專利名稱：放電加工裝置及放電加工方法
技術領域：
本發明涉及將被加工物(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行 加工的放電加工裝置以及放電加工方法。
背景技術：
放電加工是利用因放電產生的熱所導致的被加工物的熔融現象 和因加工液爆發的氣化膨脹使熔融部分飛散的作用的加工方法。基于 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展、破裂以及強度降低的 原因。另外，放電加工中，基于加工產生的金屬屑、水、羧酸等，導 致加工液變質，加工液的體積電阻率降低。基于該體積電阻率的降低 而產生異常放電，從而流過電弧電流時，會有加工速度降低和被加工 物表面變質等問題發生。為了避免上述異常放電，專利文獻l記載的放電加工裝置中，監 控加工間隙的電壓，此電壓偏離基準值時，由伺服控制提供對加工間 隙的祠服基準電壓，使能夠正常放電。另外，關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l:日本專利第3213116號公報(圖1、圖5) 通過采用上述專利文獻l中記載的放電加工裝置，確實能夠避免 異常放電。但是，專利文獻l中記載的發明，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 化。因此，該放電加工裝置不能得到合適的加工特性和相應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量(被加工物表面質量)這3個特性。 發明內容本發明的目的在于，得到利用各種變質度不同的加工液、避免異 常放電的發生、使在被加工物上形成的熔融再凝固層相應變薄、并且 使加工速度、低電極消耗及工作表面質量(被加工物表面質量)等加 工特性也合適的放電加工裝置及放電加工方法。本發明是為了達到上述目的而發明的。涉及本發明的放電加工裝 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； 伺服基準電壓運算部，所述伺服基準電壓運算部根據使用新品加工液時的體積電阻率和伺服基準電壓、與使用中的加工液的體積電阻率的關系，求出能夠適用于使用中的加工液的伺服基準電壓；以及 加工條件運算部，所述加工條件運算部根據上述伺服基準電壓運算部求出的伺服基準電壓，求出包含放電電流、放電時間及休止時間的加工條件。才艮據本發明，求出與加工液物理性質對應的放電電流、放電時間、 休止時間及伺服基準電壓等最優加工條件，并利用該加工條件對被加 工物進行加工，根據加工液的變質程度、得到合適的加工特性。
圖l是表示本發明實施方式l的放電加工裝置結構的框圖。 圖2是表示加工速度與體積電阻率的關系的特性圖。 圖3是表示完成面粗糙度與體積電阻率的關系的特性圖。 圖4是表示加工能量與熔融再凝固層厚度的關系的特性圖。 圖5是表示本發明實施方式1的放電加工裝置的加工條件最優化 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、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伺服基準電壓運算部、12加工條件 計算部、13加工條件運算部、14加工條件數據庫存儲部、15控制 裝置、16伺服控制部、17脈沖控制部、18加工液、19脈沖電源具體實施方式
下面參照
本發明的具體實施方式
。 實施方式1圖1是表示本發明實施方式1的放電加工裝置結構的框圖。圖1 中，加工槽8內充滿了 i-鏈烷烴等加工液18，其中設置了工作物(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2頂端 設置了加工用電極4。施加在加工用電極4上的伺服基準電壓由伺服 控制部16決定和產生。并且由該伺服基準電壓決定(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。 如后面所詳細說明，加工條件計算部12中包含的伺服基準電壓運算 部11求出能夠適用于使用中的加工液18的伺服基準電壓的范圍。并 且如后面所詳細i兌明的那樣，加工條件計算部12中包含的加工條件 運算部13求出加工條件(放電電流、放電時間、休止時間及伺服基 準電壓)。加工條件數據庫存儲部14，存儲決定(將在后面說明的) 加工條件的關系式。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)脈沖發生條件提供給 脈沖控制部17，該脈沖控制部17根據脈沖發生條件對脈沖電源19指 示加工用電極4中脈沖的發生。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氫類 化合物的加工液、或者在低粘度碳氫類化合物中添加了抗氧化劑、冷 卻特性改進劑等的加工液。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，物理性質會發生變化。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的關系的特性圖。 這些特性圖是本發明的發明者對形雕放電加工液的新品和變質品進 行詳細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(即、體積電阻率)的結果。并且，圖 2及圖3中，A、 B、 C及D是商業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品(A和C)。如圖2所示，在體積電阻率p隨著加工液的變質而降低時，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、體積電阻率降低時，絕 緣性難以充分恢復，容易發生集中放電，工作物上產生污點(黑點) 等，導致加工表面質量降低，面粗糙度變大。圖4也是本發明的發明者對加工能量(IpxTON)與熔融再凝固 層厚度d的分析評價結果的特性圖。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而發生變化時，即使保持其他條件不發生變化，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加工液與新 品加工液相比，絕緣恢復較慢，故容易發生集中放電。因此，為了避 免集中放電的發生、得到與新品加工液同樣的加工特性，需要設定與 加工液體積電阻率對應的加工條件。圖5是表示本發明實施方式1的放電加工裝置的加工條件最優化 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化處理。首先，如果加工槽8內4吏用的加工液18是新品加工液時，加工 條件計算部12設定與該新品加工液對應的加工條件，如果是使用過 的加工液，設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電壓， 通過讀出加工條件數據庫存儲部14中存儲的數據來得到各加工條件 的具體值。加工條件數據庫存儲部14存儲按加工液及4皮加工物區分 的數據。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包含的伺服基準電壓運算部11由下面的關系 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及伺服基準電壓V別求出與使用中的加 工液對應的伺服基準電壓VS1的范圍(步驟ST3:伺服基準電壓運算 工序)。并且，下式中的"a，，是從各種實驗評價中由經驗決定的系數。[式1VsoxR0=axVslxRi新品加工液的體積電阻率Ro及伺服基準電壓Vso被存儲在加工 條件數據庫存儲部14中。伺服基準電壓運算部11將使用中的加工液 的體積電阻率Ra帶入上式(式l)求出伺服基準電壓Vw。將求出的伺月良基準電壓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算部13,利用步 驟ST3求出的伺服基準電壓和本發明的發明者導出的下述關系式(式 2~式4 )，求出加工條件(步驟ST4:加工條件運算工序)。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，|3=0.8 1.5， y=0.2 03) [式3]ToF產CxEXP (DxToN) (C、 D為系數，C=25~35, D=0.01 0.02) [式4Vs=ExTon f (E、 F為系數，E=200 250， F=0.2 0.4)即，將步驟ST3中求出的伺服基準電壓Vw代入(式4)的Vs， 首先求出TON。接著，(式2)中代入預先設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 工條件數據庫存儲部14的信息為基礎，兼顧被加工物表面質量和加工速度來設定。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電壓Vs、放電時間TON、休止時間 TOFF、放電電流Ip。這里，設為Ip>5A/cm3時發生異常電流，所以 可以將Ip限定在這個值以下。上述(式2) (式4)所示的關系式被存儲在加工條件數據庫存 儲部14中。加工條件計算部12中包含的加工條件運算部13可以從 (式1)中求出的伺服基準電壓值(±10%的范圍)和預先設定的熔融 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^及伺服基準電壓Vs。放電加工裝置中，根據計算出的加工條件，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， 進行加工(步驟ST5)。加工時，伺服控制部16使得在伺服電動機2 中產生設定的伺服基準電壓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 進行放電。接著，控制裝置15只在設定的放電時間ToN產生放電電 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，其加工屑凈皮吹散。結果，加工液18的 絕緣降低，但控制裝置15只在設定的休止時間Topr停止電壓的發生， 由此恢復加工液18的絕緣。然后控制裝置15通過脈沖控制部17重 復向加工用電極8施加空載電壓V0。但是，本發明所利用的形雕放電加工裝置中，電路被設計為使放 電電流Ip—定，所以加工液18變質后發生異常放電的狀態下，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量)是否滿足預先設定的條件。不滿足 多個加工特性中任一個時，設為加工條件設定中存在不完備，返回步 驟ST2，重做加工條件最優化的處理。多個加工特性全部滿足時，結 束加工條件最優化的處理(步驟ST6、 ST7)。并且結束時，將計算 出的加工條件逐次記錄在加工條件數據庫存儲部14中，為了繼續使 用同一加工液而預先存儲最新加工條件。如上所述，實施方式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電壓的關系式、檢測出 的體積電阻率、新品加工液的體積電阻率及實際的伺服基準電壓各自 的值，求出與使用中的加工液對應的伺服基準電壓范圍。并且由該伺 服基準電壓和加工條件數據庫存儲部14中存儲的關系式，計算出與加工液18的物理性質對應的最合適的加工條件后進行放電加工。因 此，實施方式l中的放電加工裝置利用了各種變質度不同的加工液， 同時能夠滿足加工速度、低電極消耗及工作表面質量相關的所期望的 條件。另外，放電加工中，若按每個規定時間依次進行圖5所示的加工 條件最優化處理，即使加工液物理性質時刻變化，也能夠與被加工物 中加工液的變質程度對應地得到合適的加工特性。
權利要求
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；伺服基準電壓運算部，所述伺服基準電壓運算部根據使用新品加工液時的體積電阻率和伺服基準電壓與使用中的加工液的體積電阻率的關系、求出能夠適用于使用中的加工液的伺服基準電壓；以及加工條件運算部，所述加工條件運算部根據由上述伺服基準電壓運算部求出的伺服基準電壓，求出包含放電電流、放電時間及休止時間的加工條件。
2. 根據權利要求1所述的放電加工裝置，其特征在于，上述伺 服基準電壓運算部求出伺服基準電壓、上述加工條件運算部運算出加 工條件之后，根據計算出的加工條件對被加工物進行放電加工，然后 檢查多個加工特性是否滿足預先設定的條件，當多個加工特性中任意一個不滿足預先設定的條件時，重復進行由上述體積電阻率檢測部進行的使用中的加工液的體積電阻率的檢 測、由上述伺服基準電壓運算部進行的伺服基準電壓的計算以及由上 述加工條件運算部進行的加工條件的計算。
3. 根據權利要求2所述的放電加工裝置，其特征在于，上述伺 服基準電壓運算部根據使用了新品加工液時的體積電阻率和伺服基 準電壓與使用中的加工液的體積電阻率的關系式1，求出能夠適用于 使用中的加工液的伺服基準電壓，上述加工條件運算部根據式2至式4的放電電流、放電時間、休 止時間、伺服基準電壓及熔融再凝固層厚度的關系式，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電壓， a為系數》 [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，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，C=25~35， D=0.01 0.02， [式4Vs=ExToN F，Vs為伺服基準電壓，E、 F為系數，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；祠服基準電壓運算工序，根據使用新品加工液時的體積電阻率和 伺服基準電壓與使用中的加工液的體積電阻率的關系、求出能夠適用 于使用中的加工液的伺服基準電壓；加工條件運算工序，根據由上述伺服基準電壓運算工序求出的伺 服基準電壓，求出包含放電電流、放電時間及休止時間的加工條件；根據計算出的加工條件對被加工物進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先設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，當多個加工特性中任意一個不滿足 預先設定的條件時，重復進行上述體積電阻率檢測工序、上述伺服基 準電壓運算工序、上述加工條件運算工序和上述放電加工工序。
全文摘要
本發明提供一種利用各種變質度不同的加工液、避免異常放電的發生、使被加工物上形成的熔融再凝固層相應變薄、并且使加工速度、低電極消耗及工作表面質量(被加工物表面質量)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；伺服基準電壓運算部，所述伺服基準電壓運算部根據使用新品加工液時的體積電阻率和伺服基準電壓與使用中的加工液的體積電阻率的關系、求出能夠適用于使用中的加工液的伺服基準電壓；以及加工條件運算部，所述加工條件運算部根據由上述伺服基準電壓運算部求出的伺服基準電壓，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 優先權日2005年7月8日
發明者三木伸介, 加藤木英隆 申請人:三菱電機株式會社