JPH0379235A - 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２０　ｋＨｚ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。

さらに、チップの排除の点からは振動の振巾は大きいの
が好ましいが、振動振巾が大きくなり加工間隙の巾に対
する割合が大きくなると、加工間隙において生じる放電
状態が不安定になるなどの別の問題を生じることになる
。

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上に、その振動運動の振巾
を大きくしても加工間隙に生じる放電に悪影響を与える
ことのない、改善され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に加工用パ
ルス電圧を供給するための電圧供給手段と、上記放電加
工間隙の巾が所要の値に維持されるよう上記放電加工間
隙に生じる電気信号に応答して上記加工用電極を上記被
加工物に対して相対的に運動させるようにしたサーボ制
御手段とを有する放電加工装置において、上記加工用パ
ルス電圧に関連した信号に応答し少なくとも上記放電加
工間隙に電圧が印加されている期間においては実質的に
所定の一定レベル状態となっているパルス信号を出力す
る出力手段と、該パルス信号に応答し上記加工用電極と
上記被加工物との間に所定の相対運動を与えるための電
気制御式のアクチエータ手段とを備えた点にある。

（作　用） 電気制御式のアクチエータ手段はパルス信号に応答して
作動し、加工用電極と被加工物との間に該パルス信号の
レベルに従う相対運動が与えられる。この結果、放電加
工間隙の巾が時間の経過に従って変化し、チップの排除
が促進される。ここで、パルス信号は、少なくとも放電
加工間隙に電圧が印加されている期間においては必らず
実質的に所定の一定レベル状態となるので、放電加工間
隙に加工のためのパルス電圧が印加されている状態にあ
っては、アクチエータ手段により与えられる相対運動に
より与えられる放電加工装置巾の変位量が常に所定値と
される。したがって、アクチエータ手段により加工用電
極と被加工物との間に相対運動が与えられても、これに
より放電加工間隙に生じる放電動作に不都合が生じるこ
とはない。

（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に加工用パルス電圧を
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と加工用電源部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ピングモー
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からのサーボ制御信号Ｓ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３１の他端３１ｂには、電気制御式のアクチエー
タである圧電アクチエータ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３
６の突部３６ａが、これに相応した形状の電極取付具３
５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
引力で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３４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、特に、放電加工動作期間中、
チップ排除のための加工用電極２８と被加工物２５との
間の所要の相対運動を極めて良好な周波数応答性をもっ
て与えるために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４Ｉ、４２を平行状態に支持、固定する支持部４３．
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を配設して成っている
。

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法めされて空間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４Ｂ、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、その伸長量は極く小さいもので
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をその加工方向に
沿って振動せることができ、これにより加工用電極２８
と被加工物２５との間に相対振動運動を与えることがで
きる。圧電アクチエータ３４による上記振動運動が加工
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（第１図参照）に印加される加工用パルス電圧信
号ＰＡ（第１図参照）に関連して行なわれるようにする
ため、駆動ユニット５が設けられている。

駆動ユニット５は、加工用パルス電圧信号ＰＡを発生さ
せるために使用される制御パルス信号ＰＢを加工用電源
部３から受は取っており、この制御パルス信号ＰＢに基
づいて圧電アクチエータ３４を駆動するための駆動パル
ス信号ＰＤを出力する。この駆動パルス信号ＰＤは、少
なくとも放電加工間隙Ｇに加工のための電圧が印加され
ている期間においては実質的に所定の一定レベル状態と
なっているパルス信号であり、その電極４８４９間に印
加される。

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置１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は、直流電源３１、制御用パルス発生器
３２、該制御用パルス発生器３２から出力される制御パ
ルス信号ＰＢに応答してスイッチング動作を行なうスイ
ッチングトランジスタ３３、スイッチングトランジスタ
３３がオン状態となった場合にそこに流れる電流を制限
するための可変抵抗器３４が図示の如く接続されて成る
公知の構成の加工用パルス電圧発生回路として構成され
ている。スイッチングトランジスタ３３のエミッタに接
続される出力線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、直流電［３１の負極
に接続される出力線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。スイッチングトラ
ンジスタ３３が制御パルス信号ＰＢに応答してオン、オ
フすることにより得られる加工用パルス電圧信号ＰＡ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
検出電圧りが出方される。検出電圧りは、出方電、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
＋■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サーボ制御信号Ｓ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５４
の制御端子Ｕに直流電源＋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。−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十■の高
レベルの電圧が印加され、回転モータ３２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３２の送りを停止させる構成としな（
で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。

駆動ユニット５は、制御パルス信号ＰＢを電圧増幅する
ための電圧増幅器として構成されており、制御パルス信
号ＰＢは駆動ユニット５において電圧増幅され、制御パ
ルス信号ＰＢは１８０°位相の異なる駆動パルス信号Ｐ
Ｄが出力される（第５図（ａ）及び第５図（ｂ）参照）
。このようにして得られた駆動パルス信号ＰＤは、電極
４Ｂ−４９間に印加され、圧電アクチエータ３４の圧電
素子４７が駆動パルス信号ＰＤのレベル変化に応じて伸
長し、加工用電極２８を被加工物２５に対して進退させ
、これにより両者間に所要の相対運動を与えることがで
きる。

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Δ！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６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■Δｌが増大してい（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Δβ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ΔＩＩとなる。その後、印加電圧Ｕのレ
ベルを零からＥｍＯ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Ｅ
ｍ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ｆｌ））に示される駆動パルス信号ＰＤのレベル
は、その低レベル状態において零であり、その高レベル
状態において所定の一定値Ｖａ　　（＜Ｅｍ）となって
いる。したがって、第６図から判るように、駆動パルス
信号ＰＤで低レベル状態にあるときは、加工用電極２Ｂ
は圧電アクチエータ３４によって長さΔｌ、たけ被加工
物２５に向けて進められる。一方、駆動パルス信号ＰＤ
が高レベル状態にあるときは、加工用電極２８は長さΔ
ｌ、たけ被加工物に向けて進められることになる。この
結果、加工用電極２８は、駆動パルス信号ＰＤに応答し
てΔ１３−Δβ８の振幅で振動することとなり、これに
より加工間隙のチップを有効に排除することができる。

この場合において、制御パルス信号ＰＢのレベルが高レ
ベル状態となっており、これによりスイッチングトンラ
ジスタ３３が導通状態となり、放電加工間隙Ｇに加工の
ための電圧が印加されている状態においては、駆動パル
ス信号ＰＤのレベルは必ず低レベル状態となっている。

このため、加工用電極２８は振動運動を行なうが、放電
加工間隙Ｇにおいて放電加工のための放電が行なわれう
る状態にあっては、圧電アクチエータ３４により与えら
れる変位量はΔｌｌ一定となっており、したがって、放
電加工間隙Ｇに所要の電圧が印加されている状態にあっ
ては、加工用電極２８は全く運動していないこととなり
、チップ排除のための上記振動運動により加工間隙にお
いて生じる放電動作に悪影響が生じることはない。

上記実施例では、駆動パルス信号ＰＤの一例を第５図（
ｂ）に示したが、駆動パルス信号ＰＤの態様はこの一例
に限定されるものではない。

第７図には、本発明の構想を実現するために有用な駆動
パルス信号ＰＤの他の例が、制御パルス信号ＰＢ（第７
図（ａ））と比較して示されている。

第７図中）に示される駆動パルス信号ＰＤ’は、制御パ
ルス信号ＰＢが低レベル状態となった後、少し時間をお
いてからそのレベルを高レベル状態に戻すようにしたも
のである。第７図（Ｃ１に示される駆動パルス信号ＰＤ
“は、制御パルス信号ＰＢと同相となっており、放電加
工間隙に加工用の電圧が印加されている間はΔｌ＝Δｌ
、となる。これらは、いずれも、少なくとも放電加工間
隙に加工用の電圧が印加されている間においては圧電ア
クチエータ３４による加工用電極２８と被加工物２５と
の間に相対運動が生じないように配慮されている点で同
じである。

（発明の効果） 本発明によれば、上述の如く、加工用電極と被加工物と
の間に生じる放電動作に悪影響を与えることなしに、両
者間に相対運動を与え、放電加工間隙からチップを良好
には排除することができるので、放電加工効率を著しく
高めることができ、加工に要する時間の大巾な短縮を期
待することができる。

【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図、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（ａ）及び第５図（ｂ
）は第３図の各部の信号波形図、第６図は第２図に示し
た圧電素子の特性図、第７図（ａ）乃至第７図（ｅ）は
駆動パルス信号の他の態様を説明するための波形図であ
る。 ■・・・放電加工装置、２・・・加工機本体、４・・・
制御ユニット、５・・・駆動ユニット、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、５
１・・・間隙状態検出回路、Ｄ・・・検出電圧、Ｓ・・
・サーボ制御信号、Ｇ・・・放電加工間隙、Ｅ・・・出
力電圧、ＰＡ・・・加工用パルス電圧信号、ＰＢ・・・
制＜７５パルス信号、ＰＣ・・・駆動パルス信号。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、加工用電極と被加工物との間に形成される放電加工
   間隙に加工用パルス電圧を供給するための電圧供給手段
   と、前記放電加工間隙の巾が所要の値に維持されるよう
   前記放電加工間隙に生じる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相対的に運動させるよう
   にしたサーボ制御手段とを有する放電加工装置において
   、前記加工用パルス電圧に関連した信号に応答し少なく
   とも前記放電加工間隙に電圧が印加されている期間にお
   いては実質的に所定の一定レベル状態となっているパル
   ス信号を出力する出力手段と、該パルス信号に応答し前
   記加工用電極と前記被加工物との間に所定の相対運動を
   与えるための電気制御式のアクチエータ手段とを備えた
   ことを特徴とする放電加工装置。