專利名稱：放電加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以數(shù)百微米(μm)以下的微細(xì)放電加工的高速化和穩(wěn)定化為目的的放電加工裝置。
在數(shù)百μm以下的微細(xì)放電加工中，要在微米或者亞微米(Subμm)級(jí)高精度地加工加工用電極形狀的復(fù)制和被加工物的加工表面光潔度的場(chǎng)合，必須微小化單步的放電能量至10-7J級(jí)。因放電能量小，加工用電極和被加工物的放電間隙為幾μm，有加工碎塊在放電間隙滯留時(shí)容易產(chǎn)生加工用電極和被加工物間的短路或者電弧狀態(tài)的問題。于是，圓形孔加工的場(chǎng)合使加工用電極旋轉(zhuǎn)，促使加工碎塊的排出和減少短路或者電弧狀態(tài)的產(chǎn)生，形成加工的高速化和穩(wěn)定化。
然而，在不能使加工用電極旋轉(zhuǎn)的方孔等非圓形孔加工的場(chǎng)合，因前述的問題，加工速度非常慢，不能實(shí)用。此外，圓形孔加工的進(jìn)一步高速化和穩(wěn)定化也是大課題。
本發(fā)明的目的是在具備促進(jìn)放電間隙排出滯留加工碎塊，減少加工用電極和被加工物產(chǎn)生短路或者電弧狀態(tài)的手段的放電加工裝置中，實(shí)現(xiàn)微細(xì)放電加工的高速化和穩(wěn)定化。
為解決前述課題，本發(fā)明的特征是，在利用加工用電極和被加工物間加的電壓，對(duì)前述被加工物進(jìn)行放電加工的放電加工裝置中，配備用來(lái)檢測(cè)前述加工用電極和前述被加工物間有無(wú)短路或者電弧狀態(tài)的短路檢測(cè)部、驅(qū)動(dòng)前述加工用電極或前述被加工物，使在前述短路檢測(cè)部測(cè)出短路或者電弧狀態(tài)時(shí)增大前述加工用電極和前述被加工物的間隙，沒有測(cè)出短路或者電弧狀態(tài)時(shí)縮小前述間隙的驅(qū)動(dòng)部和在前述加工用電極和前述被加工物間施加相對(duì)振動(dòng)的振動(dòng)附加部，前述振動(dòng)附加部用壓電元件構(gòu)成，且前述振動(dòng)的頻率設(shè)定在50Hz—500Hz范圍內(nèi)，或者前述振動(dòng)的振幅設(shè)定在加工用電極和被加工物間的放電間隙的2倍—40倍范圍內(nèi)，進(jìn)而前述頻率和振幅兩者均設(shè)定在前述的范圍內(nèi)。
在利用加工用電極和被加工物間加的電壓，對(duì)被加工物進(jìn)行放電加工的放電加工裝置中，驅(qū)動(dòng)加工用電極或被加工物，使檢測(cè)加工用電極和被加工物間有無(wú)短路或者電弧狀態(tài)的短路檢測(cè)部在測(cè)出短路或者電弧狀態(tài)時(shí)增大加工用電極和被加工物的間隙，沒有測(cè)出短路或者電弧狀態(tài)時(shí)縮小該間隙，所以能經(jīng)常適當(dāng)?shù)乇３旨庸び秒姌O和被加工物間的間隙。這里，由用壓電元件構(gòu)成的振動(dòng)附加部，對(duì)加工電極和/或被加工物施加振動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生加工用電極和被加工物的間隙變小時(shí)進(jìn)行放電加工、間隙變大時(shí)保持絕緣的狀態(tài)。此外，由于振動(dòng)促進(jìn)排出放電間隙的加工碎塊。
而且，由于在50Hz—500Hz的低頻區(qū)域中設(shè)定前述振動(dòng)的頻率，放電加工能高速化，振動(dòng)能排除不良影響。也就是說(shuō)如圖3所示的那樣，頻率在50Hz以上時(shí)，加工速度與沒有振動(dòng)的情況相比，高達(dá)后者的2—4倍，達(dá)到了放電加工的高速化。令人滿意的是，如圖4所示的頻率在100Hz以上時(shí)，加工速度與沒有振動(dòng)的情況相比，高達(dá)后者的4—5倍，達(dá)到了更進(jìn)一步的高速化。這種高速化當(dāng)頻率為200Hz時(shí)達(dá)到了峰值，進(jìn)一步地提高頻率也不能加快加工速度。因此，不必用需要防振部分的高頻進(jìn)行振動(dòng)，如果用實(shí)用上已知的加工用電極、被加工物和其保持部的共振頻率的1/2以下的頻率，就能充分得到振動(dòng)效果。因此，通過在500Hz以下設(shè)定前述頻率，能充分估計(jì)安全系數(shù)，使該頻率在前述共振頻率的1/2以下。如前述說(shuō)明的那樣，利用在50Hz—500Hz內(nèi)設(shè)定前述頻率，能實(shí)現(xiàn)放電加工的高速化，且不需防振部能進(jìn)行穩(wěn)定的放電加工。更令人滿意的是可以在100Hz—300Hz內(nèi)設(shè)定前述頻率。
在加工用電極和被加工物間的放電間隙的2倍—40倍范圍內(nèi)設(shè)定前述振動(dòng)的振幅時(shí)，能謀求加工速度的穩(wěn)定化。也就是說(shuō)前述倍率不滿2倍時(shí)，如圖5所示，加工速度的變動(dòng)顯著，難以進(jìn)行穩(wěn)定的放電加工。另一方面，因?yàn)榍笆霰堵侍岣邥r(shí)，加工速度隨之慢慢地降低，所以用40倍以下作為其倍率。這樣，以40倍以下作為前述倍率，從能不過度驅(qū)動(dòng)壓電元件的觀點(diǎn)來(lái)看，也是令人滿意的。
又，利用將前述振動(dòng)的頻率和振幅都設(shè)定在前述范圍內(nèi)，當(dāng)然能以最佳條件謀求放電加工的高速化和穩(wěn)定化。
如前所述的本發(fā)明，能促進(jìn)在放電間隙排出滯留的加工碎塊并能減少加工用電極和被加工物的短路或者電弧狀態(tài)的產(chǎn)生，是能實(shí)現(xiàn)加工的高速化和穩(wěn)定化的優(yōu)良的放電加工裝置。


圖1是表示本發(fā)明的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示加工速度和饋送設(shè)定速度間關(guān)系的圖。
圖3是表示加工速度和振動(dòng)頻率間關(guān)系的圖。
圖4是表示加工速度和振動(dòng)頻率間關(guān)系的圖。
圖5是表示加工速度和振動(dòng)振幅間關(guān)系的圖。
下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的放電加工裝置的一實(shí)施例。作為這一實(shí)施例表示的放電加工裝置，用放電加工裝置主體10和控制部11構(gòu)成。放電加工裝置主體10是在Z軸方向以微小的間隙使加工用電極保持部12所保持的加工用電極13和加工臺(tái)14上保持的被加工物15間相對(duì)放電加工的刻模放電加工裝置，具備由在放入加工液16的加工槽17中固定的座架18和在座架18中固定的板簧19間加壓連接的壓電元件110組成的振動(dòng)附加部111，其結(jié)構(gòu)是壓電元件110振動(dòng)時(shí)，座架18作為固定端板簧19對(duì)應(yīng)振動(dòng)進(jìn)行彈性形變，并通過與板簧19連接的加工臺(tái)14，將振動(dòng)傳到被加工物15上。
控制部11包括在加工用電極13和被加工物15間由RC電路外加加工用電壓的加工用電壓外加部112、用于檢測(cè)加工用電極13和被加工物15間有無(wú)短路的短路檢測(cè)部113、用于通過加工用電極保持部12使加工用電極13旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)控制部114、用于在Z軸方向進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的Z軸驅(qū)動(dòng)部115和用于在壓電元件110上外加任意驅(qū)動(dòng)電壓的壓電元件驅(qū)動(dòng)部116。加工中的Z軸驅(qū)動(dòng)部115，通過加工用電極保持部12用一定的饋送設(shè)定速度在Z軸的正方向(圖中下面部分)驅(qū)動(dòng)加工用電極13使加工用電極13和被加工物15的間隙變小。短路測(cè)出部113，在測(cè)出加工用電極13和被加工物15短路的場(chǎng)合，在Z軸的負(fù)方向(圖中上面部分)驅(qū)動(dòng)加工用電極13，使加工用電極13和被加工物15的間隙增大。
圖2是應(yīng)用基于圖1說(shuō)明的放電加工裝置的情況下，表示用加工需要的時(shí)間除被加工物15加工削減體積所得的加工速度和加工用電極13的饋送設(shè)定速度間關(guān)系的圖。在圖中，對(duì)于根據(jù)有無(wú)加工用電極13的旋轉(zhuǎn)和有無(wú)被加工物15的振動(dòng)等四種條件，分別用“停止”表示加工用電極13不旋轉(zhuǎn)且被加工物15不振動(dòng)的情況，用“旋轉(zhuǎn)”表示加工用電極13旋轉(zhuǎn)而被加工物15不振動(dòng)的情況，用“振動(dòng)”表示加工用電極13不旋轉(zhuǎn)而被加工物15振動(dòng)的情況，用“旋轉(zhuǎn)＋振動(dòng)”表示加工用電極13旋轉(zhuǎn)且被加工物15振動(dòng)的情況。加工用電極13的旋轉(zhuǎn)數(shù)是3000rpm，被加工物15的Z方向振動(dòng)是振幅為20μm、頻率是100Hz的正弦波振動(dòng)。加工是用純鎢制直徑為50μm的加工用電極13以80V加工用電壓、1.1KΩ電阻和10PF電容組成的RC電路作為加工用電源在石油加工液16中，對(duì)不銹鋼制的被加工物15進(jìn)行放電加工。這時(shí)的放電間隙是大約1μm。又，在本實(shí)施例中，雖然限定加工條件和加工用電極13以及被加工物15的材料進(jìn)行說(shuō)明，但只要用具有導(dǎo)電性的材料，對(duì)于任何的加工條件當(dāng)然也能利用振動(dòng)獲得本發(fā)明的效果。在不使被加工物15振動(dòng)的場(chǎng)合，對(duì)于饋送設(shè)定速度為2—3μm/S，加工速度為最大，當(dāng)饋送設(shè)定速度在上述值以上時(shí)，變成短路或者電弧狀態(tài)，加工用電極13和被加工物15拉開的次數(shù)增多，與其預(yù)期加工速度提高，不如認(rèn)為加工速度往往下降。另一方面，使被加工物振動(dòng)，通過取適當(dāng)?shù)酿佀驮O(shè)定速度(4—8μm/S)，在加工用電極13不旋轉(zhuǎn)的情況下能獲得以往5倍的加工速度、在旋轉(zhuǎn)的情況能獲得以往2倍的加工速度。
圖3和圖4應(yīng)用基于圖1說(shuō)明的放電加工裝置的情況下，表示加工速度和振動(dòng)頻率間關(guān)系的圖。使振動(dòng)條件變化，使加工用電極13總是旋轉(zhuǎn)，饋送設(shè)定速為8μm/S。此外，和基于圖2說(shuō)明的條件相同。由此，頻率不到50Hz不能認(rèn)為充分提高了加工速度，然而，如圖4所示，頻率從超過200Hz附近開始，加工速度不提高。因此，不必用需要防護(hù)部分的高頻進(jìn)行振動(dòng)，只要用實(shí)用上已知的加工用電極和被加工物及其保持部的共振頻率的1/2以下的頻率，就能充分獲得振動(dòng)效果。因此，將前述頻率范圍設(shè)定在50Hz—500Hz內(nèi)。
圖5是應(yīng)用基于圖1說(shuō)明的放電加工裝置的情況下，表示加工速度和振動(dòng)振幅間關(guān)系的圖。圖中“●”表示相同條件(放電間隙為1μm)下的加工結(jié)果平均值，“×”表示偏差的上限和下限。振動(dòng)頻率是100Hz。由此，加工速度在振幅為2μm(放電間隙的2倍)左右時(shí)變成最大，但在振幅不到2μm時(shí)，所得偏差大。通過使振幅為前述放電間隙的兩倍以上，能夠減小偏差，從而加工能穩(wěn)定化。此外，振幅為放電間隙的兩倍以上且提高該倍率時(shí)，加工速度漸漸降低，所以將該倍率設(shè)定為40倍以下。這樣，以40倍以下作為前述倍率，從能不過度驅(qū)動(dòng)壓電元件的觀點(diǎn)來(lái)看，也是令人滿意的。
權(quán)利要求
1.一種放電加工裝置，該裝置利用加工用電極和被加工物間加的電壓，放電加工被加工物，其特征在于，具備用來(lái)檢測(cè)所述加工用電極和所述被加工物間有無(wú)短路或者電弧狀態(tài)的短路檢測(cè)部、驅(qū)動(dòng)所述加工用電極或所述被加工物，使所述短路檢測(cè)部測(cè)出短路或者電弧狀態(tài)時(shí)增大所述加工用電極和所述被加工物的間隙、沒有測(cè)出短路或者電弧狀態(tài)時(shí)縮小所述間隙的驅(qū)動(dòng)部和在所述加工用電極和所述被加工物間施加相對(duì)振動(dòng)的振動(dòng)附加部，所述振動(dòng)附加部用壓電元件構(gòu)成，且所述振動(dòng)的頻率設(shè)定在50Hz—500Hz范圍內(nèi)。
2.一種放電加工裝置，該裝置利用加工用電極和被加工物間加的電壓，放電加工被加工物，其特征在于，具備用來(lái)檢測(cè)所述加工用電極和所述被加工物間有無(wú)短路或者電弧狀態(tài)的短路檢測(cè)部、驅(qū)動(dòng)所述加工用電極或所述被加工物，使所述短路檢測(cè)部測(cè)出短路或者電弧狀態(tài)時(shí)增大所述加工用電極和所述被加工物的間隙、沒有測(cè)出短路或者電弧狀態(tài)時(shí)縮小所述間隙的驅(qū)動(dòng)部和在所述加工用電極和所述被加工物間施加相對(duì)振動(dòng)的振動(dòng)附加部，所述振動(dòng)附加部用壓電元件構(gòu)成，且所述振動(dòng)的振幅設(shè)定在加工用電極和被加工物間的放電間隙的2倍—40倍范圍內(nèi)。
3.一種放電加工裝置，該裝置利用加工用電極和被加工物間加的電壓，放電加工被加工物，其特征在于，具備用來(lái)檢測(cè)所述加工用電極和所述被加工物間有無(wú)短路或者電弧狀態(tài)的短路檢測(cè)部、驅(qū)動(dòng)所述加工用電極或所述被加工物，使所述短路檢測(cè)部測(cè)出短路或者電弧狀態(tài)時(shí)增大所述加工用電極和所述被加工物的間隙、沒有測(cè)出短路或者電弧狀態(tài)時(shí)縮小所述間隙的驅(qū)動(dòng)部和在所述加工用電極和所述被加工物間施加相對(duì)振動(dòng)的振動(dòng)附加部，所述振動(dòng)附加部用壓電元件構(gòu)成，且所述振動(dòng)的頻率設(shè)定在50Hz—500Hz范圍內(nèi)的同時(shí)，所述振動(dòng)的振幅設(shè)定在加工用電極和被加工物間的放電間隙的2倍—40倍范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種放電加工裝置，該裝置利用加工用電極(13)和被加工物(15)間加的電壓，放電加工被加工物，在加工用電極和被加工物經(jīng)常保持適當(dāng)間隙的同時(shí)，采用壓電元件(110)的振動(dòng)附加部(111)使兩者相對(duì)振動(dòng)，按照振動(dòng)頻率，穩(wěn)定地產(chǎn)生間隙小時(shí)進(jìn)行放電加工，間隙大時(shí)保持絕緣。在50Hz-500Hz范圍內(nèi)設(shè)定該頻率時(shí)，能減少產(chǎn)生短路及電弧狀態(tài)。振動(dòng)促使放電間隙加工碎塊的排出。該裝置實(shí)現(xiàn)了微細(xì)放電加工的高速化和穩(wěn)定化。
文檔編號(hào)B23H7/00GK1126645SQ95115739
公開日1996年7月17日 申請(qǐng)日期1995年9月18日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月17日
發(fā)明者室真弘, 正木健, 池本義寬, 古澤可憲 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社