JPS6026646B2 - 放電加工方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は新規な放電加工方法及び装置、特に、鏡面仕上
げ加工を行ない得る新規な放電加工方法及び装置に関す
る。

従来公知の放電加工方法は、被加工体と工具電極とを適
宜の加工液、例えばケ。

シン等の中で微小な間隙（以下「加工間隙」という。）
を介して対向させ、且つこれらを適宜の電源に接続して
、加工間隙に瞬滅する火花放電や過渡アーク放電を発生
させ、該放電ェネルギにより被加工体を加工するもので
あった。而して、今日では、放電加工は広く利用されて
おり、特に雛剥材の加工、複雑な形状の加工等に不可欠
の加工方法とされているが、その欠点の一つとして、加
工面が鏡面若し〈は超仕上面でなく、梨地状であり、仕
上面粗度も１ムＨｍａｘまで仕上げることも場合により
不可能ではないが、大約２〜３仏Ｈｍａ幻陸度の仕上し
かないという問題あり、従って、鏡面若し〈は超仕上面
を必要とするときは、放電加工完了後、更に研摩、スー
パーフィニッンング、ラッピング、その他の仕上工程を
必要としたが、本来放電加工が適用される材質や加工形
状はこれらの仕上工程になじまないものが多く、実質的
にはこれらの仕上工程を適用することは不可能であった
。

また、従来良好な仕上面を得るための微小ェネルギ加工
には、いわゆるＲＣ回路、ＬＣ回路、ＲｈＣ回路、ＲＬ
ＣＬ回路等の蓄勢式放電発生回路が利用されているが、
これらの回路によっても結局鏡面仕上は不可能であった
。

これら公知の放電加工方法によって鏡面辻上が不可能な
理由は、単発放電のェネルギがなお過大であることであ
り、また、デユーテイフアクタを高め得ないのは単発放
電により多量のイオンぱ発生し、それが消滅して加工間
隙内の絶縁が回復するまでに長い消イオン時間を要し、
そのため、放電用コンデンサの充電回路の時定数を一定
限度以下にできないためである。

更に具体的に説明すると、例えば、ラザレンコ回路とし
て放電加工の揺篭期から今日迄広く利用されている上記
ＲＣ回路は、加工間隙を介して相対向する被加工体と電
極とにコンデンサを並列に接続し、これを直流電源によ
り一定の時定数を以て充電し、これが被制御加工間隙長
及び介在加工液によって定まる所定の電圧に達したとき
被加工体と電極との間に放電を生ぜしめるものである。

この回路では、コンデンサの容量を小さくすれば、一回
毎の放電ェネルギが小３〈なり、そのため、加工速度は
低下するものの仕上げ面組度は大幅に向上することが知
られている。然しながら、同時にこの回路では、コンデ
ンサの容量を一定の限度以下になし得ないものとされて
いた。

その理由は、この容量を小さくし、充電回路の時定数を
、一旦発生した放電の消イオン時間以下に短縮すると、
加工間隙内で発生したイオンが消滅しないうちにコンデ
ンサの電圧が放電電圧に迄高まり、このため、前に放電
が生じたのと同じ場所に引き続き後続の放電が再′点弧
されることになる為であった。

このような場合には、結局何時迄も同じ所に放電が繰り
返され、持続性のアーク放電となるので、最早放電加工
は行なわれなくなる。

従って、この回路では、鏡面仕上げを可能にする程４・
容量のコンデンサを彩用することは不可能である。

また、この回路では、放電の繰返し周波数を−定限度以
上に高めることはできず、実際の放電のデューティフア
クタが極めて低いので、単位時間に供給できるェネルギ
が極端に少なく、そのため、加工速度も極端に低いと云
う問題もあった。

この回路で加工速度を向上するためには、電源電圧を上
げて単一パルスのェネルギを増すことが考えられるが、
そうすると加工面粕度が悪化するようになる。その為、
充電回路にＬを挿入し、充電特性曲線の立ち上りを一時
押さえた後に急速に立ち上るようにして、デューティフ
アクタを改善したＲＬＣ回路が提案され、更に放電時間
を延長して、電極消耗及び加工効率を改善するため、放
電回路にもＬを挿入したＲＬＣＬ回路が提案された。

然しながら、このようにすると回路が振動性の回路とな
り不都合を生じるので、ＳＲ等を利用して単極性とした
回路等も提案されている。然しながら、叙上の改良は、
いずれも鏡面仕上げ加工を可能とする条件からは背馳す
るものであり、従って、これらの回路に依って鏡面仕上
げが不可能なことは当然である。

本発明は徐上の観点に立ってなされたものであって、そ
の目的とするところは、単発放電のェネルギを極小ェネ
ルギとして高いデューティフアクタを以て発生させるこ
とにより、高速度で鏡面若し〈は超仕上面が得られるよ
うな放電加工方法及び装置を提供することにある。

本発明は、単発放電ェネルギを極微少量とすると、消イ
オン時間が無視し得る程度の短時間となり、放電を０．
８Ｍｆ１２又はそれ以上の高周波として発生させること
ができ、これにより鏡面仕上げが可能となるという知見
に立脚してなされたものである。

本発明に於ては、高周波放電の各放電の放電電流のピー
ク値は数Ａ又はそれ以上の高い値であるが、短絡電流は
ＩＡ以下であって、そして加工平均電流値は０．０５〜
０．離とされるもので、又上記の高周波放電は適宜の周
期で断続せしめられる。

以下、図面により本発明の詳細を具体的に説明する。第
１図は、本発明にかかる放電加工方法の原理を示す説明
図、第２図及び第３図は、それぞれ本発明にかかる放電
加工方法を実施するための装置の異なる実施例を示す説
明図、第４図は、放電パルスの模型図である。

第１図中、１は被加工体、２は工具電極、３は直流電源
、４は可変抵抗、４′は上記直流電源３の内部抵抗及び
その他の固定抵抗である。

また、第２図及び第３図中、５は放電制御用のスイッチ
ング素子、６は該スイッチング素子５の制御回路、７は
アーク放電検出回路である。

先ず、第１図より説明する。而して、被加工体１及び工
具電極２は加工液（図示せず）中で加工間隙ｇを隔てて
対向し、１且つ可変抵抗４を介して直流電源３に直援接
続されており、加工間隙ｇの大きさ（加工間隙ｇの電圧
）を所望の一定値に保持し、安定な放電加工が遂行され
るようなサーボ送りが与えられる。

放電加工用の直流電源３と被加工体１及び工具電極２と
を接続する主放電回路の内部にはスイッチング素子が含
まれておらず、且つ上記主放電回路の内部から可能な限
り静電容量及びィンダクタンスが除去されており、更に
、被加工体１と工具電極２を接触させたときの短絡電流
をＩＡ以下に制限し得るよう直流電源３の内部抵抗４′
及び露圧に応じて設定する可変抵抗４が直列に挿入され
ている。通常、直流電源３の無負荷電圧は８０〜１５０
０Ｖの範囲で、被加工体１及び工具電極２の材料や加工
の目的に応じて適宜に選択され、また、可変抵抗４の抵
抗値は、工具電極２と被加工体１の短絡時に於ける短絡
電流がＩＡ以下、通常は１〜０．軸で、工具電極２及び
被加工体１間の高周波放電による加工時の平均加工電流
が約０．０５〜０．料の範囲の所望の値となるよう設定
される。

そして、上記平均加工電流が大きければ加工速度が大と
なり、また、小さければより良好な仕上面が得られるも
のである。而して、この放電回路からは静電容量及びィ
ンダクタンスが可能な限り拝除される。

導電ケーブルの作用ィンダクタンスが浮遊容量は、被加
工体１〜工具電極２間の静電容量等は完全には除去でき
ないが、これらは可能な限り排除され、直流電源の構成
もこの目的に適したものが選定される。而して、今、工
具電極２がサーボ送りされて被加工体１に接近し加工間
隙ｇの大きさが一定値Ｇｂ（加工間隙ｇの電圧が所定の
電圧値Ｖｏ）に達すると、加工間隙ｇの絶縁が破壊され
放電が発生するようになるが、この放電は持続時間が極
めて短いものであり、また、その発生周波数も初めはさ
ほど高いものでなく、寧ろ散発的であり、従ってその放
電による平均加工電流も微弱であるが、加工間隙が更に
狭められるにつれて放電発生周波数は高まり平均加工電
流も増加し、結局第４図に示す如き高周波の放電が断続
に発生することになり、更に加工間隙が狭められると、
この高周波放電の周波数が増大する。而して、放電回路
内の浮遊静電容量やィンダクタンスが出釆る限り除去さ
れているのは勿論のこと、直流電源３の電圧、回路の総
抵抗、加工間隙ｇの大きさ等を、被加工体１及び工具電
極２の材質、形状及び対向面積等に応じて適切に設定す
ると、この高周波放電の各単一放電の発生周期を２仏ｓ
ｅｃ以下、放電電流の持続時間を０．５仏ｓｅｃ以下と
することができ、且つ、この放電を放電回路の回路定数
、直流電源３の電圧及び加工間隙ｇの大きさ等によって
定まる高周波数で発生させることができるようになる。

加工間隙ｇはサーボ加工送り速度を適宜選択することに
より、自由に変更できるものであり、また、このサーボ
加工送り速度によって高周波放電の周波数及びその断続
周期の状態、デューティファクタ等が制御され、平均加
工電流及び単発放電パルスのュネルギも変えられる。

従って、第１図に示した回路に於ても、工具鰭極２のサ
ーボ加工送り速度と共に、可変抵抗４の抵抗値と直流電
源３の電圧を適宜に選択、設定することにより、安定し
た放電加工が可能となるものである。

この場合の放電は公知の放電加工で利用されている過渡
アーク放電ではなく、火花放電か或いは火花放電と過渡
アーク放電との中間的な放電と考えられるものであって
、所定の間隙状態では間隙で放電が発生又は開始すると
、直流電源３の内部抵抗及びその他の固定抵抗４′、可
変抵抗４による電圧降下によりその放電は直ちに又は瞬
時に自動的に消滅する。

即ち、放電が発生した場合、放電間隙に電源が直結され
ているにも拘わらず、加工間隙が所定値以上狭いとか、
加工間隙の介在加工液が所定状態以上に汚染されている
等の特別の事情がない以上その発生放電を持続し得ない
状態に回路条件が選定されているものであり、この状態
で加工すると工具電極２の転写精度が格段に改善され、
工具電極２の面が鏡面若し〈は超仕上面であるときは、
加工面もまた鏡面若し〈は超仕上面と成るものであり、
また、工具電極２の面が極めて微細な構造と成っている
場合でも完全な転写が可能となりものである。

第１図に示した回路は基本原理回路であるので回路構成
は極めてシンプルであるが、放電の調整をサーボ送り機
構による加工間隙ｇの調整のみによって行なうものであ
るから、実際の放電加工装置に利用した場合には放電の
調整がやや困難であり、長時間安全に稼動させなければ
ならない実用機は構成し得ない。

第２図に示したものは叙上の第１図の回路により説明し
た本発明の加工方法及び装置による高周波放電が、加工
間隙内の汚染や加工間隙の調整の不具合等により持続的
アークとなることを予防するため、放電加工用の直流電
源３の出力端子間を短絡し得るスイッチング素子５を設
け、これを制御回路６により例えば１０〜５００一ｓｅ
ｃ間加工して１０〆ｓｅｃ〜１加ｈｓｅｃ間加工を中断
する如く一定の周期毎に短期間導通させ叙上の高周波放
電を中断せしめるよう構成したものであり、また、第３
図に示したものは放電がアーク放鰭等の異常状態に移行
したときは、被加工体１へ工具電極２間の鏡圧振幅が減
少し、平均電圧も低下し且つ平均加工電流が増加するの
でこれらの現象を利用してアーク放電をアーク放電検出
回路７によって検出し、ア−ク放電が発生した際には、
所望の期間、例えば、１０リＳｅｃ〜１瓜ｈＳｅＣスイ
ッチング素子５を導通させて放電を中断してアーク放電
による被害を防止するよう構成したものであって、これ
らの回路によるときは放電条件の設定及び加工送り制御
が極めて容易となるものである。

次に、本発明にかかる放電加工装置による加工例を示す
。

‘１’加工例 １ 電 極 鋼（ラップ仕上） 被加工体材質 鋼 直流電源電圧 ３００Ｖ（無負荷）可変抵抗
６０００（短絡電流０．５Ａ）平均加工電流
０．泌加工ピーク電圧（放電開始電圧） ２０
０Ｖ放電パルス周期 ２ムＳｅｃ放電パルス幅
０．５＃Ｓｅｃ 放電期間（スイッチング素子５オフ 時間） ２００ムＳｅｃ放
電休止期間（スイッチング素子５オン時間）
１０仏Ｓｅｃ上記の条件で加工したとこ
ろ下記の結果が得られた。

加工面粗度 ０．２〃ｍＨｍａｘ加工速度
０．物ｏ／ｍｉｎ 加工面 輝面 ■ 加工例 ２ 加工例１に於て使用した装置により可変抵抗を調節して
平均加工電流０．松として加工したところ下記のような
結果が得られた。

加工面粗度 １仏ｍＨｍａｘ 加工速度 ２岬／ｍｉｎ 加工面 半函面（非梨地面）放電期間
１００仏Ｓｅｃ 放電休止期間 １００〃Ｓｅｃ 本発明は叙上の如く構成されるので、本発明によるとき
には、従来公知の放電加工方法及び装置によって得られ
なかった鏡面、鐘面又は超仕上面が得られるものであっ
て、放電加工の応用面を格段に拡張し得る等多大の効果
を奏するものである。

なお、本発明の構成は叙上の実施例に限定されるもので
はなく、例えば、放電を制御するためのスイッチング素
子の制御方法、アーク検出装置の構成等は叙上と同一の
作用効果を奏するものであれば公知のものを広く利用で
き、また、本発明にかかる放電加工装置に短絡検知装置
のその他公知の付属装置その他を付設し得ることは勿論
であり、本発明はその目的の範囲内で自由に設計変更で
きるものであって、本発明はそれらの総てを包摂するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる放電加工方法の原理を示す説明
図、第２図及び第３図は、それぞれ本発明にかかる放電
加工方法を実施するための装置の異なる実施例を示す説
明図、第４図は、放電パルスの模型図である。 １・・・被加工体、２・・・工具電極、３・・・直流電
源、４・・・可変抵抗、４′・・・直流電源３の内部抵
抗及びその他の固定抵抗、５・・・スイッチング素子、
６・・・制御回路、７・・・アーク放電検出回路、ｇ・
・・加工間隙。 第１図 ・第２図 簾３図 簾ム図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 放電加工用の直流電源と被加工体及び工具電極とを
   接続する主放電回路として、その内部にスイツチング素
   子を含まず、且つその内部から可能な限り静電容量及び
   インダクタンスが除去されており、更に、被加工体と工
   具電極を接触させたときの短絡電流を１Ａ以下に制限し
   得るよう加工用直流電流の内部抵抗及び電圧に応じて定
   めた抵抗が直列に挿入された回路を用い、被加工体と工
   具電極間に間歇的な高周波の放電が発生持続するよう、
   両者間に相対的なサーボ加工送りを与えつつ、且つ、上
   記加工用直流電源から被加工体と工具電極間への給電を
   断続せしめつつ被加工体に鏡面仕上げ加工を施すことを
   特徴とする放電加工方法。 ２ 放電加工用の直流電源と被加工体及び工具電極とを
   接続する主放電回路が、スイツチング素子を含まず、且
   つその内部から可能な限り静電容量及びインダクタンス
   が除去されており、更に、被加工体と工具電極を接触さ
   せたときの短絡電流を１Ａ以下に制限し得るよう加工用
   直流電流の内部抵抗及び電圧に応じて定めた抵抗が直列
   に挿入された回路と、被加工体と工具電極間に間歇的な
   高周波の放電が発生持続するよう、両者間に相対的なサ
   ーボ加工送りを与える装置と、上記抵抗を介し若しくは
   介せずに放電加工用の直流電源の出力端子間を短絡し得
   るスイツチング素子と、そのスイツチング素子を所望の
   周期で開閉制御する回路とから成る、特許請求の範囲第
   １項記載の放電加工方法を実施する放電加工装置。 ３ 放電加工用の直流電源と被加工体及び工具電極とを
   接続する主放電回路が、スイツチング素子を含まず、且
   つその内部から可能な限り静電容量及びインダクタンス
   が除去されており、更に、被加工体と工具電極を接触さ
   せたときの短絡電流を１Ａ以下に制限し得るよう加工用
   直流電流の内部抵抗及び電圧に応じて定めた抵抗が直列
   に挿入された回路と、被加工体と工具電極間に間歇的な
   高周波の放電が発生持続するよう、両者間に相対的なサ
   ーボ加工送りを与える装置と、上記抵抗を介し若しくは
   介せずに放電加工用の直流電源の出力端子を短絡し得る
   スイツチング素子と、そのスイツチング素子を開閉制御
   する回路と、放電状態を監視し短絡又はアーク放電を検
   出したときは上記スイツチング素子を開閉制御する回路
   を作動せしめて上記スイツチング素子に放電加工用の直
   流電源の出力端子を一定期間短絡せしめる制御回路とか
   ら成る、特許請求の範囲第１項記載の放電加工方法を実
   施する放電加工装置。