JPH0453630A - 放電を利用する加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回転する電極を用い、これを母材に対向せし
めると共に、両者間にパルス放電を発生することにより
、例えば、穴明加工とか、溶着被覆加工とか、母材表面
に離散的にに溶着部分を盛り上げ多数の突起を形成する
、所謂、スタッド（ＳＴＵＤ）加工とか、等々の回転電
極による放電を利用して母材を加工する装置の改良に関
する。

〔従来技術及び解決しようとする問題点〕外径が１　ｍ
ｍφ＝以下のパイプ電極を用い、これを１０００〜２０
０Ｏｒｐｍ程度の速度で回転を行わせながら、電極、被
加工体間にパルス放電を発生させ、電極を被加工体内に
送り込み、穿孔加工する細穴放電加工装置は公知である
。

この細穴加工に於いて、加工深さＬと加工穴径りの比Ｌ
／Ｄが１０以上となるような深穴を加工する場合、電極
先端の振れ、加工屑の排除難、加工液の流量低下等によ
って、加工が極めて困難となり、所期の加工深さか得ら
れなかったり、真直度及び直径精度の高い穴が得られな
いという問題があった。

又、この種の加工では、加工間隙にはパイプ電極から加
工液を加圧噴射して供給するが、この噴流供給される加
工液は、放電の発生及び消弧、電極及び被加工体の冷却
、放電間隙における爆発圧力の発生維持、加工間隙に発
生する加工屑及びガスの加工間隙からの排除、更には流
体ベアリングとして回転するバイブ電極の保持等々の作
用をする。

従って、この加工液の供給、供給圧力の制御は安定した
細穴加工を行なうために極めて重要である。

一方放電間隙を一定に維持するため、加工の進行に応じ
て電極に加工送りを与え、電極を次第に被加工体内に深
く進入させるが、従来はこの送り信号を制御するに当た
って、被加工体と電極間の電圧、電流等を検出して、そ
れを基準電圧と比較して加工送り装置を駆動制御するよ
うにしてきた。

然しなから、例えば加工電流密度が約５０００〜７００
０Ａ／ｃｍ’程度以上にも達する高電流密度で加工する
この種細穴加工に於いては、電圧と電流の比が必ずしも
放電間隙に比例するとは限らないから、前記の如き加工
送り制御によっては、被加工体の加工穴に対する電極先
端の相対位置を常に一定に保つことは不可能であった。

又、このように加工間隙か一定に維持できない状態でパ
ルス放電を続けて加工すると、加工穴の側壁が再加工さ
れるなどして加工穴精度が維持できなくなるばかりでな
く、アーク放電が発生して加工速度が低下し加工不能に
なったり、電極異常消耗を起こしたりすることがあり、
特に径が０．３ｍｍφ以下の細穴加工は極めて困難であ
った。

又、回転電極と母材との間隙に放電を行い、電極を母材
上に微小距離ずつ相対移動させながら、電極の微小放電
点の溶解物を母材に溶着させ、母材表面に溶着被覆を形
成するとか、溶着盛上部分を点から点へと断続して離散
的に電極材を点溶接するスタッド加工を行なう場合の、
その相対移動の制御、パルス放電の発生制御か、従来の
ように加工間隙の電圧、電流、インピーダンス等を信号
とした場合には安定した最適制御ができず、したがって
被覆加工、スタッド加工を良好に行なうことが困難であ
った。

〔問題点を解決する手段〕

本発明は上記の欠点を改良するためになされたものであ
って、この目的は、回転する電極を母材に対向せしめ、
両者間に相対的に加工送りを与えると共に、両者間にパ
ルス放電を発生させて母材を加工する装置に於いて、回
転電極のトルクを検出測定する装置を設け、その検出信
号により、回転電極のトルクが一定になるように加工送
りを制御する装置を設けることにより達成される。

上記の問題点は、又、回転電極のトルク検出測定装置の
出カ一定の限界値以下であるときのみ、パルス的放電を
発生させるよう加工電源を制御する装置を設けることに
よっても解決される。

〔作用〕

電極が被加工体に穿たれた細穴の中で加工液の供給介在
のもとて高速回転すると、細い電極先端は加工液の自動
調心作用で芯か出る。これは一種のハイドロリックベア
リングの作用であって、この調心作用により完全に芯が
出た状態で回転しているとき、回転トルクが最小になる
。

従って、この回転電極のトルクを検出測定すれば回転電
極の芯が出ているか否か容易かつ正確に判る。

若し芯が出ていないで、電極先端が加工穴の内壁に接触
したりしているとき、そのまま加工送りを与え放電加工
を続けた場合、加工穴が曲がったり、アーク放電、短絡
等が発生して、加工が進まなくなるが、電極回転トルク
の検出により常に回転センタか出ている状態で加工送り
をし、パルス放電を行わせるようにすれば、常に電極と
母材との間に一定間隙か維持されるから、安定加工かで
き、真円度の高いストレート穴加工をすることかできる
。

又、放電被覆加工、スタッド加工に於いて、回転電極か
溶着層に圧入されるとトルクが急速に上昇するので、こ
のトルクの検出により相対移動を制御することにより常
に一定条件での放電溶着を行わせることかでき、従って
、凹凸の少ない表面精度の良好な被覆加工及びスタッド
加工が可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面により説明する。

第１１ｉ？は、細大放電加工する場合の一実施を示す装
置の構成図であって、図中、ｌは細大穿孔加工用のパイ
プ電極、２は被加工体であり、両者は加工間隙を介して
相対向している。

３は回転スピンドルで、ベアリングにより回転自在に支
持され、その先端に設けられたチャック４によりパイプ
電極ｌを固定する。

５はスピンドル３の回転モータ、６は機械のヘッドに上
下動自在に支持されたラムで、先端にモータ５及びスピ
ンドル３を支持する。

７は送りねじで、ラムの上端に固定したナツト８にねじ
込まれており、サーボモータ９により回転してラム６の
上下移動制御を行なう。

ｌＯは被加工体２を固定支持する加工テーブルで、パイ
プ電極１の中心軸と直角なＸ軸及びＹ軸方向と、更に中
心Ｚ軸の周りに被加工体２を回転させる機構を有する。

１１は、パイプ電極１と被加工体２間に加工パルスを通
電する加工用電源の接続端子であり、通電極性はパイプ
電極を正極、被加工体２を負極とする場合と、これと逆
極性にする場合とがある。

１２は電極、被加工体間の平均電圧を検出する抵抗、１
３は検出信号のＡ／Ｄ変換器で、この信号をアンドゲー
ト１４を通し、再度Ａ／Ｄ変換器１５で変換したアナロ
グ信号を、サーボモータ９に供給して加工送りを与える
。

１６は基準値の設定器で、設定信号をゲート１４に加え
る。

１８は回転モータ５を駆動する駆動電源で、この電源供
給回路にモータ駆動電流を検出する検出抵抗１９を挿入
し、検出信号を増幅器２０により増幅して、比較回路１
５に加え、設定器１６により設定した基準信号と比較す
る。

２１は図示しないポンプから供給される加工液の供給パ
イプで、回転ジヨイント２２を経て回転スピンドル３の
中立通路を通り、チャック４からパイプ電極を経て加工
間隙に加工液の噴射供給を行なう。

細大放電加工は、加工液が噴射するパイプ電極１の先端
を被加工体２の穴明位置に対向させて行う。

加工位置の位置出し制御は、ＸＹテーブルｌＯを制御し
て被加工体２を移動させながら行い、所定位置が出たと
ころで固定し、サーボモータ９の駆動によってパイプ電
極ｌの先端を被加工体２に接近させた状態にし、スイッ
チをオンして端子１１より加工パルスを供給し、放電を
行わせて被加工体２を加工する。

パイプ電極１から噴出する加工液の噴流圧力は、通常少
なくとも１０ｋｇ／ｃｍ”以上とし、この噴流により細
大加工間隙に発生する加工屑を排出しながら加工を進め
、加工の進行に従ってパイプ電極１を加工送りして被加
工体２に形成される細大内に深く侵入させなから加工す
る。

加工中、パイプ電極ｌは回転モータ５によって高速回転
させる。この電極回転によっても加工屑、発生ガス等の
排除効果か増進され安定した深穴加工が行えるようにな
る。

而して、パイプ電極ｌが被加工体２の加工された細大の
中で、高圧噴出される加工液中で高速回転するとき、細
い電極先端は加工液の自動調心作用により自然に芯が出
るようになる。

電極ｌ先端が振れて細い穴壁に触ったり、介在する加工
液により摩擦が増加すれば、そのトルクに比例して、パ
イプ電極１を回転するモータ５に電源１８から供給され
る駆動電流か増加する。

反対に回転による自動調心作用により芯か出たところで
回転する状態になると、回転トルクかが縁少して最も小
さくなり駆動電源回路の電流か最小となる。

従って、抵抗１９により回転モータの駆動電流を測定し
ていれば、回転トルクを検出することかでき、細いパイ
プ電極１が芯で回転しているか否かを判定することかで
きる。

検出信号は、増幅器２０を経て、比較回路１７に供給さ
れ、ここで設定基準値を比較される。

検出トルク信号が増加すると、比較回路１７の出力が状
態０になるよう基準値の設定をしておけば、ゲート１４
が閉じてサーボモータ９による加工送りか中止される。

これと逆に、検出トルク信号か減少すると比較回路１７
の比較出力が状態１となり、このときゲート１４が開い
て、Ａ／Ｄ変換器１５からの信号かサーボモータ９に加
わるようになり、加工送りか与えられる。

そこで今、基準値の設定を調整することによって、細い
パイプ電極１の先端が調心制御されて芯が出た状態で回
転しているときのみ、サーボモータ９による加工送りか
与えられるように設定する。

すると、芯が外れて振れが発生しているときは加工送り
が与えられず、加工がストップするよう制御することか
できる。

従って、このトルク検出による加工送り制御によれば、
常に真直なストレート穴の加工が可能になり、深い細穴
加工を安定して高速度に行なうことができるようになる
。

尚、回転トルクの検出は、回転モータの駆動電流のみに
限らず、圧電材ＴｂＤｙＦｅのトルク歪センサによる測
定や、トルクモータによる回転速度の変化を検出する方
法その他の従来の公知のトルク検出方法が任意に利用で
きるものである。

又、設定器１６による基準値の設定は、加工液粘性等に
対応して変更設定できるようにしたり、加工送りは定速
送りとしておいてトルク検出により加工送りを断続させ
るようにしたりしてもよい。

又以上は加工送りの制御について説明したが、トルク変
化を検出して、回転トルクが一定値以下の範囲にあると
きのみ加工パルスを供給して加工するように構成しても
よく、そのような装置によっても、常にストレート穴の
加工ができるようになる。

又、加工送りの制御と加工パルスの供給制御とを同時に
制御するようにすれば、加工精度は更に向上し、より安
定した高速度の加工をすることができる。

第２図は、放電を利用したマイクロ溶着により被覆加工
する場合の実施例を示す略図であり、図中、２３は被加
工体であり、ＸＹ軸駆動制御のＮＣテーブル２４上に取
付は固定される。

２５は被覆材チップ電極で、回転スピンドル２６の先端
に取り付けられ、母材２３の表面上を相対移動しながら
、その表面を被覆加工する。

３３はスピンドル２６の回転モータ、２８は放電用パル
ス電源で、通電子２７を通して、チップ電極２５と被加
工体２３に接続して両者間に通電する。

２９はＮＣ制御装置で、テーブル駆動用のＸ軸モータ３
０及びＹ軸モータ３１に、ＮＣ駆動信号を供給して被加
工体２３の位置を制御する。

３２は回転スピンドル２６の支持部分に於いて、回転ト
ルクを検出する電歪材を用いたトルクセンサで、検出信
号をＮＣ制御装置２９にフィードバックして相対移動の
制御をし、かつ、パルス電源２８に信号を加えて間隙へ
の加工パルスの供給を制御する。

以上の装置による被覆加工は、回転するチップ電極２５
を被覆加工母材２３に軽圧接触し、この回転接触状態の
電極、母材間に電源２８よりパルス状に通電してパルス
放電を繰り返し発生させ、放電による熱と電界の作用に
より電極材の微小部分を溶融し、その溶融部分を母材２
３に溶着させる。

チップ電極２５は高速で回転しており、放電点を移動し
ながらパルス放電により溶着被覆を繰り返すと共に、溶
着面を摩擦し、平滑化する。

放電によって、電極２５と母材２３の放電点は同時に溶
融し、放電痕の山の部分で溶着を起こすか、電極２５は
母材２３に対して小チツプ状として熱容量を充分小さく
形成しているので、電極材が母材に転移溶着するように
なり、放電点か移動し母材２３の相対移動によって、加
工面全面に電極材の被覆層を形成することかできる。

チップ電極２５には、回転の外に上下の振動を加え放電
溶融部分の振動引き離しを行いながら溶着被覆をするこ
とも推奨され、又、パルス放電を繰り返しながらこのよ
うな操作を積み重ねることによって所要の肉盛被覆を形
成することも可能である。

このような放電被覆加工に於いては、電極材に超硬合金
を泪いることによって、母材に超硬被覆を形成し、硬化
処理することができ、これにより耐磨耗面を形成するこ
とができる。

被覆層の厚さは最大０．３ｍｍ程度とすることかできる
か、実用的には０．０５１１１Ｉｎ程度で足りる。被覆
面積１ａｌを約１分間加工すれば、大体０．０５ｍｍ厚
さの被覆か得られる。

電極と被覆加工体母材との間の放電によって溶着した部
分かまだ冷却されない間に、回転電極がその溶着層に圧
入されると、回転トルクか増大変化する。

このように溶着被覆層内に強く圧入された状態で加工す
ると被覆された溶着層は大きく深い痕跡を残すことにな
り、被覆表面か凹凸して面粗さの荒い、精度の悪い被覆
層しか得られないが、電極２５の回転トルクを常にセン
サ３２により検出し、この検出信号をＮＣ制御装置２９
にフィードバックしてＮＣ相対移動制制御行なうように
しているため、回転トルクが増大するときは電極２５の
位置を変更制御することができ、これにより電極を順次
円滑に連続して移動させながら加工することができるよ
うになり、被覆加工が常に一定の回転トルクで行なわれ
るようになり、これにより表面粗さの小さい、精度の高
い被覆層が得られるようになる。

又、トルクの検出信号は、加工用電源２８にも供給され
、トルク信号が一定値以下のときのみ電極、母材間へ加
工パルスの供給を行なうよう制御すれば、更にパルス放
電の発生及びそれによる溶着被覆加工か安定して常に一
定条件に於いて行なわれるようになり、これにより極め
て良好な被覆層が得られるようになる。

この放電被覆加工は、母材表面に一様に均一な溶着層を
形成する方法であるか、電極と母材との相対移動を断続
して離散的な肉盛加工をするスタッド加工の場合は、−
個所で次々にパルス放電を繰り返して突部を高く盛り上
げる加工法であるから、特に放電電圧を信号として用い
ることは困難である。

然しなから、電極を溶着層に押し込めば回転トルクが増
加するようになるので、電極の回転トルクを検出し、検
出トルクを信号として電極の送りを制御することにより
、常に一定トルク以下での溶着加工をすることができ安
定したスタッド加工を行なうことを得るようになる。

勿論このスタッド加工の場合にも、トルク検出により加
工用電源を断続制御して加工する用構成することかでき
、これにより更に精密な加工が可能となる。

尚、加工送りの制御、サーボ送り、加工パルスの制御等
は、検出したトルク信号をあいまい入力としてファジィ
推論して制御することかでき、予め実験して実測した値
を入力し、ファジィルールやメンバーシップ関数として
メモリに書込み、この記憶したメンバーシップ関数ヲ用
いてファジィ推論を実行し、送り等の制御を行わせれば
、従来の熟練オペレータの勘や経験によるところと同様
な制御ができ、安定した良好な加工ができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は回転電極を用いて母材と
の間に放電を発生して加工する細穴放電加工、放電被覆
加工、スタッド加工等に於いて、その回転電極のトルク
を検出測定し、この検出信号によって回転電極のトルク
か一定以下になるように、電極と母材間の相対加工送り
を制御するようにしたものであるから、細穴放電加工の
場合には、常に回転電極か芯か出た状態で送りが与えら
れ、深穴加工が行われるので、加工穴が曲がったり、短
絡により加工か進まなくなるということがなくなり、従
来の深さ比Ｌ／Ｄよりも更に深い真直なストレート穴を
加工することができ、安定加工により加工速度も高めら
れるので、能率のよい穴加工か可能となる又、電極と母
材との対向部分を連続的に相対移動させながら放電を発
生させて溶着被覆する放電被覆加工とか、放電溶着を積
み上げて突起を形成し、これを母材表面に離散的に形成
処理するスタッド加工の場合も回転電極のトルク検出に
より、これを信号として加工送り、相対移動を制御する
ことにより表面精度の良好な精度の高い被覆加工及びス
タッド形成加工か容易にできるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を示す構成図、第２図は
他の実施例を示す略図である。 ｌ・・・・電極 ２・・・・母材 ５・・・・回転モータ ９・・・・サーボモータ １０・・・・加工テーブル １１・・・・加工パルス通電端子 １２・・・・電圧検出抵抗 １３・・・・Ａ／Ｄ変換器 １４・・・・アンドゲート １５・・・・Ａ／Ｄ変換器 １６・・・・基準設定器 １７・・・・比較回路 １８・・・・回転モータ駆動電源 １９・・・・電流検出抵抗 ２０・・・・増幅器 特許出願人　株式会社アイ・エヌ・アール研究所代理人
　（７５２４）最上正大部 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転する電極を母材に対向せしめ、両者間に相対
   的に加工送りを与えると共に、対向間隙にパルス的放電
   を発生させて母材を加工する装置に於いて、 回転電極のトルクを検出測定する装置と、そのトルク検
   出装置の出力信号を予め定めた一定値に保つよう加工送
   り速度を制御する装置とを設けたことを特徴とする上記
   の放電を利用する加工装置。
2. （２）回転する電極を母材に対向せしめ、両者間に相対
   的に加工送りを与えると共に、対向間隙にパルス的放電
   を発生させて母材を加工する装置に於いて、 回転電極のトルクを検出測定する装置と、そのトルク検
   出装置の出力信号が一定値以下にあるときのみ前記対向
   間隙にパルス的放電を発生させるよう加工電源を制御す
   る装置とを設けたことを特徴とする上記の放電を利用す
   る加工装置。