(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転し、その加工面の包絡面が円環をなす電極を用い、その回転中心軌道を制御して走査することにより被加工物を所望の形状に加工する軌跡制御方式の放電加工方法において、上記円環の外径以上の間隔で電極を走査して加工を行う第１工程と、該工程において隣接する電極軌道間に形成された加工残部を第１工程の電極軌道の中間を走査する第２の電極軌道で加工する第２工程とを施すことを特徴とする放電加工方法。
【請求項２】
第１工程で使用する電極のなす円環の内半径をｒ1、隣り合う電極軌道の間隔をｄとした場合、第２工程においては、内半径ｒ2≧ｄ／２−ｒ1を満たす円環をなす電極を使用する請求項１記載の放電加工方法。
【請求項３】
第１工程で使用する電極を円筒形状とし、その内半径をｒ1、外半径をＲ1、第１工程での体積消耗率をρ1、電極送り勾配をＡ1、隣り合う電極軌道の間隔をｄとし、第２工程で使用する電極を円筒形状とし、その内半径をｒ2、外半径をＲ2、体積消耗率をρ2とした場合、第２工程においては電極送り勾配Ａ2＝｛（ｄ−Ｒ1−ｒ1）（Ｒ1−ｒ1）ρ2Ａ1｝／｛（Ｒ2＋ｒ2）（Ｒ2−ｒ2）ρ1｝とする請求項１記載の放電加工方法。
【請求項４】
第１工程で使用する電極の加工面において、回転中心からの距離ｒにおける円周方向の長さをＥ(ｒ)とし、第１工程での体積消耗率をρ1、電極送り勾配をＡ1とし、側面形状をｓ(ｒ)とした場合、ｄｓ／ｄｒ＝（Ａ1／２ρ1）（Ｅ(ｒ)／ｒ）によりｓ(ｒ)を求め、該ｓ(ｒ)にもとづいて第２工程の電極送り勾配Ａ2を決定する請求項１記載の放電加工方法。
【請求項５】
第１工程においては内径が外径の１／２以上の円環をなす電極を用い、第２工程においては、第１工程で使用した電極よりも内径および外径が小さい円環をなす電極を用いることを特徴とする請求項１記載の放電加工方法。
【請求項６】
回転し、その加工面の包絡面が円環をなす電極を用い、その回転中心軌道を制御して走査することにより被加工物を所望の形状に加工する軌跡制御方式の放電加工方法において、加工部の輪郭形状を加工する輪郭加工工程と、該工程で形成された輪郭加工部において電極軌道を折り返して残部を加工する残部加工工程とを施すことを特徴とする放電加工方法。
【請求項７】
回転し、その加工面の包絡面が円環をなす電極を用い、その回転中心軌道を制御して走査することにより被加工物を所望の形状に加工する軌跡制御方式の放電加工方法において、被加工物の加工開始点に電極の定常消耗形状に相当する凹部を形成し、定常消耗形状に達した電極を上記凹部に挿入して加工を開始することを特徴とする放電加工方法。
【請求項８】
加工形状設定部、電極／軌道設定部および電極補正送り設定部を有する放電加工制御部並びに放電加工機構部を備え、被加工物を電極加工面の回転包絡面外径以上の間隔で電極を走査して加工を行う第１工程と、該工程において隣接する電極軌道間に形成された加工残部を第１工程の電極軌道の中間を走査する第２の電極軌道で加工する第２工程で加工し、所望の平面加工深さを与える電極補正送り量で上記電極を補正送りすることを特徴とする放電加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電極を所定の軌道に沿って走査させることにより、被加工物を所望の形状に加工する軌跡制御方式の放電加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、円柱などの比較的単純な形状をした電極を軌道に沿って走査し、被加工物を所望の３次元形状に放電加工する放電加工方法および装置（以下では、単純電極放電加工と呼ぶ）が知られている。この単純電極放電加工は、複雑な３次元形状電極を製作する必要がないことや、加工屑の排除が容易で安定な加工を得やすいことなど、多くの利点を有する。しかし、加工体積に比べて電極体積が小さいので、電極消耗の加工精度への影響は、通常の形彫り放電加工よりも大きい。したがって電極消耗量を正確に把握し、適切に補正することが、実用的な加工精度を実現する上で重要である。
例えば、文献（「円筒電極による三次元制御放電加工（第３報）」電気加工学会誌、Ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．３４，ｐ３０〜４２（１９８４））に示されるように、山形大学の土屋、金子らは、加工を続けるうちに電極消耗が定常状態となることを見いだした。当該原理を使用すれば電極消耗量の予測は著しく簡単化される。すでに、電極消耗量を算出し、電極軌道に消耗補正送りを加えて加工を行う単純電極放電加工装置が開発されている。
【０００３】
以下、従来の単純電極放電加工方法について、図を用いて説明する。図１６は単純電極放電加工における電極消耗の過渡状態と定常状態を示す説明図、図１７は単純電極放電加工による溝加工において形成される側面部と底面部を示す説明図、図１８は従来の単純電極放電加工における底平面拡大加工の方法を説明する電極軌道の説明図、図１９は底平面拡大加工における加工体積を説明する説明図である。図において、１０は円筒形状の電極、２０は被加工物すなわちワークである。１０ａは電極先端の側面部、１０ｂは底面部、１００は電極軌道、２０ａは加工溝の側面部、２０ｂは底面部、２００は加工部分、２０１は１回目加工部分、２０２は２回目加工部分である。
【０００４】
次に動作について説明する。平板ワーク２０に対して、円筒電極１０を回転させながら一定の傾斜で軸方向に送り込みつつ走査して溝加工すると、図１６に示すように、電極１０先端部は過渡的な消耗状態を経て、定常的な消耗形状となる。電極１０走査方向と垂直な面でワーク２０を切断すると、図１７に示すように、電極１０空洞部分に相当する底面部２０ｂと、電極１０の管肉部分に相当する側面部２０ａを持つ溝が形成されていることが分かる。加工原理から考えて、電極１０で加工された底面部２０ｂが平面となることは明らかである。側面部２０ａもほぼ平面と仮定すると、電極１０の定常消耗形状は円錐台とみなせる。したがって、計算機上でモデル化した円錐台電極１０とワーク２０を用いて加工をシミュレートすれば、電極軌道１００上の任意の点までの加工体積が計算でき、電極消耗量を算出できる。実際の加工においては算出した電極消耗量にしたがって電極１０を軸方向に補正送りすればよい。
【０００５】
通常の場合、必要とされる加工平面は上記の溝加工において形成される底面部２０ｂよりも広い。したがって、図１８に示すように電極１０を順次走査することにより、底平面部２０ｂを広げる加工（以降、底平面拡大加工と呼ぶ）を行う。
図１９はこの底平面拡大加工を行う場合の電極１０の進行方向と垂直な断面を示す図である。図１９に示すように、既に形成された加工部分２０１の底面部の横に、間隔を空けずに新たな底面部すなわち２回目加工部分２０２を形成するように電極１０を走査することにより、新旧の底面部が連結し、したがって底平面を広げることができる。図１９に示した例では、電極１０の内径（直径）は外径（直径）の半分とし、１回目の加工と２回目の加工での電極軌道１００の間隔を電極１０の内径と等しく設定してある。図から分かるように、底平面拡大加工の加工体積は１回目の溝加工の場合の２／３となる。したがって、電極消耗量を溝加工の場合の２／３として補正すればよい（例えば、特開平５−３４５２２８号公報参照）。必要に応じて、上記底平面拡大加工を繰り返せば、所望の広さの平面を得られるはずである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような方法では実用上十分な加工精度が得られないという問題があった。
筆者らは鋭意研究を重ねた結果、電極消耗量の算出と補正の方法が実態に即していないために、現実の電極消耗と誤差を生じ、この誤差の累積によって加工精度が低下することを見いだし、新しい加工方法を開発するに至った。以下、この第１の問題について説明する。
まず、溝加工の場合について、図を用いて考察する。図２０は考察のために設定した座標軸を示す説明図、図２１は電極とワークとの対向面積を示す説明図、図２２は対向面形状を求めるために設定した諸元を示す説明図である。なお、簡単のため以下では放電ギャップをゼロと考える。
図２０において、電極１０の回転軸をｚ軸、電極１０の走査方向をｘ軸、ｘおよびｚ軸と直交方向にｙ軸をとった座標系を考える。電極１０は回転させるので、電極１０先端部の消耗形状は半径ｒとｚ座標で表される。電極１０はｘ方向にｄｘ動く間にｚ方向にｄｚだけ降下させることとし、電極送り勾配Ａ＝ｄｚ／ｄｘを一定とする。
電極１０とワーク２０の対向面のｙｚ平面投影面積をＳxとすると、
ワーク加工体積は ｄＶW＝Ｓxｄｘ            (1)
対向面のｙｚ平面への投影形状３００は図２１のハッチング部のようになる。Ｓxを計算するには、この電極１０先端部形状を把握する必要がある。電極１０は回転しているので、この形状は電極１０先端部のｘｚ平面投影形状と等しい。したがって、以下ではｘｚ平面への投影図から先端形状を考察する。
【０００７】
図２２は電極およびワークのｘｚ平面への投影図である。図において、内半径ｒ0，外半径Ｒ0の電極１０の回転中心とワーク２０の表面との交点を原点Ｏとする。半径ｒでの対向面のｚ座標をｓとし、この点での微小部分ｄｒ，ｄｓをとる。するとｓ＝ｓ(ｒ)が求めたい対向面形状となる。体積消耗率ρはワーク２０の消耗量に対する電極１０の消耗量の比であって、電極１０がｄｘ，ｄｚ移動したとすると、
微小部分の電極消耗体積は  ｄＶE＝２πｒｄｒｄｚ（図２２:ｄＶE部）(2)
同じくワーク加工体積は    ｄＶW＝２ｒｄｓｄｘ  （図２２:ｄＶW部）(3)
消耗率の定義から          ｄＶE＝ρｄＶW                         (4)
したがって、              ｄｓ＝(π／ρ)(ｄｚ／ｄｘ)ｄｒ         (5)
ｒ＝ｒ0でｓ＝０だから     ｓ＝(πＡ／ρ)（ｒ−ｒ0）              (6)
すなわち、対向線は消耗率に反比例し、電極送り勾配に比例する傾きの直線となる。式(5)からｄｓ／ｄｒが一定となるので、溝加工の場合、溝断面形状は台形となり、電極１０先端形状を円錐台と考えてよい。すなわち、底面部１０ｂだけでなく側面部１０ａも平面と考えて差し支えないことになる。なお、加工深さｈは式(6)にｒ＝Ｒ0を代入してｈ＝πＡ（Ｒ0−ｒ0）／ρとなる。
【０００８】
次に、先に述べた底平面拡大加工について、図を用いて考察する。図２３は底平面拡大加工を行う電極軌道を示す説明図、図２４は底平面拡大加工における電極とワークのｙｚ平面への投影図である。簡単のため、ここでは電極１０の内径は外径の半分とし、電極軌道１００の間隔を電極１０の内径と等しく設定する。前述の結果によれば、１回目の溝加工を行った後の斜面は平面であるので、その傾きをｃとする。電極１０およびワーク２０のｙｚ平面投影図は図２４のようになるので、先ほどと同様に考えれば、
0003644096.tif 000002
上記方程式を解析的に解くことは難しく、新たに形成される側面部は一般に初等関数では容易に表せない曲面となる。さらにこの複雑な側面部に対して再度加工を行う場合を考慮すると、加工する毎にますます複雑な形状の側面部となることが予想される。なお、上記では電極１０の内径と電極軌道１００の間隔とを一致させたが、どのような軌道間隔で底平面拡大加工しても、側面部が容易に表現できない事情は同じである。
【０００９】
一般に、電極１０の内径以下の間隔で電極１０を走査して底平面を広げる底平面拡大加工は、電極１０の先端部の定常消耗形状が単純にならないので、加工量や消耗量を正確に計算できない。さらに、加工回数を重ねる毎に、側面部の形状はどんどん変化してしまう。したがって、円錐台電極１０を用いたシミュレーションとの間に誤差を生じ、加工精度が満足されない問題がある。
また、円筒電極以外の電極には適用が困難である。
【００１０】
また、従来の単純電極放電加工は、上記以外にも問題がある。以下に、図を用いて第２の問題について説明する。図２５は電極軌道折り返し時に発生する未加工部分を説明する説明図である。図２５に示すように、実際の平面加工では加工経路に折り返し点が生じる。折り返し部分の外側（未加工部分２０ｃ）は加工されないという問題があった。
【００１１】
さらに、第３の問題について説明する。図１６を用いて既に説明したように、実際の加工では電極１０が定常消耗状態となる前に過渡消耗状態が存在する。図１６から分かるように、過渡消耗状態部分では底面部が所望の深さまで加工されないため、やはり未加工部分が発生し、加工量の見積もりに誤差を生じるので、加工精度が低下する問題があった。
【００１２】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、実用上十分な加工精度が得られる単純電極放電加工方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１にかかる放電加工方法は、円環の外径以上の間隔で電極を走査して加工を行う第１工程と、該工程において隣接する電極軌道間に形成された加工残部を第１工程の電極軌道の中間を走査する第２の電極軌道で加工する第２工程とを施すものである。
【００１４】
本発明の請求項２にかかる放電加工方法は、請求項１記載の方法において、第１工程で使用する電極のなす円環の内半径をｒ1、隣り合う電極軌道の間隔をｄとした場合、第２工程においては、内半径ｒ2≧ｄ／２−ｒ1を満たす円環をなす電極を使用するものである。
【００１５】
本発明の請求項３にかかる放電加工方法は、請求項１記載の方法において、第１工程で使用する電極を円筒形状とし、その内半径をｒ1、外半径をＲ1、第１工程での体積消耗率をρ1、電極送り勾配をＡ1、隣り合う電極軌道の間隔をｄとし、第２工程で使用する電極を円筒形状とし、その内半径をｒ2、外半径をＲ2、体積消耗率をρ2とした場合、第２工程においては電極送り勾配Ａ2＝｛（ｄ−Ｒ1−ｒ1）（Ｒ1−ｒ1）ρ2Ａ1｝／｛（Ｒ2＋ｒ2）（Ｒ2−ｒ2）ρ1｝とするものである。
【００１６】
本発明の請求項４にかかる放電加工方法は、請求項１記載の方法において、第１工程で使用する電極の加工面において、回転中心からの距離ｒにおける円周方向の長さをＥ(ｒ)とし、第１工程での体積消耗率をρ1、電極送り勾配をＡ1とし、側面形状をｓ(ｒ)とした場合、ｄｓ／ｄｒ＝（Ａ1／２ρ1）（Ｅ(ｒ)／ｒ）によりｓ(ｒ)を求め、該ｓ(ｒ)にもとづいて第２工程の電極送り勾配Ａ2を決定するものである。
【００１７】
本発明の請求項５にかかる放電加工方法は、請求項１記載の方法において、第１工程においては内径が外径の１／２以上の円環をなす電極を用い、第２工程においては、第１工程で使用した電極よりも内径および外径が小さい円環をなす電極を用いるものである。
【００１８】
本発明の請求項６にかかる放電加工方法は、加工部の輪郭形状を加工する輪郭加工工程と、該工程で形成された輪郭加工部において電極軌道を折り返して残部を加工する残部加工工程とを施すものである。
【００１９】
本発明の請求項７にかかる放電加工方法は、被加工物の加工開始点に電極の定常消耗形状に相当する凹部を形成し、定常消耗形状に達した電極を上記凹部に挿入して加工を開始するものである。
【００２０】
本発明の請求項８にかかる放電加工装置は、加工形状設定部、電極／軌道設定部および電極補正送り設定部を有する放電加工制御部並びに放電加工機構部を備え、被加工物を電極加工面の回転包絡面外径以上の間隔で電極を走査して加工を行う第１工程と、該工程において隣接する電極軌道間に形成された加工残部を第１工程の電極軌道の中間を走査する第２の電極軌道で加工する第２工程で加工し、所望の平面加工深さを与える電極補正送り量で上記電極を補正送りするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は円筒電極を用いた場合のこの発明の実施の形態１による放電加工方法を説明する説明図である。図２は第１工程を説明し、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。図３は第１工程後の加工残部と電極内径および外径並びに電極軌道間隔の関係を示す説明図、図４は第２工程を説明する説明図である。図において、１１（１１ａ，１１ｂ）は第１工程で用いられる電極、１２（１２ａ，１２ｂ）は第２工程で用いられる電極、１１ａは第１工程の加工開始時の電極、１１ｂは第１工程の加工終了時の電極、１２ａは第２工程の加工開始時の電極、１２ｂは第２工程の加工終了時の電極、１０１は第１工程の電極軌道、１０２は第２工程の電極軌道、１０３は第１工程と第２工程で電極軌道が重なる部分、２００は加工部、２００ａは三角形状の加工残部、２００ｂは台形状の加工残部である。
【００２２】
次に、動作について説明する。
まず、図１および図２（ａ）に示すように、第１工程として電極１１の外径以上の間隔でワーク２０を溝加工する。すなわち、使用する電極１１の内半径をｒ1、外半径をＲ1とし、隣り合う電極軌道１０１の間隔をｄとすると、ｄ≧２Ｒ1となるような電極軌道１０１にしたがって加工する。この場合、電極定常消耗形状は円錐台となり、側面部１０ａが平面となることは既に述べたとおりである。その結果、加工後の断面形状は図２（ｂ）のようになり、断面が三角形２００ａ（ｄ＝２Ｒ1の場合）もしくは台形２００ｂ（ｄ＞２Ｒ1の場合）の加工残部が生じる。
【００２３】
次に、第２工程として、上記の加工残部２００ａ，ｂを加工する。図３から分かるように、加工残部２００ａ，ｂの最大幅はｄ−２ｒ1となる。したがって、第２工程においてｒ2≧ｄ／２−ｒ1を満たす内半径ｒ2の電極１２を使用すれば、加工残部２００ａ，ｂをすべて底平面に加工するような電極軌道１０２を設定できる。最も簡単には、図４に示すように、隣り合う２本の電極軌道１０１から等距離となるような軌道を選べばよい。この場合、第２工程では側面部は形成されないので対向面形状は重要ではないが、詳しい計算によると第１工程における円錐台ではなく回転楕円形となるようである。
【００２４】
第２工程で形成される底平面を第１工程でのものと同一平面上に形成するためには第２工程での電極１２送り勾配が重要である。第１工程での体積消耗率をρ1、電極１１送り勾配をＡ1とし、第２工程における電極１２の内半径をｒ2、外半径をＲ2、体積消耗率をρ2、電極１２送り勾配をＡ2とすると、
加工深さは      ｈ＝（πＡ1／ρ1）（Ｒ1−ｒ1）                  (11)
加工残部のｙｚ平面投影面積は図３から  Ｓx＝（ｄ−Ｒ1−ｒ1）ｈ   (12)
ｘ軸方向へｄｘ走査した際のワーク加工体積は  ｄＶW＝Ｓxｄｘ      (13)
その間に電極を軸方向へｄｚ送り込むとすると、
電極消耗体積は    ｄＶE＝π（Ｒ22−ｒ22）ｄｚ                 (14)
消耗率の定義から  ｄＶE＝ρ2ｄＶW                             (15)
以上から、
【００２５】
【数１】
0003644096.tif 000003
【００２６】
すなわち、第１工程の｛（ｄ−Ｒ1−ｒ1）（Ｒ1−ｒ1）ρ2｝／｛（Ｒ2＋ｒ2）（Ｒ2−ｒ2）ρ1｝倍の電極送り勾配で第２工程を行えばよい。
例えば、第１工程で使用する電極１１の内径を外径の半分とし、電極軌道１０１の間隔が電極外径に等しい場合は、ｒ1＝Ｒ1／２、ｄ＝２Ｒ1であるからｒ2≧ｒ1となり、第１工程と同じ電極１１を第２工程にも使用できる。この場合、第１工程で隣り合う電極軌道１０１のちょうど中間に第２工程の電極軌道１０２を設定し、第２工程の電極送り勾配をＡ2＝（Ｒ1−ｒ1）Ａ1／（Ｒ1＋ｒ1）＝Ａ1／３とすればよい。（ただし、ここではρ1＝ρ2とした。）
【００２７】
なお、以上では電極１１、１２は円筒形状としたが、必ずしもこれに限るわけではない。すなわち上記の計算を一般化すると以下のことが言える。
いま、図５に示すように、円筒の一部からなる電極１１の加工面が回転して作る包絡面を考えると、その包絡面は円環をなしている。電極１１の断面形状は任意とし、円環の最大半径と最小半径を円筒電極の場合と同様に外半径Ｒ1、内半径ｒ1とする。電極１１の加工面内で回転中心Ｐから距離ｒにある部分の円周方向の長さをＥ(ｒ)とし、円筒電極の場合と同様に考えると、
微小部分の電極消耗体積は          ｄＶE＝Ｅ(ｒ)ｄｒｄｚ            (17)
同じくワーク加工体積は            ｄＶW＝２ｒｄｓｄｘ              (18)
第１工程の体積消耗率ρ1および電極送り勾配Ａ1を用いれば、
ｄｓ／ｄｒ＝（Ａ1／２ρ1）（Ｅ(ｒ)／ｒ） (19)
なる関係を得る。例えば図６のような電極１１の断面内で点Ｐから距離ｒにある部分の長さＥ(ｒ)が一定（Ｗとする）である電極１１の場合、Ｅ(ｒ)＝Ｗ（定数）であるから、
ｄｓ／ｄｒ＝Ａ1Ｗ／２ρ1ｒ               (20)
となり、ｒ＝ｒ1でｓ＝０を考慮すれば、
ｓ(ｒ)＝（Ａ1Ｗ／２ρ1）ｌｏｇ（ｒ／ｒ1）(21)
を得る。
また、円筒電極を円筒の中心軸回りに回転させた場合には、円環の最小半径は電極の内半径、最大半径は電極の外半径となり、Ｅ(ｒ)＝２πｒであるから、式(6)と同じ結果が得られる。
以上のようにして側面部形状ｓ(ｒ)を求めれば、加工残部のｙｚ平面投影面積Ｓｘは積分などにより容易に計算できる。例えば図７のような場合、
【００２８】
【数２】
0003644096.tif 000004
【００２９】
を計算すればよい。したがって、円筒電極の場合の式(13)の代わりに式(22)を用い、同様にして、第２工程における電極１２の送り勾配Ａ2も容易に計算できる。  また、上記側面部形状ｓ(ｒ)を解析的に求めることができなくても、式(19)から数値計算などによって積分を実行し、Ｓｘを求めることもできる。
以上のように、式(19)を用いれば、電極の断面形状Ｅ(ｒ)から側面部形状ｓ(ｒ)や電極１２の送り勾配Ａ2を容易に計算できることが分かる。
【００３０】
以上のように、本実施の形態では、加工残部の体積を評価しやすい第１工程と、第１工程により残された加工残部２００ａ，ｂを電極１２の第２工程の電極軌道１０２を利用した底平面加工により加工する第２工程に分けて加工することにより、電極１１，１２の消耗を正確に補正して高精度加工を実現する。
【００３１】
なお、上記実施の形態においては放電ギャップをゼロとしたが、実際には若干の放電ギャップが存在するため、電極定常消耗形状は上記とは幾分異なった形となる。また、電極消耗率はすべての電極１１，１２で一定としたが、詳細にみると電極角部など、部位によって電極消耗率が異なる場合も考えられ、この場合も電極定常消耗形状は上記とは異なった形となる。このように、上記実施の形態で示した数式が当てはまらない場合は数多くある。しかし、いずれの場合においても数式からのずれは小さく、溝加工実験等から電極定常消耗形状を求めることは容易であり、実験により求めた定常消耗形状をもとに第２工程の電極送り勾配を計算し、第１および第２工程を実施すれば上記実施の形態と同様の効果が得られる。したがって、上記実施の形態に示した数式が当てはまらない場合についても本発明は適用でき、上記実施の形態の場合と同様の効果を奏することはいうまでもない。
また、上記実施の形態においては第１工程において隣り合う２つの電極軌道１００間に形成された一つの加工残部２００ａまたは２００ｂを第２工程において加工したが、十分大きな内径を持つ電極１２を用いて３つ以上の電極軌道１０１間に形成された複数の加工残部を一度に加工してもよい。
また、上記実施の形態においては全加工部分について第１工程を実施した後に第２工程を実施するかのように記述しているが、加工部分を複数に分割し、それぞれの加工部分について第１工程および第２工程を実施するように構成してもよいことは言うまでもない。
また、上記実施の形態においては第１工程において電極軌道１０１は互いに全く重ならない（ｄ≧２Ｒ0）こととしたが、実質的に精度に影響の無い範囲で若干重なることは差し支えない。実験によれば、重なる幅がおおむね電極直径の１０分の１以下であれば重なっても差し支えないようである。
【００３２】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による放電加工方法を図を用いて説明する。図８は第１工程で形成された溝と第２工程で使用する電極の関係を説明する断面図である。図において、２０１は第１工程で形成された溝である。
【００３３】
動作については円筒電極を用いた場合の上記実施の形態１と同様である。ただし、本実施の形態では、第１工程において内径が外径の１／２以上の電極１１を用い、第２工程において第１工程で使用した電極１１よりも内径および外径の小さな電極１２を使用する。
加工残部の最大幅はｄ−２ｒ1であるから、内径が外径の１／２以上の電極１１の場合、軌道間隔ｄを電極外径２Ｒ1とするなどの方法を用いることにより、第１工程において形成される加工残部の最大幅を、使用した電極１１の内径２ｒ1よりも小さくすることができる。したがって、第２工程において使用する電極１２の内径を、第１工程における電極１１内径よりも小さくしても加工残部をすべて加工することができる。また、第２工程における電極外径を、第１工程における電極外径よりも小さくすることは容易である。図８から明らかなように、このような電極を用いれば、第１工程において形成された加工溝２０１内を第２工程において電極１２が走行しても、側面部２０ａや底面部２０ｂが新たに加工されることはない。
したがって、図１に示したような、第２工程において電極軌道１０２が第１工程における軌道１０１と重なる部分１０３に対しても、側面部２０ａが加工されないので電極１２の形が崩れないため、高精度の加工を実現できる。
なお、上記実施の形態においては説明を分かりやすくするために円筒電極を用いたが、電極形状が円筒に限らないことは実施の形態１の場合と同様である。
【００３４】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による放電加工方法を図を用いて説明する。図９は加工部と非加工部を説明する斜視図、図１０は輪郭加工工程を説明する説明図、図１１は残部加工工程を説明する説明図、図１２は他の輪郭加工工程を説明する説明図である。図において、２０１は１回目加工部すなわち輪郭加工工程で形成される輪郭形状の輪郭加工部、２０２は２回目加工部すなわち残部加工工程で加工されるべき残りの加工残部、２０３は非加工部である。
【００３５】
次に動作について説明する。
通常の加工では、図９に示すように加工を行う部分２００（加工部）のほかに、ポケット外形部や島残し部分の形状など、加工を行わない部分２０３（非加工部）が存在する。本実施の形態では、まず、図１０に示すように、加工部２００のうち非加工部２０３と境界を接している部分（すなわち、加工部の輪郭形状部分２０１）を溝加工する（輪郭加工工程）。次に、図１１に示すように、既に加工された輪郭加工部２０１において電極軌道１０２を曲げて折り返しながら、残りの加工残部２０２を加工する（残部加工工程）。
【００３６】
以上のように、従来の方法では加工残しが発生する電極軌道１００の屈曲折り返し部分について、本実施の形態ではあらかじめ加工を終了させているので加工残しが発生せず、高精度の加工が実現できる。
【００３７】
なお、上記実施の形態では複数の輪郭形状部２０１が存在する場合、それぞれを独立に加工したが、この場合にはそれぞれの輪郭形状部２０１を加工する度に過渡消耗状態が発生する。そこで、図１２に示すように複数の輪郭形状部２０１を相互に連結すれば、過渡消耗状態は加工開始時のみしか発生しないのでさらに高精度な加工が実現でき、より望ましい。
【００３８】
なお、この実施の形態は単独で適用できるのは勿論のこと、上記実施の形態１や２と組み合わせて用いてもよく、より高精度な加工が可能となる。
【００３９】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４による放電加工方法を図を用いて説明する。図１３は加工開始点における定常消耗形状凹部の形成方法を説明する斜視図、図１４は該加工開始点における凹部を利用した単純電極放電加工方法を説明する斜視図である。図において、１３は先端を円筒電極１０の定常消耗形状と同じ円錐台に整形された中実丸棒電極、２０４はワーク２０の加工開始点に形成された電極１０の定常消耗形状に相当する凹部である。
【００４０】
次に動作について説明する。
まず、使用する円筒電極１０と同じ外径を持つ中実丸棒電極１３の先端を、円筒電極１０の定常消耗形状と同じ円錐台に整形する。具体的には、円錐台の高さを加工深さと等しく、先端部を円筒電極１０の内径と等しく整形すればよい。整形は、切削や研削、放電加工などで容易に実現できる。また円筒電極１０の場合と同様に、丸棒電極１３を用いて平板ワーク２０に溝加工を行い、過渡消耗状態中の、加工先端部の長さが円筒電極１０の定常消耗状態と等しくなった時点で加工を中止することによっても、目的の先端形状を得ることができる。
また、使用する円筒電極１０は先端を定常消耗形状に整形しておく。整形は、切削や研削、放電加工などで容易に実現できる。また、別に用意したワーク２０に対して同じ加工条件で消耗形状が定常状態になるまで捨て加工を行うことによっても目的の先端形状に整形できる。
次に、図１３に示すように、整形した中実丸棒電極１３を用いて放電加工し、加工開始点に電極１０の定常消耗形状に相当する円錐台形状の凹部２０４を形成する。この場合、電極１３形状を正確にワーク２０に転写する必要があるので、低電極消耗条件を用いることが望ましい。
その後、図１４に示すように、定常消耗形状の円筒電極１０を加工開始点の円錐台形状凹部２０４に挿入し、単純電極放電加工を行う。
【００４１】
以上のように、上記実施の形態では加工開始時点から定常消耗状態が実現されているので、過渡消耗状態が存在せず、高精度の加工が実現できる。
【００４２】
なお、上記実施の形態では定常消耗形状を円錐台としたが、詳しい計算によると放電ギャップを考慮に入れた場合、若干の補正を要する。したがって、加工開始点に形成する凹部２０４の形状は、後に挿入する円筒電極１０の先端形状と同一であれば、円錐台ではなくてもよいことは言うまでもない。
また、上記実施の形態では中実丸棒の先端を円錐台形状に整形した電極１３を用いて加工開始点を放電加工したが、加工開始点に定常消耗状態形状の凹部２０４が形成されるならばどのような電極を用いてもよく、さらに切削、研削など他の加工法を用いて加工開始点に定常消耗形状凹部２０４を形成してもよい。
また、上記実施の形態においては説明を分かりやすくするために円筒電極を用いたが、電極形状が円筒に限らないことは実施の形態１の場合と同様である。
【００４３】
なお、この実施の形態は単独で適用できるのは勿論のこと、上記実施の形態１〜３の何れかと組み合わせて用いてもよく、より高精度な加工が可能となる。
【００４４】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５による放電加工装置を図を用いて説明する。図１５は本実施の形態による放電加工装置の構成を示すブロック図であり、１は放電加工の工程を制御する放電加工制御部、２は放電加工を行う放電加工機構部である。放電加工制御部１において、１ａはワークの加工形状を設定する加工形状設定部、１ｂは電極の形状、交換手順、電極の走査軌道を設定する電極／軌道設定部、１ｃは電極の走査に伴う消耗を補正する電極補正送り設定部である。これらの設定入力は、手動入力または記憶媒体からの読み出しによって行われる。
【００４５】
次に各部の機能について説明する。加工形状設定部１ａでは、ワーク形状と加工すべき形状を入力して設定する。電極／軌道設定部１ｂでは実施の形態１〜３に基づく走査軌道の形式を選択し、必要なパラメータを入力することにより実行可能な走査軌道と使用可能な電極を提示する。例えば、走査軌道の形式として実施の形態１を選択し、走査軌道幅の概略値を入力すれば、加工形状と整合性を持つ第１加工工程と第２加工工程の走査軌道および使用可能な電極を計算して提示する。軌道計算が不可能な場合は指示入力待ちとなり、オペレータによる追加指示入力または軌道形状の直接入力により軌道を決定する。オペレータは提示または決定された走査軌道および使用電極を確認して設定する。
電極補正送り設定部１ｃでは上記で決定された使用電極および加工形状の加工深さｈに基づいて式(6)から第１加工工程の電極補正送り量Ａ1を算出し、また式(16)から第２加工工程の電極補正送り量Ａ2を算出する。
放電加工制御部１は、上記で決定された軌道、使用電極および電極補正送り量に基づいて放電加工機構部２を制御し、ワークの放電加工を実行する。
【００４６】
なお、実施の形態２、３による走査軌道形式についても上記と同様にオペレータに対して加工条件の設定が支援される。
また、放電加工制御部１の構成は、本発明の放電加工方法に基づく加工条件の設定を支援する構成の一例であり、詳細については変更、修正が可能である。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１にかかる放電加工方法は、回転し、その加工面の包絡面が円環をなす電極を用い、その回転中心軌道を制御して走査することにより被加工物を所望の形状に加工する軌跡制御方式の放電加工方法において、上記円環の外径以上の間隔で電極を走査して加工を行う第１工程と、該工程において隣接する電極軌道間に形成された加工残部を第１工程の電極軌道の中間を走査する第２の電極軌道で加工する第２工程とを施すので、電極消耗量を正確に補正でき、高精度の加工を実現できる。
【００４８】
本発明の請求項２にかかる放電加工方法は、請求項１記載の方法において、第１工程で使用する電極のなす円環の内半径をｒ1、隣り合う電極軌道の間隔をｄとした場合、第２工程においては、ｒ2≧ｄ／２−ｒ1を満たす内半径ｒ2の円環をなす電極を使用するので、第１工程において隣接する電極軌道間に形成された加工残部を確実に電極の底面部で加工でき、高精度の加工を実現できる。
【００４９】
本発明の請求項３にかかる放電加工方法は、請求項１記載の方法において、第１工程で使用する電極を円筒形状とし、その内半径をｒ1、外半径をＲ1、第１工程での体積消耗率をρ1、電極送り勾配をＡ1、隣り合う電極軌道の間隔をｄとし、第２工程で使用する電極を円筒形状とし、その内半径をｒ2、外半径をＲ2、体積消耗率をρ2とした場合、第２工程においては電極送り勾配Ａ2＝｛（ｄ−Ｒ1−ｒ1）（Ｒ1−ｒ1）ρ2Ａ1｝／｛（Ｒ2＋ｒ2）（Ｒ2−ｒ2）ρ1｝とするので、第１工程と第２工程とで同一平面上に底平面を形成できる。
【００５０】
本発明の請求項４にかかる放電加工方法は、請求項１記載の方法において、第１工程で使用する電極の加工面において、回転中心からの距離ｒにおける円周方向の長さをＥ(ｒ)とし、第１工程での体積消耗率をρ1、電極送り勾配をＡ1とし、側面形状をｓ(ｒ)とした場合、ｄｓ／ｄｒ＝（Ａ1／２ρ1）（Ｅ(ｒ)／ｒ）によりｓ(ｒ)を求め、該ｓ(ｒ)にもとづいて第２工程の電極送り勾配Ａ2を決定するので、電極の形状が円筒でない場合にも第１工程と第２工程とで同一平面上に底平面を形成できる。
【００５１】
本発明の請求項５にかかる放電加工方法は、請求項１記載の方法において、第１工程においては内径が外径の１／２以上の円環をなす電極を用い、第２工程においては、第１工程で使用した電極よりも内径および外径が小さい円環をなす電極を用いるので、第１工程と第２工程で電極軌道が一部重なり、第２工程において、第１工程で形成された溝内を電極が通過しても、電極形状が崩されず、高精度の加工を実現できる。
【００５２】
本発明の請求項６にかかる放電加工方法は、加工部の輪郭形状を加工する輪郭加工工程と、該工程で形成された輪郭加工部において電極軌道を折り返して残部を加工する残部加工工程とを施すので、電極軌道の折り返し点においても加工残りを発生せず、高精度の加工を実現できる。
【００５３】
本発明の請求項７にかかる放電加工方法は、被加工物の加工開始点に電極の定常消耗形状に相当する凹部を形成し、定常消耗形状に達した電極を上記凹部に挿入して加工を開始するので、加工開始時点から定常消耗状態が実現されており、電極の過渡消耗状態を経由せずに加工を行うことができ、高精度の加工を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１による放電加工方法を説明する説明図である。
【図２】  実施の形態１に係わる第１工程を説明し、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。
【図３】  第１工程加工後の加工残部と電極内径および外径並びに電極軌道間隔の関係を示す説明図である。
【図４】  実施の形態１に係わる第２工程を説明する説明図である。
【図５】  実施の形態１に係わり円筒形状以外の電極を用いた場合の内半径、外半径等を説明する説明図である。
【図６】  実施の形態１に係わり円筒形状以外の電極の一例を示す説明図である。
【図７】  実施の形態１に係わり円筒形状以外の電極を用いた場合の第１工程加工後の加工残部と電極内半径および外半径並びに電極軌道間隔の関係を示す説明図である。
【図８】  実施の形態２に係わり第１工程で形成された溝と第２工程で使用する電極の関係を説明する要部断面図である。
【図９】  実施の形態３に係わり加工部と非加工部を説明する斜視図である。
【図１０】  実施の形態３に係わり輪郭加工工程を説明する説明図である。
【図１１】  実施の形態３に係わり残部加工工程を説明する説明図である。
【図１２】  実施の形態３に係わり他の輪郭加工工程を説明する説明図である。
【図１３】  実施の形態４に係わり加工開始点における定常消耗形状凹部の形成方法を説明する斜視図である。
【図１４】  実施の形態４に係わり図１３の加工開始点における凹部を利用した単純電極放電加工方法を説明する斜視図である。
【図１５】  実施の形態５による放電加工装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】  単純電極放電加工における電極消耗の過渡状態と定常状態を示す説明図である。
【図１７】  単純電極放電加工による溝加工において形成される側面部と底面部を示す説明図である。
【図１８】  従来の単純電極放電加工における底平面拡大加工の方法を説明する電極軌道の説明図である。
【図１９】  底平面拡大加工における加工体積を説明する説明図である。
【図２０】  考察のために設定した座標軸を示す説明図である。
【図２１】  電極とワークとの対向面積を示す説明図である。
【図２２】  対向面形状を求めるために設定した諸元を示す説明図である。
【図２３】  底平面拡大加工を行う電極軌道を示す説明図である。
【図２４】  底平面拡大加工における電極とワークのｙｚ平面への投影図である。
【図２５】  電極軌道折り返し時に発生する未加工部分を説明する説明図である。
【符号の説明】
１０，１１，１２  円筒電極、  １０ａ  側面部、  １０ｂ  底面部、  １３中実丸棒電極、  １００，１０１，１０２  電極軌道、  ２０  被加工物、  ２０ａ  側面部、  ２０ｂ  底面部、  ２０ｃ  未加工部、  ２００  加工部、２０１  １回目加工部、  ２０２  ２回目加工部、  ２０３  非加工部、  ２０４  凹部。
【図１】
0003644096.tif 000005
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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