JPH1133831A - 放電加工装置及び放電加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工開始位置に定常深さより深い窪みができ
ることを回避する放電加工装置を得ること。 【解決手段】 被加工物５０を、凹部及び凸部を含むよ
うに加工するための加工形状パスを記憶する記憶手段１
１と、電極１を空送りで平行移動する時には、被加工物
５０の凸部と電極１との干渉の有無を判断する判断手段
１２と、判断手段１２が干渉すると判断した場合、電極
１を凹部の範囲内で凸部に干渉しない任意の回避経路を
計算する回避経路計算手段１５と、電極１の空送り時に
は、電極１のＺ軸方向の送りを停止すると共に、回避経
路計算手段１５により求めた回避経路に基づいて電極１
を平行移動する制御手段１４とを備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、放電加工装置及
び放電加工方法に関し、特に、単純形状の工具電極を用
いて三次元加工を行う放電加工装置及び放電加工方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より円筒状、円柱状、角柱などの単
純形状をした工具電極（加工電極）を用い、数値制御装
置により三次元制御を行い、所望の三次元形状加工を行
うことができ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、複雑な三次元形状の総型工具電極
を製作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。また、加工に用いる工具電極は、単
純形状の工具電極を用いるため、ＣＡＭシステムの構築
が容易となり、加工工程の自動化も期待できる。

【０００３】しかしながら、かかる放電加工装置では、
単純形状の工具電極を用いて幅広い面積の加工を行うた
め、総型電極による放電加工と比較して、加工形状の精
度が問題となる。

【０００４】このような問題を解決するために、特開平
５−３４５２２８号公報には、工具電極の消耗補正（Ｚ
補正）制御を行うことによって、高精度な加工を行う方
法が示されている。図９は、そのような放電加工の原理
を示している。

【０００５】図９に示されているように、この放電加工
では、円柱状の工具電極１００を回転させながら被加工
物Ｗの放電加工面に対して角度（電極斜め送り角度）α
で斜めに送ることにより、工具電極１００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１００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】この放電加工の場合、工具電極消耗量の大
きい加工条件であるならば、位置（ａ）から位置（ｄ）
までの過渡状態をほとんど無視することができ、適切な
送り角度αで工具電極１００を斜めに送ることによっ
て、加工深さが一定の層状の除去加工を行うことができ
る。

【０００７】この放電加工においては、定常状態での加
工量と電極消耗量を考慮することで、厚さ（深さ）Ｅの
一層分を除去するための電極斜め送り角度αは、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より、次式のように求めることができる。

【０００８】すなわち、 ｔａｎ（α）＝Ｒ・Ｅ・Ｕ／Ｓ である。工具電極１００が円筒形状のものである場合、
工具電極の外側半径Ｒ１、内側半径Ｒ２とすると、電極
斜め送り角度αは次式により求めることができる。

【０００９】すなわち、 である。従って、上述のような放電加工では、工具電極
１００の形状に応じた電極消耗補正のための計算式をい
くつか準備しておく必要がある。

【００１０】特開平５−３４５２２８号公報に開示され
ている技術では、工具電極１００の長手方向の消耗を補
正するための値を計算するためのシミュレータを備え、
除去層の厚さＥ、電極半径Ｒ、体積消耗比Ｕを与えるこ
とにより、放電加工している層の平面に対する電極の送
り角度αを計算し、傾斜運動により工具電極１００の長
手方向の消耗を補償して加工深さが一定の層状の除去加
工を行うようになっている。

【００１１】この放電加工では、工具電極の長さ方向の
消耗補正を斜め方向の送りを行うことにより補正できる
ため、加工速度が稼げる工具電極消耗領域を利用でき、
加工効率が向上できるとしている。

【００１２】つぎに、図５を参照して加工パスと工具電
極の動きの具体例について説明する。図５は被加工物Ｗ
に、円形の取残し部（島形状）Ｓをもつ四角形の池形状
（ポケット）Ｉを加工する場合の電極移動軌跡を示して
いる。はじめに、工具電極１００は、任意のＸＹ座標位
置Ａにおいて被加工物Ｗの上面よりＺ軸方向（垂直方
向）に距離ａだけ離れた位置にある。（図６参照）

【００１３】工具電極１００は、上述の位置により池形
状Ｉの加工開始位置Ｂ１まで水平移動し、その後、工具
電極１００と被加工物Ｗとの間に所定の電圧を印加した
状態でポケットの加工開始位置Ｂ１にて被加工物Ｗの上
面へ向けて距離ａだけ真下に降下し、池形状Ｉの加工を
開始する。

【００１４】この状態で、工具電極１が、Ｃ１→Ｄ１→
Ｅ１→Ｆ１と順次、四角形の輪郭に沿って移動し、工具
電極１が元のＢ１まで戻り、池形状を１周して１周分の
加工が完了すると、工具電極１は一つ内側のパスへ移
る。すなわち、Ｂ１からＢ２へ移動後、Ｃ２→Ｄ２→Ｅ
２→Ｆ２と順次移動し、池形状を１周する。このように
して工具電極１が、池形状に沿って順次、内側へ加工し
ていくと、いづれは島形状と干渉することになる。

【００１５】加工経路が島形状に干渉すると、加工経路
は２つに分断され、まず一方の加工経路として、Ｂ４→
Ｃ４→Ｓ１→Ｓ２→Ｆ４→Ｂ４の経路を工具電極１は移
動し、さらにその内側の経路（Ｒｓ→Ｃ５→Ｓ３→Ｓ４
→Ｆ５）を移動し、最後に左側の分割された経路の最終
位置Ｒｓに移動する。

【００１６】Ｒｓまで移動した後は、前述の分割された
もう一方の右側の経路へ移動しなければならないので、
工具電極１は、図８（ａ）〜（ｅ）に示されているよう
に、位置Ｒｓで真上に距離ａだけ上昇し、この状態でも
う一方の加工経路（右側）の加工開始位置Ｒｅまで水平
移動し、この加工開始位置Ｒｅにて被加工物Ｗの上面へ
向けて距離ａだけ真下に降下することで、残りの加工経
路の加工を開始する。

【００１７】そして、左側の残された加工経路の加工と
同様に、工具電極１が、Ｒｅ→Ｅ４→Ｔ１→Ｔ２→Ｄ４
→Ｒｅと一周した後、さらにその内側の加工経路（Ｔ３
→Ｅ５→Ｔ４→Ｔ５→Ｄ５→Ｔ３）を一周し加工を完了
し、加工完了位置Ｔ３に位置すると、工具電極１は、距
離ａだけ真上に上昇し、水平移動して最初の位置Ａに戻
る。

【００１８】そして、上記の加工経路を１層の加工とし
て、複数回、同様な加工経路を工具電極１は移動し、所
望の加工深さまで加工する。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の放
電加工装置では、加工開始位置Ｒｓ、Ｒｅにおいて、工
具電極１００を被加工物Ｗに対して真下に降下させる動
作、すなわちアプローチ動作時に、工具電極１００は被
加工物Ｗに対して、放電が発生する距離、すなわち放電
ギャップに関係なく設定距離ａだけ真下に降下するた
め、加工開始位置Ｒｓ、Ｒｅにおいて、被加工物の深さ
方向に放電ギャップ分程度過剰加工となってしまい、定
常深さより深い窪みｈができてしまう。このため、加工
底面の平面精度が低下するという問題点があった。（図
６、７参照）

【００２０】この発明は、上記のような問題を解決する
もので、加工開始位置に定常深さより深い窪みができる
ことを回避し、加工底面の平面精度が高い放電加工を行
う放電加工装置及び放電加工方法を提供することを目的
としている。

【００２１】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る放電加
工装置は、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、上記電極のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の送りを合成
して所望の三次元形状に加工する放電加工装置におい
て、上記被加工物を、凹部及び凸部を含むように加工す
るための加工形状パスを記憶する記憶手段と、上記電極
を空送りで平行移動する時には、上記被加工物の上記凸
部と上記電極との干渉の有無を判断する判断手段と、上
記判断手段が干渉すると判断した場合、上記電極を上記
凹部の範囲内で上記凸部に干渉しない任意の回避経路を
計算する回避経路計算手段と、上記電極の空送り時に
は、上記電極のＺ軸方向の送りを停止すると共に、上記
回避経路計算手段により求めた回避経路に基づいて上記
電極を平行移動する制御手段とを備えたことを特徴とす
るものである。

【００２２】第２の発明に係る放電加工装置は、回避経
路計算手段の回避経路は、電極が凹部の外郭部に移動
し、上記凹部の外郭部に沿った経路であることを特徴と
するものである。

【００２３】第３の発明に係る放電加工装置は、回避経
路計算手段の回避経路が凸部の周囲を周回する経路であ
ることを特徴とするものである。

【００２４】第４の発明に係る放電加工装置は、複数の
回避経路を求める回避経路計算手段と、上記回避経路計
算手段により求めた回避経路に対応した複数の回避経路
の長さを求める経路長計算手段と、上記回避経路の長さ
のうち、最も短い回避経路を選択すると共に、この回避
経路で上記制御手段を実行させる選択手段とを、備えた
ことを特徴とするものである。

【００２５】第５の発明に係る放電加工方法は、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、上記
電極のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の送りを合成して所望の三次元
形状を加工する放電加工方法において、上記被加工物
を、凹部及び凸部を含むように加工するための加工形状
パスを記憶手段に記憶させる工程と、上記電極が空送り
の平行移動する際に、上記被加工物の上記凸部と上記電
極との干渉の有無を判断手段により判断する工程とを有
し、上記判断手段が干渉すると判断した場合、上記電極
を上記凹部の範囲内で回避経路計算手段により上記凸部
に干渉しない任意の回避経路を計算する工程とを有し、
上記電極の空送り時には、制御手段により上記電極のＺ
軸方向の送りを停止すると共に、上記回避経路計算手段
で求めた回避経路に基づいて上記電極を平行移動するこ
とを特徴とするものである。

【００２６】第６の発明に係る放電加工方法は、回避経
路計算手段が複数の回避経路を求め、経路長計算手段に
より上記回避経路に対応した複数の回避経路の長さを求
める工程と、選択手段により上記回避経路の長さのう
ち、最も短い回避経路を選択すると共に、この回避経路
で上記制御手段を実行させることを特徴とするものであ
る。

【００２７】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．この発明の一実施の形態を図１によって
説明する。図１は放電加工装置の全体を示すブロック図
である。放電加工装置は、中空円筒状の工具電極１と、
工具電極１を中心線軸周りに回転させる電極回転装置２
と、ワークテーブル３上において内部に加工液４を蓄え
て被加工物５０が配置された加工槽５と、工具電極１と
被加工物Ｗとを相対的にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動さ
せるためのＸ，Ｙ，Ｚ軸駆動装置６，７，８と、工具電
極１と被加工物５０の間に電圧を印加するための加工用
電源９とを備えている。

【００２８】予め定められた凹部としての池形状と、凸
部としての島形状とを、含むように被加工物５０を加工
させる加工形状パスが記憶された加工形状パス記憶部１
１ａと、島形状回避経路を記憶する島形状回避パス記憶
部１１ｂと、電気条件を記憶する電気条件記憶部１１ｃ
とからなる記憶手段１１と、加工経路と島形状との干渉
の有無を、例えば加工形状パスの池形状及び島形状の属
性に基づいて島形状と工具電極１との干渉の有無を判断
する干渉形状判断手段１２と、この干渉が発生した場合
には、工具電極１が凹部の範囲内で、島形状に干渉しな
い任意の回避経路を計算する回避パス（回避経路）計算
手段１３と、記憶手段１１に格納された加工形状パス，
島形状回避パス，電気条件に基づき各軸駆動装置６，
７，８や加工用電源９の動作を制御する制御手段１４と
を有している。

【００２９】つぎに、上記放電加工装置を用いて工具電
極１の被加工物５０上の加工経路について図１〜図３に
よって説明する。図２及び図３において、前述した図５
における分割された一方の加工経路における工具電極１
の移動の開始位置Ｒｓから終了位置Ｒｅまでの経路を計
算するため、干渉形状判断手段１２はその加工経路中に
干渉形状としての島形状の有無を調べる。

【００３０】干渉形状がない場合、工具電極１を開始位
置Ｒｓから終了位置Ｒｅに向かい直線的に移動する経路
を計算する。一方、干渉形状がある場合、回避パス計算
手段１３は、多数の回避経路うち、干渉形状と干渉する
位置２０まで直線的な経路を求め、その後干渉形状に沿
った経路２０→２１を求め、最後に終了位置Ｒｅまでの
経路を計算する。

【００３１】今、加工が予定されている池形状Ｉのう
ち、経路Ｅ４→Ｔ１→Ｔ２→Ｄ４で囲まれる部分を除
き、既に加工されている。ここで、制御手段１４はＺ軸
駆動装置８に指令を与えず、Ｘ，Ｙ軸駆動装置６、７に
のみ指令を与え、開始位置Ｒｓから経路２０を通り、島
形状Ｓに沿った経路２１→２２、さらに終了位置Ｒｅま
で、空送りで工具電極１を平行移動させる。

【００３２】終了位置Ｒｅに工具電極１を移動した後
は、制御手段１４はＸ，Ｙ軸駆動装置６，７のみなら
ず、Ｚ軸駆動手段８にも指令を与え、電極消耗補正を行
いながら、図５における加工経路Ｒｅ→Ｅ４→Ｔ１→Ｔ
２→Ｄ４→Ｒｅに沿って工具電極１を移動させ、さら
に、その内側の加工経路Ｒｅ→Ｔ３→Ｅ５→Ｔ４→Ｔ５
→Ｄ５→Ｔ３に沿って工具電極１を移動し、１層の加工
を終了する。

【００３３】上記のようにして、１層の加工が終了した
後、図５における加工終了点Ｔ３から加工開始点Ｂ１ま
で戻る加工経路を計算する際、干渉形状判断手段１２及
び回避パス計算手段１３は、加工終了点Ｔ３を移動開始
位置、加工開始点Ｂ１を移動終了位置とみなし、前述と
同様に、干渉形状を回避する経路を計算し、制御手段１
４はＺ軸駆動手段８に指令を与えず、ＸＹ軸駆動手段
６、７にのみ指令を与え、移動開始位置Ｔ３から移動終
了位置Ｂ１まで、空送りで工具電極１を平行移動させ
る。

【００３４】これにより、図２に示されているように、
被加工物Ｗに対して深さ方向への過剰加工を防ぐことが
でき、加工底部に窪み（段差）ができることを回避す
る。

【００３５】実施の形態２．この発明の他の実施の形態
の構成は図１で、実施の形態１と同様であるが、回避パ
ス計算手段の回避経路が異なる。この放電加工装置を用
いて工具電極１の被加工物５０上の加工経路について以
下に説明する。

【００３６】図２及び図４において、前述した図５にお
ける分割された一方の加工経路の工具電極１の移動の開
始位置Ｒｓからもう一方の加工経路の終了位置Ｒｅまで
の経路を計算するため、干渉形状判断手段１２は、その
加工経路中に干渉形状（島形状）の有無を調べる。

【００３７】干渉形状がない場合、工具電極１の移動の
開始位置Ｒｓから終了位置Ｒｅに向かい直線的に移動す
る経路を計算する。一方、干渉形状がある場合、回避パ
ス計算手段１３は、多数の回避経路のうち、移動開始位
置Ｒｓに最も近く、池形状に沿った経路３０→３１→３
２、終了位置Ｒｅに最も近い池形状に沿った位置３３ま
での経路を計算する。最後に３３から移動終了位置Ｒｅ
までの経路を計算する。なお、工具電極１の移動経路に
干渉形状がある場合には、干渉形状を迂回する経路を計
算する。

【００３８】制御手段１４は、上記島形状回避パスを基
に、Ｚ軸駆動装置８に指令を与えず、Ｘ，Ｙ軸駆動装置
手段６，７にのみ指令を与え、移動開始位置Ｒｓから３
０を通り、池形状Ｉに沿った経路３１→３２→３３、さ
らに移動終了位置Ｒｅまで、空送りで工具電極１を平行
移動させる。

【００３９】移動終了位置Ｒｅに工具電極１を移動した
後は、制御手段１４はＸ，Ｙ軸駆動装置６，７のみなら
ず、Ｚ軸駆動装置８にも指令を与え、電極消耗補正を行
いながら、図５における加工経路Ｒｅ→Ｅ４→Ｔ１→Ｔ
２→Ｄ４→Ｒｅに沿って工具電極１を移動させ、さら
に、その内側の加工経路（Ｒｅ→Ｔ３→Ｅ５→Ｔ４→Ｔ
５→Ｄ５→Ｔ３に沿って工具電極１を移動させ、１層の
加工を終了する。

【００４０】上記のようにして、１層の加工が終了した
後、図５における加工終了点Ｔ３から加工開始点Ｂ１ま
で戻る加工経路を計算する際、干渉形状判断手段１２及
び回避パス計算手段１３は、加工終了点Ｔ３を移動開始
位置、加工開始点Ｂ１を移動終了位置とみなし、前述と
同様に、干渉形状を回避する経路を計算し、制御手段１
４はＺ軸駆動装置８に指令を与えず、Ｘ，Ｙ軸駆動装置
６，７にのみ指令を与え、移動開始位置Ｔ３から移動終
了位置Ｂ１まで、空送りで工具電極１を平行移動させ
る。

【００４１】これにより、図２に示されているように被
加工物Ｗに対して深さ方向への過剰加工を防ぐことがで
き、加工底部に窪み（段差）ができることを回避する。

【００４２】また、図１において、経路長計算手段１５
が付加しておいて、島形状に沿った回避経路や池形状に
沿った回避経路の中で、選択手段により最も経路長が短
い経路を選択し、この最短な回避経路に基づいて工具電
極１を移動させるようにしても良い。

【００４３】

【発明の効果】請求項１の放電加工装置によれば、電極
が被加工物にアプローチした後は、所望の加工深さまで
加工する間、電極を上下しないようにすることで、電極
と被加工物との間に一定の放電ギャップを得ることがで
き、アプローチ部分において被加工物の加工底部に深さ
方向への過剰加工を防ぎ、加工底面の平面精度が高い放
電加工ができるという効果がある。

【００４４】請求項２の放電加工装置によれば、請求項
１の効果に加え、回避経路計算手段の計算が容易となり
演算時間を短くできるという効果がある。

【００４５】請求項３の放電加工装置によれば、請求項
１の効果に加え、回避経路計算手段の計算が容易となり
演算時間を短くできると共に、凸部の周囲に凹部を有す
る加工形状の場合には、電極の移動時間が短くできると
いう効果がある。

【００４６】請求項４の放電加工装置によれば、請求項
１の効果に加え、回避経路の中で、最も経路長が短い経
路を選択し、これを回避経路として、電極を移動させる
ようにしたので、電極が回避経路を移動する際の移動時
間を最短にすることができることにより、総加工時間を
減少することができるという効果がある。

【００４７】請求項５の放電加工方法によれば、アプロ
ーチ部分において被加工物の加工底部に深さ方向への過
剰加工を防ぎ、加工底面の平面精度が高い放電加工がで
きるという効果がある。

【００４８】請求項６の放電加工方法によれば、請求項
５の効果に加え、回避経路の中で、最も経路長が短い経
路を選択し、これを回避経路として、電極を移動させる
ようにしたので、電極が回避経路を移動する際の移動時
間を最短にすることができることにより、総加工時間を
減少することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態を示す放電加工装置の
ブロック図である。

【図２】 この発明の実施の形態による電極の回避経路
の動作を示す正面図である。

【図３】 この発明の実施の形態による電極の回避経路
の動作を示す平面図である。

【図４】 この発明の他の実施の形態による電極の回避
経路の動作を示す平面図である。

【図５】 従来の加工経路の具体例を示す平面図であ
る。

【図６】 従来の電極アプローチの動作を示す正面図で
ある。

【図７】 従来の電極アプローチとその後の加工パスを
示す説明図である。

【図８】 従来の電極の島形状を回避経路の動作を示す
正面図である。

【図９】 電極消耗補正制御を用いた単純工具電極によ
る加工要領を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 工具電極、２ 工具電極回転装置、３ ワークテー
ブル、４ 加工液、５加工槽、６ Ｘ軸駆動装置、７
Ｙ軸駆動装置、８ Ｚ軸駆動装置、９ 加工用電源、１
１ 記憶手段、１２ 干渉形状判断手段、１３ 回避パ
ス計算手段、１４ 制御手段、１５ 経路長計算手段。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、上記電極のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の送りを
   合成して所望の三次元形状に加工する放電加工装置にお
   いて、 上記被加工物を、凹部及び凸部を含むように加工するた
   めの加工形状パスを記憶する記憶手段と、 上記電極を空送りで平行移動する時には、上記被加工物
   の上記凸部と上記電極との干渉の有無を判断する判断手
   段と、 上記判断手段が干渉すると判断した場合、上記電極を上
   記凹部の範囲内で上記凸部に干渉しない任意の回避経路
   を計算する回避経路計算手段と、 上記電極の空送り時には、上記電極のＺ軸方向の送りを
   停止すると共に、上記回避経路計算手段により求めた回
   避経路に基づいて上記電極を平行移動する制御手段と
   を、 備えたことを特徴とする放電加工装置。
2. 【請求項２】 上記回避経路計算手段の回避経路は、上
   記電極が上記凹部の外郭部に移動し、上記凹部の外郭部
   に沿った経路であることを特徴とする請求項１に記載の
   放電加工装置。
3. 【請求項３】 上記回避経路計算手段の回避経路は、上
   記凸部の周囲を周回する経路であることを特徴とする請
   求項１に記載の放電加工装置。
4. 【請求項４】 複数の回避経路を求める上記回避経路計
   算手段と、 上記回避経路計算手段により求めた回避経路に対応した
   複数の回避経路の長さを求める経路長計算手段と、 上記回避経路の長さのうち、最も短い回避経路を選択す
   ると共に、この回避経路で上記制御手段を実行させる選
   択手段とを、 備えたことを特徴とする請求項１記載の放電加工装置。
5. 【請求項５】 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、上記電極のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の送りを
   合成して所望の三次元形状を加工する放電加工方法にお
   いて、 上記被加工物を、凹部及び凸部を含むように加工するた
   めの加工形状パスを記憶手段に記憶させる工程と、 上記電極が空送りの平行移動する際に、上記被加工物の
   上記凸部と上記電極との干渉の有無を判断手段により判
   断する工程とを有し、 上記判断手段が干渉すると判断した場合、上記電極を上
   記凹部の範囲内で回避経路計算手段により上記凸部に干
   渉しない任意の回避経路を計算する工程とを有し、 上記電極の空送り時には、制御手段により上記電極のＺ
   軸方向の送りを停止すると共に、上記回避経路計算手段
   で求めた回避経路に基づいて上記電極を平行移動するこ
   とを特徴とする放電加工方法。
6. 【請求項６】 上記回避経路計算手段は、複数の回避経
   路を求め、 経路長計算手段により上記回避経路に対応した複数の回
   避経路の長さを求める工程と、 選択手段により上記回避経路の長さのうち、最も短い回
   避経路を選択すると共に、この回避経路で上記制御手段
   を実行させることを特徴とする請求項５に記載の放電加
   工方法。