進み、加工パス記憶部８０１に記憶した加工パスに従って放電加工を行う。
【００４０】
ステップＳ２０３では、加工パスが第１の輪郭パスか否かを判断する。輪郭パスとは、従来例の図１２に示すように、加工残領域の輪郭形状に沿って一周する、閉じた加工パスの集合をいう。第１の輪郭パスの場合は、ステップＳ２０４に進み、第１の輪郭パス専用の条件により加工を行う。すなわち、加工パス毎ではなく、第１の輪郭パスの平均加工幅から電極消耗補正係数を計算する。第１の輪郭パスか否かを基準として、加工条件を選択するようにしたのは、発明者らが実験をしたところ、第１の輪郭パスについては、加工パス毎の平均加工幅ではなく輪郭パスの平均加工幅から電極消耗補正係数を計算して放電加工した方が、加工状態が良好であることを見出したためである。
【００４１】
まず、第１の輪郭パスにおける処理について説明する。ステップＳ２０４では、輪郭パスによる加工領域を計算する。具体的には、図３に示すように、ワークＷ上の加工開始点Ａから中間点Ｂの加工パス１０１、ＢＣ間の加工パス１０２、ＣＤ間の加工パス１０３、ＤＥ間の加工パス１０４および中間点Ｅから加工開始点Ａの加工パス１０５を集合した輪郭パスの加工領域２０１〜２０５を計算する。この第１の輪郭パス５１の加工領域６１は、各加工パス１０１〜１０５の加工領域２０１〜２０５を加算し、加工パス１０１〜１０５の加工領域どうしの重複部分１０６〜１１０を除いたものとなる。
【００４２】
ステップＳ２０５では、求めた第１の輪郭パス５１の加工領域６１と加工残領域７１（ステップＳ２０１参照）とが重複する領域を計算する。この場合、ワークＷが無垢の状態であるから、第１の輪郭パス５１の加工領域６１と加工残領域７１との重複領域（便宜上、「実加工領域」という）８１は、前記第１の輪郭パス５１の加工領域６１と一致する。この場合、工具電極１の全径を用いてワークＷを加工することになる。
【００４３】
ステップＳ２０６では、加工残領域７２を計算する（図４参照）。加工残領域７２は、実加工領域８１を求めるのに必要であり、また、加工する度に変化するため常に再計算する必要がある。なお、この加工残領域７２の再計算ステップＳ２０６は、この位置でなくてもよく、少なくとも実加工領域８１を計算するステップＳ２０５の直前までに行っていればよい。
【００４４】
ステップＳ２０７では、平均加工幅計算部９０３により、平均加工幅を計算する。平均加工幅は、図５に示すように、実加工領域（輪郭パス５１の加工領域６１）８１を加工パス長で割ることにより求めることができる。加工パス長は、加工パス記憶部８０１に記憶してある加工パスから計算する。
【００４５】
ステップＳ２０８では、最適消耗補正係数計算部９０４により、平均加工幅から最適な電極消耗補正係数を計算する。消耗補正係数は、平均加工幅から基礎実験により求め、加工条件として設定しておく。
【００４６】
図６は、平均加工幅と電極補正係数との関係を示す説明図である。同図に示すように、無垢のワークＷを直線的な加工パスＰにより加工する場合を例に挙げて説明する。工具電極１は断面円形状であるため、時間Ｔａから時間Ｔｂにかけて工具電極１が移動すると、加工領域ＳＥの一端が凸半円形状になり他端が凹半円形状になる（同図（ａ）参照）。このため、加工領域ＳＥは、長方形に変形することができる。
【００４７】
ところで、工具電極１による実際の加工量（加工体積）は、加工幅Ｗ×加工長さＬ×１層の加工厚さｔとなる（同図（ｂ）参照）。実際の加工では、加工条件が一定になるように加工するため、前記加工量も一定になり、更に、加工長さが一定であるから、加工幅Ｗ×加工長さＬが一定になる。ここで、１層の加工厚さｔは、消耗補正係数ｋと比例関係に立つので、両者の間には、ｔ＝α×ｋ（αは一定係数）の関係が成り立つ。
【００４８】
これより、加工長さＬが一定であれば、加工幅Ｗ×α×消耗補正係数ｋの値が一定となる。従って、当該関係式から、加工幅Ｗと消耗補正係数ｋとは反比例の関係に立つことが判る。例えば、加工幅Ｗを２倍にしたなら、消耗補正係数ｋを１／２にすればよいことになる。
【００４９】
つぎに、最適な電極消耗補正係数が得られたので、これに基づいて第１の輪郭パス５１の放電加工を行う。ステップＳ２０９では、第１の輪郭パス５１の処理が終了したか否か判断する。第１の輪郭パス５１の処理が終了したなら、ステップＳ２０２に戻る。終了していないなら、ステップＳ２１０に進み、加工パスが第１の輪郭パス５１の先頭パスか否かを判断する。先頭パスでない場合、未だ第１の輪郭パス５１を終了していないことになるから、引き続き、１パス単位の加工経路ＮＣコードを出力しつつ放電加工を継続する（ステップＳ２１２）。一方、加工パスが先頭パスの場合、第１の輪郭パス５１が終了したことになるから、ステップＳ２１１に進み、消耗補正係数変更コードを出力する。消耗補正係数変更コードを出力した場合は、加工経路ＮＣコードを出力することなく、ステップＳ２０９を経由してステップＳ２０２に戻る。
【００５０】
つぎに、ステップＳ２０２において、第１の輪郭パス５１により全加工パスが終了する場合には放電加工を終わるが、全加工パスが終了していない場合、第２の輪郭パス５２の加工に移る（ステップＳ２０３）。
【００５１】
ステップＳ２１３では、１単位の加工パスによる加工領域を計算する。具体的には、図４に示すように、ＦＧ間の加工パス１１２による加工領域２１２を計算する。なお、ＡＦ間の加工パス１１１はピックフィードであり、その量は、工具電極１の半径分となる。
【００５２】
ステップＳ２１４では、実加工領域８２を求める。すなわち、求めた加工パス１１２の加工領域２１２と加工残領域７２とが重複する領域を計算する。この場合、ワークＷは第１の輪郭パス５１により既に加工されているから、加工残領域７２は、ワークＷが無垢の状態より小さくなっている。このため、工具電極１の径の一部を用いてワークＷを加工することになる。なお、加工残領域７２は、ステップＳ２０６にて再計算してあるから、その値を用いる。
【００５３】
ステップＳ２１５では、加工残領域（図示省略）を再計算する。なお、この加工残領域の再計算ステップＳ２１５は、この位置でなくてもよく、少なくとも実加工領域を計算するステップＳ２１４の直前までに行っていればよい。
【００５４】
ステップＳ２１６では、平均加工幅計算部９０３により、平均加工幅を計算する。平均加工幅は、図７に示すように、実加工領域８２を加工パス長で割ることにより求めることができる。加工パス長は、加工パス記憶部８０１に記憶してある加工パスから計算する。なお、工具電極１が円筒形状であるため実加工領域８２の両端が円弧形状になるが、この半円部分（図中８２ａ）をその他の部分と同幅の四角形状（図中８２ｂ）とみなし、平均加工幅を求めるようにする。
【００５５】
ステップＳ２１７では、最適消耗補正係数計算部９０４により、平均加工幅から最適な電極消耗補正係数を計算する。消耗補正係数は、平均加工幅から基礎実験により求め、加工条件として設定しておく。平均加工幅と電極補正係数との関係は、上記に示した通りである（図６参照）。
【００５６】
つぎに、最適な電極消耗補正係数が得られたので、これに基づいて実際に放電加工を行う。ステップＳ２１８では、１加工パス単位で電極消耗補正係数変更コードを出力する。この電極消耗補正係数変更コードにより、電極消耗補正係数記憶部８０２に記憶されている電極消耗補正係数（例えば第１輪郭パスにかかる電極消耗補正係数）を、上記で求めた電極消耗補正係数に変更する。
【００５７】
ステップＳ２１９では、この電極消耗補正係数に基づいた１パス単位の加工経路ＮＣコードを出力し、工具電極の消耗補正をしつつ当該工具電極１の移動を行う。工具電極１の消耗補正は、パス指令と電極消耗補正係数を受けた制御装置７が、Ｚ軸駆動装置１２を制御して行う。そして、加工パス毎に電極消耗補正係数の最適化を行いながら、全加工パスが終了するまで、放電加工を行う（ステップＳ２０２）。
【００５８】
以上、この放電加工装置１００によれば、平均加工幅を考慮に入れ、加工パスまたは第１の輪郭パス毎に最適な電極消耗補正係数を計算することで工具電極１の消耗補正を行うので、加工量が変化しても加工底面に段差やうねりが生じにくい。また、仕上げ加工の手間が省けるので、加工時間を短縮できる。
【００５９】
実施の形態２．
図８は、この発明の実施の形態２にかかる放電加工装置による電極消耗補正係数の算出方法を示す説明図である。この実施の形態２による電極消耗補正係数の算出方法は、実施の形態１にかかる電極消耗補正係数の算出方法と略同様であるが、加工領域の計算にあたり放電ギャップを考慮している点が異なる。これ以外は、実施の形態１と同様であるから説明を省略する。
【００６０】
図８に示すように、工具電極１の周囲には、通常、放電ギャップ１ａが生じる。放電ギャップ１ａは、ワーク材料、加工液の絶縁耐力や加工くずによる汚れ、電圧などで大きさが左右されるが、平均的な放電ギャップ１ａを電気条件およびワーク材料毎に設定しておく。放電ギャップ１ａの大きさは、電気条件記憶部８０３に記憶しておく。
【００６１】
図２のステップＳ２０４、２１３にて加工領域６１、２１２を算出する際、放電ギャップ１ａの２倍を工具電極１の直径Ｄに加算する。このようにすれば、ワークＷを実際に加工した状態に近くなるから、実加工領域８１、８２を正確に算出できる。従って、現実的な平均加工幅を得ることができるから、電極消耗補正係数をより正確に算出できる。このため、加工底面に段差やうねりが生じにくい。
【００６２】
実施の形態３．
図９は、この発明の実施の形態３にかかる放電加工装置による電極消耗補正係数の算出方法を示す説明図である。この実施の形態３による電極消耗補正係数の算出方法は、実施の形態１にかかる電極消耗補正係数の算出方法を径の異なる工具電極で加工する放電加工装置に用いる場合に関する。
【００６３】
図９に示すように、小径の工具電極１５と大径の工具電極１６とを用いる放電加工装置の場合、実加工領域８３が複雑な形状になる。例えば同図に示すような島形状Ｗ１を形成する場合、小径の工具電極１５により島形状Ｗ１の周囲を加工し、この小径の工具電極１５により加工した除去部分を重ねて、大径の工具電極１６により加工する。このため、図２のステップＳ２０５、２１４にて実加工領域８３を算出する際、当該実加工領域８３が一部欠けたような歪な形状になる。また、実加工領域８３の両側は、半円形状である。そこで、図１０に示すように、歪な形状の実加工領域８３を矩形８３ａに見立てて、平均加工幅を算出するようにする。
【００６４】
まず、加工残領域と加工領域との重複領域を除去し、実加工領域８３を求める。つぎに、実加工領域８３の面積を任意の計算方法を用いて計算する。そして、求めた面積を加工パス長さで割ることにより平均加工幅を求める。その他の処理は、図２の通りであるから説明を省略する。
【００６５】
このようにすれば、径の異なる工具電極１５、１６を使用する場合でも、最適な電極消耗補正係数を算出できるから、加工底面に段差やうねりが生じにくい。また、３本以上の異なる径の工具電極を用いる場合でも、上記同様に実加工領域を矩形に見立てることで、平均加工幅を求めることができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の放電加工装置および放電加工方法によれば、実際に加工することになる実加工領域を求め、この実加工領域から加工パス毎または輪郭パス毎に平均加工幅を求め、この平均加工幅から最適な電極消耗補正係数を取得するようにしたので、加工底面における加工量のばらつきを効果的に抑制できる。この結果、加工底面の段差やうねりを減少させることができる。また、仕上げ加工への依存が少なくなるから、加工時間を短縮できる。
【００６７】
また、この発明の放電加工装置および放電加工方法では、工具電極の全径を用いて放電加工する場合は、輪郭パス単位で電極消耗補正係数を取得し、それ以外では、加工パス単位で電極消耗補正係数を取得するようにした。このため、加工底面における段差やうねりの発生を効果的に抑制できるようになる。
【００６８】
また、この発明の放電加工装置および放電加工方法では、第１の輪郭パスに関しては、輪郭パス単位で電極消耗補正係数を取得し、それ以外の第２の輪郭パスや加工パスでは、加工パス単位で電極消耗補正係数を取得するようにした。このため、加工底面における段差やうねりの発生を効果的に抑制できるようになる。
【００６９】
また、この発明の放電加工装置および放電加工方法では、放電ギャップを考慮にいれて、加工領域を取得するようにしたので、加工領域を正確に取得することができる。この結果、電極消耗補正係数をより最適に取得でき、より加工底面の段差やうねりを抑制できるようになる。
【００７０】
この発明の放電加工装置および放電加工方法では、実加工領域を矩形に見立てたうえで、加工パス長または輪郭パス長で割り、平均加工幅を取得するようにした。このため、複雑形状の放電加工であっても、加工底面の段差やうねりを効果的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１にかかる放電加工装置を示すブロック図である。
【図２】 図１の放電加工装置による放電加工工程を示すフローチャートである。
【図３】 図２に示したフローチャート中の工程における加工領域を示す説明図である。
【図４】 図２に示したフローチャート中の工程における加工領域を示す説明図である。
【図５】 平均加工幅の算出方法を示す説明図である。
【図６】 平均加工幅と電極補正係数との関係を示す説明図である。
【図７】 平均加工幅の算出方法を示す説明図である。
【図８】 この発明の実施の形態２にかかる放電加工装置による電極消耗補正係数の算出方法を示す説明図である。
【図９】 この発明の実施の形態３にかかる放電加工装置による電極消耗補正係数の算出方法を示す説明図である。
【図１０】 平均加工幅の算出方法を示す説明図である。
【図１１】 従来における放電加工方法を示す説明図である。
【図１２】 特開平５−３４５２２８号公報に記載のＥＤＭ装置における工具電極の補正方法の説明図である。
【図１３】 工具電極の水平移動軌跡を示す説明図である。
【符号の説明】
１００ 放電加工装置、１ 工具電極、２ 電極回転装置、３ ワークテーブル、４ 加工液、５ 加工槽、６ 加工用電源、７ 制御装置、８ 記憶部、９演算部、８０１ 加工パス記憶部、８０２ 消耗補正係数記憶部、８０３ 電気条件記憶部、９０１ 加工残領域計算部、９０２ 加工領域計算部、９０３ 平均加工幅計算部、９０４ 最適消耗補正係数計算部、１０ Ｘ軸駆動装置、１１ Ｙ軸駆動装置、１２ Ｚ軸駆動装置。
【発明の属する技術分野】
この発明は、放電加工装置および放電加工方法に関し、さらに詳しくは、ワークの加工底面に段差やうねりが生じにくく、加工時間を短くできる放電加工装置および放電加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、総形工具による転写加工ではなく、円筒状、円柱状、角柱などの単純形状をした工具電極を数値制御により三次元移動させ、被加工物を所望の三次元形状に加工する放電加工装置が知られている。このような放電加工装置では、複雑形状の総形工具電極を作製する必要がないため、金型製作コストおよび製作時間を改善できるという利点がある。また、単純形状の工具電極を用いるため、工具電極の標準化が可能であると共にＣＡＭシステムの構築が容易となり、加工工程の自動化が期待できるという利点もある。
【０００３】
ところが、このような放電加工装置では、単純形状の工具電極を用いて幅広い面積を加工するため、総形電極による放電加工に比べ、加工形状の精度が問題になる。
【０００４】
図１１は、従来の放電加工方法を示す説明図である。ワークＷに対して円柱形状の工具電極５０１を位置Ａから位置Ｂまで下降させると、当該ワークＷと工具電極５０１との間で放電除去現象が生じる。この断続放電による除去作用によりワークＷを工具電極５０１の形状に加工する。続いて、工具電極５０１は、加工パスに従って位置Ｂから位置Ｃまで水平移動する（加工量５０２）。これにより、単純形状の工具電極５０１により所定形状の除去加工を行う。また、工具電極５０１は放電現象により消耗するから、加工工程において工具電極５０１を垂直下方に送り、工具電極５０１の消耗を補正する（電極消耗量５０３）。従って、工具電極５０１は、加工工程において、水平方向移動と垂直方向移動とを合成した移動を行うことになる（斜め送り量５０４）。
【０００５】
このような工具電極の補正を行う技術として、特開平５−３４５２２８号公報に記載のＥＤＭ装置が知られている。図１２は、このＥＤＭ装置における工具電極の補正方法の説明図である。この放電加工では、円柱形状の工具電極６０１を回転させながらワークＷの放電加工面に対して所定角度（電極斜め送り角度）αで斜め送りしつつ加工する。これにより、工具電極６０１の輪郭形状および加工深さが変化する位置（ａ）から（ｄ）までの過渡状態を経て、工具電極６０１の輪郭形状および加工深さが変化しない位置（ｄ）以降で定常状態を作り出すことができる。
【０００６】
電極斜め送り角度αは、定常状態での加工量と電極消耗量を考慮して決定する。一層の厚さＥ、加工電極の半径Ｒ、加工電極の断面積Ｓ、体積消耗率Ｕとした場合、円柱形状の工具電極６０１における電極斜め送り角度αは、
ｔａｎ（α）＝Ｒ・Ｅ・Ｕ／Ｓ
により求めることができる。
【０００７】
また、円筒形状の工具電極６０１における電極斜め送り角度αは、工具電極６０１の外側半径Ｒ１、内側半径Ｒ２とすると、
【０００８】
このＥＤＭ装置では、上記のような消耗補正の計算式が工具電極６０１の形状に応じて準備してある。また、このＥＤＭ装置は、工具電極６０１の消耗補正を行うための値を計算するシミュレータを備える。シミュレータは、第１の除去層の厚さＥ、工具電極の半径Ｒ、摩耗容積量Ｕから電極斜め送り角度αを計算する。この電極斜め送り角度αに基づき、ＥＤＭ装置の数値制御ユニットが工具電極６０１に傾斜運動を与え、工具電極６０１の消耗補正を行う。このようにすれば、工具電極消耗領域を利用して加工できるので、加工速度を稼ぐことができる。
【０００９】
つぎに、工具電極による加工領域について説明する。図１３は、工具電極の水平移動軌跡を示す説明図である。まず、工具電極７０１は、図１３の（ａ）に示すように、初期の加工残領域７５１内を加工パスに従ってＡＢ間の加工パス７０３上、ＢＣ間の加工パス７０４上を移動する。
【００１０】
ここで、ワークＷから除去される加工領域について考える。加工領域とは、加工のため工具電極７０１が通過した部分をいう。同図では、網掛け部分７２３、７２４が加工領域となる。また、加工領域７２３、７２４の加工幅は、工具電極７０１の直径と放電ギャップ（両側）とを加算した値になる。同図の（ｂ）に示すように、工具電極がＣＤ間の加工パス７０５、ＤＥ間の加工パス７０６、ＥＦ間の加工パス７０７を移動して加工開始点Ａに戻ると、第１の輪郭パス７３１が終了する。従って、第１の輪郭パス７３１における実際の加工幅は、前記工具電極７０１の直径と放電ギャップ（両側）とを加算したものになる。
【００１１】
つぎに、工具電極７０１は、加工残領域７５２側にＦＧ間の加工パス７０８を移動する。この工具電極７０１のピックフィード量は、通常、工具電極７０１の半径分となる。工具電極７０１は、ＧＨ間の加工パス７０９、ＨＩ間の加工パス７１０を移動し、加工領域の除去加工を継続する。このため、第２の輪郭パス７３２における実際の加工幅は、工具電極７０１のピックフィードが工具半径になるため、工具電極７０１の半径と放電ギャップ（片側）を加算したものになる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の放電加工では、図１３に示すように、加工残領域内において、各輪郭パス７３１、７３２毎に実際の加工幅が異なるものとなる。また、加工形状が複雑になるほど、同一輪郭パス７３１内であっても加工パス７０３〜７０７毎に実際の加工幅がばらつき出す。このため、ワークＷの加工量が不均一になって、ワークＷの加工底面に段差やうねりが生じるという問題点があった。また、加工底面の段差やうねりを取り除くには、仕上げ加工が必要であり、１層の厚さを小さくして加工底面に対し複数回の除去加工を行う必要がある。このため、加工時間が増大するという問題点があった。
【００１３】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ワークの加工底面に段差やうねりが生じにくく、加工時間を短くできる放電加工装置および放電加工方法を得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による放電加工装置は、工具電極と被加工物の間にパルス状の電圧を印加すると共に工具電極の長さ方向の消耗を電極消耗補正係数に基づいて補正しつつ放電加工を行う放電加工装置において、加工する度に加工残領域を取得する加工残領域取得手段と、工具電極および加工パスから加工領域を取得する加工領域取得手段と、加工領域と加工残領域との重複領域であって実際に加工することになる実加工領域を取得する実加工領域取得手段と、実加工領域を輪郭パス長または加工パス長で割って平均加工幅を取得する平均加工幅取得手段と、平均加工幅に基づいて最適な電極消耗補正係数を取得する最適電極消耗補正係数取得手段とを備え、当該取得した電極消耗補正係数により消耗補正を行うようにしたものである。
【００１５】
従来、輪郭パス毎に加工幅が異なるため加工量が不均一になっていたが、この発明では、実際に加工することになる実加工領域を求め、この実加工領域から加工パス毎または輪郭パス毎に平均加工幅を求め、この平均加工幅から最適な電極消耗補正係数を取得するようにした。通常、放電加工装置ではＺ軸送りにより工具電極を長さ方向に移動するが、この工具電極の移動を最適な電極消耗補正係数に基づいて行うので加工底面における加工量のばらつきを効果的に抑制できる。例えば第１の輪郭パスよりも第２の輪郭パスの方がその平均加工幅が小さい場合、工具電極のＺ軸方向送り量を小さくするようにする。このようにすれば、加工底面の段差やうねりを減少させることができる。また、仕上げ加工への依存が少なくなるから、加工時間を短縮できる。
【００１６】
つぎの発明による放電加工装置は、上記放電加工装置において、さらに、工具電極の全径を用いて放電加工する場合には、輪郭パス単位で加工領域を取得し、実加工領域を輪郭パス長で割った平均加工幅から輪郭パス用の電極消耗補正係数を取得し、工具電極の径の一部を用いて放電加工する場合には、加工パス単位で加工領域を取得し、実加工領域を加工パス長で割った平均加工幅から通常の電極消耗補正係数を取得するようにしたものである。
【００１７】
発明者らが実験した結果、工具電極の全径を用いて放電加工する場合、加工パス単位で電極消耗補正係数を取得して消耗補正するよりも、輪郭パス単位で電極消耗補正係数を取得して消耗補正する方が、良好な加工状態を得られることを見出した。そこで、工具電極の全径を用いて放電加工する場合は、輪郭パス単位で電極消耗補正係数を取得し、それ以外では、加工パス単位で電極消耗補正係数を取得するようにした。このようにすれば、加工底面における段差やうねりの発生を効果的に抑制できる。
【００１８】
つぎの発明による放電加工装置は、上記放電加工装置において、さらに、第１の輪郭パスについては、当該輪郭パス単位で加工領域を取得し、実加工領域を輪郭パス長で割った平均加工幅から第１輪郭パス用の電極消耗補正係数を取得し、第２の輪郭パスまたは第１の輪郭パス以降の加工パスについては、加工パス単位で加工領域を取得し、実加工領域を加工パス長で割った平均加工幅から通常の電極消耗補正係数を取得するようにしたものである。
【００１９】
第１の輪郭パスに関し、発明者らは、実験の結果、加工パス単位で電極消耗補正係数を取得して消耗補正するよりも、輪郭パス単位で電極消耗補正係数を取得して消耗補正する方が、良好な加工状態を得られることを見出した。そこで、第１の輪郭パスに関しては、輪郭パス単位で電極消耗補正係数を取得し、それ以外の第２の輪郭パスや加工パスでは、加工パス単位で電極消耗補正係数を取得するようにした。このようにすれば、加工底面における段差やうねりの発生を効果的に抑制できる。
【００２０】
つぎの発明による放電加工装置は、上記放電加工装置において、さらに、前記加工領域取得手段において、加工領域を取得する際、工具電極の放電ギャップを考慮するようにしたものである。
【００２１】
通常、工具電極の周囲には、放電ギャップが生じる。このため、実際に加工すると、工具電極の直径に放電ギャップを加えた幅だけ加工される。この発明では、この放電ギャップを考慮にいれて、加工領域を取得するようにした。このため、加工領域を正確に取得することができる結果、電極消耗補正係数をより最適に取得することができる。
【００２２】
つぎの発明による放電加工装置は、上記放電加工装置において、さらに、前記平均加工幅取得手段において、実加工領域を矩形に見立てたうえで、加工パス長または輪郭パス長で割り、平均加工幅を取得するようにしたものである。
【００２３】
工具電極の外形が円形であり、径が異なる複数の工具電極を用いたりすると、実加工領域が必ずしも矩形にはならない。そこで、加工パス長は計算できるから、実加工領域を矩形に見立てたうえで加工パス長または輪郭パス長で割り、平均加工幅を取得するようにした。
【００２４】
つぎの発明による放電加工方法は、工具電極と被加工物の間にパルス状の電圧を印加すると共に工具電極の長さ方向の消耗を電極消耗補正係数に基づいて補正しつつ放電加工を行う放電加工方法において、加工する度に加工残領域を取得する加工残領域取得工程と、工具電極および加工パスから加工領域を取得する加工領域取得工程と、加工領域と加工残領域との重複領域であって実際に加工することになる実加工領域を取得する実加工領域取得工程と、実加工領域を輪郭パス長または加工パス長で割って平均加工幅を取得する平均加工幅取得工程と、平均加工幅に基づいて最適な電極消耗補正係数を取得する最適電極消耗補正係数取得工程とを含み、当該取得した電極消耗補正係数により消耗補正を行うようにしたものである。
【００２５】
まず、実際に加工することになる実加工領域を求める。実加工領域は、加工領域と加工残領域との重複領域である。つぎに、この実加工領域から加工パス毎または輪郭パス毎に平均加工幅を求める。平均加工幅は、実加工領域を加工パスまたは輪郭パスで割ることで求める。そして、この平均加工幅から最適な電極消耗補正係数を取得し、当該電極消耗補正係数を用いて放電加工を行う。従来、加工幅が異なることで加工量にばらつきを生じさせていたが、このように、それぞれ加工幅の異なる加工パスまたは輪郭パス毎に電極消耗補正係数を求めるようにすれば、加工量のばらつきを効果的に抑制できる。このため、加工底面の段差やうねりを減少させることができる。また、仕上げ加工への依存が少なくなるから、加工時間を短縮できる。
【００２６】
つぎの発明による放電加工方法は、上記放電加工方法において、工具電極の全径を用いて放電加工する場合には、輪郭パス単位で加工領域を取得する輪郭パス加工領域取得工程と、実加工領域を輪郭パス長で割った平均加工幅から輪郭パス用の電極消耗補正係数を取得する輪郭パス用電極消耗補正係数取得工程と、を含み、工具電極の径の一部を用いて放電加工する場合には、加工パス単位で加工領域を取得する加工パス加工領域取得工程と、実加工領域を加工パス長で割った平均加工幅から通常の電極消耗補正係数を取得するようにした通常電極消耗補正係数取得工程とを含むものである。
【００２７】
工具電極の全径を用いて放電加工する場合、輪郭パス単位で加工領域を取得し、この加工領域から実加工領域を求め、実加工領域を輪郭パスで割ることにより電極消耗補正係数を取得するようにした。一方、工具電極の径の一部を用いて放電加工する場合、加工パス単位で電極消耗補正係数を取得するようにした。すなわち、工具電極の全径を用いて放電加工する場合のみ、加工パス単位ではなく、輪郭パス単位で電極消耗補正係数を求めるようにしたのである。このようにしたのは、発明者らが実験したところ、工具電極の全径を用いて放電加工する場合は、加工パス単位で電極消耗補正係数を取得して消耗補正するよりも、輪郭パス単位で電極消耗補正係数を取得して消耗補正する方が良好な加工状態を得られることを見出したためである。従って、上記工程により放電加工することで、加工底面における段差やうねりの発生を効果的に抑制できるようになる。
【００２８】
つぎの発明による放電加工方法は、上記放電加工方法において、さらに、第１の輪郭パスについては、当該輪郭パス単位で加工領域を取得する輪郭パス加工領域取得工程と、実加工領域を輪郭パス長で割った平均加工幅から第１輪郭パス用の電極消耗補正係数を取得する第１輪郭パス用電極消耗補正係数取得工程と、を含み、第２の輪郭パスまたは第１の輪郭パス以降の加工パスについては、加工パス単位で加工領域を取得する加工パス加工領域取得工程と、実加工領域を加工パス長で割った平均加工幅から通常の電極消耗補正係数を取得するようにした通常電極消耗補正係数取得工程とを含むものである。
【００２９】
第１の輪郭パスでは、輪郭パス単位で加工領域を取得し、この加工領域から実加工領域を求め、実加工領域を輪郭パスで割ることにより電極消耗補正係数を取得するようにした。一方、第２の輪郭パスや加工パスは、加工パス単位で電極消耗補正係数を取得するようにした。すなわち、第１の輪郭パスでは、加工パス単位ではなく、輪郭パス単位で電極消耗補正係数を求めるようにしたのである。このようにしたのは、発明者らが実験したところ、第１の輪郭パスに関しては、加工パス単位で電極消耗補正係数を取得して消耗補正するよりも、輪郭パス単位で電極消耗補正係数を取得して消耗補正する方が良好な加工状態を得られることを見出したためである。従って、上記工程により放電加工することで、加工底面における段差やうねりの発生を効果的に抑制できるようになる。
【００３０】
つぎの発明による放電加工方法は、上記放電加工方法において、さらに、前記加工領域取得工程において、加工領域を取得する際、工具電極の放電ギャップを考慮するようにしたものである。
【００３１】
放電ギャップを考慮に入れれば、実際の加工状態に近くなるので、正確に加工領域を取得することができる。このため、電極消耗補正係数をより最適に取得することができる。
【００３２】
つぎの発明による放電加工方法は、上記放電加工方法において、さらに、前記平均加工幅取得工程において、実加工領域を矩形に見立てたうえで、加工パス長または輪郭パス長で割り、平均加工幅を取得するようにしたものである。
【００３３】
工具電極の外形が円形である。また、径が異なる複数の工具電極を頻繁に用いて加工する。このため、実加工領域が必ずしも矩形にはならない。そこで、この発明では、実加工領域を矩形に見立ててから加工パス長または輪郭パス長で割り、平均加工幅を取得するようにした。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる放電加工装置および放電加工方法につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００３５】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１にかかる放電加工装置を示すブロック図である。この放電加工装置１００は、中空円筒状の工具電極１と、工具電極１の軸を中心に当該工具電極１を回転させる電極回転装置２と、ワークＷを載置するワークテーブル３と、ワークテーブル３上に設けられ、槽内に加工液４を蓄えてワークＷを沈没する加工槽５とを備えている。また、工具電極１およびワークＷは、両者間に電圧を印加する加工用電源６にそれぞれ接続されている。加工用電源６は、制御装置７により制御される。
【００３６】
さらに、制御装置７は、記憶部８と演算部９とを有する。記憶部８は、加工形状パスを記憶する加工パス記憶部８０１と、工具電極１の消耗補正係数を記憶する電極消耗補正係数記憶部８０２と、電気条件を記憶する電気条件記憶部８０３とから構成されている。演算部９は、加工の進捗に伴い変化する加工残領域を計算する加工残領域計算部９０１と、加工パスにより加工する領域（面積）を計算する加工領域計算部９０２と、加工パスの平均加工幅を計算する平均加工幅計算部９０３と、求めた平均加工幅に基づき最適な電極消耗補正係数を計算する最適消耗補正係数計算部９０４とから構成されている。制御装置７は、加工形状パスや消耗補正係数、電気条件に基づきＸ軸駆動装置１０、Ｙ軸駆動装置１１およびＺ軸駆動装置１２の制御を行い、工具電極１とワークＷとの相対的な位置決めをする。
【００３７】
つぎに、この放電加工装置１００において単純パイプ電極（１）を用いた場合の電極消耗補正係数の最適計算について説明する。図２は、図１の放電加工装置による放電加工工程を示すフローチャートである。図３および図４は、図２に示したフローチャート中の工程における加工領域を示す説明図である。この放電加工装置１００による放電加工方法を概説すると、まず、加工パス毎に加工幅が異なるから、この加工パス毎の加工幅に基づいて最適な電極消耗補正係数を計算する。つぎに、この電極消耗補正係数を用いて工具電極１の消耗補正を行いつつ、放電加工を行う。また、第１の輪郭パスでは、加工パス毎ではなく輪郭パスを単位とする平均加工幅から最適な電極消耗補正係数を計算する。第２の輪郭パス以降は、輪郭パス単位ではなく、加工パス毎の平均加工幅から最適な電極消耗補正係数を計算する。以下、フローチャートに沿って詳説する。
【００３８】
ステップＳ２０１では、無垢のワークＷの加工残領域を記憶する。加工残領域は、加工パス記憶部８０１に記憶してある加工パスから算出する。加工残領域は、ワークＷ上の未加工領域と略同義である。
【００３９】
ステップＳ２０２では、全加工パスが終了したか否か判断する。全加工パスが終了してれば、加工を終了する。終了していなければ、ステップＳ２０３に進み、加工パス記憶部８０１に記憶した加工パスに従って放電加工を行う。
【００４０】
ステップＳ２０３では、加工パスが第１の輪郭パスか否かを判断する。輪郭パスとは、従来例の図１２に示すように、加工残領域の輪郭形状に沿って一周する、閉じた加工パスの集合をいう。第１の輪郭パスの場合は、ステップＳ２０４に進み、第１の輪郭パス専用の条件により加工を行う。すなわち、加工パス毎ではなく、第１の輪郭パスの平均加工幅から電極消耗補正係数を計算する。第１の輪郭パスか否かを基準として、加工条件を選択するようにしたのは、発明者らが実験をしたところ、第１の輪郭パスについては、加工パス毎の平均加工幅ではなく輪郭パスの平均加工幅から電極消耗補正係数を計算して放電加工した方が、加工状態が良好であることを見出したためである。
【００４１】
まず、第１の輪郭パスにおける処理について説明する。ステップＳ２０４では、輪郭パスによる加工領域を計算する。具体的には、図３に示すように、ワークＷ上の加工開始点Ａから中間点Ｂの加工パス１０１、ＢＣ間の加工パス１０２、ＣＤ間の加工パス１０３、ＤＥ間の加工パス１０４および中間点Ｅから加工開始点Ａの加工パス１０５を集合した輪郭パスの加工領域２０１〜２０５を計算する。この第１の輪郭パス５１の加工領域６１は、各加工パス１０１〜１０５の加工領域２０１〜２０５を加算し、加工パス１０１〜１０５の加工領域どうしの重複部分１０６〜１１０を除いたものとなる。
【００４２】
ステップＳ２０５では、求めた第１の輪郭パス５１の加工領域６１と加工残領域７１（ステップＳ２０１参照）とが重複する領域を計算する。この場合、ワークＷが無垢の状態であるから、第１の輪郭パス５１の加工領域６１と加工残領域７１との重複領域（便宜上、「実加工領域」という）８１は、前記第１の輪郭パス５１の加工領域６１と一致する。この場合、工具電極１の全径を用いてワークＷを加工することになる。
【００４３】
ステップＳ２０６では、加工残領域７２を計算する（図４参照）。加工残領域７２は、実加工領域８１を求めるのに必要であり、また、加工する度に変化するため常に再計算する必要がある。なお、この加工残領域７２の再計算ステップＳ２０６は、この位置でなくてもよく、少なくとも実加工領域８１を計算するステップＳ２０５の直前までに行っていればよい。
【００４４】
ステップＳ２０７では、平均加工幅計算部９０３により、平均加工幅を計算する。平均加工幅は、図５に示すように、実加工領域（輪郭パス５１の加工領域６１）８１を加工パス長で割ることにより求めることができる。加工パス長は、加工パス記憶部８０１に記憶してある加工パスから計算する。
【００４５】
ステップＳ２０８では、最適消耗補正係数計算部９０４により、平均加工幅から最適な電極消耗補正係数を計算する。消耗補正係数は、平均加工幅から基礎実験により求め、加工条件として設定しておく。
【００４６】
図６は、平均加工幅と電極補正係数との関係を示す説明図である。同図に示すように、無垢のワークＷを直線的な加工パスＰにより加工する場合を例に挙げて説明する。工具電極１は断面円形状であるため、時間Ｔａから時間Ｔｂにかけて工具電極１が移動すると、加工領域ＳＥの一端が凸半円形状になり他端が凹半円形状になる（同図（ａ）参照）。このため、加工領域ＳＥは、長方形に変形することができる。
【００４７】
ところで、工具電極１による実際の加工量（加工体積）は、加工幅Ｗ×加工長さＬ×１層の加工厚さｔとなる（同図（ｂ）参照）。実際の加工では、加工条件が一定になるように加工するため、前記加工量も一定になり、更に、加工長さが一定であるから、加工幅Ｗ×加工長さＬが一定になる。ここで、１層の加工厚さｔは、消耗補正係数ｋと比例関係に立つので、両者の間には、ｔ＝α×ｋ（αは一定係数）の関係が成り立つ。
【００４８】
これより、加工長さＬが一定であれば、加工幅Ｗ×α×消耗補正係数ｋの値が一定となる。従って、当該関係式から、加工幅Ｗと消耗補正係数ｋとは反比例の関係に立つことが判る。例えば、加工幅Ｗを２倍にしたなら、消耗補正係数ｋを１／２にすればよいことになる。
【００４９】
つぎに、最適な電極消耗補正係数が得られたので、これに基づいて第１の輪郭パス５１の放電加工を行う。ステップＳ２０９では、第１の輪郭パス５１の処理が終了したか否か判断する。第１の輪郭パス５１の処理が終了したなら、ステップＳ２０２に戻る。終了していないなら、ステップＳ２１０に進み、加工パスが第１の輪郭パス５１の先頭パスか否かを判断する。先頭パスでない場合、未だ第１の輪郭パス５１を終了していないことになるから、引き続き、１パス単位の加工経路ＮＣコードを出力しつつ放電加工を継続する（ステップＳ２１２）。一方、加工パスが先頭パスの場合、第１の輪郭パス５１が終了したことになるから、ステップＳ２１１に進み、消耗補正係数変更コードを出力する。消耗補正係数変更コードを出力した場合は、加工経路ＮＣコードを出力することなく、ステップＳ２０９を経由してステップＳ２０２に戻る。
【００５０】
つぎに、ステップＳ２０２において、第１の輪郭パス５１により全加工パスが終了する場合には放電加工を終わるが、全加工パスが終了していない場合、第２の輪郭パス５２の加工に移る（ステップＳ２０３）。
【００５１】
ステップＳ２１３では、１単位の加工パスによる加工領域を計算する。具体的には、図４に示すように、ＦＧ間の加工パス１１２による加工領域２１２を計算する。なお、ＡＦ間の加工パス１１１はピックフィードであり、その量は、工具電極１の半径分となる。
【００５２】
ステップＳ２１４では、実加工領域８２を求める。すなわち、求めた加工パス１１２の加工領域２１２と加工残領域７２とが重複する領域を計算する。この場合、ワークＷは第１の輪郭パス５１により既に加工されているから、加工残領域７２は、ワークＷが無垢の状態より小さくなっている。このため、工具電極１の径の一部を用いてワークＷを加工することになる。なお、加工残領域７２は、ステップＳ２０６にて再計算してあるから、その値を用いる。
【００５３】
ステップＳ２１５では、加工残領域（図示省略）を再計算する。なお、この加工残領域の再計算ステップＳ２１５は、この位置でなくてもよく、少なくとも実加工領域を計算するステップＳ２１４の直前までに行っていればよい。
【００５４】
ステップＳ２１６では、平均加工幅計算部９０３により、平均加工幅を計算する。平均加工幅は、図７に示すように、実加工領域８２を加工パス長で割ることにより求めることができる。加工パス長は、加工パス記憶部８０１に記憶してある加工パスから計算する。なお、工具電極１が円筒形状であるため実加工領域８２の両端が円弧形状になるが、この半円部分（図中８２ａ）をその他の部分と同幅の四角形状（図中８２ｂ）とみなし、平均加工幅を求めるようにする。
【００５５】
ステップＳ２１７では、最適消耗補正係数計算部９０４により、平均加工幅から最適な電極消耗補正係数を計算する。消耗補正係数は、平均加工幅から基礎実験により求め、加工条件として設定しておく。平均加工幅と電極補正係数との関係は、上記に示した通りである（図６参照）。
【００５６】
つぎに、最適な電極消耗補正係数が得られたので、これに基づいて実際に放電加工を行う。ステップＳ２１８では、１加工パス単位で電極消耗補正係数変更コードを出力する。この電極消耗補正係数変更コードにより、電極消耗補正係数記憶部８０２に記憶されている電極消耗補正係数（例えば第１輪郭パスにかかる電極消耗補正係数）を、上記で求めた電極消耗補正係数に変更する。
【００５７】
ステップＳ２１９では、この電極消耗補正係数に基づいた１パス単位の加工経路ＮＣコードを出力し、工具電極の消耗補正をしつつ当該工具電極１の移動を行う。工具電極１の消耗補正は、パス指令と電極消耗補正係数を受けた制御装置７が、Ｚ軸駆動装置１２を制御して行う。そして、加工パス毎に電極消耗補正係数の最適化を行いながら、全加工パスが終了するまで、放電加工を行う（ステップＳ２０２）。
【００５８】
以上、この放電加工装置１００によれば、平均加工幅を考慮に入れ、加工パスまたは第１の輪郭パス毎に最適な電極消耗補正係数を計算することで工具電極１の消耗補正を行うので、加工量が変化しても加工底面に段差やうねりが生じにくい。また、仕上げ加工の手間が省けるので、加工時間を短縮できる。
【００５９】
実施の形態２．
図８は、この発明の実施の形態２にかかる放電加工装置による電極消耗補正係数の算出方法を示す説明図である。この実施の形態２による電極消耗補正係数の算出方法は、実施の形態１にかかる電極消耗補正係数の算出方法と略同様であるが、加工領域の計算にあたり放電ギャップを考慮している点が異なる。これ以外は、実施の形態１と同様であるから説明を省略する。
【００６０】
図８に示すように、工具電極１の周囲には、通常、放電ギャップ１ａが生じる。放電ギャップ１ａは、ワーク材料、加工液の絶縁耐力や加工くずによる汚れ、電圧などで大きさが左右されるが、平均的な放電ギャップ１ａを電気条件およびワーク材料毎に設定しておく。放電ギャップ１ａの大きさは、電気条件記憶部８０３に記憶しておく。
【００６１】
図２のステップＳ２０４、２１３にて加工領域６１、２１２を算出する際、放電ギャップ１ａの２倍を工具電極１の直径Ｄに加算する。このようにすれば、ワークＷを実際に加工した状態に近くなるから、実加工領域８１、８２を正確に算出できる。従って、現実的な平均加工幅を得ることができるから、電極消耗補正係数をより正確に算出できる。このため、加工底面に段差やうねりが生じにくい。
【００６２】
実施の形態３．
図９は、この発明の実施の形態３にかかる放電加工装置による電極消耗補正係数の算出方法を示す説明図である。この実施の形態３による電極消耗補正係数の算出方法は、実施の形態１にかかる電極消耗補正係数の算出方法を径の異なる工具電極で加工する放電加工装置に用いる場合に関する。
【００６３】
図９に示すように、小径の工具電極１５と大径の工具電極１６とを用いる放電加工装置の場合、実加工領域８３が複雑な形状になる。例えば同図に示すような島形状Ｗ１を形成する場合、小径の工具電極１５により島形状Ｗ１の周囲を加工し、この小径の工具電極１５により加工した除去部分を重ねて、大径の工具電極１６により加工する。このため、図２のステップＳ２０５、２１４にて実加工領域８３を算出する際、当該実加工領域８３が一部欠けたような歪な形状になる。また、実加工領域８３の両側は、半円形状である。そこで、図１０に示すように、歪な形状の実加工領域８３を矩形８３ａに見立てて、平均加工幅を算出するようにする。
【００６４】
まず、加工残領域と加工領域との重複領域を除去し、実加工領域８３を求める。つぎに、実加工領域８３の面積を任意の計算方法を用いて計算する。そして、求めた面積を加工パス長さで割ることにより平均加工幅を求める。その他の処理は、図２の通りであるから説明を省略する。
【００６５】
このようにすれば、径の異なる工具電極１５、１６を使用する場合でも、最適な電極消耗補正係数を算出できるから、加工底面に段差やうねりが生じにくい。また、３本以上の異なる径の工具電極を用いる場合でも、上記同様に実加工領域を矩形に見立てることで、平均加工幅を求めることができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の放電加工装置および放電加工方法によれば、実際に加工することになる実加工領域を求め、この実加工領域から加工パス毎または輪郭パス毎に平均加工幅を求め、この平均加工幅から最適な電極消耗補正係数を取得するようにしたので、加工底面における加工量のばらつきを効果的に抑制できる。この結果、加工底面の段差やうねりを減少させることができる。また、仕上げ加工への依存が少なくなるから、加工時間を短縮できる。
【００６７】
また、この発明の放電加工装置および放電加工方法では、工具電極の全径を用いて放電加工する場合は、輪郭パス単位で電極消耗補正係数を取得し、それ以外では、加工パス単位で電極消耗補正係数を取得するようにした。このため、加工底面における段差やうねりの発生を効果的に抑制できるようになる。
【００６８】
また、この発明の放電加工装置および放電加工方法では、第１の輪郭パスに関しては、輪郭パス単位で電極消耗補正係数を取得し、それ以外の第２の輪郭パスや加工パスでは、加工パス単位で電極消耗補正係数を取得するようにした。このため、加工底面における段差やうねりの発生を効果的に抑制できるようになる。
【００６９】
また、この発明の放電加工装置および放電加工方法では、放電ギャップを考慮にいれて、加工領域を取得するようにしたので、加工領域を正確に取得することができる。この結果、電極消耗補正係数をより最適に取得でき、より加工底面の段差やうねりを抑制できるようになる。
【００７０】
この発明の放電加工装置および放電加工方法では、実加工領域を矩形に見立てたうえで、加工パス長または輪郭パス長で割り、平均加工幅を取得するようにした。このため、複雑形状の放電加工であっても、加工底面の段差やうねりを効果的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１にかかる放電加工装置を示すブロック図である。
【図２】 図１の放電加工装置による放電加工工程を示すフローチャートである。
【図３】 図２に示したフローチャート中の工程における加工領域を示す説明図である。
【図４】 図２に示したフローチャート中の工程における加工領域を示す説明図である。
【図５】 平均加工幅の算出方法を示す説明図である。
【図６】 平均加工幅と電極補正係数との関係を示す説明図である。
【図７】 平均加工幅の算出方法を示す説明図である。
【図８】 この発明の実施の形態２にかかる放電加工装置による電極消耗補正係数の算出方法を示す説明図である。
【図９】 この発明の実施の形態３にかかる放電加工装置による電極消耗補正係数の算出方法を示す説明図である。
【図１０】 平均加工幅の算出方法を示す説明図である。
【図１１】 従来における放電加工方法を示す説明図である。
【図１２】 特開平５−３４５２２８号公報に記載のＥＤＭ装置における工具電極の補正方法の説明図である。
【図１３】 工具電極の水平移動軌跡を示す説明図である。
【符号の説明】
１００ 放電加工装置、１ 工具電極、２ 電極回転装置、３ ワークテーブル、４ 加工液、５ 加工槽、６ 加工用電源、７ 制御装置、８ 記憶部、９演算部、８０１ 加工パス記憶部、８０２ 消耗補正係数記憶部、８０３ 電気条件記憶部、９０１ 加工残領域計算部、９０２ 加工領域計算部、９０３ 平均加工幅計算部、９０４ 最適消耗補正係数計算部、１０ Ｘ軸駆動装置、１１ Ｙ軸駆動装置、１２ Ｚ軸駆動装置。
Claims (10)
- 工具電極と被加工物の間にパルス状の電圧を印加すると共に工具電極の長さ方向の消耗を電極消耗補正係数に基づいて補正しつつ放電加工を行う放電加工装置において、
加工する度に加工残領域を取得する加工残領域取得手段と、
工具電極および加工パスから加工領域を取得する加工領域取得手段と、
加工領域と加工残領域との重複領域であって実際に加工することになる実加工領域を取得する実加工領域取得手段と、
実加工領域を輪郭パス長または加工パス長で割って平均加工幅を取得する平均加工幅取得手段と、
平均加工幅に基づいて最適な電極消耗補正係数を取得する最適電極消耗補正係数取得手段と、
を備え、
当該取得した電極消耗補正係数により消耗補正を行うようにしたことを特徴とする放電加工装置。 - さらに、工具電極の全径を用いて放電加工する場合には、輪郭パス単位で加工領域を取得し、実加工領域を輪郭パス長で割った平均加工幅から輪郭パス用の電極消耗補正係数を取得し、
工具電極の径の一部を用いて放電加工する場合には、加工パス単位で加工領域を取得し、実加工領域を加工パス長で割った平均加工幅から通常の電極消耗補正係数を取得するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の放電加工装置。 - さらに、第１の輪郭パスについては、当該輪郭パス単位で加工領域を取得し、実加工領域を輪郭パス長で割った平均加工幅から第１輪郭パス用の電極消耗補正係数を取得し、
第２の輪郭パスまたは第１の輪郭パス以降の加工パスについては、加工パス単位で加工領域を取得し、実加工領域を加工パス長で割った平均加工幅から通常の電極消耗補正係数を取得するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の放電加工装置。 - さらに、前記加工領域取得手段において、加工領域を取得する際、工具電極の放電ギャップを考慮するようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の放電加工装置。
- さらに、前記平均加工幅取得手段において、実加工領域を矩形に見立てたうえで、加工パス長または輪郭パス長で割り、平均加工幅を取得するようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の放電加工装置。
- 工具電極と被加工物の間にパルス状の電圧を印加すると共に工具電極の長さ方向の消耗を電極消耗補正係数に基づいて補正しつつ放電加工を行う放電加工方法において、
加工する度に加工残領域を取得する加工残領域取得工程と、
工具電極および加工パスから加工領域を取得する加工領域取得工程と、
加工領域と加工残領域との重複領域であって実際に加工することになる実加工領域を取得する実加工領域取得工程と、
実加工領域を輪郭パス長または加工パス長で割って平均加工幅を取得する平均加工幅取得工程と、
平均加工幅に基づいて最適な電極消耗補正係数を取得する最適電極消耗補正係数取得工程と、
を含み、
当該取得した電極消耗補正係数により消耗補正を行うようにしたことを特徴とする放電加工方法。 - 工具電極の全径を用いて放電加工する場合には、輪郭パス単位で加工領域を取得する輪郭パス加工領域取得工程と、
実加工領域を輪郭パス長で割った平均加工幅から輪郭パス用の電極消耗補正係数を取得する輪郭パス用電極消耗補正係数取得工程と、
を含み、
工具電極の径の一部を用いて放電加工する場合には、加工パス単位で加工領域を取得する加工パス加工領域取得工程と、
実加工領域を加工パス長で割った平均加工幅から通常の電極消耗補正係数を取得するようにした通常電極消耗補正係数取得工程と、
を含むことを特徴とする請求項６に記載の放電加工方法。 - さらに、第１の輪郭パスについては、
当該輪郭パス単位で加工領域を取得する輪郭パス加工領域取得工程と、
実加工領域を輪郭パス長で割った平均加工幅から第１輪郭パス用の電極消耗補正係数を取得する第１輪郭パス用電極消耗補正係数取得工程と、
を含み、
第２の輪郭パスまたは第１の輪郭パス以降の加工パスについては、
加工パス単位で加工領域を取得する加工パス加工領域取得工程と、
実加工領域を加工パス長で割った平均加工幅から通常の電極消耗補正係数を取得するようにした通常電極消耗補正係数取得工程と、
を含むことを特徴とする請求項６に記載の放電加工方法。 - さらに、前記加工領域取得工程において、加工領域を取得する際、工具電極の放電ギャップを考慮するようにしたことを特徴とする請求項６〜８のいずれか一つに記載の放電加工方法。
- さらに、前記平均加工幅取得工程において、実加工領域を矩形に見立てたうえで、加工パス長または輪郭パス長で割り、平均加工幅を取得するようにしたことを特徴とする請求項６〜９のいずれか一つに記載の放電加工方法。
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