WO1994017947A1 - Appareil a decharge electrique d'usinage de matrices - Google Patents

Description

明 細 書

型彫 り放電加工装置

技 術 分 野

この発明は、 加工液中で工具電極と被加工物の間に放 電を生 じせ しめて被加工物を除去加工する型彫 り放電加 ェ装置の改良に関する。

背 景 技 術

型彫 り放電加工は、 加工液中で工具電極と被加工物を 相対的に移動させながら、 両者間に連続 した放電を持続 させて加工を行う加工方法である。 この場合に、 工具電 極と被加工物間の放電間隙に加工屑や加工液の分解物、 あるいは気泡が発生する。 これらの加工屑などは、 異常 放電の原因とな り良好な放電状態の持続を困難にするの で、 放電間隙か ら速やかに除去する必要がある。

従来、 この加工屑な どの除去する方法と しては、 放電 間隙に加工液の流動を促す目的で行う工具電極のジヤ ン ブ運動、 或いは、 放電間隙への加工液の噴射、 噴流の導 入、 加工液の吸引が行われて いた。

しか し、 工具電極に ジャ ンプ運動を付加する方式では ジャ ンプ中に放電加工が休止するので、 加工速度が低下 する難点がある。 ま た、 放電間隙に加工液を噴射する も のでは、 噴射個所が偏るので、 工具電極の消耗や被加工 物に対する加工速度も偏る こ とがあ り、 加工精度が低下 し、 しかも、 加工深さが大き ぐ な る と放電間隙の全域に 噴射の勢力を及ぼすこ とが困難になる。 さ ら に、 加工液 の噴流や吸引 を利用するものでは、 当該放電加工に先だ つて加工電極や被加工物に加工液噴流 · 噴出するための 穴を形成 してお く 必要があ り、 使用条件が限 られる難点 がある。

以上の方法に加え、 工具電極のサ一ボ送 り を X， Υ , Z軸の多方向に移動制御する こ と によつて加工屑な どが 特定箇所へ滞留するのを防 ぐ方法、 すなわち揺動加工法 も行われて い る 、 これによれば放電位置を換える こ と はでき る ものの集中放電の状況に対 して積極的に放電位 置を分散させる こ と はできない。

発 明 の 開 示

本発明の目的は、 工具電極と被加工物 との間に放電を 発生させて被加工物を除去加工する形彫 り放電加工装置 において、 放電間隙か ら加工屑を効率的に除去でき る と 共に放電位置を積極的に分散でき る型彫 り放電加工装置 の提供す O と にめ ₀

上記目的を達成するために、 本発明の一態様は、 工具 電極側ま たは被加工物側のいずれかの側に、 微小の変位 量でかつ短い周期の振動を発生する振動要素を備えた振 動装置を設ける こ と に よ り、 工具電極と被加工物 との間 に、 加工中の工具電極 と被加工物 との間隙の大き さ に比 ベてかな り小さ い変位量の相対運動を、 所定方向及びそ のほぽ逆の方向に交互に高速に起こ させる よ う に して い る。

さ ら に本発明の別の態様は、 放電加工装置のコ ラ ム下 端に振動装置を固定 し、 その振動装置に工具電極を保持 するための電極ホルダを取 り 付け、 上記振動装置は適当 な弾性を有する材料か らな るブロ ッ ク、 及びこのブロ ッ クの中に予圧を付与された状態でそれぞれが所定の方向 に向 く よ う埋め込ま れた 1 ま たは 2以上の圧電素子か ら 構成 し、 これ ら圧電素子には連続的ま たは断続的に変化 する電圧を発生する電源と接続 し、 もって加工中の工具 電極と被加工物 との間隙の大き さ に比べてかな り 小さ い 変位量でかつ短い周期の振動を工具電極に対 して連続的 ま たは断続的に起こ させるよ う に している。

好ま し く は、 1 ま たは 2以上の圧電素子が上記振動装 置を構成するブロ ッ ク にそのブロ ッ ク を上下に貫 く コラ ム中心線に対 し左右対称の位置にそれぞれ同数埋め込ま れ、 この左右いずれかの側の圧電素子ま たは圧電素子群 の駆動と他の側の圧電素子ま たは圧電素子群の駆動 と を 上記電源によ り交互に行う よ う に している。

さ ら に本発明の別な態様は、 被加工物を載置する加工 テーブルま たはこの加工テーブルを支持する盤に 1 ま た は 2以上の圧電素子を予圧を付与 した状態で埋め込む こ と によ り振動装置を構成 し、 これ ら圧電素子には連続的 ま たは断続的 に変化する電圧を発生する電源と接続 し、 も って加工中の工具電極と被加工物 との間隙の大き さ に 比べてかな り 小さ い変位量でかつ短い周期の振動を枝加 ェ物に対 して連続的ま たは断続的に起こ させる よ う に し て いる。 上述のよ う に、 本発明に よ れば、 加工中の工具電極 と 被加工物 との間 に、 高速でかつ加工中の工具電極 と被加 ェ物との間隙の大き さ に比べかな り 小さ い相対的変 量 の振動を与えるので、 工具電極と被加工物との間の放電 間隙での放電の持続を妨げずに放電間隙における加工屑 をその振動に起因するポ ンプ作用 に よ り 確実に流出させ る こ とができ る。 ま た、 この振動によって放電箇所が積 極的に分散されるので、 良好な放電状態が維持される。

図 面 の 簡 単 な 説 明

図 1 は、 本発明の一実施例にかかる放電加工装置の一 部及び被加工物 と を概略的に示 した正面図、

図 2 は、 図 1 における A— Aの断面図、

図 3 は、 図 1 に示 した放電加工装置の工具電極の加工 中における振動を説明するための正面図、 及び、

図 4 は、 図 1 に示 した放電加工装置の工具電極の振動 を説明するための正面図である。

発 明 を 実施 す る た め の 最 良 の 形態 図 1 は、 型彫 り放電加工装置 1 に装着された工具電極 3 が、 加工テーブル 4 に載置された被加工物 5 と対向 し て いる状態を示 して いる。 この図 1 によれば、 型彫 り 放 電加工装置 1 のコラ ム 2 の下端には以下に詳述する挹動 装置 6 が固定さ れ、 この振動装置 6 にはその下端に電極 ホルダ 7 が固定されて いる。 そ して工具電極 3 はその電 極ホルダ 7 にそ このチャ ッ ク （図示せず） を介 して装看 さ れる。 なお、 工具電極 3 はこの実施例において底面か' 平 らな円柱状である。 ま た、 上記の振動装置 6、 電極ホ ルダ 7 および工具電極 3 はそれぞれ中心軸がコ ラ ム 2 の 中心軸線 z に一致 して配置さ れて いる。

上記振動装置 6 は、 図 1 の正面図及び図 2の断面図に 示される よ う に、 所定の弾性を有する金属材料か らな る 断面四角形のブロ ッ ク 8 と、 そのブロ ッ ク 8 に形成 した 内部空間 1 1 P , 1 1 q に、 該ブロ ッ クの中心軸心 （ す なわち、 上記の中心軸心 Z ) のま わ り に前後左右にその 長手方向が上記中心軸線 z と平行になる よ う にそれぞれ 埋め込んだ 4個の圧電素子 9 a， 9 b, 9 c， 9 dか ら なる。

上記の内部空間 1 1 P， 1 1 q は、 図 1及び図 2 に示 される よ う に、 ブロ ッ ク 8 に対 してその高さ （ 中心軸線 z'に平行な方向） Hを越えない所定の高さ hで、 所定の 幅 wの、 すなわち断面 h x wの、 ブロ ッ ク 8 を前後に貫 通 した左右二つの穴か らなる。 したがって、 図 1 か ら解 るよ う に、 内部空間 l i p， 1 1 Qの天井に相当する部 分はブロ ッ ク 8 の頂面から距離 e、 また内部空間 1 l p, 1 1 qの床に相当する部分はブロ ッ ク 8の底面から距離 f だけそれぞれ内側に位置する。

そ して、 この一方の内部空間 l i p には、 図 2 に示す よ う に、 一対の圧電素子 9 a， 9 b力 非駆動状態にお いて、 その上端が内部空間 1 1 P の天井に対 して、 ま た その下端が同 じ内部空間 l i pの床に対 して、 それぞれ 所定の圧縮力 を及ぼすよ う に、 嵌め込ま れて いる。 さ ら に も う一方の内部空間 1 1 q にも別の一対の圧電素子 9 C 9 d が同様に嵌め込ま れて いる。 なお、 上記圧電素 子 9 a — 9 d は、 セラ ミ ツ ク圧電素子を上下方向、 すな わち、 中心軸線 z と平行な方向に複数接合 した ものか ら なる。 以上のよ う に圧電素子 9 a — 9 d はブロ ッ ク 8 内 の空間 1 1 P， 1 1 q に、 ビスな どの固定具を用 いる こ とな く、 確実に固定される

上記振動装置 6 は以上の構成であるので 、 これ ら圧電 素子 9 a — 9 d は電源か らの電圧によ り 駆動されてな い と きでも、 内部空間 1 1 P q 内に長手方向 （上下 方向） に圧縮された状態におかれる。 ま た、 圧電素子 9 a — 9 dが駆動された と きは、 その伸長に基づ く ブロ ッ ク 8 に及ぼす押圧力でもつてブロ ッ ク 8 をその形状、 材 質に応 じて上下方向に歪ませる。 ただ し、 ' ブロ ッ ク 8 は その上方がコラム 2 に結合されて いるの に対 して下方は 振動装置 7及び工具電極 3 と と ち に 自由端になるので、 ブロ ッ ク 8 は専ら下方にのみ撓むこ と になる

こ こで、 2組一対の圧電素子 9 a , 9 b ； 9 c , 9 d の う ちのいずれか 1 組の伸長によ り上記振動装置 6 のブ ロ ッ ク 8 右側ま たは左側のいずれが上下方向に微小変位 する こ と に伴う、 工具電極 3 の変位につ いて図 4 を周 い て説明する。

右側の圧電素子対 9 a , 9 b と左側の圧電素子対 9 c 9 d と に互い に半周期ずれた正弦波状電圧を印加する こ と によ り、 右側対と左側対の圧電素子 9 a， 9 b ; 9 c 9 d を交互に連続的に伸長する。 なお、 こ こでは、 振動 装置 6 は、 図 4 に示すよ う に、 そのブロ ッ ク 8 の横幅、 すなわち、 ブ ロ ッ ク 8 の右側端 P と 左側端 Q との間隔 ( L 1 ； 通常は 7 0 m m程度） が、 ブロ ッ ク 8 の左側端 Q と工具電極の先端中心 R と を結んだ距離 （ L 2 ) と等 し い構造を有するよ う な放電加工装置 1 である と する。 すなわち、 点 P， Q, Rは一つの正三角形の頂点となる - このよ う な振動装置 6 にお いて、 いま右側の圧電素子 対 9 a， 9 bが正弦波状電圧の印加によって同時に伸長

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した と きは、 ブロ ッ ク 8の右側端 Pはこれら圧電素子対 9 a, 9 b によ って下方に変位して P， に至る。 一方、 左側の圧電素子 9 c， 9 dは駆動されてないので、 ブロ ヅ ク 8の左側端 Qには変位が生 じない。 したがって、 線 分 P Qで表さ れるブロ ッ ク 8の下端面は P Qか ら P， Q に微小角度△ 0変位する。

この変位、 すなわち、 正三角形 P Q Rの一辺 P Qの角 変位 （時計回転方向に に伴って、 図 4 に示される よ う に、 同 じ正三角形 P Q Rの他の一辺 Q Rも時計回転 方向に だけ角変位 し、 その結果、 点 Rの位置は R ' に変位する。 こ こで、 点 Pか ら点 P ， への変位量が 2 〇 At mである と する と、 変位角△ 0はご く 小さ い角度であ るから、 図 4 における線分 P P， は線分 P Q と直角であ る と考えてよ く、 同様に線分 R R ' は線分 Q R と直角 と 考えて差 し支えな い。 よって、 線分 R R ' は線分 Q R と 直角の方向、 すなわち、 中心線 z に対 し 6 0 ° の角度で 交差 し、 点 R と点 R ' と を結ぶ距離は点 P と点 P ' と を 結ぶ距離と同 じ く 2 0 mである。 したがつて、 線分 R R ' の水平方向成分は 2 0 x c o s 6 0 ° = 1 4 ( m ) であ り、 垂直成分は 2 0 x s i n 6 0 ° = 1 0 ( m ) となる。

以上の説明か ら明かなよ う に、 ブロ ッ ク 8 に嵌合 した 右側の圧電素子対 9 a， 9 bだけを同時に伸長させる こ と によ り、 このブロ ッ ク 8 の右側端 Pを 2 0 mだけ下 方に変位させた と き、 工具電極の先端中心 Rは中心軸線 z に対 して 6 0 ° の方向に 2 0 m、 すなわち、 左側方 に約 1 4 m、 下方に 1 0 z m変位させる こ と になる。 同様に、 左側の圧電素子対 9 c， 9 dだけを同時に伸長 させる こ と によ り、 このブロ ッ ク 8の左側端 Pを同 じ く 2 0 mだけ下方に変位させた と き、 工具電極 3の先端 中心 Rは右側方に約 1 4 m、 下方に 1 0 m変位させ る こ と になる。 そ こで、 右側の圧電素子 9 a， 9 b と左 側の圧電素子 9 c， 9 d と を所定周期でも つて交互に伸 長させれば、 工具電極 3 に対 して中心軸線 z に対 して左 右の繰 り 返し微小変位を連続的に与える振動を起こ させ る こ とができ る。

以上の例は放電加工装置 1 の構造が図 4 において線分 P Qが線分 Q R に等 しい （ L 1 = L 2 ) 場合の工具電極 3 の振動 につ いての説明であった力 これに対 して線分 P Qが線分 Q R よ り 大である （ L 1 く L 2 ) と きは、 線 分 R R ' は中心軸線 z に対 し 6 0 ° 以下の角度で交差す るので、 先の例よ り 水平方向成分は減少 し、 垂直成分は 増大する こ と になる。 反対に、 線分 P Qが線分 Q R よ り 小さ く な る と （ L 1 > L 2 ) 、 線分 R R ， は中心線 z に 対 し 6 0 ° 以上の角度で交差するので、 反対に水平方向 成分は増大 し、 垂直成分は減少する こ と になる。

放電加工作業は、 加工液中のテーブル 4 に被加工物 5 を載置 し、 工具電極 3 を被加工物 5 の表面に近接させた 状態で行われる。 その と き、 前述の振動装置 8 が駆動さ れる。 放電加工中は、 工具電極 3 の下面と被加工物 5 の 表面間には所定の放電間隙 （荒加工の場合である と約 1 Ό 0 m ) を維持 して放電が発生する。 同時に、 2対の 圧電素子 9 a , 9 b ； 9 c , 9 d の各対を交互に駆動す る よ う にそれぞれの入力端子を介 して正弦波の電圧が供 給される。 する と、 工具電極 3 は被加工物 5 との間に放 電を発生させつつコ ラ ム 2 の中心軸線 z に対して左右に 繰 り返 し連続 して振動する こ と になる。

このよ う に して加工が進行 し、 加工がある深さ まで進 行 した状態が図 3 に模式的 に示されて いる。 この状況で 工具電極 3 は実線のニュー ト ラル位置か ら振動装置 6 に よって次ぎの瞬間、 破線の傾斜位置に変位される。 この 変位はマイ ク ロ秒単位の高速で行われるため、 工具電極 3 が実線位置か ら破線位置へ移動する際に放電間隙 S に ある加工液を放電間隙 S外に噴出 させる と と も に、 外部 の加工液を放電間隙 S 内に導 く 作用、 すなわちポ ンプ作 用が発生する。 この効果よ り 放電間隙 S の加工液は図の 矢印のよ う に流動 し、 これに連れて加工屑が放電間隙 S か ら速やかに排出さ れる。 このポ ンプ作用は工具電極 3 自体の変位に よ るので、 加工深さ に影響さ れる こ とが少 ない。

また、 振動装置 8 の駆動に基づ く 工具電極 3先端の傾 斜によ る左右への振れは前記のよ う に、 中心線 z に対 し て 6 0 。 の角度で交差する方向に 2 0 m (すなわち、 水平方向に 1 4 m , 垂直方向に 1 0 m ) であるので、 荒加工時の平均的な加工間隙が通常 1 0 0 m以上であ る こ とか ら して工具電極 3 の先端が傾斜によって被加工 物 5 に衝突する虞はない。

さ ら に、 工具電極 3 が傾斜する こ と によ り、 工具電極 3 の下面と被加工物 5 との対面間隔 （放電間隙） の最短 位置は常時変化するのであるから、 仮に放電間隙のある 箇所で集中放電が発生 して も、 ただちにこれを分散させ て しま う こ とができ る。

ま た、 工具電極 3 の振動方向は、 実施例のよ う に左右方 向だけではな く、 図 2 にお いて圧電素子 9 b， 9 c に よ つて前側の対を、 圧電素子 9 a , 9 d によって後側の対 を作り、 これ らの対を交互に駆動する こ と によって工具 電極を前後に振動させるよ う に して も よ い。 さ ら に、 圧 電素子 9 a - 9 d の左右の対と前後の対の組み合わせを 順次組合わせる こ とゃ圧電素子 9 a — 9 d のそれぞれ を 単一で使用する こ と に よ り、 工具電極 3 が行う傾斜に よ る振動方向を変化させる こ とができ る。 このよ う にする と、 放電間隙 s にお ける加ェ液の流動方向が変化 し、 加 ェ屑な どが一定個所に沈殿するな どの事態を防止する こ とができ る。

また、 工具電極 3 の振動の態様と して常にニュー ト ラ ル位置か ら片側方向へのみ変位する傾斜運動をその振動 の方向を変更 しながら行わせるものであっても良い。

さ ら に、 圧電素子 9 a— 9 d の入力端子に印加する電 圧は、 上の例のよ う に正弦波状電圧に限 らず、 所定レべ ル、 所定周期、 所定デューテ ィ比のパルス状電圧であつ て も よい。 この場合、 工具電極.3 の振動は連続的ではな く、 断続的なものになる。

また、 工具電極 3 を振動させる駆動源と して上の実施 例では圧電素子 9 を用 いたが、 これに代えて静電モー夕 や電磁石などを使用 して も よ い。

以上の実施例は、 工具電極 3 を振動装置 8 によって左 右に微小変位量だけ振動させる例であつたが、 この工具 電極 3 を振動装置 8 によつて振動させる こ と に代えて、 被加工物 5 の方を振動させる よ う に して も よい。 この場 合、 加工液漕におかれ被加ェ物を載置するテーブル 4 ま たはテーブル 4 を支持する盤に圧電素子を埋め込む。

Claims

求 の 範 囲

1 . 工具電極 と被加工物 との間に放電を発生させて被加 ェ物を除去加工する形彫 り 放電加工装置において、 工具電極側ま たは被加工物側のいずれかの側に、 微 5 小の変位量でかつ短い周期の振動を発生する振動要素 を備えた振動装置を設ける こ と によ り、 . 工具電極 と被加工物との間に、 加工中の工具電極と 被加工物との間隙の大き さ に比べてかな り小さ い変位 量の相対運動を、 所定方向及びそのほぼ逆の方向に交 1 0 互に高速に起こ させるよ う に した、

形彫 り放電加工装置

2 . 放電加工装置のコラム下端に振動装置を固定 し、 そ の振動装置に工具電極を保持するための電極ホルダを 取り付け、

1 5 上記振動装置は適当な弾性を有する材料からなるブ ロ ッ ク、 及びこのブロ ッ クの中に予圧を付与された状 態でそれぞれが所定の方向に向 く よ う埋め込まれた 1 または 2以上の圧電素子か ら構成 し、

これら圧電素子には連続的または断続的に変化する電

2 0 圧を発生する電源と接続 し、

も っ て加工中のェ具電極と被加工物 との間隙の大き さ に比べてかな り 小さ い変位量でかつ短い周期の振動 を工具電極に対 して連続的または断続的に起こ させる よ う に した、

2 5 工具電極と被加工物 との間に放電を発生させて被加工 物を除去加工する形彫 り 放電加工装置。

. 1 ま たは 2以上の圧電素子が上記振動装置を構成す るブロ ッ ク にそのブロ ッ ク を上下に貢 く コラム中心線 に対 し左右対称の位置にそれぞれ同数埋め込ま れ、 こ の左右いずれかの側の圧電素子ま たは圧電素子群の駆 動と他の側の圧電素子ま たは圧電素子群の駆動と を上 記電源によ り交互に行う よ う に した請求の範囲第 2項 記載の形彫 り放電加工装置

被加工物を載置する加工テーブルま たはこの加工テ 一ブルを支持する盤に 1 ま たは 2以上の圧電素子を予 圧を付与した状態で埋め込むこ と によ り振動装置を構 成 し、

これ ら圧電素子には連続的ま たは断続的に変化する 電圧を発生する電源と接続 し、

もって加工中の工具電極と被加工物との間隙の大き さ に比べてかな り小さ い変位量でかつ短い周期の振動 を被加工物に対して連続的または断続的に起こ させる よ う に した、

工具電極と被加工物 との間に放電を発生させて被加工 物を除去加工する形彫り 放電加工装置。

上記振動装置に備わった振動要素は電磁石である請 求の範囲第 1 項記載の形彫 り放電加工装置。

上記振動装置に備わった振動要素は静電モータであ る請求の範囲第 1 項記載の形彫 り 放電加工装置。