JP4068254B2

JP4068254B2 - 放電加工機

Info

Publication number: JP4068254B2
Application number: JP02067899A
Authority: JP
Inventors: 外満原; 清和岡本
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 1999-01-28
Filing date: 1999-01-28
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2019-01-28
Also published as: JP2000218442A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放電加工の際に生じる溶解屑の掃き出し（フラッシング）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電気的非良導体の放電液体空間内において導電性の加工ツールを導電性の被加工物体（ワーク）に近接配置し、両者間に電圧を印加して放電しワークを加工する放電加工が広く行われている。放電加工機の中でも、特にワークに小さな穴を開けるものはワイヤ放電加工機や型彫放電加工機と異なり、高精度回転仕様のスピンドルを備えている。スピンドルにより加工ツールを回転させながら放電加工を行うことで、真円度の高い穴をワークに形成することができる。
【０００３】
一方、放電加工においてはワークの溶解屑が発生する。穴が浅い場合には放電液体の自然的あるいは強制的な循環により溶解屑は自動的に排出されるが、穴径が小さくかつ穴が深くなると放電液体の循環のみでは溶解屑の排出は困難となる。なお、放電液体の強制循環は、例えば加工ツールを中空パイプ状とし、このパイプを用いて放電液体を加圧することにより行われる。
【０００４】
そこで、従来より、ある程度の深さまでワークを加工する度に加工ツールを、その加工ツールを回転保持しているスピンドルごと切り込み方向から逃がし、加工ツールを被加工物体内に形成された穴の中で往復運動させることで放電液体を穴から掃き出し、溶解屑を放電液体とともに排出していた。
【０００５】
図３には、この時の時間に対する放電電圧とスピンドルのスラスト方向変位の関係が示されている。放電電圧は５０〜１００Ｖ、パルス間隔は５〜５００μｓ、パルス幅は２〜５０μｓが一般的である。加工の一例としては、約１０秒間の間電圧パルスを印加し続け、その間にスピンドルは切り込み方向（図３では下方向）に徐々に切り込みを行っていく。その後、一旦スピンドルを引き上げて逃がし、再度引き上げ直前と同位置へ位置決めする。この逃がし期間は約２秒間である。その後、再度電圧パルスを印加して加工を継続することを繰り返す。溶解屑はこの逃がし期間のスピンドル往復運動によるポンプ作用又は攪拌作用により放電液体と共に穴から排出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のフラッシング方法では、加工ツールと穴との隙間から放電液体が漏れて逆流する場合も少なくなく、特に穴底に存在する溶解屑の排出が困難である問題があった。
【０００７】
また、フラッシング時にはスピンドル全体をテーブルごとピストン運動させているので動きが遅く隙間漏れも生じやすい問題があった。
【０００８】
さらに、フラッシングは放電加工を一時中断して行うため、排出の低効率を補うべくフラッシングを頻繁に行うとワークの加工効率が低下してしまう問題があった。
【０００９】
本発明は上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、ワークに形成された穴が深い場合でも放電加工の加工効率を徒に低下させることなく確実に溶解屑を排出することができる放電加工機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、導電性の加工ツールと、前記加工ツールを回転駆動するスピンドルと、前記加工ツール及び前記加工ツールに対して放電液体空間内で近接配置された導電性被加工物体に所定時間幅を有する電圧パルスを所定時間間隔で印加して放電させる電圧印加手段と、前記スピンドルをスラスト方向に音波ないし超音波振動周波数で往復駆動する往復駆動手段とを有し、前記往復駆動手段は、前記スピンドルを非接触で磁気浮上させ、かつスラスト方向位置を制御するフィードバック制御回路と、前記フィードバック制御回路に超音波キャリア信号を重畳する重畳回路とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明において、前記フィードバック制御回路は、前記スピンドルをスラスト方向に駆動する磁気アクチュエータと、前記スピンドルのスラスト方向位置を検出する検出手段と、前記検出手段からの検出信号に基づいて前記磁気アクチュエータに駆動信号を供給する位置制御手段とを有するのが好適である。
【００１２】
また、本発明において、前記往復駆動手段は、前記フィードバック制御回路にさらに音波キャリア信号を重畳する音波キャリア信号重畳回路を有するのが好適である。
【００１３】
また、本発明において、前記加工ツールと前記被加工物体との間に超音波キャビテーションを生ぜしめるのが好適である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００２１】
図１には、本実施形態の放電加工機の構成が示されている。ワーク１０に近接してタングステンや銅タングステンなどの加工ツール１２が配置され、ワーク１０と加工ツール１２間には電気的非良導体である水や鉱物油などの放電液体が満たされる。加工ツール１２はスピンドル外筒１４内のスピンドル１６先端に取り付けられており、モータ２２で回転駆動される。スピンドル１６は空気流入レセプタクル１７から流入した空気で支持される。
【００２２】
また、スピンドル１６には磁気アクチュエータ（回転側）２０が設けられ、スピンドル外筒１４に設けられた磁気アクチュエータ（固定側）１８と磁気的相互作用し、スピンドル１６は非接触で浮上支持されている。スピンドル外筒１４の上部にはスピンドルのスラスト方向（回転軸に沿った方向）の位置を検出するスラスト変位センサ２４が設けられ、検出した信号を出力する。
【００２３】
スピンドル１６、すなわち加工ツール１２のスラスト方向位置を制御する回路として、スラスト変位センサ２４からの位置検出信号に基づいてワーク１０に所望の穴を形成するために必要なスラスト方向位置を割り出し制御信号を出力する位置制御回路３０、位置制御回路３０からの制御信号に基づいて磁気アクチュエータ１８を駆動する電磁石ドライバ３２に加え、スピンドル１６（あるいは加工ツール１２）をスラスト方向に超音波振動周波数で往復駆動するためのキャリア信号（２０ｋＨｚ以上の正弦波信号）を発生する超音波キャリア発生回路２６と超音波キャリア信号を位置検出信号に重畳する加算器２８が設けられている。超音波キャリアは通常、正弦波が用いられるが矩形波でもよい。スラスト変位センサ２４、位置制御回路３０、電磁石ドライバ及び磁気アクチュエータ１８はフィードバック回路を構成し、スピンドル１６のスラスト方向位置を所望の位置に制御することでワーク１０と加工ツール１２との間隔を調整し、かつ、超音波キャリア信号によりスピンドル１６をスラスト方向に微小量だけ超音波振動周波数で振動させ、放電液体に超音波キャビテーションを生じさせる。すなわち、磁気アクチュエータ１８、２０はスピンドル１６のスラスト方向位置を制御することでワーク１０と加工ツール１２との間隔を調整する機能と、スピンドル１６をスラスト方向に超音波振動周波数で振動させる機能を有する。
【００２４】
このような構成において、ワーク１０を加工する場合には加工ツール１２のスラスト方向位置をフィードバック回路で調整しながら放電パルス電源４０からワーク１０及び加工ツール１２に所定の時間幅かつ所定の時間間隔で電圧パルスを印加してワーク１０と加工ツール１２間に放電を起こさせ加工し、かつ所定のタイミングでスピンドル１６をスラスト方向に超音波振動させて（図中矢印１００で示される方向）放電液体とともに溶解屑をワーク１０の穴から速やかに排出する。なお、ブラシ４２はスピンドル１６へ通電するためのものである。
【００２５】
ここで、スピンドル１６（あるいは加工ツール１２）を超音波振動させるタイミングは任意であり、放電加工中は常に超音波キャリア信号を位置検出信号に重畳させて常に超音波キャビテーションを発生させることも可能である。
【００２６】
また、ワーク１０と加工ツール１２に放電用の電圧を印加していない期間、すなわち電圧パルスの不印加期間にスピンドル１６を超音波振動させることも好適である。具体的には、ワーク１０と加工ツール１２に電圧を印加する電源の駆動を制御する公知の電源制御回路からの信号を加算器２８に供給し、電源から電圧パルスを供給しない不印加期間に限って加算器２８は超音波キャリア発生回路２６からの超音波キャリア信号を位置検出信号に重畳させ、ワーク１０の穴と加工ツール１２との間の放電液体に超音波キャビテーションを生じさせる。この電圧パルスの不印加期間は、図３では逃がし期間に相当する。
【００２７】
また、電圧パルスの不印加期間にスピンドル１６を超音波振動させる場合、不印加期間の全てで振動させるのではなく、放電液体内の溶解屑が所定量以上存在する場合にのみスピンドル１６を超音波振動させて溶解屑を排出するのも効率的である。さらには、溶解屑が所定量となるまで連続して電圧パルスを印加し、所定量となったことを検出してから電圧パルスを停止して溶解屑を排出してもよい。
【００２８】
具体的には、加算器２８に電源制御回路からの信号と溶解屑が所定量以上存在することを示す信号を供給し、両信号に基づいて超音波キャリア発生回路２６からの超音波キャリア信号を位置検出信号に重畳すればよい。もちろん、これは電圧パルスの不印加期間に限らず実施してもよい。
【００２９】
なお、溶解屑の量は任意の方法で計測することができるが、溶解屑は導電性であることからワーク１０と加工ツール１２との間の放電液体の電気抵抗値を計測することで溶解屑の量を計測することができる。すなわち、溶解屑の量と電気抵抗値とは負の相間があり、電気抵抗値が減少するほど溶解屑は多く存在することになる。そこで、例えば、ワーク１０と加工ツール１２に放電用の電圧よりも低い電圧（直流あるいは交流）を印加し、この低い電圧に起因する電流値を検出することで溶解屑の量を計測できる。そして、溶解屑の量が所定値以上存在するか否かは、低い電圧に起因する電流値が所定値以上か否かで決定することができる。
【００３０】
ここで、低い電圧の電圧値は、加工ツールが摩耗しない程度の電圧値が選択され、通常１〜２Ｖ程度の直流又は交流とされる。この時に、加工ツールと被測定物体間に流れる電流は、通常０．１アンペア程度であるので、溶解屑の量が一定値を超えたか否かの決定は容易である。
【００３１】
図２には、超音波キャリアにさらに音波キャリアを重畳させる場合のブロック図が示されている。音波キャリア発生回路５０から出力された数ｋＨｚの周波数の音波キャリアは、加算器５２により超音波キャリアに重畳される。この場合には、スピンドルに超音波振動を与えて放電液体空間内に超音波キャビテーションを発生させる際に、超音波キャリアにさらに音波振動周波数による音波キャリアを重畳させることができる。この結果、スピンドルは音波振動数でスラスト方向に振動しながら同時に超音波キャビテーションを発生させることになる。加工ツールの音波振動数による往復振動により、被加工物体の加工穴中の放電液体入れ替えと同時に超音波キャビテーションを生じさせることにより、加工穴底に存在する溶解屑はさらに効率よく排出される。
【００３２】
なお、放電液体の強制循環は、加工ツールを中空パイプ状とし、このパイプを用いて放電液体を加圧することにより行うが、強制循環時に同時に超音波キャビテーションを発生させる構成としてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ワークに形成された穴が深い場合でも放電加工の加工効率を徒に低下させることなく確実に溶解屑を排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成図である。
【図２】本発明の他の実施形態における制御回路の構成図である。
【図３】スピンドルの逃がしを示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０ワーク、１２加工ツール、１４スピンドル外筒、１６スピンドル、１７空気流入レセプタクル、１８磁気アクチュエータ（固定側）、２０磁気アクチュエータ（回転側）、２２モータ、２４スラスト変位センサ、２６超音波キャリア発生回路、２８加算器、３０位置制御回路、３２電磁石ドライバ、４０放電パルス電源、４２ブラシ、５０音波キャリア発生回路。

Claims

導電性の加工ツールと、
前記加工ツールを回転駆動するスピンドルと、
前記加工ツール及び前記加工ツールに対して放電液体空間内で近接配置された導電性被加工物体に所定時間幅を有する電圧パルスを所定時間間隔で印加して放電させる電圧印加手段と、
前記スピンドルをスラスト方向に音波ないし超音波振動周波数で往復駆動する往復駆動手段と、
を有し、
前記往復駆動手段は、
前記スピンドルを非接触で磁気浮上させ、かつスラスト方向位置を制御するフィードバック制御回路と、
前記フィードバック制御回路に超音波キャリア信号を重畳する重畳回路と、
を有することを特徴とする放電加工機。
請求項１記載の放電加工機において、
前記フィードバック制御回路は、
前記スピンドルをスラスト方向に駆動する磁気アクチュエータと、
前記スピンドルのスラスト方向位置を検出する検出手段と、
前記検出手段からの検出信号に基づいて前記磁気アクチュエータに駆動信号を供給する位置制御手段と、
を有することを特徴とする放電加工機。
請求項１、２のいずれかに記載の放電加工機において、
前記往復駆動手段は、前記フィードバック制御回路にさらに音波キャリア信号を重畳する音波キャリア信号重畳回路を有することを特徴とする放電加工機。
請求項１〜３のいずれかに記載の放電加工機において、
前記加工ツールと前記被加工物体との間に超音波キャビテーションを生ぜしめることを特徴とする放電加工機。
請求項１〜４のいずれかに記載の放電加工機において、
前記加工ツールは中空パイプ状であることを特徴とする放電加工機。