專利名稱：放電加工裝置及放電加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將被加工物(加工對象物)和加工電極隔著孩乏小加工 間隙對置、向被加工物與加工電極之間的間隙施加脈沖狀電壓而進(jìn)行 加工的放電加工裝置以及放電加工方法。
背景技術(shù)：
放電加工是利用因放電產(chǎn)生的熱所導(dǎo)致的被加工物的熔融現(xiàn)象 和因加工液爆發(fā)的氣化膨脹使熔融部分飛散的作用的加工方法?；?該放電加工未飛散完而殘留的熔融部分冷卻凝固后形成在性質(zhì)上與 被加工物不同的熔融再凝固層。再凝固層由于受到急熱和急冷，所以 含有裂紋，硬且脆，成為被加工物的龜裂進(jìn)展、破裂以及強(qiáng)度降低的 原因。另外，放電加工中，基于加工產(chǎn)生的金屬屑、水、羧酸等，導(dǎo) 致加工液變質(zhì)，加工液的體積電阻率降低。基于該體積電阻率的降低 而產(chǎn)生異常放電，從而流過電弧電流時，會有加工速度降低和被加工 物表面變質(zhì)等問題發(fā)生。為了避免上述異常放電，專利文獻(xiàn)l記載的放電加工裝置中，監(jiān) 控加工間隙的電壓，此電壓偏離基準(zhǔn)值時，由伺服控制提供對加工間 隙的祠服基準(zhǔn)電壓，使能夠正常放電。另外，關(guān)于上述熔融再凝固層， 以往的放電加工方法中，想要減少熔融再凝固層時，最好盡可能選擇 放電時間短的條件。專利文獻(xiàn)l:日本專利第3213116號公報(圖1、圖5) 通過采用上述專利文獻(xiàn)l中記載的放電加工裝置，確實(shí)能夠避免 異常放電。但是，專利文獻(xiàn)l中記載的發(fā)明，只是表示對放電時間的 定性的方針，并沒有涉及到放電時間和休止時間等加工條件的最優(yōu) 化。因此，該放電加工裝置不能得到合適的加工特性和相應(yīng)地減少熔融再凝固層。并且，這里的放電加工裝置的加工特性至少包含加工速度、低電極消耗及工作表面質(zhì)量(被加工物表面質(zhì)量)這3個特性。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，得到利用各種變質(zhì)度不同的加工液、避免異 常放電的發(fā)生、使在被加工物上形成的熔融再凝固層相應(yīng)變薄、并且 使加工速度、低電極消耗及工作表面質(zhì)量(被加工物表面質(zhì)量)等加 工特性也合適的放電加工裝置及放電加工方法。本發(fā)明是為了達(dá)到上述目的而發(fā)明的。涉及本發(fā)明的放電加工裝 置的特征在于，具有檢測出使用中的加工液的體積電阻率的體積電阻率檢測部； 伺服基準(zhǔn)電壓運(yùn)算部，所述伺服基準(zhǔn)電壓運(yùn)算部根據(jù)使用新品加工液時的體積電阻率和伺服基準(zhǔn)電壓、與使用中的加工液的體積電阻率的關(guān)系，求出能夠適用于使用中的加工液的伺服基準(zhǔn)電壓；以及 加工條件運(yùn)算部，所述加工條件運(yùn)算部根據(jù)上述伺服基準(zhǔn)電壓運(yùn)算部求出的伺服基準(zhǔn)電壓，求出包含放電電流、放電時間及休止時間的加工條件。才艮據(jù)本發(fā)明，求出與加工液物理性質(zhì)對應(yīng)的放電電流、放電時間、 休止時間及伺服基準(zhǔn)電壓等最優(yōu)加工條件，并利用該加工條件對被加 工物進(jìn)行加工，根據(jù)加工液的變質(zhì)程度、得到合適的加工特性。


圖l是表示本發(fā)明實(shí)施方式l的放電加工裝置結(jié)構(gòu)的框圖。 圖2是表示加工速度與體積電阻率的關(guān)系的特性圖。 圖3是表示完成面粗糙度與體積電阻率的關(guān)系的特性圖。 圖4是表示加工能量與熔融再凝固層厚度的關(guān)系的特性圖。 圖5是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的放電加工裝置的加工條件最優(yōu)化 處理的流程圖。圖6是表示正常放電時與異常放電時的電壓波形的波形圖。符號說明2伺服電動機(jī)、4加工用電極、6工作物(被加工物)、8加工 槽、10體積電阻率檢測部、11伺服基準(zhǔn)電壓運(yùn)算部、12加工條件 計算部、13加工條件運(yùn)算部、14加工條件數(shù)據(jù)庫存儲部、15控制 裝置、16伺服控制部、17脈沖控制部、18加工液、19脈沖電源具體實(shí)施方式
下面參照

本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。 實(shí)施方式1圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的放電加工裝置結(jié)構(gòu)的框圖。圖1 中，加工槽8內(nèi)充滿了 i-鏈烷烴等加工液18，其中設(shè)置了工作物(被 加工物)6。在配置在工作物(被加工物)6上方的伺服電動機(jī)2頂端 設(shè)置了加工用電極4。施加在加工用電極4上的伺服基準(zhǔn)電壓由伺服 控制部16決定和產(chǎn)生。并且由該伺服基準(zhǔn)電壓決定(控制)加工用 電極4與工作物(被加工物)6的間隙。在電壓施加在加工用電極4 上時，從加工用電極4通過加工液18對工作物(被力卩工物)6產(chǎn)生放 電，從而力o工工作物(^皮力。工物)6。體積電阻率檢測部10檢測出使用中的加工液18的體積電阻率。 如后面所詳細(xì)說明，加工條件計算部12中包含的伺服基準(zhǔn)電壓運(yùn)算 部11求出能夠適用于使用中的加工液18的伺服基準(zhǔn)電壓的范圍。并 且如后面所詳細(xì)i兌明的那樣，加工條件計算部12中包含的加工條件 運(yùn)算部13求出加工條件(放電電流、放電時間、休止時間及伺服基 準(zhǔn)電壓)。加工條件數(shù)據(jù)庫存儲部14，存儲決定(將在后面說明的) 加工條件的關(guān)系式。被求出的加工條件從控制裝置15提供給伺服控 制部16,伺服控制部16用此加工條件控制伺服電動機(jī)2及加工用電 極4。另外，控制裝置15將(在后面將說明的)脈沖發(fā)生條件提供給 脈沖控制部17，該脈沖控制部17根據(jù)脈沖發(fā)生條件對脈沖電源19指 示加工用電極4中脈沖的發(fā)生。圖1所示的放電加工裝置特別用于形雕放電加工。作為形雕放電加工中使用的加工液(形雕放電加工液)， 一般使用低粘度的碳?xì)漕?化合物的加工液、或者在低粘度碳?xì)漕惢衔镏刑砑恿丝寡趸瘎?、?卻特性改進(jìn)劑等的加工液。但是，加工液由放電能量受到熱變性和氧 化變性，生成分解物、聚合物、脂肪酸、脂肪酸金屬鹽等，所以隨著 使用時間，物理性質(zhì)會發(fā)生變化。圖2是表示加工速度Vw與加工液體積電阻率p的關(guān)系的特性圖， 圖3是表示完成面粗糙度Rs與加工液體積電阻率p的關(guān)系的特性圖。 這些特性圖是本發(fā)明的發(fā)明者對形雕放電加工液的新品和變質(zhì)品進(jìn) 行詳細(xì)分析和評價加工特性(即、加工速度及加工后,皮加工物的完成 面粗糙度)與加工液物理性質(zhì)(即、體積電阻率)的結(jié)果。并且，圖 2及圖3中，A、 B、 C及D是商業(yè)上能夠購買的放電加工裝置用加工 液。加工液中也含有變質(zhì)品(A和C)。如圖2所示，在體積電阻率p隨著加工液的變質(zhì)而降低時，加工 速度Vw上升。例如，體積電阻率p從1.0xl0"Q'cm降低到 1.0xl013Q'cm時，加工速度Vw增大到約1.6倍。這是因為加工液由 放電能量受到熱變性和氧化變性，生成分解物、聚合物、脂肪酸、脂 肪酸金屬鹽等和加工屑(金屬粉)，故體積電阻率降低，但這時通電 性上升，所以到絕緣破壞為止的時間變短，其結(jié)果為加工速度上升。另外，如圖3所示，體積電阻率p降低時完成面粗糙度Rs變大。 即，表面的凹凸增大。這是由于加工液變質(zhì)、體積電阻率降低時，絕 緣性難以充分恢復(fù)，容易發(fā)生集中放電，工作物上產(chǎn)生污點(diǎn)(黑點(diǎn)) 等，導(dǎo)致加工表面質(zhì)量降低，面粗糙度變大。圖4也是本發(fā)明的發(fā)明者對加工能量(IpxTON)與熔融再凝固 層厚度d的分析評價結(jié)果的特性圖。這里的加工能量定義為"放電電 流x放電時間"。如圖4所示，加工能量(IpxTON)增加時，熔融再凝 固層厚度d變厚。其原因被推測為，體積電阻率降低時通電性上升， 到絕緣破壞為止的時間變短， 一定時間內(nèi)給與被加工物的能量增加， 另外因體積電阻率降低再凝固層厚度變厚。這樣，加工液的體積電阻率因加工液種類和加工液變質(zhì)而發(fā)生變化時，即使保持其他條件不發(fā)生變化，也不能得到相同的加工特性。 因此，為了維持所期望的加工特性，需要根據(jù)加工液的體積電阻率來 改變加工條件。例如，如上所述，體積電阻率降低的變質(zhì)加工液與新 品加工液相比，絕緣恢復(fù)較慢，故容易發(fā)生集中放電。因此，為了避 免集中放電的發(fā)生、得到與新品加工液同樣的加工特性，需要設(shè)定與 加工液體積電阻率對應(yīng)的加工條件。圖5是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的放電加工裝置的加工條件最優(yōu)化 處理的流程圖。另外，圖6表示放電加工中一般的正常放電時[圖6(a)] 與異常放電時[圖6 (b) I的電壓波形的波形圖。參照圖1、圖5、圖6 的同時表示放電加工裝置的加工條件最優(yōu)化處理。首先，如果加工槽8內(nèi)4吏用的加工液18是新品加工液時，加工 條件計算部12設(shè)定與該新品加工液對應(yīng)的加工條件，如果是使用過 的加工液，設(shè)定上次使用時的最新(最終)加工條件(步驟ST1)。 這里，加工條件是指放電電流、放電時間、休止時間及伺服基準(zhǔn)電壓， 通過讀出加工條件數(shù)據(jù)庫存儲部14中存儲的數(shù)據(jù)來得到各加工條件 的具體值。加工條件數(shù)據(jù)庫存儲部14存儲按加工液及4皮加工物區(qū)分 的數(shù)據(jù)。體積電阻率檢測部10檢測出使用中的加工液的體積電阻率(步 驟ST2:體積電阻率檢測工序)。加工條件計算部12包含的伺服基準(zhǔn)電壓運(yùn)算部11由下面的關(guān)系 式(式1)，利用體積電阻率檢測部10中檢測出的體積電阻率Rp 和新品加工液的體積電阻率Rq及伺服基準(zhǔn)電壓V別求出與使用中的加 工液對應(yīng)的伺服基準(zhǔn)電壓VS1的范圍(步驟ST3:伺服基準(zhǔn)電壓運(yùn)算 工序)。并且，下式中的"a，，是從各種實(shí)驗評價中由經(jīng)驗決定的系數(shù)。[式1VsoxR0=axVslxRi新品加工液的體積電阻率Ro及伺服基準(zhǔn)電壓Vso被存儲在加工 條件數(shù)據(jù)庫存儲部14中。伺服基準(zhǔn)電壓運(yùn)算部11將使用中的加工液 的體積電阻率Ra帶入上式(式l)求出伺服基準(zhǔn)電壓Vw。將求出的伺月良基準(zhǔn)電壓VS1的例如±10%作為能夠適用的范圍。接著，加工條件計算部12中包含的加工條件運(yùn)算部13,利用步 驟ST3求出的伺服基準(zhǔn)電壓和本發(fā)明的發(fā)明者導(dǎo)出的下述關(guān)系式(式 2~式4 )，求出加工條件(步驟ST4:加工條件運(yùn)算工序)。下式中， T(w為放電時間，ToFF為休止時間，Vs為伺服基準(zhǔn)電壓，Ip為放電電 流，d為熔融再凝固層厚度。 [式2d=px (Ipx TON ) Y (P、 y為系數(shù)，|3=0.8 1.5， y=0.2 03) [式3]ToF產(chǎn)CxEXP (DxToN) (C、 D為系數(shù)，C=25~35, D=0.01 0.02) [式4Vs=ExTon f (E、 F為系數(shù)，E=200 250， F=0.2 0.4)即，將步驟ST3中求出的伺服基準(zhǔn)電壓Vw代入(式4)的Vs， 首先求出TON。接著，(式2)中代入預(yù)先設(shè)定的熔融再凝固層厚度d 和上述Ton,求出放電電流Ip。這里的熔融再凝固層厚度d最好以加 工條件數(shù)據(jù)庫存儲部14的信息為基礎(chǔ)，兼顧被加工物表面質(zhì)量和加工速度來設(shè)定。同樣，(式3)中代入上述Ton,求出休止電流ToFF。這樣決定了加工條件的伺服基準(zhǔn)電壓Vs、放電時間TON、休止時間 TOFF、放電電流Ip。這里，設(shè)為Ip>5A/cm3時發(fā)生異常電流，所以 可以將Ip限定在這個值以下。上述(式2) (式4)所示的關(guān)系式被存儲在加工條件數(shù)據(jù)庫存 儲部14中。加工條件計算部12中包含的加工條件運(yùn)算部13可以從 (式1)中求出的伺服基準(zhǔn)電壓值(±10%的范圍)和預(yù)先設(shè)定的熔融 再凝固層厚度的值，求出合適的放電電流Ip、放電時間ToN、休止時 間To^及伺服基準(zhǔn)電壓Vs。放電加工裝置中，根據(jù)計算出的加工條件，控制裝置15通過伺服控制部16及脈沖控制部17來控制電極保持部2及加工用電極4， 進(jìn)行加工(步驟ST5)。加工時，伺服控制部16使得在伺服電動機(jī)2 中產(chǎn)生設(shè)定的伺服基準(zhǔn)電壓Vs，同時控制加工用電極4與工作物(被 加工物)6的間隙。并且，控制裝置15通過脈沖控制部17，如圖6 (a)所示，通過向加工用電極4施加空載電壓Vq，空載放電時間Td 后使加工用電極4及工作物(被加工物)6間的加工液18絕緣破壞而 進(jìn)行放電。接著，控制裝置15只在設(shè)定的放電時間ToN產(chǎn)生放電電 壓Veg及放電電流Ip，由該放電電流Ip，工作物(被加工物)6#皮融 化、加工。因加工產(chǎn)生工作物(;故加工物)6的加工屑，但基于加工 中的加工液18的氣化和爆發(fā)，其加工屑凈皮吹散。結(jié)果，加工液18的 絕緣降低，但控制裝置15只在設(shè)定的休止時間Topr停止電壓的發(fā)生， 由此恢復(fù)加工液18的絕緣。然后控制裝置15通過脈沖控制部17重 復(fù)向加工用電極8施加空載電壓V0。但是，本發(fā)明所利用的形雕放電加工裝置中，電路被設(shè)計為使放 電電流Ip—定，所以加工液18變質(zhì)后發(fā)生異常放電的狀態(tài)下，加工 液18的體積電阻率R降低，平均放電電壓降低。圖6(b)表示這樣 的異常放電時的電壓波形。這里，由規(guī)定的檢查裝置(未圖示)檢查多個加工特性(加工速 度、低電極消耗及工作表面質(zhì)量)是否滿足預(yù)先設(shè)定的條件。不滿足 多個加工特性中任一個時，設(shè)為加工條件設(shè)定中存在不完備，返回步 驟ST2，重做加工條件最優(yōu)化的處理。多個加工特性全部滿足時，結(jié) 束加工條件最優(yōu)化的處理(步驟ST6、 ST7)。并且結(jié)束時，將計算 出的加工條件逐次記錄在加工條件數(shù)據(jù)庫存儲部14中，為了繼續(xù)使 用同一加工液而預(yù)先存儲最新加工條件。如上所述，實(shí)施方式1所涉及的放電加工裝置檢測出使用中的加 工液的體積電阻率，由體積電阻率與伺服基準(zhǔn)電壓的關(guān)系式、檢測出 的體積電阻率、新品加工液的體積電阻率及實(shí)際的伺服基準(zhǔn)電壓各自 的值，求出與使用中的加工液對應(yīng)的伺服基準(zhǔn)電壓范圍。并且由該伺 服基準(zhǔn)電壓和加工條件數(shù)據(jù)庫存儲部14中存儲的關(guān)系式，計算出與加工液18的物理性質(zhì)對應(yīng)的最合適的加工條件后進(jìn)行放電加工。因 此，實(shí)施方式l中的放電加工裝置利用了各種變質(zhì)度不同的加工液， 同時能夠滿足加工速度、低電極消耗及工作表面質(zhì)量相關(guān)的所期望的 條件。另外，放電加工中，若按每個規(guī)定時間依次進(jìn)行圖5所示的加工 條件最優(yōu)化處理，即使加工液物理性質(zhì)時刻變化，也能夠與被加工物 中加工液的變質(zhì)程度對應(yīng)地得到合適的加工特性。
權(quán)利要求
1.一種放電加工裝置，所述放電加工裝置利用加工液對被加工物進(jìn)行放電加工，其特征在于，具有檢測出使用中的加工液的體積電阻率的體積電阻率檢測部；伺服基準(zhǔn)電壓運(yùn)算部，所述伺服基準(zhǔn)電壓運(yùn)算部根據(jù)使用新品加工液時的體積電阻率和伺服基準(zhǔn)電壓與使用中的加工液的體積電阻率的關(guān)系、求出能夠適用于使用中的加工液的伺服基準(zhǔn)電壓；以及加工條件運(yùn)算部，所述加工條件運(yùn)算部根據(jù)由上述伺服基準(zhǔn)電壓運(yùn)算部求出的伺服基準(zhǔn)電壓，求出包含放電電流、放電時間及休止時間的加工條件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的放電加工裝置，其特征在于，上述伺 服基準(zhǔn)電壓運(yùn)算部求出伺服基準(zhǔn)電壓、上述加工條件運(yùn)算部運(yùn)算出加 工條件之后，根據(jù)計算出的加工條件對被加工物進(jìn)行放電加工，然后 檢查多個加工特性是否滿足預(yù)先設(shè)定的條件，當(dāng)多個加工特性中任意一個不滿足預(yù)先設(shè)定的條件時，重復(fù)進(jìn)行由上述體積電阻率檢測部進(jìn)行的使用中的加工液的體積電阻率的檢 測、由上述伺服基準(zhǔn)電壓運(yùn)算部進(jìn)行的伺服基準(zhǔn)電壓的計算以及由上 述加工條件運(yùn)算部進(jìn)行的加工條件的計算。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的放電加工裝置，其特征在于，上述伺 服基準(zhǔn)電壓運(yùn)算部根據(jù)使用了新品加工液時的體積電阻率和伺服基 準(zhǔn)電壓與使用中的加工液的體積電阻率的關(guān)系式1，求出能夠適用于 使用中的加工液的伺服基準(zhǔn)電壓，上述加工條件運(yùn)算部根據(jù)式2至式4的放電電流、放電時間、休 止時間、伺服基準(zhǔn)電壓及熔融再凝固層厚度的關(guān)系式，求出上述加工 條件，其中，式1<formula>formula see original document page 2</formula>Ro為新品加工液的體積電阻率，Vs。為新品加工液的伺服基準(zhǔn)電 壓，Ri為使用中的加工液的體積電阻率，VS1為能夠適用于使用中的加工液的伺服基準(zhǔn)電壓， a為系數(shù)》 [式2d為熔融再凝固層厚度，W為"T(^xIp"， T(M為放電時間，Ip為放電電流， P、 Y為系數(shù)，p=0.8~1.5， y=0.2 0.3， [式3TOFF=CxEXP (DxToN)，ToFF為休止時間，C、 D為系數(shù)，C=25~35， D=0.01 0.02， [式4Vs=ExToN F，Vs為伺服基準(zhǔn)電壓，E、 F為系數(shù)，E=200~250， F=0.2~0.4。
4. 一種放電力口工方法，所述放電加工方法利用加工液對被加工 物進(jìn)行放電加工，其特征在于，包含檢測出使用中的加工液的體積電阻率的體積電阻率檢測工序；祠服基準(zhǔn)電壓運(yùn)算工序，根據(jù)使用新品加工液時的體積電阻率和 伺服基準(zhǔn)電壓與使用中的加工液的體積電阻率的關(guān)系、求出能夠適用 于使用中的加工液的伺服基準(zhǔn)電壓；加工條件運(yùn)算工序，根據(jù)由上述伺服基準(zhǔn)電壓運(yùn)算工序求出的伺 服基準(zhǔn)電壓，求出包含放電電流、放電時間及休止時間的加工條件；根據(jù)計算出的加工條件對被加工物進(jìn)行放電加工的放電加工工 序；以及檢查多個加工特性是否滿足預(yù)先設(shè)定的條件的加工特性檢查工序，在上述加工特性檢查工序中，當(dāng)多個加工特性中任意一個不滿足 預(yù)先設(shè)定的條件時，重復(fù)進(jìn)行上述體積電阻率檢測工序、上述伺服基 準(zhǔn)電壓運(yùn)算工序、上述加工條件運(yùn)算工序和上述放電加工工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用各種變質(zhì)度不同的加工液、避免異常放電的發(fā)生、使被加工物上形成的熔融再凝固層相應(yīng)變薄、并且使加工速度、低電極消耗及工作表面質(zhì)量(被加工物表面質(zhì)量)等加工特性也合適的放電加工裝置及加工方法。為此，提出了一種放電加工裝置，其特征在于，具有檢測出使用中的加工液的體積電阻率的體積電阻率檢測部；伺服基準(zhǔn)電壓運(yùn)算部，所述伺服基準(zhǔn)電壓運(yùn)算部根據(jù)使用新品加工液時的體積電阻率和伺服基準(zhǔn)電壓與使用中的加工液的體積電阻率的關(guān)系、求出能夠適用于使用中的加工液的伺服基準(zhǔn)電壓；以及加工條件運(yùn)算部，所述加工條件運(yùn)算部根據(jù)由上述伺服基準(zhǔn)電壓運(yùn)算部求出的伺服基準(zhǔn)電壓，求出包含放電電流、放電時間及休止時間的加工條件的。
文檔編號B23H1/02GK101222995SQ20058005102
公開日2008年7月16日 申請日期2005年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月8日
發(fā)明者三木伸介, 加藤木英隆 申請人:三菱電機(jī)株式會社