(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極と被加工物との極間に加工電力を供給し、所定の基準平均電圧に前記極間の平均電圧を近づけるように制御を行い、前記被加工物の加工を行う放電加工方法において、
パルス状電圧の立ち上がり時間を計測し、電極面積及び極間の誘電率から演算する極間距離検出手段により求められた加工中の前記極間の距離が、安定な加工が行われている際の極間距離より大きな値であって、加工条件に応じて予め実験的に求めておいた許容値より大きく、かつ、前記極間の平均電圧が所定の基準平均電圧より小さい場合に、前記極間の距離を補正すべくジャンプ制御または加工液を極間に噴射するまたは基準平均電圧を初期設定より小さく変更することを特徴とする放電加工方法。
【請求項２】
電極と被加工物との極間の加工電力を供給して前記被加工物の加工を行う放電加工装置において、
パルス状電圧の立ち上がり時間を計測し、電極面積及び極間の誘電率から演算することで、加工中の前記極間の距離を検出する極間距離検出手段と、
前記極間の平均電圧を検出する極間平均電圧検出手段と、
前記極間の距離を補正すべくジャンプ制御または加工液を極間に噴射するまたは基準平均電圧を初期設定より小さく変更する極間距離補正手段と、
安定な加工が行われている際の極間距離より大きな値であって、加工条件に応じて予め実験的に求めておいた許容値が記憶された許容値テーブルと、
前記極間距離検出手段により検出された極間距離と前記許容値との第１の比較及び前記極間平均電圧検出手段により検出された極間平均電圧と所定の基準平均電圧との第２の比較を行い、前記第１の比較により前記検出された極間距離が前記許容値より大きく、かつ、前記第２の比較により前記検出された極間平均電圧が前記所定の基準平均電圧より小さい場合に、前記極間距離補正手段を起動する極間距離補正起動手段と、
を備えたことを特徴とする放電加工装置。
【請求項３】
許容値テーブルに記憶される許容値は、加工条件に応じて予め定められた実験式による計算値又はこの計算値に所定の係数を掛けた値とすることを特徴とする請求項２に記載の放電加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電極と被加工物との極間に加工電力を供給して被加工物の加工を行う放電加工方法及び装置の改良に関するものである。特に、極間距離を直接計測又は演算により求めることにより、極間距離の制御を行う放電加工方法及び装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の放電加工装置における極間制御は、所定の基準平均電圧を設け、この基準平均電圧に供給電圧の極間平均電圧を近づけるように制御を行うものである。
第６図は、このような従来の極間制御における極間電圧、極間平均電圧及び極間距離の関係を示す説明図であり、第６図の（ａ）は極間電圧を、第６図の（ｂ）は極間平均電圧を、第６図の（ｃ）は極間距離を示している。
極間に加工屑等の加工生成物が蓄積して放電が発生しやすくなった場合（例えば図中の区間Ｔ２に相当）には、極間距離が小さくならなくても第６図の（ｂ）のように極間平均電圧が小さくなるため、第６図の（ｃ）のように極間距離を大きくする方向に制御が行われる。このように極間における加工屑等の加工生成物の蓄積は、加工深さ等の加工精度を低下させる要因となる。
【０００３】
特に粉末混入放電加工においては、加工が安定であるために、極間における加工屑等の加工生成物の増大が放置されたまま加工が進行すると、極間距離が大きくなりすぎ、同一加工条件で加工したとしても、加工深さや側面のクリアランスが大きくばらつくという問題点があった。粉末混入放電加工において、極間における加工屑等の加工生成物の蓄積による極間距離の変動について、例えば極間距離が１５μｍ〜５０μｍ程度となるという報告がある。
【０００４】
極間の加工屑濃度の一例を加工速度の極めて遅い仕上げ加工の場合（電極面積を100ｃｍ２、極間距離を10μｍ、放電電流のピーク値Ｉｐを1Ａ、平均電流値Ｉを0.2Ａとし、被加工物（負極）を鋼、電極（正極）を銅とした場合）について計算する。加工屑Ｗは、実験式であるＷ≒0.0097・Ｉｐ・Ｉ（ｇ／ｍｉｎ）を用いて計算し、極間の加工液の体積をＶ（ｌ）とすれば、１分間加工後の極間の加工屑濃度ＣＯＮは、ＣＯＮ＝Ｗ／Ｖ＝（0.0097×1×0.2）／（100×10×10−７）＝19.4（ｇ／ｌ）となる。
この計算例は、加工速度の極めて遅い仕上げ加工の場合であるにもかかわらず、極間の加工屑濃度が短時間に上昇することを示している。
また、この加工屑濃度ＣＯＮに電極消耗屑及び加工液の分解による炭素生成物が加わるため、実際の濃度は前記計算値ＣＯＮの数倍となる。このような極間における加工屑等の濃度上昇により極間距離が大きくなり、加工精度が低下する。
【０００５】
また、数秒乃至数十秒間に１回の割合で、電極を被加工物に対して急速にジャンプさせて加工屑等の排出と極間の加工液の入れ替えを行う、いわゆる電極のジャンプ動作が行われているが、作業者個々の経験によりジャンプインターバルを決めているため、必要以上の高頻度でジャンプ動作を行う場合にはジャンプ動作中は加工休止となるため加工生産性の低下を招くこととなり、低頻度でジャンプ動作を行う時は加工精度の低下を招くこととなるという問題点があった。
【０００６】
日本国特開平３−２５１３２２号公報には、極間距離を実測する粉末混入加工液による放電加工方法が、日本国特開平４−３５８１１号公報には、パルス状電圧の立ち上がり時間を計測し電極面積及び極間の誘電率等から演算により極間距離を検出する放電加工装置が開示されている。このように検出した極間距離を所定の値に近づけるように制御を行う場合は、例えば、何らかの要因により放電が加工中に不安定になったとしても、極間距離だけによる制御では放電が不安定であるという情報は得られず、結果として、加工精度、特に面性状が低下するという問題点があった。
【発明の開示】
【０００７】
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、加工精度及び加工生産性の向上の両立を図ることができる放電加工方法及び装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る放電加工方法は、電極と被加工物との極間に加工電力を供給し、所定の基準平均電圧に前記極間の平均電圧を近づけるように制御を行い、前記被加工物の加工を行う放電加工方法において、
パルス状電圧の立ち上がり時間を計測し、電極面積及び極間の誘電率から演算する極間距離検出手段により求められた加工中の前記極間の距離が、安定な加工が行われている際の極間距離より大きな値であって、加工条件に応じて予め実験的に求めておいた許容値より大きく、かつ、前記極間の平均電圧が所定の基準平均電圧より小さい場合に、前記極間の距離を補正すべくジャンプ制御または加工液を極間に噴射するまたは基準平均電圧を初期設定より小さく変更することを特徴とするものである。
また、この発明に係る放電加工方法は、前記所定の許容値を加工条件に応じて設定するものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る放電加工方法及び装置は以上のように構成されているので、放電の安定性を保持したまま極間距離を許容精度範囲内で略一定とすることができるため、加工精度の向上を図ることができる。
また、極間距離が許容範囲内にある場合には放電を継続し、極間距離が許容範囲を超え、極間平均電圧が基準平均電圧より小さい場合にのみ極間距離の補正を行い、極間距離の無駄な補正動作がなくなるため、加工時間を短縮することができ、加工生産性の向上が図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
第１図は、この発明の実施の形態１に係る放電加工装置の構成図であり、図において、１は電極、２は被加工物、３は加工電力供給手段、４は直流電源、５はスイッチング素子、６は電流制限抵抗、７は電流制御手段、８は極間距離検出手段、９は電圧立ち上がり検出手段、１０は極間距離演算手段、１１は極間平均電圧検出手段、１２は極間距離補正起動手段、１３は極間距離補正手段、１４は加工軸駆動手段である。被加工物２は図示しない加工槽中に固定されると共に図示しない加工液に浸漬されている。
【００１１】
極間距離検出手段８は電圧立ち上がり検出手段９及び極間距離演算手段１０により構成されており、例えば日本国特開平４−３５８１１号公報に開示された方法と同様に、極間距離検出手段８により極間距離を求めることができる。すなわち、Ｃを極間の静電容量、εを極間の誘電率、Ｓを電極と被加工物の対向面積、Ｇを極間距離、Ｒを加工電力供給手段の抵抗値、Ｅを電源電圧、ｔを電圧印加から電圧Ｖｒまでの立ち上がり時間として、電圧立ち上がり検出手段１３によりｔを検出し、ε、Ｓ、Ｅ、Ｖｒは既知であるため、極間距離演算手段１０により、Ｃ＝ε・（Ｓ／Ｇ）、Ｖｒ＝Ｅ・（１−ｅｘｐ（−（ｔ／ＲＣ）））の関係式を用いた演算を行うことにより極間距離Ｇを求めることができる。
【００１２】
以上のように極間距離検出手段８により検出された極間距離は、極間距離補正起動手段１２へ入力される。
また、極間平均電圧検出手段１１により検出された極間平均電圧は、極間距離補正起動手段１２へ入力される。
極間距離補正起動手段１２へ入力された極間距離が所定の許容値より大きく、極間距離補正起動手段１２へ入力された極間平均電圧が図示しないＮＣ装置又はメモリ等により予め設定されている基準平均電圧より小さい場合に、極間距離補正起動手段１２は極間距離補正手段１３へ起動信号を送る。この起動信号を受けた極間距離補正手段１３により極間距離が補正される。
【００１３】
第２図は、この発明の実施の形態１に係る放電加工装置の動作を説明するタイミングチャートであり、第２図の（ａ）は極間電圧、第２図の（ｂ）は極間平均電圧（極間平均電圧検出手段１１の出力値）、第２図の（ｃ）は極間距離検出値（極間距離検出手段８の出力値）、第２図の（ｄ）は極間距離を示している。
【００１４】
第２図中の区間Ａは、極間距離が大きく、また極間平均電圧も基準平均電圧より大きいため、放電が発生しにくく、効率的に放電を行うためには極間距離が大きすぎる状態である。従って、極間距離を小さくするように制御を行う。
【００１５】
区間Ｂは、極間平均電圧が基準平均電圧程度であり、極間距離も許容値内であるため、加工は安定に行われており、加工進行に対してほぼ均一である適正な極間距離となっている。従って、極間距離を保持するように制御を行う。
【００１６】
区間Ｃは、極間距離は許容値内だが、極間平均電圧が基準平均電圧より小さくなっている。この場合には極間に生成される加工屑等が増加し無負荷状態が短くなり、これが継続すれば、放電集中や短絡現象により加工精度を低下させる要因となる。従って、極間距離を大きくするように制御を行う。
【００１７】
区間Ｄは、さらに加工屑を介した二次放電等により、極間に存在する加工屑の量が増加し、区間Ｃと同様に極間距離を大きくしていった結果、極間距離検出値が許容値を超えてしまった場合（第２図の（ｃ）の区間Ｄ）を示している。
このように極間平均電圧が基準平均電圧より小さく極間距離が許容値より大きい場合に、極間距離補正手段１３により極間距離を放電加工に適正な値に補正する（第２図の（ｄ）のＰ１→Ｐ２）。
【００１８】
極間距離補正手段１３としては、例えば電極１を被加工物２に対して相対的にジャンプさせるジャンプ手段を用いることができる。
極間距離補正手段１３であるジャンプ手段が起動される場合、極間距離は大きく、加工精度の低下を引き起こし、また極間には多くの加工屑が介在するため、放電集中や短絡現象が発生しやすい状態にある。従って、ジャンプ動作により、加工屑の排出や極間内の加工液の入れ換えを行うことで、加工精度を向上するために適正な極間距離を維持し、放電集中や短絡現象等を回避することができる。
【００１９】
以上のように、極間距離が所定の許容値より大きく、かつ、極間平均電圧が基準平均電圧より小さい場合に、極間距離補正手段１３により極間距離を補正することにより、許容しうる精度範囲内で極間距離を一定とすることができる。また、極間距離が許容範囲内にある場合には放電を継続し、極間距離が許容範囲を超え、かつ、極間平均電圧が基準平均電圧より小さい場合にのみジャンプ手段により極間距離の補正を行うため、極間距離の無駄な補正動作がなくなり、加工時間を短縮することができる。従って、加工生産性の向上が図ることができる。
【００２０】
次に、極間距離の許容値の設定方法について説明する。極間距離は、加工条件に依存するため、加工精度を正確に維持するためには、極間距離の許容値を加工条件に応じて変化させる必要がある。
第３図は、放電電流のピーク値Ｉｐ及びパルス幅τｐから極間距離を求める実験式の例を示したものであり、このように放電電流のピーク値Ｉｐ、放電電流のパルス幅τｐ、被加工物の材質、電極の材質及び極性により極間距離が変化するため、極間距離の許容値も変化させる必要がある。
また、粉末混入放電加工の場合においても、極間距離は粉末の種類により大きく変化するため、それに伴い許容値も変化させて設定しなければならない。
加工条件に応じた極間距離の例を実験により予め求めておき、この極間距離により極間距離の許容値を設定することができる。例えば、被加工物が鋼（負極）、電極が銅（正極）である場合には、第３図の最上段の実験式を用いて、この実験式による計算値又はこの実験式による計算値に所定の係数を掛けた値を極間距離の許容値として設定すればよい。
このような場合には、例えば第４図に示すような放電電流のピーク値Ｉｐ及び放電電流のパルス幅τｐの値に応じた極間距離の許容値テーブルを作成しておき、このテーブルにより極間距離の許容値を変更することができる。
【００２１】
電気条件、加工方法及び加工液に混入する粉末の種類等の加工条件に依存する複数の極間距離の許容値テーブルを備えることで、各条件に対し、適正な極間距離を設定することができる。
【００２２】
以上の説明においては、極間距離補正手段１３としてジャンプ手段を用いた場合について説明したが、その他の極間距離補正手段として、加工液を極間に噴射して加工液の入れ換えを行う手段等を用いてもよい。
また、以上の説明においては、電圧立ち上がり検出手段９及び極間距離演算手段１０により構成される極間距離検出手段８により極間距離を求める場合について説明したが、例えば日本国特開平３−２５１３２２号公報に開示されたように、加工中に加工を一旦停止させ、被加工物に付着する加工屑等を排除してから電極と被加工物とを接触させて加工中の極間距離を計測しても良い。
【００２３】
実施の形態２．
第１図は、この発明の実施の形態２に係る放電加工装置の構成図でもあり、図における各符号は実施の形態１における第１図の説明と同様である。また、被加工物２は図示しない加工槽中に固定されると共に図示しない加工液に浸漬されている。
【００２４】
加工が長時間継続した場合、加工槽全体の加工液に対する加工屑濃度の増大、加工液の熱分解により生成された炭素生成物の濃度の増大及び加工液の温度上昇等により、放電が開始しやすい状態に達する。このような状況下において、実施の形態１のように極間距離補正手段１３としてジャンプ手段等を用いて加工屑等の排出を促進したとしても、極間平均電圧は比較的小さくなっており、極間距離は大きくなってしまう。
このような場合は基準平均電圧が極間距離の許容値に対して適合していない。このため、極間距離を適正に保つように極間距離補正手段１３として、基準平均電圧変更手段を用いることが有効である。
【００２５】
第５図は、この発明の実施の形態２に係る放電加工装置の動作を説明するタイミングチャートであり、第５図の（ａ）は極間電圧、第５図の（ｂ）は極間平均電圧、第５図の（ｃ）は極間距離検出値、第５図の（ｄ）は極間距離を示している。
第５図の区間Ａ乃至Ｃは実施の形態１の第２図と同様である。
区間Ｄは、区間Ｃからさらに加工屑を介した二次放電等により、極間に存在する加工屑の量が増加し、区間Ｃと同様に極間距離を大きくしていった結果、極間距離検出値が許容値を超えてしまった場合（第５図の（ｃ）の区間Ｄ）を示している。
このように極間平均電圧が基準平均電圧より小さく極間距離が許容値より大きい場合に、基準平均電圧変更手段により基準平均電圧を初期設定より小さく変更し（第５図の（ｂ）のＰ３→Ｐ４）、極間距離を放電加工に適正な値に補正する。
【００２６】
このように、極間距離補正手段１３として基準平均電圧を初期設定より小さく変更する基準平均電圧変更手段を用い、極間平均電圧が基準平均電圧より小さく極間距離が許容値より大きい場合に基準平均電圧を小さくすることで、この基準平均電圧に極間平均電圧を近づけるように制御が行われ、極間距離が許容値内となるように制御される。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上のように、この発明に係る放電加工方法及び装置は、放電加工作業に用いられるのに適している。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明に係る放電加工装置を示す構成図である。
第２図は、この発明の実施の形態１に係る放電加工装置の動作を説明するタイミングチャートである。
第３図は、放電電流のピーク値Ｉｐ及びパルス幅τｐから極間距離を求める実験式の例を示す図である。
第４図は、放電電流のピーク値Ｉｐ及び放電電流のパルス幅τｐの値に応じた極間距離の許容値テーブルの例を示す図である。
第５図は、この発明の実施の形態２に係る放電加工装置の動作を説明するタイミングチャートである。
第６図は、従来の極間制御における極間電圧、極間平均電圧及び極間距離の関係を示す説明図である。
【図１】
0004160385.tif 000002
【図２】
0004160385.tif 000003
【図３】
0004160385.tif 000004
【図４】
0004160385.tif 000005
【図５】
0004160385.tif 000006
【図６】
0004160385.tif 000007