(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極と被加工物とを所定の間隙で対向させて配置し、前記電極をプラス極とし、前記被加工物をマイナス極として前記間隙に電圧を印加して放電を発生させ、前記電極と前記被加工物との間にパルス状の放電電流を流して前記被加工物を加工する放電加工方法において、
前記電極がグラファイトであり、前記被加工物が銅合金、亜鉛合金またはアルミニウム合金である場合に、前記放電電流の立ち上がりから、設定された前記放電電流のパルス幅の３０％以上の時間まで勾配をつけるように、前記放電電流を制御することを特徴とする放電加工方法。
【請求項２】
前記勾配は、前記放電電流の立ち上がりから、設定された前記放電電流のパルス幅の５０％以上の時間までつけられることを特徴とする請求項１に記載の放電加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、放電加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の放電加工方法において、放電電流パルスの立ち上がりに傾斜を持たせた低消耗加工回路を使用することによって、電極の消耗を抑制させていた（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、この低消耗加工回路を用いた電極の消耗の抑制効果は、電極に銅を用い、被加工物に鋼材を用いた放電加工方法に対して有効なものであるが、電極にグラファイトを用いた放電加工方法に対しては、有効ではなかった。それは、電極にグラファイトを用いた放電加工方法では、電極製造方法や電極材質の電気特性によって放電加工特性が著しく異なり、電極材質毎に放電電流値やそのパルス幅の設定を夫々調整することが必要になるだけでなく、上述の低消耗加工回路を使用すると電極側に加工液の熱分解炭素が付着しやすくなり、却って加工が不安定になってしまうからである。そのため、特に、グラファイト電極で鋼材を加工する場合には、電極と被加工物との間に形成された金属ブリッジを放電エネルギによって消散させるようにした別な放電加工回路を使用することが一般的である（たとえば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特公昭５６−４１３６７号公報
【特許文献２】特公平７−７７６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、非鉄金属合金である銅、亜鉛、アルミニウムなどの合金材からなる被加工物に、グラファイト電極を用いて放電加工する場合には、被加工物の熱伝導率が鋼材と比べて低いことなどから、加工特性や放電電流値、そのパルス幅の設定が、被加工物に鋼材を用いたときのものとは異なる。そのため、放電を安定させるための上記特許文献２に記載の放電加工回路を適用することが難しくなり、電極の低消耗加工を実現することが困難であるという問題点があった。
【０００６】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、電極にグラファイトを用い、被加工物に銅、亜鉛、アルミニウムなどの非鉄金属合金を用いた放電加工方法において、電極の低消耗加工を実現することができる放電加工方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、この発明にかかる放電加工方法は、電極と被加工物とを所定の間隙で対向させて配置し、前記電極をプラス極とし、前記被加工物をマイナス極として前記間隙に電圧を印加して放電を発生させ、前記電極と前記被加工物との間にパルス状の放電電流を流して前記被加工物を加工する放電加工方法において、前記電極がグラファイトであり、前記被加工物が銅合金、亜鉛合金またはアルミニウム合金である場合に、前記放電電流の立ち上がりから、設定された前記放電電流のパルス幅の３０％以上の時間まで勾配をつけるように、前記放電電流を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、グラファイトの電極を用いて非鉄金属合金の被加工物を加工する場合に、放電電流の立ち上がり時の勾配の幅をパルス幅の３０％以上とすることによって、勾配をつけない場合に比して電極の消耗量を約４０％以上改善することができる。その結果、従来に比して、放電加工処理における電極交換の回数を削減し、ランニングコストを下げ、生産性を向上することができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる放電加工方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１０】
図１は、この発明による放電加工方法を実行する放電加工装置の構成を模式的に示す図である。この放電加工装置は、Ｚ軸モータ１によってＺ軸方向に駆動される主軸４と、Ｘ軸モータ２によってＸ軸方向に駆動されるワークテーブル５と、Ｙ軸モータ３によってＹ軸方向に駆動されるワークテーブル６と、ワークテーブル５，６上に設置された加工槽７とを有しており、主軸４には電極８が取り付けられている。また、加工槽７内には、加工液が満たされると共に、被加工物Ｗが配置され、電極８と被加工物Ｗとが、加工液中で加工間隙をもって相対向し、電極８と被加工物Ｗの間に、電源部９より電力が供給されることで被加工物Ｗの溶融除去が行われる。この電極８と被加工物Ｗとの間には放電状態検出部１０と、加工条件設定部１２と、が接続され、Ｚ軸モータ１、Ｘ軸モータ２、Ｙ軸モータ３には電極位置制御部１１が接続される。
【００１１】
放電状態検出部１０は、電極８と被加工物Ｗの間に接続されており、単位時間当りの放電頻度または極間短絡頻度或いは不良放電頻度と、そのときの電極位置、そのときの放電状態を放電電圧として認識して記憶している。
【００１２】
電極位置制御部１１は、Ｚ軸モータ１、Ｘ軸モータ２、Ｙ軸モータ３を駆動制御する機能を有し、主軸４を制御する主軸制御部１３と、揺動条件を軸制御に変換して揺動機能を制御する揺動機能制御部１４と、を備える。
【００１３】
加工条件設定部１２は、パルス幅や休止時間などの放電加工条件の他に、加工液の噴出および吸引、電極８および被加工物Ｗの材質などの加工内容について条件を設定する。また、加工条件設定部１２は、放電状態検出部１０と接続され、単位時間当りの放電頻度または極間短絡頻度或いは不良放電頻度と、そのときの電極位置を検出記録した結果から、時々刻々の加工状態の変化に合わせて自動的に加工休止時間などの加工条件の調整を行う、いわゆる、適応制御機能を有する。
【００１４】
上記の放電加工装置において、電極８として、加工に応じて作製された所定の形状のグラファイト電極が使用される。また、被加工物Ｗとして、非鉄金属を主体とする合金が用いられる。具体的には、鉄よりも融点が低く、かつ熱伝導率がよい金属を主体とする合金であり、たとえば銅合金、亜鉛合金、アルミニウム合金などが用いられる。なお、この明細書において「○○合金」とは、金属○○を主体とし、この金属○○に所望の性質を得るために他の金属を含ませて形成される材料である。そのため、上記の非鉄金属の合金に、主体とならない成分である鉄が含まれているものであってもよい。
【００１５】
また、電源部９には、電極８と被加工物Ｗとの間で放電が生じると、加工条件設定部１２で設定された放電電流の立ち上がりに、パルス幅の３０％以上、望ましくは５０％以上の時間まで勾配をつけて設定された電流値となるように制御する、図示しない低消耗加工回路が設けられている。
【００１６】
つぎに、この放電加工装置による放電加工方法について説明する。この放電加工では、電極８と被加工物Ｗとを加工液が満たされた加工槽７中に浸積した状態で、所定の間隙を置いて配置する。そして、電極８と被加工物Ｗとの間に、電極８がプラス極となり、被加工物Ｗがマイナス極となるように、マイクロ秒〜ミリ秒オーダのパルス電圧を印加して電極８と被加工物Ｗとの間に瞬間的なアーク放電を繰り返し発生させ、このときに生じるアーク熱によって被加工物Ｗの被加工面を溶融、蒸発により除去加工する。また、これと同時にサーボ機構によって電極８を降下移動させる。これを連続的に繰り返すことによって、電極８の加工面の形状が被加工物Ｗに転写加工される。
【００１７】
ここで、この放電加工時の放電パルス条件について説明する。図２は、電極と被加工物との間の放電電圧と放電電流との関係を示す図である。この図２において、横軸は、時間を示している。また、曲線Ｖは、電極８と被加工物Ｗとの間に印加される電圧波形を示しており、曲線Ｉ１は、電極８と被加工物Ｗとの間に流れる電流の一般的な電流波形を示しており、曲線Ｉ２は、電極８と被加工物Ｗとの間に流れる電流のこの実施の形態による電流波形を示している。
【００１８】
この図に示されるように、放電加工を行う際には、電源部９から電極８と被加工物Ｗとの間に、曲線Ｖで示される電圧が印加される。印加された電圧によって絶縁破壊が行われると、両極間（電極８と被加工物Ｗとの間）に電流が流れ始め、放電が始まる。このとき、電源部９に低消耗加工回路が設けられていない場合には、曲線Ｉ１に示されるように、加工条件設定部１２で設定されたパルス幅ｗ０と電流値ｉ０の放電が、電極８と被加工物Ｗとの間で生じる。
【００１９】
一方、この実施の形態のように電源部９に低消耗加工回路を設けている場合には、曲線Ｉ２に示されるように、絶縁破壊が行われ放電が発生した段階から、加工条件設定部１２で設定された持続されるパルス幅ｗ０の所定の時間（立ち上がりから電流値ｉ０に達するまでの時間幅ｗ１）まで勾配を持って電流値が増加していく。ここでは、低消耗加工回路は、電流の立ち上がりからパルス幅ｗ０の３０％以上、望ましくは５０％以上の時間まで勾配を付けて、加工条件設定部１２で設定された電流値ｉ０に到達するように制御する。なお、この明細書では、放電電流のパルス幅ｗ０に対する放電電流の立ち上がりから設定された電流値ｉ０に達するまでの時間ｗ１の比率を勾配率というものとする。また、このような低消耗加工回路は、特許文献１などに記載の従来公知のものを用いることが可能である。
【００２０】
つぎに、この実施の形態の放電加工方法による実施例について説明する。なお、特許文献１には、放電電流の立ち上がり時に勾配を設けることが示されているが、上記したように特許文献１の方法は、電極に銅を用い、被加工物に鋼材を用いた場合に有効な方法である。この場合、勾配率の増加に伴って、加工速度（除去堆積または除去質量を加工時間で除したもの）が減少していくことが知られていた。つまり、勾配率を増加させてしまうと、加工速度が遅くなり、加工時間が長くなってしまっていた。しかし、電極にグラファイトを用い、被加工物に非鉄金属合金を用いるこの実施の形態の場合には、後述するように勾配率の増加に伴って加工速度も増加するという知見を得た。つまり、電極の種類と被加工物の組み合わせによって、放電加工の条件も異なるので、従来知られている銅電極で鋼材を加工する条件を、そのままグラファイト電極で非鉄金属合金を加工する条件に使用することができないのである。そこで、以下では、グラファイト電極で非鉄金属合金を加工する場合の電極消耗量を低減することができる放電加工条件について説明する。
【００２１】
電極８としてグラファイト電極を用い、被加工物Ｗとして銅合金を用いて、勾配率を変化させて片掛加工を行い、電極の消耗量を測定した。図３は、放電加工条件の一例を示す図である。このような放電加工条件で、勾配率を０％、１０％、３１％、５７％として片掛加工を行う。なお、ここでは、勾配率０％、１０％、３１％、５７％で加工を行う場合をそれぞれ条件１，２，３，４とする。
【００２２】
図４は、片掛加工を行う際の被加工物と電極との配置関係を模式的に示す図であり、図５は、片掛加工を行った後の被加工物の状態を示す図である。図４に示されるように、片掛加工を行う際には、直方体状の被加工物Ｗの上面５１の一部に電極８の一部が対面するように両者が配置される。そして、加工によって、図５に示されるように、被加工物Ｗの隣接する２つの面５１，５２にまたがるように、長さ２０ｍｍ、幅５ｍｍ、高さ２０ｍｍの直方体状の窪み５５を形成する。
【００２３】
図６は、片掛加工後の電極の消耗の様子を示す図である。電極８のうち加工中に被加工物Ｗと相対していない部分は消耗していないが、被加工物Ｗと相対している部分は消耗している。この図で示される目盛りの間隔は１ｍｍであり、勾配率が０％、１０％、３１％、５７％と増加するにつれて、片掛加工を行った部分の電極８の消耗量は減少している。なお、ここで、電極消耗率は、被加工物Ｗの加工深さに対する電極８の消耗量の割合によって定義している。
【００２４】
図７は、片掛加工による被加工物の加工結果を示す図である。この図に示されるように、勾配率を増加させるにつれて電極消耗率は減少しているが加工時間はほとんど変化がない。これは、勾配率が増加するにしたがって電極８の太り具合が減少しているにもかかわらず、実際の被加工物Ｗの加工量が増えていることを示している。つまり、勾配率を増加させると、加工速度が上昇し、除去堆積が増加し、電極消耗量が減少する。この結果より、勾配率が３０％以上であると、勾配率が０％の場合に比して電極消耗量が４０％近く改善され、特に勾配率が５０％以上であると、勾配率が０％の場合に比して電極消耗量が１／２以下となる。
【００２５】
図８は、被加工物の材料の種類を変えて片掛加工を行った際の被加工物の加工結果を示す図である。ここでは、被加工物Ｗとして、鉄合金である鋼材、銅合金、亜鉛合金、アルミニウム合金を選択し、勾配率５７％で、上記と同じ放電条件で片掛加工を行った。その結果、被加工物Ｗが鋼材の場合には、電極８が異常消耗し、加工を終了することができない（図５に示される形状の加工を行うことができない）。これに対して、非鉄金属合金（銅合金、亜鉛合金、アルミニウム合金）の場合には、電極消耗率が７〜１１％と良好な結果を示し、また、加工時間も多少のばらつきはあるが、ほぼ一定の範囲内に収まっている。さらに、銅合金、亜鉛合金、アルミニウム合金のほかにも、鉄よりも融点が低く、熱伝導率が良好な金属を主体とする合金（非鉄金属合金）においても、同様の結果が得られる。
【００２６】
以上の結果より、グラファイトを電極８とした場合には、鉄合金の加工を行うことができないが、非鉄金属合金の加工を行うことができ、勾配率を３０％以上、望ましくは５０％以上とすることで、電極８の消耗量を減らしながら、高い加工速度で被加工物Ｗの加工を行うことができる。
【００２７】
この実施の形態によれば、グラファイトの電極８を用いて非鉄金属合金の被加工物Ｗを加工する場合に、放電電流の勾配率を３０％以上とすることによって、電極の消耗量を勾配率０％の場合に比して約４０％以上改善することができる。特に、放電電流の勾配率を５０％以上とすることによって、電極の消耗量を勾配率０％の場合に比して５０％以上改善することができる。その結果、従来では、電極消耗が早く、頻繁に電極８の交換を行う必要があったが、この実施の形態では、その電極交換の回数を削減し、ランニングコストを下げ、生産性を向上することができるという効果を有する。また、加工に使用する電極８の寿命が延びるので、電極８の原材料を削減することもできるという効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上のように、この発明にかかる放電加工方法は、グラファイト電極を用いて非鉄金属合金を加工する場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明による放電加工方法を実行する放電加工装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】電極と被加工物との間の放電電圧と放電電流との関係を示す図である。
【図３】放電加工条件の一例を示す図である。
【図４】片掛加工を行う際の被加工物と電極との配置関係を模式的に示す図である。
【図５】片掛加工を行った後の被加工物の状態を示す図である。
【図６】片掛加工後の電極の消耗の様子を示す図である。
【図７】片掛加工による被加工物の加工結果を示す図である。
【図８】被加工物の材料の種類を変えて片掛加工を行った際の被加工物の加工結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  Ｚ軸モータ
２  Ｘ軸モータ
３  Ｙ軸モータ
４  主軸
５，６  ワークテーブル
７  加工槽
８  電極
９  電源部
１０  放電状態検出部
１１  電極位置制御部
１２  加工条件設定部
１３  主軸制御部
１４  揺動機能制御部
５１，５２  側面
５５  窪み
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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