JPH0360927A - 放電加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、加工用電極又は被加工物を振動させることに
より加工速度の向上を図るようにした放電加工装置に関
するものである。

（従来の技術） 加工速度の改善を図るため、超音波振動素子を加工ヘッ
ド内に取付け、放電加工中、加工用電極に超音波振動を
与えることにより放電加工間隙に生じる加工チップの排
除を良好に行ない、加工速度を向上させるようにした放
電加工装置が公知である（例えば、特開昭５６−６９０
３３号公報）。

（発明が解決しようとする課題） しかし、超音波振動素子は、例えば２０ｋＨｚ程度の固
有の周波数で振動するものであるから、超音波振動素子
を用いた従来の装置では、加工用電極の径又は長さ等を
調節し、その周波数に見合った寸法にする必要が生じる
ので、その調整工程のために手間がかかり、加工コスト
を上昇させるという問題点を有している。

本発明の目的は、したがって、加工用電極の寸法、形状
の如何に拘らず、加工用電極と被加工物との間に相対振
動運動を与えることができる放電加工装置を提供するこ
とにある。

本発明の他の目的は、任意の形状、寸法の加工用電極と
被加工物との間にその加工方向に沿う相対振動運動を与
えると共に、加工用電極と被加工物との間に形成される
放電加工間隙における放電状態に異常が生じた場合には
その間隙の巾を高応答性をもって直ちに広げることがで
きるようにした放電加工装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するための本発明の特徴は、加工用電極
と被加工物との間に形成される放電加工間隙の巾が所要
の値に維持されるように上記放電加工間隙の状態に関連
した電気信号に応答して上記加工用電極を前記被加工物
に対して所要のサーボ軸に沿って相対的に運動させるよ
うにしたサーボ制御系を有する放電加工装置において、
上記サーボ軸に沿って上記加工用電極を前記サーボ制御
系の応答速度より速い応答速度で上記被加工物に対して
相対移動させることができる電気制御式の振動部材と、
上記振動部材をそのような所望の周波数で繰返し振動さ
せるための駆動信号を前記振動部材に与えるための供給
手段とを備えた点にある。

本発明の他の特徴は、上記電気信号に応答し、放電加工
間隙が所定の状態になった場合に上記放電加工間隙の巾
が広がるように上記駆動信号を補正するための手段を更
に備えている点にある。

〈作用） 電気制御式の振動部材は、供給手段からの駆動信号応答
し、その電気信号の周波数と同じ周波数で振動する。し
たがって、振動部材が加工用電極側に設けられている場
合には、加工用電極の寸法、形状等の如何に拘らず、加
工用電極を所望の周波数でそのサーボ軸方向に沿って振
動させることができる。また、振動部材が被加工物側に
設けられている場合には、被加工物を所望の周波数でそ
のサーボ軸方向に沿って振動させることができる。

この結果、加工用電極と被加工物との間に相対的な振動
運動を生じさせることが極めて容易゛となる。

本発明の他の特徴によれば、振動部材に供給手段から与
えられる駆動信号が、放電加工間隙の状態を示す電気信
号により補正され、放電加工間隙が例えば短絡したよう
な場合に、その加工間隙の巾が広がるように振動部材の
振動の態様が変化する。これにより、放電加工間隙に在
るチップ等を迅速に排除することができる。

（実施例） 以下、図示の一実施例により本発明の詳細な説明する。

第１図には、本発明による放電加工装置の一実施例が示
されている。この一実施例として示されている放電加工
装置１は、型彫り用のＺ軸制御の放電加工装置であり、
加工機本体２と、該加工機本体２に加工用パルスを供給
する加工用電源部３と、加工機本体２の電極送りサーボ
制御及び加工用電極に与える振動制御を行なうための制
御ユニット４とを備えている。なお、多くの場合、制御
ユニット４と加工用電源３とは単一の筐体に組み込まれ
、加工用電源装置と称される。

加工機本体２は、加工台２１と、加工台２１に設けられ
たコラム２２によって支持されているヘッド部２３とを
具えている。加工台２１上には、ベツド２４上に載置さ
れた被加工物２５がセットされている加工タンク２６が
設けられている。加工タンク２６内には適宜の放電加工
液２７が満たされており、ヘッド部２３側に装着される
加工用電極２８により、被加工物２５が放電加工液２７
中において放電加工される構成である。ヘッド部２３は
、ヘッド部２３のケーシング２９内に固設された案内部
材３０によってその軸方向に沿う移動のみが可能なよう
に案内されているクイル３１を有している。クイル３１
の一端部３１ａには、直流モータ又はステンビングモー
タの如き回転モータ３２によって回転駆動せしめられる
ボールねじ３３が螺入しており、回転モータ３２が制御
ユニット４からの第１制御信号Ｓ１に応答して正逆に回
転することにより、クイル３１がその軸方向に進退する
構成となっている。

クイル３工の他端３１ｂには、振動部材として働く圧電
アクチエータ３４を介して一対の電極取付具３５．３６
が設けられている。電極取付具３５は圧電アクチエータ
３４に公知のフランジ止めの方法で堅固に取付けられ、
一方、電極取付具３６は加工用電極２８に固着されてい
るステム３７をしっかりと固定しており、これにより加
工用電極２８は電極取付具３６に固着されている。一対
の電極取付具３５．３６は、電極取付具３６の突部３６
ａが、これに相応した形状の電極取付具３５のへこみ部
３５ａにはめ合わされるようにして位置決めされ、これ
らの内部に設けられた図示しない磁石の吸引力により、
両者は所定の位置決め状態でしっかりと連結されると共
に、所望により両者の連結を解くことができるようにな
っている。電極取付具の上述の構成自体は公知であるか
ら、その詳細な説明は省略する。なお、圧電アクチエー
タ３４とクイル３１との間の連結もまた公知のフランジ
止めにより行なわれている。本実施例では、圧電アクチ
エータ３４とクイル３１との間及び圧電アクチエータ３
４と電極取付具３５との間の連結は、上述の如く、フラ
ンジ止めにより行なっているが、この連結の態様はこれ
に限定されるものではない。

圧電アクチエータ３４は、電極２８、そのサーボ軸方向
（すなわちクイル３１の軸方向）に沿って回転モータ３
２によるサーボ動作よりも速い速度で最大数１０〔μｍ
〕の振巾の振動を所定の方向に行なわせるための電気制
御式振動部材として設けられたものであり、その構成が
第２図に詳細に示されている。圧電アクチエータ３４は
、比較的肉薄のフランジ部４１．４２と、これらのフラ
ンジ部４１．４２を平行状態に支持、固定する支持部４
３．４４とから成る枠体４５を有し、枠体４５によって
形成される空間４６内に圧電素子４７を配設して戒って
いる。

圧電素子４７は、例えば、角柱状の形状を有し、一対の
電極４８．４９が対向する側壁に夫々図示の如く設けら
れている。圧電素子４７は電極４８．４９間に電圧を印
加することによりその印加電圧のレベルに応じて所定の
方向に伸長する素子である。図示の圧電素子４７は電圧
の印加によりその軸方向に伸長するものであり、この伸
長により枠体４５のフランジ部４１．４２をその厚み方
向に押圧するため、圧電素子４７は、電圧無印加の状態
でその軸方向の端面４７ａ、４７ｂが夫々フランジ部４
１．４２の内面に当接するように寸法決めされて空間４
６内に配設されている。図示の実施例では、端面４７ａ
、４７ｂは適宜の接着剤で対応するフランジ部に接着さ
れており、振動その他により圧電素子４７が枠体４５か
ら外れないように構成されている。

このような構成によると、圧電素子４７の電極４８．４
９間に印加される電圧のレベルが高くなるにつれて圧電
素子４７がその軸方向に伸長し、肉薄のフランジ部４１
．４２を外方に押し広げ、第２図中−点鎖線で示される
ようにフランジ部４１．４２を変形させる。従って、そ
の印加電圧のレベルを調節することにより、回転モータ
３２の回転による加工用電極２８の送り動作とは別に、
加工用電極２８を被加工物２５に向けて送り、又は被加
工物２５から離反させることができる。なお、第２図で
は説明を解りやすくするために枠体４５の変形を誇張し
て示したが、実際には、その伸長は最大数１０Ｃμｍ〕
程度である。

したがって、圧電素子４７に所望の周波数の電圧信号を
印加することにより、加工用電極２８をそのサーボ軸方
向に沿って振動させることができ、その振巾は印加する
電圧信号のレベルによって調節することができる。この
電圧信号は、制御ユニット４から第２制御信号Ｓ２とし
て出力され、圧電素子４７に印加されている。

次に、第３図を参照しながら、第１図及び第２図に基づ
いて説明した放電加工装２１の電気的制御系統の構成に
ついて説明する。

加工用電源部３の出力線３ａは電極取付具３６を介して
加工用電極２８と電気的に接続されており、もう一方の
出力線３ｂはアースされることにより被加工物２５と電
気的に接続されている（第１図参照）。したがって、加
工用電源部３から出力される加工用パルスは加工用電極
２８と被加工物２５との間に形成される放電加工間隙Ｇ
に印加され、ここで放電加工が行なわれる。

放電加工間隙Ｇに生じた出力電圧Ｅは制御ユニット４内
の間隙状態検出回路５１に入力され、ここで、放電加工
間隙Ｇの間隙中Ｗが所要の値より広いか狭いかの判別が
行なわれ、その時の間隙中Ｗの大きさに応じたレベルの
検出電圧りが出力される。検出電圧りは、出力電圧Ｅの
レベルが所望の間隙中に相応したレベルとなっている場
合には零であり、間隙中Ｗが所望の間隙中より広くなっ
て出力電圧Ｅのレベルが上昇すると、検出電圧りのレベ
ルはそれに従って正の方向に増大する。−方、間隙中Ｗ
が所望の間隙中より狭くなって出力電圧Ｅのレベルが低
下すると、検出電圧りのレベルはそれに従ってより負の
レベルとなる。

出力電圧Ｅと検出電圧りとの間の関係が第４図に示され
ている。なお、検出電圧りのレベルが零となる出力電圧
Ｅのレベルは、間隙状態検出回路５１に接続されている
可変抵抗器５２の抵抗値を調節することにより任意に設
定することができ、これによりこの制御系により調節さ
れる間隙中の設定を行なうことができる。上述した間隙
状態検出回路５１の構成は公知であるので、ここではそ
の詳細な説明は省略する。

検出信号りは、可動接点５３ａが一定レベルの直流電源
＋Ｖに接続されている切換スイッチ５３の切換制御信号
として切換スイッチ５３に印加されている。切換スイッ
チ５３の固定接点５３ｂ、５３Ｃは、回転モータ３２の
駆動制御を行なうためのモータ駆動回路５４の制御端子
Ｕ、Ｄに夫々接続されている。モータ駆動回路５４は、
その制御端子Ｕに高レベルの電圧が印加された時に回転
モータ３２を正方向に回転させ、これにより加工用電極
２８をサーボ軸に沿って被加工物２５に向けて前進せし
め、一方、その制御端子りに高レベルの電圧が印加され
た時に回転モータ３２を逆方向に回転させ、これにより
加工用電極２８をサーボ軸に沿って被加工物２５から離
れるように後退せしめるための第１制御信号ＳＩを出力
する構成である。

切換スイッチ５３は、検出電圧りのレベルが零又は正の
場合に、その可動接点５３ａが実線で示される状態に切
り換えられ、検出信号りのレベルが負の場合に、その可
動接点５３ａが点線で示される状態に切り換えられる構
成である。この結果、放電加工間隙Ｇの間隙中Ｗが所定
の値か又はそれより広い場合には、切換スイッチ５３は
実線で示されるように切り換えられ、モータ駆動回路５
４の制御端子Ｕに直流電源十Ｖの高レベルの電圧が印加
され、回転モータ３２が正方向に回転せしめられ、加工
用電極２８がサーボ軸に沿って前進する。

一方、放電加工間隙Ｇの間隙中が所定の値よりも狭くな
った場合には、切換スイッチ５３は点線で示されるよう
に切り換えられ、モータ駆動回路５４の制御端子りに直
流電源＋Ｖの高レベルの電圧が印加され、回転モータ３
２が逆方向に回転せしめられ、加工用電極２８がサーボ
軸に沿って後退する。上述の回転制御が行なわれる結果
、間隙中が常に適正な値に保たれるように電極送りのサ
ーボ制御が行なわれることになる。

なお、上述の実施例において、検出電圧りのレベルが零
の場合にも加工用電極２８を前進させる構成としたが、
放電加工間隙の状態は常に速い速度で変化しているので
、検出電圧りのレベルが零となった場合に回転モータ３
２の送りを停止させる構成としなくても全く問題は生じ
ない。しかしながら、勿論、検出電圧りのレベルが零と
なった場合に、切換スイッチ５３の可動接点５３ａが固
定接点５３ｂ、５３Ｃのいずれにも接触しない状態とし
、これにより回転モータ３２の回転を停止させる構成と
してもよい。さらに、検出電圧りをモータ駆動回路５４
に印加し、回転モータ３２の正逆の回転の速度が、検出
電圧りのレベルの絶対値に従って変化するようにモータ
駆動回路５４を構成してもよい。

制御ユニット４は、さらに、圧電素子４７を所望の周波
数で振動させるのに必要な繰返しパルス信号を出力する
ためのパルス発生器６１を備えている。パルス発生器６
１は、例えばマルチバイブレークの如き公知の回路を用
いて構成されており、最大レベル値がＥｍの矩形波の繰
返しパルス信号であるパルス電圧信号Ｐ、を出力する。

パルス電圧信号Ｐｉの周波数は、上述の回転モータ３２
を含んで威る間隙中制御のためのサーボ制御系の応答周
波数より高くなるように設定され、本実施例では所定の
一定周波数とされている。しかし、この周波数は一定で
ある必要はなく、所定の条件に従って適宜に段階的に切
り換えてもよいし、又は所定のパラメータの変化に従っ
て連続的に変化させてもよい。またパルス電圧信号Ｐ□
の振巾もＥｍ一定でなければならない必然性はなく、所
定の範囲内で各種の条件に応答して段階的又は連続的に
変化してもよい。

パルス電圧信号Ｐ、は、抵抗器６２．６３により構成さ
れる抵抗分圧回路６４を備えた補正回路６５に入力され
ている。補正回路６５は、抵抗分圧回路６４の抵抗器６
２に常閉型のオン／オフスイッチ６６が並列に接続され
て成っている。このオン／オフスイッチ６６の開閉は検
出信号りによって制御され、検出信号りが負のレベルに
なった場合にのみオン／オフスイッチ６６が開状態とさ
れる構成となっている。したがって、検出信号りのレベ
ルが零又は正の場合には、パルス電圧信号Ｐ８に対する
補正は補正回路６５において行なわれず、波高値Ｅｍの
パルス電圧信号Ｐ１がそのまま出力パルス電圧信号Ｐ０
として出力され、この信号が第２制御信号Ｓ２として圧
電素子４７に印加される。一方、検出信号りのレベルが
負の場合には、オン／オフスイッチ６６が開かれるので
、パルス電圧信号Ｐ、は抵抗分圧回路６４の所定の分圧
比に従って分圧される。図示の実施例では抵抗器６２．
６３の値は同じに設定されており、従って、１／２Ｅｍ
の波高値のパルス信号が出力パルス電圧信号Ｐ０として
得られることになる。

次に、本実施例において振動部材の一実施例として示さ
れている圧電アクチエータ３４に用いられている圧電素
子４７の特性につき、第６図を参照して説明する。

第６図には、圧電素子４７に印加される電圧Ｕのレベル
と圧電素子４７の伸長量Δｅとの間の関係を示す特性図
が示されている。ここで、縦軸には初期化された状態の
圧電素子４７の長さに対する伸長量Δｌが目盛られてい
る。第５図中の特性線（イ）は、初期化された圧電素子
４７に電圧Ｕを印加しそのレベルを零から徐々に上げて
いった場合の伸長量Δｌの変化の様子を示すものであり
、印加電圧Ｕのレベルの上昇に従ってその伸長量Δｌが
増大していくことが判る。印加電圧Ｅのレベルが例えば
最大定格値Ｅｍにまで達し、Δｌ＝Δ１２となった後、
そのレベルを徐々に下げていくと、そのヒステリシス特
性のために伸長量Δｌは特性線（ロ）に沿って減少して
行く。このため、印加電圧Ｅのレベルが零になったとき
、その伸長量Δｌは零に戻らず、所定の値Δｌ、となる
。その後、印加電圧Ｕのレベルを零からＥｍの間で変化
させた場合は、その時々の伸長量Δｌは特性線（ロ）に
従って決定されることになる。すなわち、圧電素子４７
に１回だけＥｍのレベルの電圧を印加しておけば、その
後印加電圧ＵのレベルをＥｍより大きくしない限り、特
性線（ロ）に従ってその時の印加電圧Ｕのレベルと伸長
量との間の関係が一義的に定まることになる。

第５図には、出力パルス電圧信号Ｐ。の波形の一例が示
されている。時刻ｔがｔ。からｔ、までの間は、オン／
オフスイッチ６６がオン状態のために、出力パルス電圧
信号ＰＯの波高値はＥｍとなっており、したがって、第
６図から判るように、圧電素子４７はΔ１２−Δ１１の
ストロークの伸縮運動を所定の周期で行なう。このため
、加工用電極２８はサーボ軸に沿ってΔ１２−Δｌｌの
ストロークの周期的な振動運動を行なう。一方、検出電
圧りのレベルが負となることによりオン／オフスイッチ
６６が開かれると、ｊ、＜ｔ＜ｔｚにおける如く、出力
パルス電圧信号Ｐ０の波高値はＥ　ｍ　／２となる。第
６図に示されるように、Ｕ＝１／２・Ｅｍの場合の伸長
量はΔ１３であり、したがって、ｔ、＜ｔ＜ｔ、におい
ては、加工用電極２８はサーボ軸に沿ってΔ１３−Δ１
１のストロークの周期的な振動運動を行なう。上記説明
から判るように、オン／オフスイッチ６６が開かれると
すぐに、加工用電極２８と被加工物２５との間の放電加
工間隙中は長さ（Δ１２−Δ２２）だけ広がることにな
る。

このような構成によると、回転モータ３２により加工用
電極２８がサーボ軸に沿って前進又は後退せしめられ、
放電加工間隙Ｇの巾を所定の値に維持するためのサーボ
制御が行なわれると同時に、圧電アクチエータ３４によ
って、上記サーボ制御が実質的に応答しない周波数で加
工用電極２８が、そのサーボ軸方向に振動運動せしめら
れる。したがって、放電加工間隙の巾は、圧電アクチエ
ータ３４によって、所定のストロークΔ１２−Δ１だけ
常に変化しつつ放電加工が行なわれる。このため、加工
間隙における加工屑はそのポンプ作用により良好に排除
され、加工間隙において短絡状態が発生する頻度を著し
く低下せしめるものである。

この振動は、電気制御式の振動部材である圧電アクチエ
ータ３４により与えられる。したがって、加工用電極２
８の寸法、形状とは無関係に圧電アクチエータ３４に与
えられる駆動電圧の周波数によりその振動周期を自由に
設定、変更することができるので、加工用電極の調整工
程を省くことができ、加工能率を著しく向上させ、加工
コストの大巾な低減を期待することができる。

また、上記説明からすぐ理解されるように、圧電アクチ
エータ３４を被加工物２５の側に設けることも可能なた
め、放電加工装置の構成の自由度が大きくなると言う利
点も有している。

さらに、放電加工間隙において短絡事故が発生した場合
の如く、所定の一定条件の下に、加工用電極２８の上述
の振動運動のストロークを小さくし、放電加工間隙の巾
を広くする構成をも有しているので、短絡事故に際して
極めて迅速且つ良好に放電加工間隙間のチップの排除を
行ない得る状態にすることができるものである。

この結果、放電加工効率を著しく向上させることが可能
となり、加工速度が向上し、加工コストを大巾に低減さ
せることが期待できる。

上記実施例では、加工用電極に所要のストロークの周期
的な振動を与えるための電気制御式の振動部材として圧
電アクチエータ３４を用いた場合を一例として示した。

しかし、本発明はこの一実施例の構成に限定されるもの
ではなく、例えば圧電素子４７を直接クイル３１と電極
取付具３５との間に設け、例えば接着剤によって圧電素
子４７の各端面をクイル３１と電極取付具３５とに固着
するようにしてもよい。また圧電アクチエータ３４或い
は圧電素子４７の取付位置は第１図に示される実施例の
位置に限定されるものではなく、例えば、ベツド２４と
被加工物２５との間に設けてもよいことは、上述の説明
から容易に理解されるところである。

さらに、上記実施例では、本発明をＺ軸制御のみの型彫
式放電加工装置に適用した場合をその一実施例として説
明したが、本発明はこの型式の放電加工装置にのみ限定
されるものではなく、多軸制御の放電加工装置、各種の
ワイヤカット放電加工装置など、放電加工間隙のサーボ
制御を行なうあらゆる型式の放電加工装置に同様にして
適用することができ、同様の効果を得ることができるも
のであることは勿論である。

（発明の効果） 本発明によれば、上述の如く、加工用電極又は被加工物
に微振動を与えるために加工用電極等の寸法を調節する
必要が全く不要となるので、加工の準備段階における手
間が著しく簡単となり、また被加工物への振動付与も簡
単に行なえるので、放電加工装置の構成にも自由度が増
し、種々の設計が可能となる。

さらに、放電加工間隙において短絡事故が発生した場合
の如く、所定の一定条件の下に、加工用電極と被加工物
との間の上述の振動運動のストロークを小さくし、放電
加工間隙の巾を広くする構成をも有しているので、短絡
事故等に際して、極めて迅速、且つ良好に放電加工間隙
間のチップの排除を行ないうる状態にすることができる
ものである。

この結果、放電加工効率を著しく向上させることが可能
となり、加工速度が向上し、加工コストを大巾に低減さ
せることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成国、第２図は第１
図に示す圧電アクチエータを拡大して示す拡大詳細図、
第３図は第１図に示した放電加工装置の電気系統の回路
図、第４図は第３図に示す間隙状態検出回路の入出力電
圧の関係を示す特性図、第５図は出力パルス電圧信号の
一例を示す波形図、第６図は第２図に示した圧電素子の
特性図である。 １・・・放電加工装置、２・・・加工機本体、４・・・
制御ユニット、２５・・・被加工物、２８・・・加工用
電極、３２・・・回転モータ、３４・・・圧電アクチエ
ータ、４７・・・圧電素子、５１・・・間隙状態検出回
路、６１・・・パルス発生器、６５・・・補正回路、Ｄ
・・・検出電圧、Ｓｌ・・・第１制御信号、Ｓ２・・・
第２制御信号、Ｐ、・・・パルス電圧信号、Ｐｏ・・・
出力パルス電圧信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、加工用電極と被加工物との間に形成される放電加工
   間隙の巾が所要の値に維持されるように前記放電加工間
   隙の状態に関連した電気信号に応答して前記加工用電極
   を前記被加工物に対して所要のサーボ軸に沿って相対的
   に運動させるようにしたサーボ制御系を有する放電加工
   装置において、前記サーボ軸に沿って前記加工用電極を
   前記サーボ制御系が実質的に応答しない周波数で前記被
   加工物に対して相対運動させることができる電気制御式
   の振動部材と、前記振動部材を前記サーボ制御系が実質
   的に応答しない所要の周波数で繰返し振動させるための
   駆動信号を前記振動部材に与えるための供給手段とを備
   えたことを特徴とする放電加工装置。 ２、加工用電極と被加工物との間に形成される放電加工
   間隙の巾が所要の値に維持されるように前記放電加工間
   隙の状態を示す電気信号に応答して前記加工用電極を前
   記被加工物に対して所要のサーボ軸に沿って相対的に運
   動させるようにしたサーボ制御系を有する放電加工装置
   において、前記サーボ軸に沿って前記加工用電極を前記
   被加工物に対して相対運動させることができる電気制御
   式の振動部材と、前記振動部材を前記サーボ制御系が実
   質的に応答しない所要の周波数で繰返し振動させるため
   の駆動信号を前記振動部材に与えるための供給手段と、
   前記電気信号に応答し前記放電加工間隙が所定の状態に
   なった場合に前記放電加工間隙の巾が広がるように前記
   電気信号を補正するための補正手段とを備えたことを特
   徴とする放電加工装置。