JPS63306825A - 電解加工装置における加工間隙制御装置 - 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］ この発明は、電解加工装置に係り、特に難削金属等から
なる被加工物の三次元形状の被加工面を短時間かつ高精
度に仕上げ加工する電解加工装置における加工間隙制御
装置に関する。

［従来の技術］ 従来の金属加工方法としては、電極と加工に供される被
加工物との間隙に硝酸ナトリウムや塩化ナトリウム等の
電解液を満たし、この電解液を高速で流すとともに、安
定した電解作用を阻害する電解生成物、すなわち溶出し
た金属化合物や金属イオン及び水素ガス等を除去しなが
ら、直流電流を被加工物から電極に流して加工する電解
加工方法（特開昭６１−７１９２１号公報及び特開昭６
０−４４２２８号公報参照）と、電極と被加工物とを灯
油系等の加工液中で微小間隙をもって対向させ、かつこ
れらを適宜の電源に接続して、前記間隙に瞬発する火花
放電や過渡アーク放電を発生させ、該放電エネルギーに
より被加工物を加工する放電加工方法（特公昭６０−２
６６４６号公報及び特開昭６０−１７７８１９号公報参
照）が知られている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、前者の電解加工方法にあっては、特に三
次元形状の底付き加工（凹窩状に形成された三次元構造
のものに対する加工をいう）において、被加工物に電極
の精密な転写を行うことが困難で、高精度の表面品質が
得られないという不都合があり、また、後者の放電加工
方法にあっては、良好な面粗度を得ることが困難で、例
えば鏡面仕上げ等の表面仕上げにも多くの時間と労力を
要するという不都合があった。

また、従来の電解加工装置においては、電極と被加工物
との加工間隙を設定する際の基準位置く以下基準点とい
う）を、電極と被加工物とを加工槽内で電解液に浸漬さ
せない状態で接触させ、その際の電極と被加工物間の検
出信号、例えば０ボルトの電圧を検出してこの点を基準
点とし、その後被加工物と電極とを電解液内に浸漬して
所定の加工間隙を維持しながら加工していた。

したがって、加工途中に前記基準点を検出して加工深さ
等の加工状態をチェックしたい場合には、電解液が導電
性を有するため電解液中でのチェックが困難で、電極と
被加工物とを一旦電解液中から取り出し、電極の表面（
以下電極面という）及び被加工物の表面（以下被加工面
という）に付着した電解液を拭き取った後に、電極面を
被加工面に接触させて行っている。そのため、電解液の
拭き取り作業及び電極の加工槽からの取り出し作業等に
多くの時間を要して加工時間が長くなるとともに、電解
液の完全な拭き取りが困難で常に一定条件での基準点の
検出ができず、加工間隙の正確な制御が難しく、高精度
の被加工面が得られないという不都合があった。

［発明の目的］ そこで、この発明の目的は、被加工物と電極間に介在す
る電解液の導電作用を利用して、加工間隙の基準点を検
知し、加工間隙を正確に制御して、三次元形状等の被加
工物を短時間かつ高精度に仕上げ加工する電解加工装置
の加工間隙制御装置を実現するにある。

［問題点を解決するための手段］ この目的を達成するため、この発明は、静止した電解液
中で電極と被加工物とを所定の間隙で対設し、該間隙に
蓄電器の電荷の放電によるパルスを供給するとともに、
前記間隙に生成した電解生成物を電極の上昇動作に応じ
て間欠的に除去しながら仕上げ加工する電解加工装置の
加工間隙制御装置において、前記電極と被加工物との極
間の電気量を検出する検出部と、前記電解液の特性に応
じて予め所定の電気量を設定する設定部と、前記検出部
の検出値と前記設定部の設定値とを比較して信号を出力
する比較部と、前記比較部からの出力信号により前記電
極を被加工物から離間させて所定の間隙を維持する如く
制御する制御部、とを有することを特徴とする。

［作　用コ この発明の構成によれば、検出部で検出した検出値が、
電解液の電導塵等の特性に応じて予め設定した設定部の
設定値以下になった場合に、電極が被加工物に接触した
ものとし、この点を基準点として電極を上昇させ、所定
の加工間隙を維持するため、電解液中での基準点の検出
ができ、仕上げ加工時間を短縮させ得るとともに、常に
一定の条件での基準点の検出が可能となって正確な加工
間隙の制御を行うことができ、高精度の表面品質の被加
工面が得られる。

［実施例］ 以下図面に基づいてこの発明の一実施例を詳細かつ具体
的に説明する。　　　　　　　′第１〜３図は、この発
明の実施例を示すものである。第１図において、１は電
極２を固定する電極固定装置、３は被加工物、４は電極
駆動部６０回転運動を往復運動に変換する駆動変換部、
６はパルス電流を発生する電源装置、７はモータ駆動制
御部８と加工条件制御部９と電解液流制御部ｌＯ等から
なる制御装置、１１は被加工物３に関する各種データを
入力する入力装置、１２は電解液１３を濾遇する電解液
濾過装置、１４は加工槽である。

前記電極固定装置１は、その下部に設けたロッド１５の
下端に、例えば純銅もしくはグラファイトからなる電極
２を、その電極面２ａと被加工物３の被加工面３ａとが
三次元方向に一様な間隙１６を保つように固定する。そ
して、前記電極固定装置１は、電極駆動部５と駆動変換
部４とにより前記間隙１６を所定値に設定すべく上下動
する。すなわち、電極駆動部５のロータリーエンコーダ
１８とタコジェネレータ１９からの信号により前記制御
装置７のモータ駆動制御部８から出力される制御信号に
より、モータ１７を回転制御して、前記電極固定装置ｌ
を上下動させ、電極面２ａと被加工面３ａとを所定の間
隙１６に設定する。

前記入力装置１１は、被加工物３の材質と表面積、仕上
げ加工しろと寸法精度の等級、仕上げ面粗度及び初期電
極間隙等の被加工物３に関するデータ等を入力し、これ
らの信号を制御装置７のモータ駆動制御部８及び加工条
件制御部９に出力する。

また前記電解液濾過装置１２は、電解液流制御部１０の
指令に基づいて、加工槽１４へ電解液１３を一定の液圧
で供給するとともに、加工中に電極面２ａと被加工面３
ａ間に生成した電解生成物を排除するために、１パルス
または数パルス毎に上昇動作する電極２と同期して電極
２と被加工物３間に新鮮な電解液１３を噴出する如く電
磁弁２０等を制御する。

前記電極２と被加工物３間にパルス電流を供給する電源
装置６は、加工条件制御部９からの制御信号により、被
加工物３の表面積に従って計算した所定の電流密度のパ
ルスを発生するもので、直流電源部２１と充放電部２２
と充放電制御部２３とを有し、例えば第２図に示す如く
構成する。

第２図において、直流電源部２１は、変圧器２４と整流
器２５とからなり、変圧器２４により電圧を所定値に降
下させ整流器２５により整流して直流電流を得て、後述
する蓄電器２６−１〜２６−ｎに供給する。

また、充放電部２２は、電極２と被加工物３との間隙１
６に電荷を放電する複数個の蓄電器２６−１〜２６−ｎ
と、これらの各蓄電器２６−１〜２６−ｎに接続した、
直流電源部２１側への電荷の逆流を阻止するダイオード
２７−１〜２７−ｎと、放電側への電荷を放電させるべ
く開閉される放電スイッチ２８−１〜２８−ｎと、前記
各蓄電器２６−１〜２６−ｎを所定に充電すべく前記直
流電源部２１からの電源を給断する充電スイッチ２９と
からなる。

この充放電部２２を制御する充放電制御部２３は、充電
電圧値を検出する電圧検出器３０と、前記加工条件制御
部９の充電電圧設定部３６で設定した設定充電電圧値と
前記電圧検出器３０で検出した検出充電電圧値とを比較
する電圧比較器３１と、放電される電荷の電流値を検出
する電流検出器３４と、前記加工条件制御部９の最小電
流設定部３９で設定した最小電流値と前記電流検出器３
４で検出した放電電流値とを比較する電流比較器３３と
、前記加工条件制御部９のパルス発生部３７と電流波形
設定部３８と前記電流比較器３３とからの入力により前
記検出電流値が前記設定電流値以上の場合には、前記各
蓄電器２６−１〜２６−ｎの電荷を放電側に所望に放電
させるとともに、前記検出電流値が前記設定電流値未満
の場合には、前記各蓄電器２６−１〜２６−ｎの電荷の
放電を停止させるべく前記各放電スイッチ２８−１〜２
８−ｎに開閉駆動信号を出力するゲート回路３２と、前
記電極２と被加工物３との接触位置、すなわち基準点を
検出する基準点検出器３５とを有している。

また、この充放電制御部２２を制御する制御装置７の加
工条件制御部９は、充電電圧設定部３６、パルス発生部
３７、電流波形設定部３８、最小電流設定部３９、演算
・処理部（以下ＣＰＵという）４０等からなる。第２図
中筒号４１は放電スイッチ２８−１〜２８−〇の開時に
逆起電力により各放電スイッチ２８−１〜２８−ｎが破
壊するのを防止するダイオードである。

なお、加工条件制御部９と前記充放電制御部２３とを同
一基板上に構成してもよく、これら両者は明確に区分け
されるへきものでもない。

第３図は、第２図の基準点検出器３５を具体化した回路
構成図であり、以下これについて説明する。

基準点検出器３５は、被加工物３にダイオード４２の一
端を接続し、このダイオード４２の他端を抵抗４３を介
して増幅器４７の出力側に接続する。また、ダイオード
４２の他端は比較器４４の一方の入力側に接続する。前
記増幅器４７の一方の入力端はその出力側と接続され、
他方の入力側には接地した抵抗４９と、抵抗４８を介し
て電源に接続された抵抗５０に接続する。抵抗４８は定
電圧ダイオード５１を介して接地する。そして、抵抗４
８．４９．５０及び定電圧ダイオード５１は、定電圧ダ
イオード５１の特性によって決まる所定の電圧値を増幅
器４７で増幅して、比較器４４に出力する。

前記比較器４４は、一方の入力側に前記ダイオード４２
を接続し、他方の入力側に接地した抵抗４６と、前記増
幅器４７の出力側に接続された抵抗４５を接続する。そ
して、この比較器４７の出力側は、前記加工条件制御部
９０ＣＰＵ４０に接続され、被加工物３からの検出電圧
値と、定電圧ダイオード５１等によって設定された設定
電圧値とを比較し、検出電圧値が設定電圧値以下になっ
た時に、ＣＰＵ４０に信号を出力する。

なお、被加工物３に接続された前記ダイオード４２は、
放電電流の逆流（基準点検出器３５側への流入）を防止
するが、このダイオード４２の代わりに例えば第４図に
示す如く、放電スイッチ２８−１〜２８−ｎと連動し、
放電スイッチ２８−１〜２８−ｎがオフした場合にオン
となるスイッチ５２を使用することもできる。

次に、この発明の作用について説明する。

仕上げ加工に際しては、電極固定装置１のロッド１５の
下端に電極２を固定し、この電極２を下降してその電極
面２ａを、電解加工あるいは放電加工により所望形状に
加工した被加工物３の被加工面３ａに対向接触させ、こ
の点を基準点Ａ（初期基準点）とし、電極２を被加工物
３とともに加工槽１４の電解液１３内に浸漬する。そし
て、初期電極間隙１６を保つ位置に電極２を上昇し、電
解液１３が電極面２ａと被加工面３ａ間に満ちたら、仕
上げ加工を開始する。

仕上げ加工の前期には、加工条件制御部９０制御信号に
より、電源装置６から面粗度向上用の所定の電流密度の
パルス電流を電極２と被加工物３間に供給する。これに
より、被加工面３ａ素材が溶出する。所定のパルス電流
を１回ないし数回供給した後、モータ駆動制御部８の信
号によりモータ１７を駆動して電極２を上昇させ、電極
面２ａを被加工面３ａから離間させる。この離間により
、電極面２ａと被加工面３ａ間の電解生成物を電解液１
３とともに電解液濾過装置１２の電磁弁２０等の動作に
より排除する。

電解生成物を排除した後は、電極２が下降して、電解液
１３中で電極面２ａが被加工面３ａに接触し、基準点Ｂ
が検出される。ところで、この基準点Ｂの検出は次のよ
うにして行う。

まず、放電終了後に電極２と被加工物３間に適宜の電源
から、電極面２ａと被加工面３ａとが接触（電解液を介
して）していない場合には、電極面２ａと被加工面３ａ
間（以下極間という）に電流が流れない所定の電圧を供
給する。そして、電極２を下降して電解液１３中で電極
面２ａを被加工面３ａに接触させると、前記極間の電解
液１３により、極間の抵抗値がＯΩ（ゼロオーム）とは
ならず、電解液１３の電導度等の特性に応じたある抵抗
値Ｒを有する。この抵抗値Ｒに相当する電圧が基準点検
出器３５のダイオード４２等を介して検出され、この検
出電圧値が定電圧ダイオード５１等で予め設定した設定
電圧値以下になった時に、比較器４４から信号が出力さ
れ、ＣＰＵ４０に入力し、この点を基準点Ｂとして検出
する。つまり、電解液１３中においては、電極面２ａが
被加工面３ａに接触しても、電解液１３により極間の抵
抗値がＯΩとはならず、電圧もＯＶ（ゼロボルト）とし
て検出されないため、電解液１３の抵抗分に相当する電
圧により電極面２ａが被加工面３ａに接触したことを検
出するものである。なお、電解液１３が硝酸ナトリウム
溶液（濃度４０％）の場合は、設定電圧を１ボルト以下
に設定すると、基準点検出が正確に行え、良好な表面品
質が得られることが実験によって明らかになった。

基準点色が検出されると、前記基準点ＡとＣＰＵ４０で
比較して加工１回（ｌパルスまたは数パルス毎の加工）
当りの加工深さを測定する。その後、電極面２ａと被加
工面３ａとが所定の間隙１６を保つように電極２が再び
上昇し、加工槽１４内の電解生成物を含まない電解液１
３を電極面２ａと被加工面３ａ間に満たすとともに、前
記電極２が所定位置に達してから、電解液１３が静まる
１〜５秒後にパルス電流を供給して次の加工を行う。な
お、加工槽１４には１回ないし数回の電解加工で生成し
た電解生成物とともに排除する電解液１３を補うように
、電解液濾過装置１２のクリーンタンクから新鮮な電解
液１３が供給される。

このように、初期基準点Ａを検出後、電極面２ａと被加
工面３ａとを所定の間隙１６で対向させ、電極面２ａと
被加工面３ａ間に電解液１３を満たし、電極２と被加工
物３との間に所定のパルス電流を供給して、被加工面３
ａ素材を電解液１３内に溶出させた後、電極面２ａと被
加工面３ａ間に生成した電解生成物を排除し、再び電極
面２ａを被加工面３ａに接触させて基準点Ｂを検出し、
この基準点Ｂと前記基準点Ａもしくは一回前の加工時の
基準点Ｂとを比較して、加ニー回当りの加工深さを測定
し、その値を累積するという一連の仕上げ加、工工程を
制御装置７の信号により所定回数繰り返す。

なお、加工深さの測定は、累積値ではなく初期基準点Ａ
と基準点Ｂとの差によって求めてもよく、また、初期基
準点Ａの検出も基準点Ｂと同様、電極２と被加工物３と
を電解液１３中に浸漬させた状態で検出することもでき
る。

前記加工深さの累積値が、入力装置１１て入力された入
力データに基づいて加工条件制御部９で計算した加工深
さの設定値と比較し、加工深さ累積値が加工深さ設定値
に対し、所定の差（例えば１μｍ）以内になった時に、
加工条件制御部９の制御信号により、電源装置６のパル
ス電流を光沢面形成用の所定のパルス電流、例えば仕上
げ加工前期の電流密度の３／２を越える電流密度のパル
ス電流に切換える。そして、このパルス電流で前述した
と同様の方法により所定回数の加工を行い仕上げ加工を
終了する。

このように、この発明による加工間隙制御装置にあって
は、電極面２ａと被加工面３ａとの加工間隙を制御する
ための基準点の検出を、電極面２ａと被加工面３ａ間に
介在する電解液の特性に応じて予め設定した電圧に基づ
き検出するため、電解液中での基準点検出を容易に行う
ことができるとともに、常に一定の条件で検出すること
ができ、加工間隙を正確に制御し得て、良好な表面品質
の被加工物が得られる。

なお、上記実施例においては、電極と被加工物の接触位
置である基準点の検出を、電極と被加工物間の電圧で検
出したが、この発明はこれに何ら限定されず、電流ある
いはインピーダンスによって検出してもよい。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、この発明に係る加工間隙制
御装置は、電極と被加工物との極間の電気量を検出する
検出部と、電解液の特性に応じて予め所定の電気量を設
定する設定部と、前記検出部の検出値と前記設定部の設
定値とを比較して信号を出力する比較部と、前記比較部
からの出力信号により電極を被加工物から離間させて所
定の間隙を維持する如く制御する制御部、とで構成した
ので、加工間隙を設定する際の基準位置となる基準点の
検出を、電解°液中で行うことができ、その作業がきわ
めて簡単で加工時間を短縮させることができる。また、
常に一定の条件で原点検出ができるため、加工間隙の制
御が正確となり、良好な表面品質の被加工物が得られる
等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る電解加工装置の概略構成図、第
２図は電源装置の概略構成図、第３図は基準点検出器の
回路構成図、第４図は基準点検出器の他の実施例を示す
回路構成図である。 ２・・・電極、２ａ・・・電極面、３・・・被加工物、
３ａ・・・被加工面、６・・・電源装置、７・・・制御
装置、９・・・加工条件制御部、１１・・・入力装置、
４０・・・ＣＰＵ、３５・・・基準点検出器。 特許出願人　　　静岡製機株式会社 代表者　鈴木重夫

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）静止した電解液中で電極と被加工物とを所定の間
   隙で対設し、該間隙に蓄電器の電荷の放電によるパルス
   を供給するとともに、前記間隙に生成した電解生成物を
   前記電極の上昇動作に応じて間欠的に除去しながら仕上
   げ加工するものにおいて、前記電極と被加工物との極間
   の電気量を検出する検出部と、前記電解液の特性に応じ
   て予め所定の電気量を設定する設定部と、前記検出部の
   検出値と前記設定部の設定値とを比較して信号を出力す
   る比較部と、前記比較部からの出力信号により前記電極
   を被加工物から離間させて所定の間隙に維持する如く制
   御する制御部とからなる電解加工装置における加工間隙
   制御装置。
2. （２）前記電解液を硝酸ナトリウム溶液とし、前記所定
   の電気量を１ボルト以下の電圧とした特許請求の範囲第
   １項記載の電解加工装置における加工間隙制御装置。