JP4433630B2 - 気中放電加工装置及び加工方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、気中放電加工装置及び気中加工放電方法に関し、特に放電加工装置の可動部の重量を低減し且つ放電加工装置の構造を簡素化すること、およびそれによって、種々の工作機械例えばマシニングセンタ等に装着して放電加工をその場で可能とする気中放電加工装置及び気中加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年金型の製作に於いて、製作期間の短縮及び製作費用の低減が特に要望されている。この金型の製作には放電加工装置がよく使用されるが、放電加工装置で金型を加工する場合には、一般的には一つの金型当たりに数百本の電極を必要とする。したがって、この電極の設計及び製作にかかる費用が、金型制作費の約2割を占めている金型もある。
【0003】
このような放電加工に対応するための放電加工装置及び放電加工方法が、特開平8−300223号に開示される。この放電加工方法は、既存のパイプ工具電極を用いてリアルタイムで工具電極の軸線方向に電極の消耗させ且つ補正を行なうことによって、ワークの3次元自由曲面を高精度に放電加工することができる。しかしながら、この放電加工方法においては、頻繁に電極が消耗し且つ補正する必要があり、さらに所定量の電極が消耗すると電極の補充または交換が必要となり、ワークを連続したままで高精度の加工をしつづけることが困難であるという問題が生じている。
【0004】
特開平9−239622号には気中放電加工方法が開示され、この気中放電加工方法は、工具電極の消耗がほとんどないために連続加工方法に適している。しかしながら、特開平9−239622号の気中放電加工方法においては、従来の加工方法と同様にマシニングセンタにそれまでの切削加工等のためにセットされていた金型を、放電加工をするためにこの金型を放電加工機に載せ代えてさらに金型の加工位置だしを必要とし、根本的な製作期間の短縮の対策がなされていない。
【0005】
また気中放電加工は、電極と工作物との距離を短くする必要があり、その結果電極と工作物との短絡が生じやすくなるという問題がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記状況を鑑み、気中放電加工においては電極の消耗がほとんど無く且つ通常の雰囲気中で放電加工をすることが可能であり、電極と工作物の短絡を高速度で回避できる装置を軽量化し、その結果としてマシニングセンタ等の装置に他の切削工具等と同様に着脱可能にした気中放電装置及び放電加工方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項1記載の気中放電加工方法は、放電ユニットと放電ユーティリティとを含んでなり、
放電ユニットが、種々の工作機械の主軸に装着可能なスピンドルを備えるユニットホルダーと、ユニットホルダーに固定支持され且つピエゾケース内にピエゾ素子と皿バネと伝達軸とを有するピエゾアクチエータと、ピエゾアクチエータ内の皿バネと伝達軸とで往復運動可能に軸承され且つ側部にアシストガス供給口と給電子とを備える電極回転装置と、電極回転装置に回転可能に保持され且つ放電側とは反対側の電極端部にインペラを有する電極を保持する電極ホルダーとを備え、且つ
放電ユーティリティが、伸縮させるためピエゾ素子に印加電圧を印加して且つ電極と工作物との短絡を制御するサーボドライバーとサーボ制御装置と、前記電極に放電電圧を供給する放電電源とを備える構成を採用する。
【0008】
本発明の請求項1記載の気中放電加工装置を用いた請求項5記載の気中放電加工方法においては、上記構成のピエゾ素子を備えたピエゾアクチエータは、ピエゾ素子が簡素且つ軽量で高速の伸縮が可能であるので、サーボドライバーからの電圧の強さに応じたピエゾ素子の高速及び短距離の伸縮を、軽量化された皿バネと伝達軸と電極回転装置とを経由して電極ホルダーに保持された電極に伝達することができる。
【0009】
また、上記電極回転装置は、気中放電加工では必須のアシストガスを転用して、アシストガス流をアシストガス供給口から電極端部に装着されたインペラに作用させる構成によって非常に単純な手段で電極を回転させることが可能となり、電極と工作物との間に滞留する加工屑を排除することができる。また、インペラ手段によってさらに気中放電加工装置を軽量化することができ、ピエゾ素子の高速の伸縮をさらに応答性良く電極に伝達することができるので、放電電源からの放電電圧が給電子を介して電極に供給されることによって、加工時間を短縮した工作物の気中放電加工方法を可能にする。
【0010】
さらに、上記課題を解決するために、本発明の請求項2記載の気中放電加工装置は、放電ユニットと放電ユーティリティとを含んでなり、
放電ユニットが、種々の工作機械の主軸に装着可能なスピンドルを備えるユニットホルダーと、ユニットホルダーに固定支持され且つピエゾケース内にピエゾ素子と皿バネと伝達軸とを有するピエゾアクチエータと、ユニットホルダーとピエゾアクチエータの間にピエゾアクチエータと電極とを回転させるピエゾアクチエータ電極回転モータと、ピエゾアクチエータ内の皿バネと伝達軸とで往復運動可能に軸承されて且つ側部にアシストガス供給口と給電子とを備える電極ホルダーと、電極ホルダー内に保持された電極とを備え、且つ
放電ユーティリティが、伸縮させるためピエゾ素子に印加電圧を印加して且つ電極と工作物との短絡を制御するサーボドライバーとサーボ制御装置と、電極に放電電圧を供給する放電電源とを備える構成を採用する。
【0011】
本発明の請求項2記載の気中放電加工装置を用いた請求項6記載の気中放電加工方法においては、上記構成のピエゾアクチエータ電極回転モータによって、ピエゾ素子の伸縮伝達に影響を及ぼすことなく、ピエゾアクチエータと電極とを回転させることが可能となり、電極と工作物との間に滞留する加工屑を排除することができる。また、ピエゾアクチエータ電極回転モータをピエゾアクチエータの上部に設けたことによりピエゾアクチエータより先の構成部分が軽量化される。したがって、この軽量化によって、サーボドライバーからの印加電圧の強さに応じたピエゾ素子の高速及び短距離の伸縮伝達の応答性がさらに高速化できるので、電極と工作物との短絡の回避を高速化することができる。
【0012】
本発明の請求項1及び2に記載の気中放電加工装置は、ユニットホルダーのスピンドルがマシニングセンタの主軸に着脱可能に形成され、軽量且つ簡素化されているのでマシニングセンタに装着して、工作物を気中放電加工する事を可能とする。なお、装着されるマシニングセンタの主軸の回転及び送りにより電極の回転及び送りを行なうことによりさらに気中放電加工装置の軽量化を可能にする。
【0013】
本発明の請求項5及び6に記載の気中放電加工方法は、電極の放電電圧を検知し、平均放電電圧が設定短絡電圧以下に達したとき、サーボ制御装置及びサーボドライバーを介してピエゾアクチエータを作動させ、電極と工作物との短絡を制御することができるので、設定短絡電圧を適宜設定することによって短絡応答性を適宜に設定することが可能である。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の気中放電加工装置及び気中放電加工方法の構成及びその作動を、図1及び図2を参照して以下に説明する。
実施例1
本発明の第1の気中放電加工装置9は、図1に示すように放電加工ユニット1と放電ユーティリティ6とから構成されている。
【0015】
第1の気中放電加工装置9の放電加工ユニット1は、ユニットホルダー2、ピエゾアクチエータ3、電極回転装置4、電極ホルダー17、給電子19及び電極18から構成される。ユニットホルダー2は、例えばマシニングセンタ(図示せず)の主軸にワンタッチで着脱できるテーパ形状のスピンドルを有し、テーパ形状の大口径側でピエゾアクチエータ3に接続されている。ピエゾアクチエターア3はピエゾケース11内にピエゾ素子10と皿バネ12と伝達軸13とを内蔵する。そしてピエゾ素子10の高速で且つ短距離の伸縮を伝達するために、ピエゾアクチエータ3は、皿バネ12と伝達軸13を介して電極回転装置4に往復運動を伝達可能に接続すなわち軸承されている。電極回転装置4は、回転ケース16の側部に装着されたアシストガス供給口と給電子19、及び電極の放電側とは反対側の電極端部に設けたインペラ15を有する電極18を保持する電極ホルダー17とを備える。
【0016】
さらに、放電ユーティリティ6は、電極18と工作物5との短絡を制御するためピエゾ素子10に印加電圧を印加して伸縮させるサーボドライバー21とサーボ制御装置22と、電極18に放電電圧を供給する放電電源23とから構成される。
すなわち、実施例1の上記構成を装備する気中放電加工装置9を使用する気中放電加工方法においては、ピエゾアクチエータ3のピエゾ素子10を、放電ユーティリティ21に備わるサーボドライバー21からの印加電圧の強さに応じて高速で伸縮させることが可能となる(ピエゾ素子の歪は電界により制御されるので、電圧及び電流いずれかによる制御も可能である)。このピエゾ素子10の伸縮を、ピエゾケース11内の皿バネ12と伝達軸13とを介して電極回転装置4に伝達する。その結果、電極回転装置4に装備された電極ホルダー17に保持された電極18に、ピエゾ素子10の伸縮を伝達することができるので、気中放電加工では電極18と工作物5との間が短距離であるので短絡しやすく、短絡した場合、高速でその短絡を回避することができる。
【0017】
さらに、実施例1の気中放電加工装置9は、アシストガス供給口14からのアシストガス流を電極端部に装着されたインペラ15に作用させることによってインペラ15に回転駆動力が発生して、その結果として電極18を回転させることができ放電加工屑が電極18と工作物5との間に滞留することを防止できるので、放電ユーティティ6の放電電源23からの放電電圧を、給電子19を介して電極18に供給して、工作物5を放電加工する時に非常に良好な加工をすることができる。
【0018】
なお、実施例1の気中放電加工装置及びこの装置を用いた気中放電加工方法では、ピエゾアクチエータ3を備えることによって、装置自体の重量を非常に軽量化して且つ電極と工作物との短絡回避を高速化することが可能となる。さらに、実施例1の気中放電加工装置は、気中放電加工において必須のアシストガスの流れを利用してインペラを備えた電極に回転を与えることができるので、さらに装置自体を軽量化することができる。
【0019】
実施例2
本発明の第2の気中放電加工装置9は、図2に示すように放電加工ユニット1と放電ユーティリティ6とから構成されている。
第2の気中放電加工装置9の放電加工ユニット1は、スピンドル24を備えるユニットホルダー2と、ピエゾアクチエータ3と、ピエゾアクチエータ電極回転モータと、電極ホルダー17、給電子19及び電極18を含んでなる。ユニットホルダー2は、実施例1と同様に種々の工作機械の主軸に装着可能なテーパ形状のスピンドル8を備え、テーパ形状の大口径側でピエゾアクチエータ電極回転モータ7に接続されている。ピエゾアクチエータ電極回転モータ7は、その回転をピエゾアクチエータ3と電極18に回転を与える。ピエゾアクチエータ3は、ピエゾケース11内にピエゾ素子10と皿バネ12と伝達軸13とを有し、電極18を保持する電極ホルダー17に回転及び実施例1で述べた短絡を回避可能に軸承されている。電極ホルダー17は、側部にアシストガス供給口、電極穴及び給電子を備えて且つ電極を保持する。
【0020】
さらに、放電ユーティリティ6は、電極18と工作物5との短絡を制御するためピエゾ素子10に印加電圧を印加して伸縮させるサーボドライバー21とサーボ制御装置22と、電極18に放電電圧を供給する放電電源23とを備える。
すなわち、実施例2の上記構成を装備する気中放電加工装置9を使用する気中放電加工方法においては、実施例1と同様にピエゾアクチエータ電極回転モータ7をピエゾアクチエータ3の上部に設けたことにより、ピエゾアクチエータ3より先の構成部分が軽量化される。したがって、放電ユーティティ21に備わるサーボドライバー21からの印加電圧の強さに応じたピエゾ素子10の伸縮が、皿バネ12と伝達軸13とだけを介して電極18に伝達されることができ、軽量化により伝達されるピエゾ素子10の伸縮の応答性をさらに高速化できる。その結果、電極18と工作物5との短絡をさらに応答性を良くして回避することができる。
【0021】
さらに、実施例2の気中放電加工装置9は、ピエゾアクチエータ電極回転モータ7で電極を回転することによって電極と工作物との間の加工屑の滞留を防止でき、アシストガス供給口14からアシストガス流が電極穴26を経由して電極の放電側端部に放出し且つ放電電源23からの放電電圧が給電子19を介して電極18に供給されるので、非常に安定した状態と良好な加工精度とで工作物を放電加工する。
【0022】
なお、実施例2の気中放電加工装置及びこの装置を用いた気中放電加工方法は、電極回転気候をユニットホルダー側に設け、ピエゾアクチエータより先端部分の構成部品を少なくしたことによって、さらに装置自体の重量を軽量化して且つ電極と工作物との短絡回避の応答性を高速化することが可能となる。
ピエゾアクチエータの駆動に関して以下に説明する。工作物を放電加工中に、工作物と電極とが短絡したときには放電電圧は0Vに低下する。しかし、放電周波数は数千〜数十万Hzになるが、ピエゾアクチエータは、ピエゾアクチエータのケース及び電極らの重量に依存して、放電周波数に対するピエゾアクチエータ内のピエゾ素子の往復運動(歪)の追従性は低下する。ピエゾアクチエータの駆動は、図3のピエゾ素子動作フローチャートに示すように、平均放電電圧を計測してこの電圧があらかじめ設定した短絡電圧に到達したときにピエゾアクチエータを動作させる。例えば、工作物を放電加工する放電電圧が250Vでは、短絡放電電圧は約120Vとする。この短絡放電電圧に到達したときにピエゾアクチエータに印加されている電圧を停止することによって、ピエゾアクチエータを収縮させる。その結果、電極が工作物から離れ短絡が回避される。このときの短絡周波数は、アクチエータのケースや電極らの重量に依存するが、最大で数十kHz とすることができる。このとき放電加工機は短絡周波数より高い領域で定放電電流制御をしているので放電電流は安定して流すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、実施例1の気中放電加工装置の概略図を示す。
【図2】図2は、実施例2の気中放電加工装置を示す。
【図3】図3は、ピエゾアクチエータの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1…放電ユニット
2…ユニットホルダー
3…ピエゾアクチエータ
4…電極回転装置
5…工作物
6…放電ユーティティ
7…ピエゾアクチエータ電極回転モータ
8…スピンドル
9…気中放電加工装置
10…ピエゾ素子
11…ピエゾケース
12…皿バネ
13…伝達軸
14…アシストガス供給口
15…インペラ
16…回転ケース
17…電極ホルダー
18…電極
19…給電子
21…サーボドライバー
22…サーボ制御装置
23…放電電源
Claims (7)
- 放電ユニットと放電ユーティリティとを含んでなる気中放電加工装置であって、
前記放電ユニットが、種々の工作機械の主軸に装着可能なスピンドルを備えるユニットホルダーと、前記ユニットホルダーに固定支持され且つピエゾケース内にピエゾ素子と皿バネと伝達軸とを有するピエゾアクチエータと、前記ピエゾアクチエータ内の皿バネと伝達軸とで往復運動可能に軸承され且つ側部にアシストガス供給口と給電子とを備える電極回転装置と、前記電極回転装置に回転可能に保持され且つ放電側とは反対側の電極端部にインペラを有する電極を保持する電極ホルダーとを備え、且つ
前記放電ユーティリティが、伸縮させるため前記ピエゾ素子に印加電圧を印加して且つ前記電極と工作物との短絡を制御するサーボドライバーとサーボ制御装置と、前記電極に放電電圧を供給する放電電源とを備える、
ことを特徴とする気中放電加工装置。 - 放電ユニットと放電ユーティリティとを含んでなる気中放電加工装置であって、
前記放電ユニットが、種々の工作機械の主軸に装着可能なスピンドルを備えるユニットホルダーと、前記ユニットホルダーに固定支持され且つピエゾケース内にピエゾ素子と皿バネと伝達軸とを有するピエゾアクチエータと、前記ユニットホルダーと前記ピエゾアクチエータの間に前記ピエゾアクチエータと前記電極とを回転させるピエゾアクチエータ電極回転モータと、前記ピエゾアクチエータが皿バネと伝達軸とで往復運動可能に軸承されて且つ側部にアシストガス供給口と給電子とを備える電極ホルダーと、前記電極ホルダー内に保持された電極とを備え、且つ
前記放電ユーティリティが、伸縮させるため前記ピエゾ素子に印加電圧を印加して且つ前記電極と工作物との短絡を制御するサーボドライバーとサーボ制御装置と、前記電極に放電電圧を供給する放電電源とを備える、
ことを特徴とする気中放電加工装置。 - 種々の前記工作機械の一つがマシニングセンタであり、
前記ユニットホルダーのスピンドルがマシニングセンタの主軸に着脱可能に装着でき、且つ
前記マシニングセンタに取り付けられている工作物を気中放電加工する、
ことを特徴とする請求項1または2記載の気中放電加工装置。 - 装着される前記マシニングセンタの主軸の回転及び送りにより前記電極の回転及び送りを行なうことを特徴とする請求項3記載の気中放電加工装置。
- 請求項1記載の気中放電加工装置を使用した気中放電加工方法であって、
ピエゾ素子に印加される印加電圧の強さに依存する前記ピエゾ素子の伸縮によって、電極と工作物との短絡を制御し、
アシストガス供給口からのアシストガス流を電極の端部に装着されたインペラに作用させることによって、前記電極を回転させ、且つ
放電電源から放電電圧を、給電子を介して前記電極に供給して工作物を放電加工する、
ことを特徴とする気中放電加工方法。 - 請求項2記載の気中放電加工装置を使用した気中放電加工方法であって、
ピエゾアクチエータ電極回転モータによって、ピエゾアクチエータと電極とを回転させ、
ピエゾ素子に印加される印加電圧の強さに依存する前記ピエゾ素子の伸縮によって、電極と工作物との短絡を回避し、
アシストガス供給口からのアシストガス流が電極穴を経由して前記電極の放電側端部に放出され、且つ
放電電源からの放電電圧を、給電子を介して前記電極に供給して工作物を放電加工する、
ことを特徴とする気中放電加工装置。 - 前記電極の放電電圧を検知し、平均放電電圧が設定短絡電圧以下に達したとき、サーボ制御装置及びサーボドライバーを介して前記ピエゾアクチエータを作動させ、前記電極と前記工作物との短絡を制御する、
ことを特徴とする請求項5または6記載の気中放電加工方法。
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