JPH068058A

JPH068058A - 放電加工機

Info

Publication number: JPH068058A
Application number: JP19593392A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Sawada; 潔沢田; Shunichi Otaka; 俊一尾高
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1992-06-30
Filing date: 1992-06-30
Publication date: 1994-01-18

Abstract

(57)【要約】【目的】放電間隙長を高い応答速度および精度で調整
できる放電加工機、工具電極側を移動して被加工物の移
動方向と平行な方向への放電間隙長を調整できる放電加
工機、放電間隙調整機構が機械的な運動上で２つ以上の
自由度を有している放電加工機、の提供。【構成】工具電極５又は被加工物８又はその両者を移
動させる駆動機構を備え、これを大きな可動距離を持つ
長距離運動機構とこれより小さい可動距離とこれより高
速の応答速度を持つ微小距離運動機構の組み合わせて構
成する。長距離運動機構と微小距離運動機構は、運動の
自由度を重複して有し、微小距離運動機構は運動の自由
度が２つ以上とされる。微小距離運動機構のアクチュエ
ータが電歪素子６又は磁歪素子１４とされることがあ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、液体中で微小な間隙
を隔てて対向させた工具電極と被加工物の間に電圧を印
加して放電を発生させることにより、被加工物の材料を
除去して加工する放電加工機に関する。

【０００２】

【従来の技術】放電加工では、工具電極と被加工物間の
相対的な位置関係（加工空間領域）を実現するために大
きな可動距離を持つ長距離運動と、工具電極と被加工物
間の放電間隙長ｄを適切に維持するために長距離運動よ
り小さい可動距離の微小距離運動の双方が要求される。

【０００３】これらは、結局、工具電極、被加工物ある
いは両者を機械的に移動させることで達成される。しか
し、従来、放電加工機における工具電極又は被加工物又
は両者の駆動機構は、これら工具電極、被加工物の機械
的な運動（Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸による運動）上の自由度と
同数の自由度を持つに過ぎなかった。あるいは、工具電
極、被加工物の機械的な運動上の自由度より多い自由度
を持ってる場合も、これらの自由度を実現する駆動機械
のうち重複する運動上の自由度を実現する駆動機の組み
合わせにおいてそれぞれの機構の、応答速度など制御上
の精度が同程度であり、また各々の可動距離が放電間隙
長の調整に要する微小距離運動に必要な距離に比較して
大き過ぎたりする。すなわち、従来の放電加工機では前
記の長距離運動をする機構と微小距離運動をする機構が
区別されておらず両方の運動が同一の機構により行われ
ている。

【０００４】このため、特に、放電間隙長を制御するた
めの微小距離運動の精度と応答速度が充分ではなく、異
常放電や加工屑の排出不良により放電加工の能率が低下
し、また、加工の精度と仕上げが充分ではなかった。

【０００５】さらに、放電加工機では放電間隙長の調整
に、工具電極を移動させる場合と、被加工物を移動させ
る場合があるが、工具電極の質量と被加工物の質量に差
があるので、一つの被加工物に同時に行われる加工であ
りながら、工具電極を移動して放電間隙長を調整する方
向の加工と、被加工物を移動して放電間隙長を調整する
方向の加工とでは、方向によって制御精度に差が生じ、
加工精度、面仕上げに差が出る問題があった。

【０００６】一方、前記のように工具電極又は被加工物
又は両者の駆動機構が、工具電極、被加工物又は両者の
機械的な運動上の自由度より多い自由度を持ち、しか
も、放電間隙長の調整に対応する機構の応答速度が他の
自由度に対応する機構より高く、かつ、この機構の可動
距離も微小距離運動に必要な距離と同程度に小さく設定
されたものが検討されている（特願平３−１２１７７３
号）。

【０００７】しかし、このような放電間隙長を調整する
機構が有する自由度は１であり、放電間隙長を調整する
ために高い応答速度をもっていても、加工すべき形状に
よっては、この高い応答速度を持つ機構を利用出来ず、
結果として異常放電や加工屑の排出不良により放電加工
の能率が低下し、また、加工の精度と仕上りが充分では
なかった。

【０００８】図５は、その従来例であり、型彫り放電加
工機１は、サーボモータ２とボールねじ３などからなる
伝動機構４により工具電極５を長距離運動させると共
に、圧電素子６をアクチュエータとする放電間隙調整機
構７によって、工具電極５を高速で微小距離運動させ、
工具電極５と被加工物８間の放電間隙長ｄを調整する。
しかし、この場合、工具電極５の側面における放電間隙
長（被加工物の移動方向と平行な方向での放電間隙長）
の調整は従来どうりの被加工物８を移動するテーブル９
の駆動機構に頼っており、圧電素子６をアクチュエータ
とした放電間隙調整機構７ほどの高速で微小な放電間隙
の調整は困難であった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、放電間隙
長を高い応答速度および精度で調整できる放電加工機、
工具電極側を移動して被加工物の移動方向と平行な方向
への放電間隙長を調整できる放電加工機、放電間隙調整
機構が運動上で２つ以上の自由度を有している放電加工
機、の提供を課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】放電加工機に関する。工
具電極又は被加工物又はその両者を移動させる駆動機構
を備える。前記の駆動機構は、大きな可動距離を持つ長
距離運動機構とこれより小さい可動距離とこれより高速
の応答速度を持つ微小距離運動機構の組み合わせからな
る。長距離運動機構と微小距離運動機構は、運動の自由
度を重複して有する。微小距離運動機構は運動の自由度
が２つ以上とされる。

【００１１】微小距離運動機構のアクチュエータが圧電
素子とされることがある。微小距離運動機構のアクチュ
エータが磁歪素子とされることがある。微小距離運動機
構が、全て工具電極の駆動機構内に組み込まれているこ
とがある。

【００１２】

【作用】長距離運動機構は、大きな可動距離によって工
具電極と被加工物間の相対的な位置関係を実現する。微
小距離運動機構は、小さな可動距離によって工具電極と
被加工物間の放電間隙長を適切に維持する。圧電素子、
磁歪素子は微小距離運動に関して高い応答速度を実現す
る。微小距離運動機構が、２つ以上の自由度を備えた構
成は、被加工物の移動と平行な方向への放電間隙長の調
整をも高い応答速度と精度で行わせる。微小距離運動機
構が、全て工具電極側に組み込まれた構成は、放電間隙
長の調整を高い応答速度と精度で行わせる。

【００１３】

【実施例】図１は、第１実施例としての型彫り放電加工
装置１であり、従来例と同様に、サーボモータ２とボー
ルねじ３からなる伝動機構４、放電間隙調整機構７、工
具電極５およびテーブル９を備える。被加工物８はテー
ブル９に載置され、平面上をＸＹ方向に制御されて移動
可能とされている。伝動機構４、放電間隙調整機構７お
よび工具電極５は基本的な運動軸を垂直なＺ軸に一致さ
せて配置されており、工具電極５は放電間隙調整機構７
におけるガイド枠１０の下面に固定され、下端は被加工
物８と対面している。

【００１４】符号Ｓ１は工具電極５の位置を検出する位
置検出センサー、符号Ｓ２は、放電間隙長ｄを検出する
間隙長検出センサーである。この間隙長検出センサーＳ
２はＸ，Ｙ，Ｚ方向の必要個所に数個を設置する。Ｘ，
Ｙ方向の間隙長検出は、被加工物８の移動方向と平行な
方向への放電間隙長の検出である。なお、この放電加工
機１は従来と同様の数値制御装置を備え、その制御のも
とに作動する。

【００１５】放電間隙調整機構７（図２）は、ガイド枠
１０とＸ，Ｙ，Ｚ方向に対応させた圧電素子６（ｘ，
ｙ，ｚ）で構成され、上面が伝動機構４の下部に取付け
られて固定側とされ、下面には前記の工具電極５が取付
けられて可動側とされている。ガイド枠１０は、一体型
の平行板ばね構造を備え、上方から、上下に変位するば
ね壁１１を備えたＺ部と前後に変位するばね壁１２を備
えたＸ部および左右に変位するばね壁１３を備えたＹ部
で構成され、アクチュエータとしての圧電素子６ｚ（電
歪素子）は対向して配置されたばね壁１１間に、同様に
圧電素子６ｘはばね壁１２間に、また、圧電素子６ｙは
ばね壁１３間に、それぞれ配置されて両端を壁に固定さ
れている。これらの圧電素子６は、前記の数値制御装置
の制御下にある。

【００１６】したがって、各圧電素子６（ｘ，ｙ，ｚ）
に電圧が印加され、これらがピエゾ効果による変形によ
ってアクチュエータとして機能すると、工具電極５は
Ｘ，Ｙ，Ｚ方向およびその複合された方向に移動され
る。すなわち、工具電極５は放電間隔調整機構７によ
り、３つの運動の自由度を備える。ただし、圧電素子６
の特性上、その可動距離は微小であり、かつ、高速で移
動する。

【００１７】以上のように、この放電加工機１におい
て、伝動機構４、放電間隙調整機構７およびテーブル９
は、工具電極５と被加工物８の間の間隙の距離を制御、
維持するために、工具電極５、被加工物８又はその両者
を移動させる駆動機構を構成している。

【００１８】そして、この駆動機構の内、伝動機構４と
テーブル９は、大まかに、かつ、大きな可動距離でもっ
て工具電極５と被加工物８間の相対的な位置関係（加工
空間領域）を実現するものであるから、長距離運動機構
を構成する。この機構は運動に関し機械的であり、Ｘ，
Ｙ，Ｚ方向の３つの自由度を有する。

【００１９】これに対し、前記の放電間隙調整機構７
は、アクチュエータが圧電素子６であることにより、長
距離運動機構より小さい可動距離とこれより高速の応答
速度を持つ微小距離運動機構である。この微小距離運動
機構は、前記のように運動の自由度が２つ以上であり、
かつ、長距離運動機構と重複した自由度を有する。

【００２０】放電加工は従来と同様に、工具電極５と被
加工物８を液体中で微小な間隙を隔てて対向させ、工具
電極５と被加工物８の間に電圧を印加して放電を発生さ
せることにより行われる。まず、長距離運動機構により
被加工物８と工具電極５の垂直面および平面での相対位
置が定められ、ついで、位置検出センサーＳ１からの信
号を参照しながら、加工の進行にともなう工具電極５の
送り、および被加工物８の送りが行われる。

【００２１】この間、間隙長検出センサーＳ２の信号が
監視されており、設定された適切な放電間隙長ｄから逸
脱する信号が検出されると、数値制御装置はその信号を
送っている放電間隙長センサーＳ２の位置を判断して、
長距離運動機構に対してはパルス分配を行って、また、
微小距離運動機構に対しては前記の圧電素子６（ｘ，
ｙ，ｚ）の内、いずれか、あるいは複数に作動電圧を印
加することでこれらを駆動する。

【００２２】すると、圧電素子６の方が応答速度が高い
ので、電圧を印加された圧電素子６が、アクチュエータ
として先に機能し、逸脱信号が出されている放電間隙を
適正な放電間隙ｄとし、異常を解消する。これによっ
て、まず、集中放電や短絡あるいは放電停止が未然に防
止され、また、工具電極５の高速運動により、放電間隙
に発生した加工液の早い流れで放電間隙における加工屑
が洗い流される。

【００２３】この間に伝動機構４のサーボモーター２や
テーブル９を送るサーボモーターが駆動されて工具電極
５と被加工物８間の放電間隙が修正され、適正な放電間
隙長ｄが復元される。なお、圧電素子６はバイアス電圧
による変形位置を中心として印加される電圧に応じた量
でプラス方向マイナス方向へ変形するものであり、作動
用の電圧の印加はパルス的に行われる。パルス長は長距
離運動機構の応答速度に合わせて決定され、微小距離運
動機構と長距離運動機構の駆動が同時に終了するように
されている。このように、放電間隙長ｄの調整は高い応
答速度で、かつ、精度高く行われる。

【００２４】また、この第１実施例では、放電間隙調整
機構７として全ての微小距離運動機構が工具電極５の駆
動機構に組み込まれているから、微小距離運動機構が駆
動する質量は小さい。したがって、通常、工具電極５側
より質量が大きな被加工物８側を微小距離運動機構で駆
動する場合に比較し、より精度が向上する。しかも、こ
の精度は、放電間隙長を調整する方向（Ｘ，Ｙ，Ｚある
いはこれらの複合方向）によって異なることがない。

【００２５】図３は、第２実施例における放電間隙調整
機構７であり、前記した第１実施例の放電間隙調整機構
７に比較して、平行ばね構造のガイド枠１０のＺ部に３
個の圧電素子６ｚ（1,2,3)が三角形に配置され、また、
Ｘ部に２個の圧電素子６ｘ（1,2 ）が配置されている点
で異なる。

【００２６】この実施例によれば、放電間隙調整機構７
の圧電素子６ｚ（1,2,3)の変位量に差を与えることによ
り工具電極５にロールとピッチ方向の回転を行わせ、ま
た、圧電素子６ｘ（1,2)の変位量に差を与えてヨー方向
の回転を行わせることができる。これにより、工具電極
５の位置に加え、この電極の姿勢をも詳細に制御するこ
とができ、全ての形状の被加工物８の放電加工におい
て、工具電極５と被加工物８間の放電加工間隙長ｄを適
正な値に維持することができる。

【００２７】図７は、第３実施例における放電間隙調整
機構７であり、第１、第２の実施例に対して、アクチュ
エータとして磁歪素子１４（ｘ，ｙ，ｚ）を使用したも
ので符号１５（ｘ，ｙ，ｚ）はこれらを駆動するための
コイルである。機能として第１実施例の場合と格別に異
なる点はない。

【００２８】以上は実施例であり、本発明は、図示した
具体的構成に限定されない。圧電素子６は他の電気的な
歪素子でも良く、また、ガイド枠１０内における配置も
種々考えられる。２つ以上の自由度を確保するための機
構を実施例の放電間隙調整機構７のように全て一体にま
とめる必要はない。複数の圧電素子の変形を合成して一
つの自由度を得ることもある。放電間隙調整機構７は、
その高い応答速度を利用して放電間隙間に加工液の流動
を促し、該間隙の加工屑を排出する清掃作動にのみ使用
されることもある。

【００２９】

【発明の効果】加工形状によらず、放電加工における放
電間隙長ｄの機械的な制御による加工屑の排除と安定し
た放電の維持が改善され、放電加工をより安定させ、高
い加工能率と良好な加工仕上げ特性を得られる。

【００３０】放電加工中の工具電極および被加工物の運
動の内、特に微細で高速な動作を要求される放電間隙調
整動作をこの微小な運動を行う機構（微小距離運動機
構）に主に担当させることにより、長距離の運動を行う
機構（長距離運動機構）によって放電間隙制御動作をも
行う場合に比べ、高速で正確な放電間隙調整がなされ
る。

【００３１】被加工物に比べて一般に質量が小さい工具
電極の方の駆動機構に微細で高速に運動を行う機構を組
み込むことにより、被加工物の運動方向と平行な方向の
放電間隙を調整する運動も、質量が小さい工具電極の方
の駆動機構によって行われる。これによって、微小な運
動を行う機構を質量が大きな被加工物の駆動機構に組み
込んだ場合に比較して、より高速で正確な放電間隙の調
整がなされる。

【００３２】また、放電間隙長の調整を長距離の運動を
行う機構のみで行った場合に工具電極を移動して、放電
間隙長を調整する方向と被加工物を移動して放電間隙長
を調整する方向では、放電間隙長の制御精度に差があ
り、加工精度、加工面仕上げに差を生じていた問題が、
両方向の放電間隙制御運動を工具電極を駆動する微小距
離運動機構によって行うことで解消される。

【００３３】複数の方向、例えば、３方向に高速で微細
な運動をする機構を組み込めば、いかなる方向の放電間
隙の調整においてもこの３方向の高速で微小な運動およ
びその合成運動により有効な放電間隙調整が行われる。
さらに、６自由度にこの高速で微細な運動をする機構を
組み込むことにより、工具電極と被加工物の相対的な位
置と姿勢を全て高速かつ微細に調整できるようになり、
放電間隙調節のため最適な運動を実現できるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】概略に機構を示した正面図（第１実施例）。

【図２】要部の正面図（第１実施例）。

【図３】要部の正面図（第２実施例）。

【図４】要部の正面図（第３実施例）。

【図５】概略に機構を示した正面図（従来例）。

【符号の説明】

１放電加工装置２サーボモー
タ３ボールねじ４伝動機構５工具電極６圧電素子７放電間隙調整機構８被加工物９テーブル１０ガイド枠

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体中で微小な間隙を隔てて対向させた
工具電極と被加工物の間に電圧を印加して放電を発生さ
せることにより、被加工物の材料を除去して加工する放
電加工機であり、工具電極と被加工物の間の間隙の距離
を制御、維持するために工具電極又は被加工物又はその
両者を移動させる駆動機構を備え、この駆動機構が大き
な可動距離を持つ長距離運動機構とこれと重複する運動
の自由度を持ち、これより小さい可動距離とこれより高
速の応答速度を持つ微小距離運動機構の組み合わせから
なり、前記の微小距離運動機構の運動の自由度が２つ以
上であることを特徴とした放電加工機。
【請求項２】微小距離運動機構が圧電素子をアクチュ
エータとしていることを特徴とした請求項１に記載の放
電加工機。
【請求項３】微小距離運動機構が磁歪素子をアクチュ
エータとしていることを特徴とした請求項１に記載の放
電加工機。
【請求項４】微小距離運動機構が全て工具電極の駆動
機構内に組み込まれていることを特徴とした請求項１〜
請求項３のいずれか一つに記載の放電加工機。