(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具電極と被加工物の間に電圧を印加することによって前記被加工物の加工処理を行う放電加工装置において、
前記工具電極を前記被加工物に対して接近させるアプローチ時には、前記工具電極を加工深さ方向と垂直な平面における加工形状パスに沿った方向に移動させるとともに前記工具電極を前記被加工物の加工深さ方向に移動させることによって前記工具電極を前記被加工物の上面に対して斜め送りさせるよう制御し、かつ電気条件に応じて工具電極の斜めアプローチ開始高さ位置を可変設定する工具電極位置制御手段を備えることを特徴とする放電加工装置。
【請求項２】
工具電極と被加工物の間に電圧を印加することによって前記被加工物の加工処理を行う放電加工装置において、
前記工具電極を前記被加工物に対して接近させるアプローチ時には、前記工具電極を加工深さ方向と垂直な平面における加工形状パスに沿った方向に移動させるとともに前記工具電極を前記被加工物の加工深さ方向に移動させることによって前記工具電極を前記被加工物の上面に対して斜め送りさせるよう制御し、かつ加工形状パスに応じて斜めアプローチ時の工具電極の加工深さ方向と垂直な平面方向移動距離を可変設定する工具電極位置制御手段を備えることを特徴とする放電加工装置。
【請求項３】
アプローチ時とアプローチ後とで放電加工の電気条件を個別に設定できることを特徴とする請求項１または２に記載の放電加工装置。
【請求項４】
工具電極と被加工物の間に電圧を印加することによって前記被加工物の加工処理を行う放電加工方法において、
前記工具電極を被加工物に対して接近させるアプローチ時に、前記工具電極を加工深さ方向と垂直な平面における加工形状パスに沿った方向に移動させるとともに前記工具電極を前記被加工物の加工深さ方向に移動させることによって前記工具電極を前記被加工物の上面に対して斜め送りする斜め送り工程を含むとともに、電気条件に応じて工具電極の斜めアプローチ開始高さ位置を可変設定することを特徴とする放電加工方法。
【請求項５】
工具電極と被加工物の間に電圧を印加することによって前記被加工物の加工処理を行う放電加工方法において、
前記工具電極を被加工物に対して接近させるアプローチ時に、前記工具電極を加工深さ方向と垂直な平面における加工形状パスに沿った方向に移動させるとともに前記工具電極を前記被加工物の加工深さ方向に移動させることによって前記工具電極を前記被加工物の上面に対して斜め送りする斜め送り工程を含むとともに、加工形状パスに応じて斜めアプローチ時の工具電極の加工深さ方向と垂直な平面方向移動距離を可変設定することを特徴とする放電加工方法。
【請求項６】
アプローチ時とアプローチ後とで放電加工の電気条件を個別に設定することを特徴とする請求項４または５に記載の放電加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、放電加工装置および放電加工方法に関し、特に、単純形状の工具電極を用いて三次元加工を行う放電加工装置および放電加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、円筒状、円柱状、角柱などの単純形状をした工具電極（加工電極）を用い、数値制御装置により三次元制御を行い、所望の三次元形状加工を行うことができる放電加工装置が知られている。このような放電加工装置では、複雑な三次元形状の総型工具電極を製作する必要がないため、金型製作コストおよび製作時間を改善できる。また、加工に用いる工具電極は、単純形状の工具電極を用いるため、ＣＡＭシステムの構築が容易となり、加工工程の自動化も期待できる。
【０００３】
しかし、このような放電加工装置では、単純形状の工具電極を用いて幅広い面積の加工を行うため、総型工具電極による放電加工と比較して、工具電極の消耗や加工形状の精度が問題となる。
【０００４】
このような問題を解決するために、特開平５−３４５２２８号公報には、工具電極の消耗補正（Ｚ軸補正）制御を行うことによって、高精度な放電加工を行うことが示されている。図８は、そのような放電加工の原理を示している。
【０００５】
図８に示されているように、この放電加工では、円柱状の工具電極１００を回転させながら被加工物Ｗの放電加工面に対して角度（電極斜め送り角度）αで斜めに送ることにより、工具電極１００の輪郭形状および加工深さが変化する位置（ａ）から位置（ｄ）までの過渡状態を経て、工具電極１００の輪郭形状および加工深さが変化しない位置（ｄ）以降で定常状態を作り出すことができる。
【０００６】
この放電加工の場合、工具電極消耗量の大きい加工条件であるならば、位置（ａ）から位置（ｄ）までの過渡状態をほとんど無視することができ、適切な送り角度αで工具電極１００を斜めに送ることによって、加工深さが一定の層状の除去加工を行うことができる。
【０００７】
この放電加工においては、定常状態での加工量と電極消耗量とを考慮することで、厚さ（深さ）Ｅの一層分を除去するための電極斜め送り角度αは、層の厚さＥ、工具電極の半径Ｒ、工具電極の断面積Ｓ、体積消耗率Ｕより、次式のように求めることができる。
【０００８】
すなわち、
ｔａｎ（α）＝Ｒ・Ｅ・Ｕ／Ｓ
である。工具電極１００が円筒形状のものである場合、工具電極の外側半径Ｒ１、内側半径Ｒ２とすると、電極斜め送り角度αは次式により求めることができる。
【０００９】
すなわち、
ｔａｎ（α）＝（Ｒ１−Ｒ２）・Ｅ・Ｕ／Ｓ
＝Ｅ・Ｕ／π（Ｒ１−Ｒ２）
である。従って、上述のような放電加工では、工具電極１００の形状に応じた電極消耗補正のための計算式を幾つか準備しておく必要がある。
【００１０】
特開平５−３４５２２８号公報に開示されている技術では、工具電極１００の長手方向の消耗を補正するための値を計算するためのシミュレータを備え、除去層の厚さＥ、工具電極半径Ｒ、体積消耗比Ｕを与えることにより、放電加工面に対する工具電極１００の送り角度αを計算し、傾斜移動により工具電極１００の長手方向の消耗を補償して加工深さが一定の層状の除去加工を行うようになっている。
【００１１】
この放電加工では、工具電極の長さ方向の消耗補正を斜め方向の送りを行うことにより補正できるため、加工速度が稼げる工具電極消耗領域を利用でき、加工効率を向上できるとしている。
【００１２】
つぎに、図９を参照して加工パスと工具電極の動きの具体例について説明する。図９は被加工物Ｗに星形の２個のポケットＰ１、Ｐ２を加工する場合の電極移動軌跡を示している。はじめに、工具電極１００は、任意のＸＹ座標位置Ａにおいて被加工物Ｗの上面よりＺ軸方向（垂直方向）に距離ａだけ離れた位置にある（図１０参照）。
【００１３】
工具電極１００は、上述の位置によりポケットＰ１の加工開始位置Ｂまで水平移動し、その後にポケットＰ１の加工開始位置Ｂにて被加工物Ｗの上面へ向けて距離ａだけ真下に降下し、この垂直降下によって被加工物Ｗとの間の距離が放電ギャップになると、ポケットＰ１の放電加工を開始する。
【００１４】
この状態で、工具電極１００が星形輪郭状に移動し、工具電極１００が１周して１周分の加工が完了すると、工具電極１００は一つ内側のパスへ移り、これを１周する。工具電極１００が最も内側のパスを１周して一つのポケットＰ１の加工を完了し、工具電極１００が位置Ｃに位置すると、工具電極１００は、図１１（ａ）〜（ｄ）に示されているように、位置Ｃで真上に所定量上昇し、この状態で水平移動してもう一つのポケットＰ２の加工開始位置Ｄまで水平移動し、この加工開始位置Ｄにて被加工物Ｗの上面へ向けて位置Ｃでの上昇分、真下に降下することで、ポケットＰ２の放電加工を開始する。
【００１５】
そして、同様に、工具電極１００が星形輪郭状に移動してポケットＰ２の加工を完了し、加工完了位置Ｅに位置すると、工具電極１００は、距離ａだけ真上に上昇し、水平移動して最初の位置Ａに戻る。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような従来の放電加工では、工具電極１００と被加工物Ｗとの間に放電ギャップを設けるために加工開始位置Ｂ、Ｄにおいて、工具電極１００を被加工物Ｗに対して接近させる動作、すなわちアプローチ動作は、加工開始位置ＢあるいはＤにおいて工具電極１００を被加工物Ｗに対して真下に移動させることにより行われるため、図１０に示されているように、加工開始位置ＢあるいはＤにおいて、定常深さより深い窪みｈができ、加工底面の平面精度が低下すると云う問題点があった。
【００１７】
この発明は、以上のような問題を解決するもので、加工開始位置に定常深さより深い窪みができることを回避し、加工底面の平面精度が高い放電加工を行う放電加工装置および放電加工方法を得ることを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による放電加工装置は、工具電極と被加工物の間に電圧を印加することによって前記被加工物の加工処理を行う放電加工装置において、前記工具電極を前記被加工物に対して接近させるアプローチ時には、前記工具電極を加工深さ方向と垂直な平面における加工形状パスに沿った方向に移動させるとともに前記工具電極を前記被加工物の加工深さ方向に移動させることによって前記工具電極を前記被加工物の上面に対して斜め送りさせるよう制御し、かつ電気条件に応じて工具電極の斜めアプローチ開始高さ位置を可変設定する工具電極位置制御手段を備えるものである。
【００１９】
この発明による放電加工装置では、アプローチ時に工具電極を被加工物の上面に対して斜め送りさせるよう制御し、かつ電気条件に応じて工具電極の斜めアプローチ開始高さ位置を可変設定する工具電極位置制御手段を備えているので、アプローチ時の被加工物の加工底部における加工深さ方向への加工のし過ぎが起こり難くなる。
【００２０】
また、上述の目的を達成するために、この発明による放電加工装置は、工具電極と被加工物の間に電圧を印加することによって前記被加工物の加工処理を行う放電加工装置において、前記工具電極を前記被加工物に対して接近させるアプローチ時には、前記工具電極を加工深さ方向と垂直な平面における加工形状パスに沿った方向に移動させるとともに前記工具電極を前記被加工物の加工深さ方向に移動させることによって前記工具電極を前記被加工物の上面に対して斜め送りさせるよう制御し、かつ加工形状パスに応じて斜めアプローチ時の工具電極の加工深さ方向と垂直な平面方向移動距離を可変設定する工具電極位置制御手段を備えるものである。
【００２１】
この発明による放電加工装置では、アプローチ時に工具電極を被加工物の上面に対して斜め送りさせるよう制御し、かつ加工形状パスに応じて斜めアプローチ時の工具電極の加工深さ方向と垂直な平面方向移動距離を可変設定する工具電極位置制御手段を備えているので、アプローチ時の被加工物の加工底部における加工深さ方向への加工のし過ぎが起こり難くなる。
【００２２】
つぎの発明による放電加工装置は、アプローチ時とアプローチ後とで放電加工の電気条件を個別に設定できるものである。
【００２３】
この発明による放電加工装置では、アプローチ時とアプローチ後とで放電加工の電気条件が個別に最適設定される。
【００２４】
また、上述の目的を達成するために、この発明による放電加工方法は、工具電極と被加工物の間に電圧を印加することによって前記被加工物の加工処理を行う放電加工方法において、前記工具電極を被加工物に対して接近させるアプローチ時に、前記工具電極を加工深さ方向と垂直な平面における加工形状パスに沿った方向に移動させるとともに前記工具電極を前記被加工物の加工深さ方向に移動させることによって前記工具電極を前記被加工物の上面に対して斜め送りする斜め送り工程を含むとともに、電気条件に応じて工具電極の斜めアプローチ開始高さ位置を可変設定するものである。
【００２５】
この発明による放電加工方法では、アプローチ時に工具電極を被加工物の上面に対して斜め送りする斜め送り工程を含むとともに、電気条件に応じて工具電極の斜めアプローチ開始高さ位置を可変設定するので、被加工物の加工底部における加工深さ方向への加工のし過ぎが起こり難くなる。
【００２６】
また、上述の目的を達成するために、この発明による放電加工方法は、工具電極と被加工物の間に電圧を印加することによって前記被加工物の加工処理を行う放電加工方法において、前記工具電極を被加工物に対して接近させるアプローチ時に、前記工具電極を加工深さ方向と垂直な平面における加工形状パスに沿った方向に移動させるとともに前記工具電極を前記被加工物の加工深さ方向に移動させることによって前記工具電極を前記被加工物の上面に対して斜め送りする斜め送り工程を含むとともに、加工形状パスに応じて斜めアプローチ時の工具電極の加工深さ方向と垂直な平面方向移動距離を可変設定するものである。
【００２７】
この発明による放電加工方法では、アプローチ時に工具電極を被加工物の上面に対して斜め送りする斜め送り工程を含むとともに、加工形状パスに応じて斜めアプローチ時の工具電極の加工深さ方向と垂直な平面方向移動距離を可変設定するので、被加工物の加工底部における加工深さ方向への加工のし過ぎが起こり難くなる。
【００２８】
つぎの発明による放電加工方法は、アプローチ時とアプローチ後とで放電加工の電気条件を個別に設定できるものである。
【００２９】
この発明による放電加工方法では、アプローチ時とアプローチ後とで放電加工の電気条件が個別に最適設定される。
【００３０】
【実施の形態】
（実施の形態１）
以下に添付の図を参照してこの発明に係る放電加工装置および放電加工方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００３１】
図１はこの発明による放電加工装置の実施の形態１を示している。放電加工装置は、中空円筒状の工具電極１と、工具電極１を中心軸線周りに回転させる電極回転装置２と、ワークテーブル３上において内部に加工液４を蓄えて被加工物Ｗを配置される加工槽５と、工具電極１と被加工物Ｗとを相対的にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動させるための軸駆動手段６、７、８と、工具電極１と被加工物Ｗの間に電圧を印加するための加工用電源９と、加工液４を循環させる加工液供給装置１０と、加工形状データやその他の加工パラメータに基づいて工具電極１を移動させるための指令と加工用電源９の電気条件を設定するための指令とを出力するＮＣ装置１１とを有している。
【００３２】
図２に示されているように、ＮＣ装置１１は、加工条件記憶手段１２と、工具電極位置制御手段１３と、電気条件制御手段１４とを有している。
【００３３】
加工条件記憶手段１２は、加工形状を得るための加工形状パス、アプローチ時の工具電極平面方向移動、ここではＸＹ軸方向に対する電極軸線方向（Ｚ軸方向）の送り量、アプローチ後の工具電極平面方向（ＸＹ軸方向）移動に対する電極軸線方向（Ｚ軸方向）送り量の各データを記憶しているものであり、より具体的には、加工形状パス格納部１２ａと、アプローチ開始時の工具電極１のＺ軸方向位置に設定するデータ（斜めアプローチ開始高さ）を格納するの斜めアプローチ開始高さ格納部１２ｂと、アプローチ開始時の工具電極１のＸＹ軸方向の移動距離（斜めアプローチＸＹ移動量）のデータを格納する斜めアプローチＸＹ移動量格納部１２ｃと、加工条件テーブル部１２ｄと、アプローチ後の工具電極１のＸＹ軸方向移動に対するＺ軸方向送り量である各加工条件毎のＺ軸補正量を格納するＺ軸補正量格納部１２ｅとを有している。
【００３４】
加工条件記憶手段１２は、斜めアプローチ開始高さを設定するパラメータと、斜めアプローチＸＹ移動量を設定するパラメータとをそれぞれ、予め複数種類有しているか、あるいはこれらパラメータを書換可能に記憶することができる。
【００３５】
工具電極位置制御手段１３は、加工条件記憶手段１２に記憶された加工形状パス、と、アプローチ時あるいはアプローチ後の工具電極１のＸＹ軸方向に対するＺ軸方向）の送り量のデータに基づいて工具電極１の位置制御を行う。
【００３６】
工具電極位置制御手段１３は、アプローチ時には、加工条件記憶手段１２より読み出されたアプローチ開始時の工具電極１のＺ軸方向位置のパラメータに応じてアプローチ開始時の工具電極１のＺ軸方向位置を可変設定し、また加工条件記憶手段１２より読み出されたアプローチ時の工具電極１のＸＹ軸方向の移動距離のパラメータに応じてアプローチ時の工具電極１のＸＹ軸方向の移動距離を可変設定する。
【００３７】
これにより、工具電極位置制御手段１３は、斜めアプローチ開始高さ格納部１２ｂより与えられる斜めアプローチ開始高さと、斜めアプローチＸＹ移動量格納部１２ｃより与えられる斜めアプローチＸＹ移動量とを加えた加工形状パスと、加工条件テーブル部１２ｄおよびＺ軸補正量格納部１２ｅより与えられるＺ軸補正量により、加工パス１周分の工具電極１の各軸指令を発生し、アプローチ時には、工具電極１を加工形状パスに応じてＸＹ軸方向に移動させつつ被加工物Ｗに接近させる斜め送りを行い、工具電極１と被加工物Ｗとの間に所定の放電ギャップを画定する。
【００３８】
電気条件制御手段１４は、アプローチ時とアプローチ後とで放電加工の電気条件を個別に設定する指令を加工用電源９に対して出力する。
【００３９】
つぎに、上述のような構成による放電加工装置を用いて行う単純パイプ電極による放電加工における工具電極の被加工物へのアプローチ動作について説明する。
【００４０】
図３において、工具電極１は、初期状態として被加工物Ｗの上面よりＺ軸方向に距離ａだけ離れた位置Ｆにあり、アプローチ開始により、被加工物Ｗの上面よりＺ軸方向に距離ｈだけ離れた位置Ｇ、即ち、斜めアプローチ開始高さ位置ＧまでＺ軸方向に垂直降下する。
【００４１】
斜めアプローチ開始高さ位置Ｇまで降下すると、工具電極１は、加工パス経路に沿ってＸＹ軸方向に斜めアプローチＸＹ移動量ｄを移動しつつＺ軸方向に降下し、被加工物Ｗの上面に接近した位置Ｈに到達する。これにより工具電極１は、斜めアプローチ開始高さ位置Ｇより位置Ｈまでは被加工物Ｗに対して斜めに降下移動する。
【００４２】
これにより、図４に示されているように、加工底部に窪み（段差）が形成されることが回避される。
【００４３】
位置Ｈからは、アプローチ後の位置制御として、工具電極１は、Ｚ軸補正量を与えられながら加工パス上を移動し、加工パスを１周して位置Ｉに戻っている。
【００４４】
ここで、位置Ｉと位置Ｈとの間には、図４に示されているように、斜めアプローチによって加工面に傾斜部ｂが生じているから、位置Ｉまで移動した工具電極１は、その後、更に位置Ｈまで移動し、１回の輪郭形状パス加工を終了する。
【００４５】
実施の形態として、外径０．５ｍｍのパイプ状電極を用いて斜めアプローチ開始高さ０．０１５ｍｍ、斜めアプローチＸＹ移動量２ｍｍとして斜めアプローチを行った結果、従来の垂直アプローチの場合には、１０μｍ程度の深さの窪みができるのに対して、斜めアプローチでは、深さが２μｍ以下の無視できる段差しか形成されなかった。
【００４６】
電極アプローチ位置付近では、加工面に窪みが生じ易いから、図５に示されているように、アプローチにおける電極降下中（位置Ｆから位置Ｈの区間）における放電の電気条件を、電気条件制御手段１４によって、アプローチ後の通常加工時の電気条件２より弱い電気条件１に切替設定することができる。
【００４７】
これにより、電極降下によって被加工物の深さ方向への過剰加工、換言すれば加工底面に窪み（段差）が発生することが、より一層、確実に低減する。
【００４８】
また、図６に示されているように、電気条件に応じて斜めアプローチ開始高さ位置を、被加工物Ｗの上面よりＺ軸方向に距離ｈ’だけ離れた位置Ｇ’に変更することができる。
【００４９】
このことによっても、電極降下による被加工物の深さ方向への過剰加工によって加工底面に窪み（段差）が発生することが、より一層、確実に低減する。
【００５０】
なお、斜めアプローチ開始高さ位置Ｇ、Ｇ’を決定する距離ｈ、ｈ’は、電気条件により決まる放電ギャップ値と同程度に設定されればよく、これにより区間ｄで、はじめて放電が起きるようになる。
【００５１】
また、図７に示されているように、加工パスなどに応じて、斜めアプローチＸＹ移動量を、ｄより少ないｄ’に変更することもでき、工具電極１の定常加工開始位置を、ＨからＨ’に変更することができる。
【００５２】
これにより、使用電極径に対して微少な形状の加工の場合も、適正な斜めアプローチが行われ得るようになる。
【００５３】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による放電加工装置及び放電加工方法によれば、加工底面部の段差を減らすことができ、加工底面の平面精度が高い放電加工が行われるようになる。
【００５４】
つぎの発明による放電加工装置及び放電加工方法によれば、加工パスが短い場合でも適正な斜めアプローチを行うことができ、加工底面の平面精度が高い放電加工が行われるようになる。
【００５５】
つぎの発明による放電加工装置及び放電加工方法によれば、アプローチ時とアプローチ後とで放電加工の電気条件が個別に最適設定されるから、加工底面部の段差を更に減らすことができ、加工底面の平面精度がより一層、高い放電加工が行われるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明による放電加工装置の実施の形態１を示す概略構成を示すブロック図である。
【図２】  この発明による放電加工装置のＮＣ装置の概要を示すブロック図である。
【図３】  この発明による放電加工方法における電極アプローチの一つの動作例を示す説明図である。
【図４】  この発明による放電加工方法における電極アプローチの一つの動作例を示す説明図である。
【図５】  この発明による放電加工方法における電極アプローチの他の動作例を示す説明図である。
【図６】  この発明による放電加工方法における電極アプローチの他の動作例を示す説明図である。
【図７】  この発明による放電加工方法における電極アプローチの他の動作例を示す説明図である。
【図８】  （ａ）〜（ｅ）は電極消耗補正制御を用いた単純工具電極による加工要領を示す説明図である。
【図９】  加工パスと工具電極の動きの具体例を示す平面図である。
【図１０】  従来における電極アプローチ動作を示す説明図である。
【図１１】  （ａ）〜（ｄ）は形状加工時の工具電極の動きを示す説明図である。
【符号の説明】
１  工具電極，２  工具電極回転装置，３  ワークテーブル，４  加工液，５  加工槽，６  Ｘ軸駆動手段，７  Ｙ軸駆動手段，８  Ｚ軸駆動手段，９  加工用電源，１０  加工液供給装置，１１  ＮＣ装置，１２  加工条件記憶手段，１３  工具電極位置制御手段，１４  電気条件制御手段。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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