KR20030085053A

KR20030085053A - 방전가공방법 및 장치

Info

Publication number: KR20030085053A
Application number: KR10-2003-7012408A
Authority: KR
Inventors: 모오리나오다케; 후쿠자와야스시; 코토아키히로; 마가라다쿠지
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤; 모오리 나오다케
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2002-01-24
Publication date: 2003-11-01
Also published as: CN1322953C; EP1477257B1; JPWO2003061890A1; TWI225433B; EP1477257A4; JP3866661B2; KR100550249B1; EP1477257A1; US20050098541A1; WO2003061890A1; US6946615B2; CA2440364A1; CN1610593A

Abstract

절연성재료로 된 피가공물(2a)의 가공을 하는 방전가공장치에 있어서, 전극(1)과 피가공물(2a)과의 극간전압(V)과 전원전압(Vo)이하의 전원전압(Vo)에 가까운 값에 설정된 제1의 기준전압(V1)과의 비교를 하는 제1의 비교수단(17)과, 극간전압(V)과 제1의 기준전압(V1)보다 작은 값에 설정된 제2의 기준전압(V2)과의 비교를 하는 제1의 비교수단(18)과, 제1의 비교수단(17)에 의한 비교결과에 의해 극간전압(V)이 제1의 기준전압(V1)보다 작아진 시각으로부터 소정시간(To)경과 시점에서 제2의 비교수단(18)에 의한 비교결과에 의해 극간전압(V)이 제2의 기준전압 (V2)보다 작은 경우에는 짧은 방전펄스폭(Tp1)을 설정하고 상기 극간전압이 제2의 기준전압(V2)보다 큰 경우에는 긴 방전펄스폭(Tp2)를 설정하는 제어수단(19)을 구비하였다. 절연성재료 등으로 된 피가공물(2a)의 가공의 안정화 및 가공면의 품질향상을 실현할 수가 있다.

Description

방전가공방법 및 장치{METHOD AND SYSTEM FOR ELECTRIC DISCHARGE MACHINING INSULATING MATERIAL OR HIGH RESISTANCE MATERIAL}

도 8은 방전가공의 메카니즘의 설명도이고, 도면에서 1은 전극, 2는 피가공물, 3은 아크성, 4는 가공액, 5는 방전가공에 의해 생성된 가공설이다. 아래의 (a) 내지 (e)의 사이클(도 8의 (a) 내지 (e)에 대응)을 반복하면서 방전에 의한 피가공물(2)의 제거가공이 진행된다. 즉 (a) 방전의 발생에 의한 아크주(3)의 형성, (b) 방전의 열에너지에 의한 국부족 용융 및 가공액(4)의 기화, (c) 가공액(4)의 기화폭발력의 발생, (d) 용융부(가공설 5)의 비산, (e) 가공액에 의한 냉각, 응고, 극간의 절연회복이다. 이들의 사이클을 고빈도로 반복함으로서 피가공물(2)의 제거가공이 진행된다. 이와 같으 방전가공은 금형 등의 가공기술로서 확고한 지위를 구축하고 있고, 자동차산업, 가전산업, 반도체산업 등의 금형가공분야에서 많이 사용되고 있었다. 그러나, 방전가공은 도 8의 (a) 내지 (e)의 사이클과 같이 방전현상을 이용한 가공방법이므로, 피가공물(2)이 철계통재료 등의 도전성재료인 경우에 사용되는 것이 일반적이다.

피가공물(2)이 절연성재료인 경우에 방전가공을 하는 방법으로는 일본국 특개소63-150109호 공보에 개시된, 절연성재료의 표면에 용사(溶射) 또는 증착 등에 의해 도전성피막의 코팅을 하고 탄소를 포함한 가공액 중에서 방전가공을 하는 방법이 있다. 또 상기 도전성피막의 코팅을 하기 위한 특별한 처리장치를 필요치 않게 할 목적으로 일본국 특개평7-136879호 공보 및 일본국 특개평9-253935호 공보에 개시된 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물을 도전성재료로 접촉고정해서 탄소를 포함하는 가공액 중에서 방전가공을 실시하는 방법이 있다.

도 9는 일본국 특개평9-253935호 공보에 개시된 와이어 방전가공장치의 구성을 표시하는 설명도이고, 도면에서 1a는 와이어 전극, 2a는 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물, 4a는 탄소를 포함하는 가공액, 6은 피가공물(2a)을 올려놓는 테이블, 7은 고정지그, 8a 및 8b는 가공액 노즐, 9a 및 9b는 와이어 가이드, 10은 급전자, 11은 가공액 공급수단인 가공액 공급용 펌프, 12는 도전성재료, 13은 가공전력 공급수단이다. 피가공물(2a)의 도전성재료(12)는 고정지그(7)에 의해 접합된 상태로 고정되어 있다.

도시하지 않은 위치결정수단에 의해 와이어 전극(1a)을 피가공물(2a)과 도전성재료(12)와의 접합부분에 위치하고, 가공전력 공급수단(13)에 의해 와이어 전극(1a)과 피가공물(2a) 및 도전성재료(12)와의 사이에 가공전력을 공급하면 우선도전성재료(12)의 부분에만 방전이 발생하고, 계속해 피가공물(2a)의 도전성재료 (12)에 가장 가까운 곳에서 열에너지에 의한 가공과 전극재성분의 전사가 실시된다. 그후 상기 전사부분에도 방전이 생기고, 피가공물(2a)의 가공이 방전의 충격 및 열에너지에 의해 진행된다. 가공의 진행에 따라, 피가공물(2a)의 가공표면에 는 전극재성분이 전사되는 동시에 가공액(4a)이 열분해하고, 가공액(4a)에 포함되는 탄소가 전기저항에 비교적 낮은 난충카본(결정성 탄소)로서 피가공물(2a)에 부착해 도전성피막을 형성한다.

이와 같이 형성된 도전성피막에 대해 방전이 발생하고, 피가공물(2a)의 가공이 진행된다.

이상과 같이 종래의 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물에 방전가공을 하는 기술의 기본원리는 상기 피가공물에 형성된 도전성피막을 통해서 상기 피가공물의 가공을 하는 것이다.

그러나 현상에서는 가공의 불안정 및 가공면의 품질저하라는 문제점이 있으므로 본격적인 실용화에는 이르고 있지 않다.

(발명의 개시)

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 된 것으로, 절연성재료 또는 고정항재료로 된 피가공물의 가공의 안정화 및 가공면의 품질향상을 실현할 수 있는 방전가공방법 및 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 방전가공방법은 도전성피막 코팅이 실시된 절연성재료 또는고정항재료로 된 피가공물 또는 도전성재료와 접촉고정된 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물과 전극과의 극간에 가공전력을 공급하고, 탄소를 포함하는 가공액중에서 상기 극간에 펄스상의 방전을 발생시켜서 상기 피가공물을 제거가공하는 방전가공방법에서, 방전개시로부터 소정시간경과 시점의 극간전압을 계측하고 상기 계측치에 따라 상기 피가공물의 가공에 적합한 비교적 짧은 방전펄스폭 또는 상기 가공물 가공면에의 도전성피막 형성에 적합한 비교적 긴 방전펄스폭을 설정해서 가공을 실시하는 것이다.

또, 본 발명에 관한 방전가공방법은, 도전성피막 코팅을 실시한 절연성재료 또는 고정항재료로 된 피가공물 또는 도전성재료와 접촉고정된 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물과 전극과의 극간에 가공전력을 공급하고, 탄소를 포함하는 가공액중에서 상기 극간에 펄스상의 방전을 발생시켜 상기 피가공물을 제거가공하는 방전가공방법에서, 방전개시로부터 소정시간경과 시점의 극간전압을 계측하고, 상기 계측치가 소정의 기준전압보다 작은 경우에는 상기 피가공물의 가공에 적합한 비교적 짧은 방전펄스폭을 설정하고, 상기 계측치가 소정의 기준전압보다 큰 경우에는 상기 피가공물 가공면에의 도전성피막 형성에 적합한 비교적 긴 방전펄스폭을 설정해서 가공을 실시하는 것이다.

또, 본 발명에 관한 방전가공방법은, 도전성피막 코팅을 한 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물 또는 도전성재료와 접촉고정된 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물과 전극과의 극간에 가공전력을 공급하고, 탄소를 포함하는 가공액중에서 상기 극간에 펄스상의 방전을 발생시켜서 상기 피가공물을 제거가공하는 방전가공방법에 있어서, 전원전압보다 작은 적어도 하나의 기준전압과 극간전압과의 비교를 해, 상기 비교결과에 따라 상기 피가공물의 가공에 적합한 비교적 짧은 방전펄스폭 또는 상기 피가공면에서 도전성피막 형성에 적합한 비교적 긴 방전펄스폭을 설정해서 가공을 실시하는 것이다,

또, 본 발명에 관한 방전가공방법은 도전성피막 코팅을 한 절연성 재료 또는 고저항재료로 된 피가공물 또는 도전성재료가 접촉고정된 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물과 전극과의 극간에 가공전력을 공급하고, 탄소를 포함하는 가공액중에서 상기 극간에 펄스상의 방전을 발생시켜서 상기 피가공물을 제거하는 방전가공방법에 있어서, 극간전압이 전원전압이하의 전원전압에 가까운 값에 설정된 제1의 기준전압이하가 된 시점에서 소정시간경과 시점의 극간전압을 계측하고, 상기 계측치가 소정의 제2의 기준전압보다 작은 경우에는 상기 피가공물의 가공에 적합한 비교적 짧은 방전펄스폭을 설정하고, 상기 계측치가 소정의 제2의 기준전압보다 큰 경우에는 상기 피가공물 가공면에의 도전성피막 형성에 적합한 비교적 긴 방전펄스폭을 설정해서 가공을 실시하는 것이다.

본 발명에 관한 방전가공장치는, 도전성피막 코팅이 된 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물 또는 도전성재료와 접촉고정된 절연성재료 또는 고저항재료로 되는 피가공물과 전극과의 극간에 가공전력을 공급하는 가공전력 공급수단과, 상기 극간에 탄소를 포함하는 가공액을 공급하는 가공액 공급수단과, 상기 피가공물과 상기 전극과의 상대위치결정을 하는 위치결정수단을 구비하고, 상기 극간에 펄스상의 방전을 발생시켜서 상기 피가공물을 제거가공하는 방전가공장치에서, 방전개시로부터 소정시간경과 시점의 극간전압을 계측하는 극간전압 계측수단과, 상기 극간전압 계측수단에 의한 극간전압의 계측치에 따라, 상기 피가공물의 가공에 적합한 비교적 짧은 방전펄스 또는 상기 피가공물 가공면에의 도전성피막 형성에 적합한 비교적 긴 방전펄스폭을 설정하는 제어수단을 구비한 것이다.

또, 본 발명에 관한 방전가공장치는, 도전성피막 코팅을 한 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물 또는 도전성재료와 접촉고정된 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물과 전극과의 극간에 가공전력을 공급하는 가공전력 공급수단의 상기 극간에 탄소를 포함하는 가공액을 공급하는 가공액 공급수단과, 상기 피가공물과 상기 전극과의 상대위치결정을 하는 위치결정을 구비하고, 상기 극간에 펄스상의 방전을 발생시켜서 상기 피가공물을 제거가공하는 방전가공장치에 있어서, 방전개시로부터 소정시간경과 시점의 극간전압을 계측하는 극간전압 계측수단과, 상기 극간전압 계측수단과에 의한 극간전압의 계측치에 따라, 상기 계측치가 소정의 기준전압보다 작은 경우에는 상기 피가공물의 가공에 적합한 비교적 짧은 방전펄스폭을 설정하고, 상기 계측치가 소정의 기준전압보다 큰 경우에는 상기 피가공물 가공면에의 도전성피막 형성에 적합한 비교적 긴 방전펄스폭을 설정하는 제어수단을 구비한 것이다,

또, 본 발명에 관한 방전가공장치는 도전성피막 코팅을 한 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물 또는 도전성재료와 접촉고정된 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물과 전극과의 극간에 가공전력을 공급하는 가공전력 공급수단과, 상기 극간에 탄소를 포함하는 가공액을 공급하는 가공액 공급수단과, 상기 피가공물과 상기 전극과의 상대위치결정을 하는 위치결정수단을 구비하고, 상기 극간에 펄스상의 방전을 발생시켜서 상기 피가공물을 제거가공하는 발전가공장치에 있어서, 극간전압을 계측하는 극간전압 계측수단과, 상기 극간전압 계측수단에 의한 계측치(제1의 계측치)가 전원전압이하의 전원전압에 가까운 값에 설정된 제1의 기준전압이하가 된 시작으로부터 소정시간경과 시점의 상기 극간전압 계측수단에 의한 계측치(제2의 계측치)가 소정의 제2의 기준전압보다 작은 경우에는 상기 피가공물의 가공에 적합한 비교적 짧은 방전펄스폭을 설정하고, 상기 제2의 계측치가 소정의 제2의 기준전압보다 큰 경우에는 상기 피가공물 가공면에의 도전성피막 형성에 적합한 비교적인 방전펄스폭을 설정하는 제어수단을 구비한 것이다.

또, 본 발명에 관한 방전가공장치는, 도전성피막 코팅을 한 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물 또는 도전성재료와 접촉고정된 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물과 전극과의 극간에 가공전력을 공급하는 가공전력 공급수단과, 상기 극간에 탄소를 포함하는 가공액을 공급하는 가공액 공급수단과, 상기 피가공물과 상기 전극과의 상대위치결정을 하는 위치결정수단을 구비하고, 상기 극간에 펄스상의 방전을 발생시켜서 상기 피가공물을 제거가공하는 방전가공장치에 있어서, 전원전압보다 작은 기준전압과 극간전압과의 비교를 하는 적어도 하나의 비교수단과, 상기 비교수단에 의한 비교결과에 따라 상기 피가공물의 가공에 적합한 비교적 짧은 방전펄스폭 또는 상기 피가공물 가공면에의 도전성피막 형성에 적합한 비교적 긴 방전펄스폭을 설정하는 제어수단을 구비한 것이다.

또, 본 발명에 관한 방전가공장치는 도전성피막 코팅을 한 절연성재료 또는고저항재료로 된 피가공물 또는 도전성재료와, 접촉고정된 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물과 전극과의 극간에 가공전력을 공급하는 가공전력 공급수단과, 상기 극간에 탄소를 포함하는 가공액을 공급하는 가공액 공급수단과, 상기 피가공물과 상기 전극과의 상대위치결정을 하는 위치결정수단을 구비하고, 상기 극간에 펄스상의 방전을 발생시켜서 상기 피가공물을 제거가공하는 방전가공장치에서 방전개시로부터 소정시간경과 시점의 극간전압과 소정의 기준전압과의 비교를 하는 비교수단과, 상기 비교수단에 의한 비교결과에 의해 상기 극간전압이 상기 기준전압보다 작은 경우에는 상기 피가공물의 가공에 적합한 비교적 짧은 방전펄스폭을 설정하고, 상기 극간전압이 상기 기준전압보다 큰 경우에는 상기 피가공물 가공면에의 도전성피막 형성에 적합한 비교적 긴 방전펄스폭을 설정하는 제어수단을 구비한 것이다.

또, 본 발명에 관한 방전가공장치는, 도전성피막 코팅을 한 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물 또는 도전성재료와 접촉고정된 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물과 전극과의 극간전력을 공급하는 가공전력 공급수단과, 상기 극간에 탄소를 포함하는 가공액을 공급하는 가공액 공급수단과, 상기 피가공물과 상기 전극과의 상대위치결정을 하는 위치결정수단을 구비하고, 상기 극간에 펄스상의 방전을 발생시켜서 상기 피가공물을 제어가공하는 방전가공장치에서, 극간전압과 전원전압이하의 전원전압에 가까운 값으로 설정된 제1의 기준전압과의 비교를 하는 제1의 비교수단과, 상기 극간전압과 상기 제1의 기준전압보다 작은 값으로 설정된 제2의 기준전압과의 비교를 하는 제2의 비교수단과, 상기 제1의 비교수단에의한 비교결과에 의해 상기 극간전압이 상기 제1의 기준전압보다 작아진 시각으로부터 소정시간경과 시점에서, 상기 제2의 비교수단에 의한 비교결과에 의해 상기 피가공물과의 가공에 적합한 비교적 짧은 방전펄스폭을 설정하고, 상기 극간전압이상기 제2의 기준전압보다 큰 경우에는 상기 피가공물 가공면에의 도전성피막 형성에 적합한 비교적 긴 방전펄스폭을 설정하는 제어수단을 구비한 것이다.

본 발명에 관한 방전가공방법 및 장치는 이상과 같이 구성되어 있으므로 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물의 가공의 안정화 및 가공면의 품질향상을 실현할 수 있는 효과를 나타낸다.

본 발명은 절연성재료 또는 고저장재료로 된 피가공물과 전극과의 극간에 가공전력을 공급하고 상기 극간에 펄스상의 방전을 발생시켜 상기 피가공물을 제거가공하는 방전가공방법 및 장치의 개량에 관한 것이다.

도 1은 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물을 제거가공하는 종래의 방전가공장치에서의 극간전압 파형의 옐르 표시하는 설명도.

도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 방전가공장치의 구성을 표시하는 설명도.

도 3은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 방전가공장치에서의 극간전압 파형의 예를 표시하는 설명도.

도 4는 도 절연성재료 또는 고저항재료로 되는 피가공물의 가공 때의 방전현상의 설명도.

도 5는 도 4에 대응하는 극간전압 파형을 표시하는 설명도.

도 6은 도전성피막의 상태에 의한 극간전압 파형의 변화의 예를 표시하는 설명도.

도 7은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 방전가공장치의 구성을 표시하는 설명도.

도 8은 방전가공의 메카니즘의 설명도.

도 9는 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물을 제거가공하는 종래의 와이어 방전가공장치의 구성을 표시하는 설명도.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)

실시의 형태 1.

도 1은 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물을 제거가공하는 종래의 방전가공장치에서의 극간전압 파형의 예를 표시하는 설명도이고, 도면에서 t는 시간, V는 극간전압, Vo는 전원전압, Vg는 아크전압, Vs는 방전검출전압, Tp는 소정의 방전펄스폭, TpL은 어느 빈도에서 나타나는 방전펄스폭 Tp보다도 긴 방전펄스폭, Tr는 휴지시간이다.

절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물을 제거가공하는 종래의 방전가공장치에서 방전에너지를 일정하게 하고, 면거칠기가 균일한 가공면을 얻기 위해 일정한 방전펄스폭 Tp를 설정해서 가공을 한 경우에도, 방전가공의 모양을 관찰하면, 도 1과 같이 방전펄스폭 Tp보다도 긴 펄스폭 TpL이 관찰된다. 이와 같은 극간전압 파형의 의미를 아래에서 고찰한다.

현재 일반적으로 사용되고 있는 방전가공장치는 상기와 같이 방전펄스폭을소정의 방전펄스폭 Tp로 하기 위해 전원전압 Vo이하의 소정전압을 방전검출전압 Vs로 해서 방전검출전압 Vs를 하회한 시점에서 방전이 개시되었다고 인식해 방전펄스폭 Tp의 계측을 시작하도록 되어 있다. 그러나 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물의 가공에서는, 상기 피가공물 표면의 고저항재료로 된 피가공물의 가공에서는, 상기 피가공물 표면의 전기저항이 크므로, 방전개시후의 극간전압(피가공물에서의 전기저항에 의한 전압강하분도 포함한 전압)이 높아지고, 도 1의 A에 표시한 바와 같이 방전기를 개시하고 있음에도 불구하고 극간전압 V가 방전검출전압 Vs를 하회하고 있지 않으므로 방전가공장치는 방전이 발생하였다고 인식하지 않고 전압을 계속인가하는 현상이 생긴다. 이때 극간전압 V가 서서히 내려가고, 방전검출전압 Vs를 하회한 시점에서 소정의 방전펄스폭 Tp분(예를 들면 10㎲정도)의 시간경과후에 전압인가가 정지되어 휴지시간 Tr이 된다.

이와 같이 실제의 방전펄스폭이 상기 소정의 방전펄스폭 Tp의 수십배정도의 긴 방전펄스폭 TpL가 되는 현상이 나타난다.

이와 같은 현상자체는 강재 등의 도전성재료인 피가공물을 대상으로 해서 만들어진 방전가공장치에 의해 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물을 가공한 경우의 오동작이라고도 할 수 있는 현상이나, 상기 현상은 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물의 가공에서는 중요한 역할을 하고 있다.

즉 상기 현상에 의해 설정보다도 극단으로 펄스폭이 긴 방전펄스가 나타남으로서 절연성재료 또는 고저항재료의 가공을 가능하게 하고 있으므로 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물의 가공에서는 배경기술에 표시한대로 상기 피가공물의 표면에 도전성피막이 형성되면서 가공이 진행하는 것이 필요하나 본 발명의 발명자 등의 연구에 의하면 설정치대로의 짧은 펄스폭 펄스(아래에서「짧은 방전펄스」라 부른다)는 도전성피막의 제거 및 상기 피가공물의 가공에 기여하고, 설정치를 초과하는 긴 펄스폭의 방전펄스(아래에서,「긴 방전펄스」라 부른다)는 상기 피가공물의 표면에 도전성피막을 형성하는 것임을 알게 되었다.

일반적으로, 가공액으로서 기름을 사용하는 방전가공에서는 방전펄스폭을 길게 하면 가공액이 분해된 카본이 한쪽의 극에 부착하는 것이 알려져 있으나, 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물의 방전가공에서는 이 현상이 가공 그 자치에 큰 의미를 갖고 있게 된다. 즉 긴 방전펄스가 나타나면 가공액이 방전가공이 열에 의해 분해하고 가공액중에 포함되는 탄소로부터 전기저항이 비교적 낮은 난층카본(결정탄소)가 생성되고, 상기 피가공물의 방전면을 덮게 된다.

이로써 상기 피가공물 표면에 통전이 가능해지고 상기 피가공물 표면과 공구인 전극과의 사이에 방전을 계속해서 발생시킬 수가 있게 된다. 짧은 방전펄스는 통상의 방전가공과 같이 상기 피가공물의 제거가공을 하나 상기와 같이 생성된 표면의 도전성피막에 대해 방전이 상기와 같이 생성된 표면의 도전성피막에 대해 방전이 발생하므로 도전성피막을 제거하면서 그 열의 영향으로 상기 피가공물을 용융 또는 승화 제거하는 것으로 추정된다.

이와 같은 절연성재료 등으로 된 피가공물을 제거가공하는 종래의 방전가공장치에서는 절연성재료 등의 방전가공에서 중요한 의미를 갖는 긴 방전펄스를 오동작이라고도 할 수 있는 현상에 의해 발생시키고 있는 것에 의해, 긴 방전펄스의 펄스폭이 일정하지 않고 상기 피가공물의 방전면에 형성되는 도전성피막의 두께가 변동하고, 이 결과로서, 이 발명이 착목하는 가공의 불안정 및 가공면의 품질저하라는 문제점이 생겨 있는 것이라 생각된다.

도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 방전가공장치의 구성을 표시하는 설명도이고, 도면에서 1은 전극, 2a는 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물(예를 들면 절연성 세라믹스), 14는 직류전원, 15는 스위칭소자, 16은 저항기, 17은 극간전압과 소정의 기준전압과의 비교를 하는 비교수단인 제1의 컴퍼레이터, 18은 극간전압과 소정의 기준전압과의 비교를 하는 비교수단인 제2의 컴퍼레이터, 19는 제어수단이다. 전극(1)과 피가공물(2a)과의 상대위치결정을 하는 위치결정수단의 종래의 방전가공장치의 일반적인 구성과 같은 부분은 생략하고 있다. 또 피가공물 (2a)을 일본국 특개소63-150109호 공보와 같이 도전성피막이 코팅이 되어 있는 것, 또는 일본국 특개평7-136849호 공보 및 일본국 특개평9-253935호 공보와 같이 도전성재료와 접촉고정되어 있는 것이다.

도 3은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 방전가공장치에서의 극간전압 파형의 예를 표시하는 설명도이고, 도 1과 동일부호는 동일 또는 상당부분을 표시하고 있다. 또 도 3에는 도 2의 스위칭소자(15)를 구동시키기 위한 제어수단(19)으로부터의 신호(a), 제1의 컴퍼레이터(17)의 출력신호(b) 및 제2의 컴퍼레이터(18)의 출력신호(c)는 극간전압 파형에 동기시켜 표시하고 있다.

도 3에서, Tp1은 피가공물(2a)의 가공에 적합한 비교적 짧은 방전펄스폭, Tp2는 피가공물(2a) 가공면에의 도전성피막 형성에 적합한 비교적인 방전펄스폭,To는 방전개시로부터의 소정시간, V1은 제1의 컴퍼레이터(17)의 기준전압, V2는 제2의 컴퍼레이터(18)의 기준전압이다. 제1의 컴퍼레이터(17)의 기준전압 V1은 전원전압 Vo에 까가운 값에, 제2의 컴퍼레이터(18)의 기준전압 V2는 기준전압 V1보다 낮은 값으로 설정되어 있다. 또 기준전압 V1 및 V2 모두 아크전압 Vg보다 높은 값으로 설정되어 있다. 제1의 컴퍼레이터(17)는 극간전압 V와 기준전압 V1을 비교해서 극간전압 V보다도 기준전압 V1이 낮은 경우에는 H의 신호를 극간전압 V보다도 기준전압 V1이 높은 경우에는 L의 신호를 출력한다.

또, 마찬가지로 제2의 컴퍼레이터(18)는 극간전압 V와 기준전압 V2를 비교해서, 극간전압 V보다도 기준전압 V2가 낮은 경우에는 H의 신호를 극간전압 V보다도 기준전압 V2가 높은 경우에는 L의 신호를 출력한다. 제1의 컴퍼레이터(17)의 출력신호(b)가 H로부터 L로 변화한 시점을 방전개시라고 판단한다.

절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물(2a)의 표면의 전기저항이 작은 경우에는 도 3의 짧은 방전펄스폭 Tp1과 같이 방전개시후의 극간전압 V는 급격히 강하하고, 제1의 컴퍼레이터(17)의 기준전압 V1 및 V2의 컴퍼레이터(18)의 기준전압 V2보다도 낮은 전압이 된다.

이에 대해, 피가공물(2a)의 표면의 전기저항이 큰 경우에는 도 3의 긴 방전펄스폭 Tp2와 같이, 방전개시후의 극간전압 V는 급격하게는 강하하지 않고, 제1의 컴퍼레이터(17)의 기준전압 V1보다도 낮아지나, 제2의 컴퍼레이터(18)의 기준전압 V2보다도 높은 전압으로 되어 있다.

방전개시로부터의 소정시간 To경과시점(도 3중의 B의 타이밍)에서, 제1의 컴퍼레이터(17) 및 제2의 컴퍼레이터(18)의 출력신호에 따라 제어수단(19)에 의해 방전펄스폭을 설정한다.

즉 방전개시로부터의 소정의 시간 To 경과시점에서 피가공물(2a)의 표면의 전기저항이 비교적 작은 경우에는 제어수단(19)에 의해 짧은 펄스폭 Tp1을 설정하고 방전개시로부터의 소정의 시간 To 경과시점에서 피가공물을 표면의 전기저항이 비교적 큰 경우에는 제어수단(19)에 의해 긴 펄스폭 Tp2를 설정한다.

이와 같은 짧은 펄스폭 Tp1 또는 긴 펄스폭 Tp2를 설정하는 의미에 대해 아래에 설명한다.

상기와 같은 짧은 방전펄스(짧은 펄스폭 Tp1)는 도전성피막의 제거 및 피가공물(2a)이 가공에 기여하고, 긴 방전펄스(긴 펄스폭 Tp2)는 피가공물(2a)의 표면에 도전성피막을 형성한다고 생각된다. 또 발명자들의 연구에 의하면 피가공물 (2a)의 방전개시위치에 도전성피막이 확실하게 형성되어 있는 경우에는 전압강화가 크고(극간전압이 낮고), 피가공물(2a)의 방전개시위치에 도전성피막이 적어진 경우에는 전압강화가 작게(극간전압이 높고)되는 것을 알고 있다.

도 4는, 절연성재료 또는 고저항재료로 되는 피가공물의 가공 때의 방전현상의 설명도이고, 도면에서, 1은 전극, 2a는 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물, 3은 아크주, 20은 도전성피막이다. 또 도 4의 (a)는 피가공물(2a)상에 형성된 도전성피막(20)의 전기저항이 작은 곳에 방전이 발생한 경우, 도 4(b)는 피가공물(2a)상에 형성된 도전성피막(20)의 전기저항이 큰 곳에 방전이 발생한 경우를 표시하고 있다.

또 도 5는 도 4에 대응하는 극간전압 파형을 표시하는 설명도이고, 도면에서 t는 시간, V는 극간전압, Vo는 전원전압, Vg는 아크전압이다. 또, 도 5의 (a)는 도 4(a)에 대응하는 극간전압 파형을, 도 5의 (b)는 도 4(b)에 대응하는 극간전압 파형을 표시하고 있다.

도 2에 표시한 컴퍼레이터에 의해 극간전압 V와 기준전압과의 비교를 할 때에는, 도 4와 같이 전극(1)과 도전성피막(20)을 통한 피가공물(2a)측과의 전압을 보고 있는 것이 된다. 방전중의 전압은 도 4(a)와 같이 도전성피막(20)이 확실하게 형성되어 있고 전기저항이 비교적 작은 경우에는 아크주(3)의 전위차를 직접 측정하고 있는 것과 거의 등가가 되고, 극간전압 V는 아크전압 Vg와 동등한 20V ~ 30V정도가 된다(도 5의 (a)참조). 한편, 도 4(b)와 같이 도전성피막(20)이 적어지고, 전기전항이 비교적 큰 경우에는 아크주(3)의 전위차에 더해, 전기저항이 큰 방전점 부근에서의 전압강하분이 극간전압 V로 검출되므로, 극간전압 V가 높게 검출된다(도 5의 (b)참조).

이상 설명한 바와 같이 방전직후의 전압에 의해, 방전개시 장소에서의 전기저항, 즉 도전성피막(20)의 상태가 판단가능해진다.

도 6은, 도전성피막(20)의 상태에 의한 극간전압 파형의 변화의 예를 표시하는 설명도이고, 도면에서 t는 시간, V는 극간전압, Vo는 전원전압이다. 도 6에서 방전개시 직후의 극간전압 V의 고저, 예를 들면 (A) 내지 (C)에 의해 방전개시 장소에서의 전기저항은, (A)가 최대이고, 이하, (B),(C)의 순이되고, 방전개시 장소에서의 도전성 장소에서의 도전성피막(20)의 두께는, (C)가 최대이고, 이하,(B),(C)의 순이되는 것을 판단할 수 있다.

또 도전성피막(20)의 두께가 예를 들어 도 4의 (b)와 같이 얇아진 경우에 대응한 적절한 방전펄스폭은 미리 실험에 의해 구해두면 된다.

즉, 예를 들어 도 2와 같이 컴퍼레이터를 사용해서 극간전압 V로부터 방전점에서의 도전성피막(20)의 모습을 판단하는 경우는, 도전성피막(20)의 얇은 경우(방전개시로부터의 소정시간 To 경과시점의 극간전압 V가 높은 경우)에 적절한 긴 방전펄스폭 Tp2를 미리 실험에 의해 구해두고, 방전개시로부터의 소정시간 To 경과시점의 극간전압 V로부터 방전점에서의 도전성피막(20)의 모습을 판단하고, 방전개시로부터의 소정시간 To 경과시점의 극간전압 V가 낮은 경우(즉 도전성피막(20)이 두꺼운 경우)는 짧은 방전펄스폭 Tp1을 설정하고 방전개시로부터의 소정시간 To 경과시점의 극간전압 V가 높은 경우(즉 도전성피막(20)이 얇은 경우)는 긴 방전펄스폭 Tp2를 설정함으로서 방전가공의 진행 및 도전성피막이 얇아진 방전장소인 도전성피막 형성을 할 수가 있는 도전성피막(20)의 상태에 따른 적절한 방전펄스폭을 설정할 수가 있다.

따라서, 종래의 절연성재료 등으로 된 피가공물을 제거하는 방전가공장치와 같이 긴 방전펄스폭이 일정하지 않고, 따라서 상기 피가공물의 방전면에 형성되는 도전성피막의 두께가 변동한다는 문제점이 해소되고, 이 결과로서 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물의 가공의 안정화 및 가공면의 품질향상을 실현할 수가 있다.

예를 들면, 종래기술에 관한 형조 방전가공장치에 의한 방전가공에서는 피가공물 가공면의 표면 거칠기가 약 10㎛이었던 것이 본 발명에 관한 형조 방전가공장치에 의한 방전가공에 의하면 약 3㎛정도까지 개선하는 것이 가능해졌다.

이상의 설명(예를 들면 도 2)에서는 컴퍼레이터를 2개 설치해서, 제1의 컴퍼레이터(17)의 출력신호에 의해 방전개시를 판단하고, 제2의 컴퍼레이터(18)의 출력신호에 의해 피가공물 표면의 전기저항의 대소를 판단하고, 상기 전기저항에 의해 2종류의 방전펄스폭을 설정하는 경우에 대해 설명하였으나, 컴퍼레이터의 수를 증가해서 3종류 이상의 방전펄스폭을 설정하도록 구성해도 된다. 이와 같이 극간의 전기저항에 따른 3종류 이상의 방전펄스폭을 설정하는 경우는, 피가공물에의 도전성피막의 부착정도에 따른, 보다 섬세한 방전펄스폭의 설정이 되므로 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물의 가공을 보다 안정화할 수 있는 동시에 가공면의 품질을 보다 향상시킬 수가 있다.

또 본 발명에 관한 방전가공방법 및 장치는 와이어 방전가공, 형조 방전가공 및 세공가공 등에 대해 적용할 수가 있다.

또, 본 발명에 관한 방전가공방법 및 장치는, 이상 설명한 바와 같이 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물의 가공에 있어서, 상기 피가공물 표면의 전기저항에 의해 변화하는 겉보기상의 극간전압으로부터 상기 피가공물 표면의 상태를 판단해서 상기 피가공물이 얇아진 도전성피막을 두껍게 형성하기 위해 긴 방전펄스의 펄스폭을 적절한 값에 설정하는 것이고, 예를 들어 일본국 특개평3-3722호 공보 등에 개시되어 있는 바와 같은, 극간전압의 검출치에 따라 방전에너지를 일정하게 해서 가공을 하기위해, 방전펄스폭을 조정하는 발명과는 다른 것이다.

실시의 형태 2.

도 7은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 방전가공장치의 구성을 표시하는 설명도이고, 실시의 형태 1의 도 2와 같은 부호는 동일 또는 상당부분을 표시하고 있다. 도 7에서, 21은 극간전압을 계측해서 계측치를 제어수단(19)에 이송하는 극간전압 계측수단인 전압계이고, 전압계(21)에 의해 계측된 극간전압이 제1의 기준전압(전원전압이하의 전원전압에 가까운 전압으로 설정된 전압)이하가 된 경우에 방전개시라고 판단한다.

방전개시로부터 소정시간(예를 들면 도 3의 To에 상당하는 시간)경과시점에서 제어수단(19)으로부터 전압게(21)에 신호가 보내져 이 타이밍으로 전압계(21)는 극간전압을 계측한다. 이 경우, 실시의 형태 1에 표시된 바와 같이 극간의 전기저항에 의해 도전성피막의 부착정도를 판단할 수 있게 되므로, 전압계(21)에 의한 극간전압의 계측치에 따라, 이 계측치와 제2의 기준전압(상기 제1의 기준전압이하에서 아크전압보다 높은 값으로 설정된 전압)과의 비교를 하고, 상기 계측치가 상기 제2의 기준전압보다도 작은 경우는, 제어수단(19)에 의해 피가공물(2a)의 가공에 적합한 비교적 짧은 방전펄스폭(예를 들면 도 3의 Tp1)을 설ㅈ어하고, 상기 계측치가 상기 제2의 기준전압보다도 큰 경우에는 제어수단(19)에 의해 피가공물(2a) 가공면에의 도전성피막 형성에 적합한 비교적 긴 방전펄스폭(예를 들면 도 3의 Tp2)를 설정한다.

이상과 같은 구성을 채용한 경우에도 실시의 형태 1과 같은 효과를 나타낸다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 방전가공방법 및 장치는 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물의 방전가공에 사용되는데 적합하다.

Claims

도전성피막 코팅이 된 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물 또는 도전성재료와 접촉고정된 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물과 전극과의 극간에 가공전력을 공급하고 탄소를 포함하는 가공액 중에서 상기 극간에 펄스상의 방전을 발생시켜서 상기 피가공물을 제거가공하는 방전가공방법에 있어서, 방전개시로부터 소정시간경과 시점의 극간전압을 계측하고, 상기 계측치에 따라 상기 피가공물의 가공에 적합한 비교적 짧은 방전펄스폭 또는 상기 피가공물 가공면에의 도전성피막 형성에 적합한 비교적 긴 방전펄스폭을 설정해서 가공을 하는 것을 특징으로 하는 방전가공방법.
도전성피막 코팅이 된 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물 또는 도전성재료와 접촉고정된 절연성재료 또는 고저항재료로 되는 피가공물과 전극과의 극간에 가공전력을 공급하고, 탄소를 포함하는 가공액 중에서 상기 극간에 펄스상의 방전을 발생시켜서 상기 피가공물을 제거가공하는 방전가공방법에 있어서, 방전개시로부터의 소정시간경과 시점의 극간전압을 계측하고 상기 계측치가 소정의 기준전압보다 작은 경우에는 상기 피가공물의 가공에 적합한 비교적 짧은 방전펄스폭을 설정하고, 상기 계측치가 소정의 기준전압보다 큰 경우에는 상기 피가공물 가공면에의 도전성피막 형성에 적합한 비교적 긴 방전펄스폭을 설정해서 가공을 하는 것을 특징으로 하는 방전가공방법.
도전성피막 코팅이 된 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물 또는 도전성재료와 접촉고정된 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물과 전극과의 극간에 가공전력을 공급하고, 탄소를 포함하는 가공액 중에서 상기 극간에 펄스상의 방전을 발생시켜서 상기 피가공물을 제거가공하는 방전가공방법에 있어서, 전원전압보다 작은 적어도 하나의 기준전압과, 극간전압과의 비교를 하고, 상기 비교결과에 따라 상기 피가공물의 가공에 적합한 비교적 짧은 방전펄스폭 또는 상기 피가공물 가공면에의 도전성피막 형성에 적합한 비교적 긴 방전펄스폭을 설정해서 가공을 하는 것을 특징으로 하는 방전가공방법.
도전성피막 코팅이 되어 있는 절연성재료 또는 고저항재료로 딘 피가공물 또는 도전성재료와 접촉고정된 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물과 전극과의 극간에 가공전력을 공급하고, 탄소를 포함하는 가공액 중에서 상기 극간에 펄스상의 방전을 발생시켜서 상기 피가공물을 제거가공하는 방전가공방법에 있어서, 극간전압이 전원전압이하의 전원전압에 가까운 값에 설정된 제1의 기준전압이하가 된 시각으로부터 소정시간경과 시점의 극간전압을 계측하고, 상기 계측치가 소정의 제2의 기준전압보다 작을 때는 상기 피가공물의 가공에 적합한 비교적 짧은 방전펄스폭을 설정하고, 상기 계측치가 소정의 제2의 기준전압보다 큰 경우에는 상기 피가공물 가공면에의 도전성피막 형성에 적합한 비교적 긴 방전펄스폭을 설정해서 가공을 하는 것을 특징으로 하는 방전가공방법.
도전성피막 코팅이 된 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물 또는 도전성재료와 접촉고정된 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물과 전극과의 극간에 가공전력을 공급하는 가공전력 공급수단과, 상기 극간에 탄소를 포함하는 가공액을 공급하는 가공액 공급수단과, 상기 피가공물과 상기 전극과의 상대위치결정을 하는 위치결정수단을 구비하고, 상기 극간에 펄스상의 방전을 발생시켜서 상기 피가공물을 제거가공하는 방전가공장치에 있어서, 방전개시로부터 소정시간경과 시점의 극간전압을 계측하는 극간전압 계측수단과, 상기 극간전압 계측수단에 의한 극간전압의 계측치에 따라, 상기 피가공물의 가공에 적합한 비교적 짧은 방전펄스폭 또는 상기 피가공물 가공면에의 도전성피막 형성에 적합한 비교적 긴 방전펄스폭을 설정하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 방전가공장치.
도전성피막 코팅이 된 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물 또는 도전성재료와 접촉고정된 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물과 전극과의 극간에 가공전력을 공급하는 가공전력 공급수단과, 상기 극간에 탄소를 포함하는 가공액을 공급하는 가공액 공급수단과, 상기 피가공물과, 상기 전극과의 상대위치결정을 하는 위치결정수단을 구비하고, 상기 극간에 펄스상의 방전을 발생시켜서 상기 피가공물을 제거가공하는 방전가공장치에 있어서, 방전개시로부터 소정시간경과 시점의 극간전압을 계측하는 극간전압 계측수단과, 상기 극간전압 계측수단에 의한 극간전압의 계측치에 따라 상기 계측치가 소정의 기준전압보다 작은 경우에는 상기 피가공물의 가공에 적합한 비교적 짧은 방전펄스폭을 설정하고, 상기 계측치가 소정긔 기준전압보다 큰 경우에는 상기 피가공물 가공면에의 도전성피막 형성에 적합한 비교적 긴 방전펄스폭을 설정하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 방전가공장치.
도전성피막 코팅이 된 절연성재료 또는 고정항재료로 된 피가공물 또는 도전성재료와 접촉고정된 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물과 전극과의 극간에 가공전력을 공급하는 가공전력 공급수단과, 상기 극간에 탄소를 포함하는 가공액을 공급하는 가공액 공급수단과, 상기 피가공물과 상기 전극과의 상대위치결정을 하는 위치결정수단을 구비하고, 상기 극간에 펄스상의 방전을 발생시켜 상기 피가공물을 제거가공하는 방전가공장치에 있어서, 극간전압을 계측하는 극간전압 계측수단과 상기 극간전압 계측수단에 의한 계측치(제1의 계측치)가 전원전압이하의 전원전압에 가까운 값에 설정된 제1의 기준전압이하가 된 시각으로부터 소정시간경과 시점의 상기 극간전압 계측수단에 의한 계측치(제2의 계측치)가 소정의 제2의 기준전압보다 작은 경우에는 상기 피가공물의 가공에 적합한 비교적 짧은 방전펄스폭을 설정하고, 상기 제2의 계측치가 소정의 제2의 기준전압보다 큰 경우에는 상기 피가공물 가공면에의 도전성피막 형성에 적합한 비교적 긴 방전펄스폭을 설정하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 방전가공장치.
도전성피막 코팅이 된 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물 또는 도전성재료와 접촉고정된 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물과 전극과의 극간에 가공전력을 공급하는 가공전력 공급수단과, 상기 극간에 탄소를 포함하는 가공액을 공급하는 가공액 공급수단과, 상기 피가공물과 상기 전극과의 상대위치결정을 하는 위치결정수단을 구비하고, 상기 극간에 펄스상의 방전을 발생시켜 상기 피가공물을 제거가공하는 방전가공장치에 있어서, 전원전압보다 작은 기준전압과 극간전압과의 비교를 하는 적어도 하나의 비교수단과, 상기 비교수단에 의한 비교결과 에 따라 상기 피가공물의 가공에 적합한 비교적 짧은 방전펄스폭 또는 상기 피가공물 가공면에의 도전성피막 형성에 적합한 비교적 긴 방전펄스폭을 설정하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 방전가공장치.
도전성피막 코팅이 된 절연성재료 또는 고정항재료로 된 피가공물 또는 도전성재료와 접촉고정된 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물과 전극과의 극간에 가공전력을 공급하는 가공전력 공급수단과, 상기 극간에 탄소를 포함하는 가공액을 공급하는 가공액 공급수단과, 상기 피가공물과 상기 전극과의 상대위치결정을 하는 위치결정수단을 구비하고, 상기 극간에 펄스상의 방전을 발생시켜 상기 피가공물을 제거가공하는 방전가공장치에 있어서, 방전개시로부터 소정시간경과 시점의 극간전압과 소정의 기준전압과의 비교를 하는 비교수단과, 상기 비교수단에 의한 비교결과에 의해, 상기 극간전압이 상기 기준전압보다 작은 경우에는 상기 피가공물의 가공에 적합한 비교적 짧은 방전펄스폭을 설정하고, 상기 극간전압의 상기 기준전압보다 큰 경우에는 상기 피가공물 가공면에의 도전성피막 형성에 적합한 비교적 긴 방전펄스폭을 설정하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 방전가공장치.
도전성피막 코팅이 된 절연성재료 또는 고정항재료로 된 피가공물 또는 도전성재료와 접촉고정된 절연성재료 또는 고저항재료로 된 피가공물과 전극과의 극간에 가공전력을 공급하는 가공전력 공급수단과, 상기 극간에 탄소를 포함하는 가공액을 공급하는 가공액 공급수단과, 상기 피가공물과 상기 전극과의 상대위치결정을 하는 위치결정수단을 구비하고, 상기 극간에 펄스상의 방전을 발생시켜 상기 피가공물을 제거가공하는 방전가공장치에 있어서, 극간전압과 전원전압이하의 전원전압에 가까운 값에 설정된 제1의 기준전압과의 비교를 하는 제1의 비교수단과, 상기 극간전압과 상기 제1의 기준전압보다 작은 값에 설정된 제2의 기준전압과의 비교를하는 제2의 비교수단과, 상기 제1의 비교수단에 의한 비교결과에 의해 상기 극간전압이 상기 제1의 기준전압보다 작아진 시각으로부터 소정시간경과 시점에서, 상기 제2의 비교수단에 의한 비교결과에 의해 상기 극간전압이 사익 제2의 기준전압보다 작은 경우에는 상기 피가공물의 가공에 적합한 비교적 짧은 방전펄스폭을 설정하고, 상기 극간전압이 상기 제2의 기준전압보다 큰 경우에는 상기 피가공물 가공면에의 도전성피막 형성에 적합한 비교적 긴 방전펄스폭을 설정하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 방전가공장치.