專利名稱：放電加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放電加工裝置。
以往，使用銅和各向同性石墨作為工具電極材料，而近年來有有關(guān)使用熱分解碳材料作為工具電極，以減少電極消耗的嘗試的報告(例如，參閱文獻，宇野、岡田的熱分解碳電極的放電加工特性，電加工學(xué)會全國大會(1995年)演講文集P163～P166)。
但是，如果進行熱分解碳放電加工，則存在著加工非常不穩(wěn)定的問題。我們沒有看到，以往在使用了該材料進行放電加工時，考慮材料的方向性的例子，而筆者經(jīng)反復(fù)潛心研究，發(fā)現(xiàn)在使用熱分解碳材料等各向異性導(dǎo)電材料進行放電加工時，必須考慮在熱傳導(dǎo)及電傳導(dǎo)中的各向異性，直至完成本發(fā)明。
另外，在使用上述熱分解碳材料作為工具電極的情況下，還存在與以往所使用的電極材料相比較，價格明顯提高的問題。
有關(guān)本發(fā)明權(quán)利要求1中的放電加工裝置，是在工具電極或加工物的至少某一方使用有各向異性材料的放電加工裝置中，設(shè)置在各向異性導(dǎo)電材料的良導(dǎo)電面上連接各向同性導(dǎo)電體的部分。
有關(guān)本發(fā)明的權(quán)利要求2中的放電加工裝置，是在權(quán)利要求1記述的裝置中，使得在各向異性導(dǎo)電材料的良導(dǎo)電面上產(chǎn)生放電。
有關(guān)本發(fā)明的權(quán)利要求3中的放電加工裝置，是在權(quán)利要求1記述的裝置中，使用導(dǎo)電性粘接劑連接各向異性導(dǎo)電材料和各向同性導(dǎo)電體。
有關(guān)本發(fā)明權(quán)利要求4中的放電加工裝置，是在權(quán)利要求1至3記述的裝置中，設(shè)各向異性導(dǎo)電材料為熱分解碳材料。
有關(guān)本發(fā)明權(quán)利要求5的放電加工裝置，是在權(quán)利要求4記述的裝置中，將熱分解碳材料作為工具電極使用。
有關(guān)本發(fā)明權(quán)利要求6的放電加工裝置，是在權(quán)利要求5記述的裝置中，使用純水等不燃性加工液作為加工液。
有關(guān)本發(fā)明權(quán)利要求7的放電加工裝置，是在權(quán)利要求1記述的裝置中，是具備了測定放電中的電壓的放電電壓測定裝置、用于設(shè)定判別正常放電和異常放電的臨界值的基準(zhǔn)電壓設(shè)定裝置、在測定出的放電電壓比該臨界值大的情況下停止供給加工電流的比較裝置的放電加工裝置。


圖1是說明涉及實施例1的石墨結(jié)晶構(gòu)造的圖。
圖2是說明涉及實施例1的熱分解碳材料構(gòu)造的圖。
圖3是說明涉及實施例1的熱分解碳質(zhì)材料的各向異性的圖。
圖4是展示實施例1中的放電加工用電極的構(gòu)成的圖。
圖5是展示根據(jù)實施例1的放電加工裝置的構(gòu)成的圖。
圖6是展示實施例2中的放電加工用電極的構(gòu)成圖。
圖7是展示實施例2中的熱分解碳材料的方向的圖。
圖8是根據(jù)實施例的加工狀態(tài)圖。
圖9是展示實施例3中放電加工用電極構(gòu)成的圖。
圖10是展示實施例3中的熱分解碳材料方向的圖。
圖11是展示根據(jù)實施例3的加工狀態(tài)的圖。
圖12是展示實施例3中放電加工用電極構(gòu)成的另一例的圖。
圖13是展示根據(jù)實施3的使用圖12的放電加工用電極的加工狀態(tài)的圖。
圖14是展示實施例3中的放電加工用電極構(gòu)成另一例的圖。
圖15是說明涉及實施例4的圓筒積層式熱分解碳材料構(gòu)造的圖。
圖16是展示實施例4中的放電加工用電極構(gòu)成的圖。
圖17是展示實施例4中的熱分解碳材料方向的圖。
圖18是展示根據(jù)實施例4的加工狀態(tài)圖。
圖19是展示根據(jù)實施例5的放電加工裝置構(gòu)成的圖。
圖20是展示實施例5中的第2控制裝置構(gòu)成的一例的圖。
圖21是展示實施例5中的第2控制裝置構(gòu)成的另一例的圖。
圖1是說明石墨結(jié)晶構(gòu)成的圖，圖2是說明熱分解碳材料構(gòu)造的圖，圖3是說明熱分解碳材料的各向異性的圖，圖4是展示本發(fā)明的實施例1中的放電加工用電極構(gòu)成的圖，圖5是展示根據(jù)本發(fā)明的實施例1的放電加工裝置構(gòu)成的圖，表1是將根據(jù)本發(fā)明實施例1所產(chǎn)生的放電加工結(jié)果與以往裝置所產(chǎn)生的放電加工結(jié)果比較的表。
首先，說明有關(guān)熱分解碳材料。
眾所周知，石墨的結(jié)晶如圖1所示那樣，由很多層碳原子占據(jù)正六角形各頂點位置的碳原子層200層疊而成。在由氣相生長將熱分解碳積層于基板上的情況下，也同樣是很多與基板平行形成的碳原子層層疊的構(gòu)造(圖2)。以下，為了說明，將積層成的碳原子層200的面稱為積層面20，將與積層面20平行的端面叫作不良導(dǎo)電面20a，將切斷積層面20的端面稱為良導(dǎo)電面20b，在圖示中，如圖3所示那樣，通過描繪多個積層面20，來區(qū)別不良導(dǎo)電面20a和良導(dǎo)電面20b。
熱分解碳質(zhì)材料如上所述，由于在與積層面20方向不同的另一方向上構(gòu)造不同，因而在熱傳導(dǎo)率以及電傳導(dǎo)率上表現(xiàn)出顯著的各向異性。即，在圖3中，和積層面20平行的方向中(箭頭Y、Z方向)的電及熱傳導(dǎo)率是貫穿積層面20方向(X方向)的電及熱傳導(dǎo)率的100倍以上，與金屬相同。因而，在良導(dǎo)電面20b間熱及電傳導(dǎo)與金屬相同，在不良導(dǎo)電面20a和良導(dǎo)電面20b之間幾乎不傳導(dǎo)。
而以往在用于放電加工中的各向同性石墨電極中，電及熱傳導(dǎo)性是金屬的數(shù)分之一，而不顯示上述那樣的各向異性。
另外，熱分解碳材料由于由氣相生長制造，因而制造速度慢，因而還存在價格高的特征。
以下，說明本實施例的構(gòu)成以及動作。
首先，如圖4所示，在熱分解碳材料2的良導(dǎo)電面20b上涂導(dǎo)電性粘接劑23，制作與作為各向同性導(dǎo)電體的銅板22連接的放電加工用電極。接著，如圖5所示，將該電極裝于放電加工裝置的主軸1，由控制裝置6控制與設(shè)置于盛滿加工液5的加工槽4內(nèi)的加工物，即工件3的間隔，與此同時，由加工電源7產(chǎn)生放電，進行放電加工。
如果進行上述那樣的加工，由由于加工電流經(jīng)由銅板22，沿著熱分解碳材料2的積層面20流動，所以電阻低，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的加工。另外，由于可以將高價格的熱分解碳電極2的使用量限制在所需要的最小量，因而可以構(gòu)成便宜的工具電極。進而，當(dāng)在良導(dǎo)電面20b上發(fā)生放電時，由于在放電面上產(chǎn)生的熱沿積層面20迅速擴散至電極內(nèi)部，因而放電面被冷卻，加上碳在高溫下的穩(wěn)定性，使得電極幾乎不消耗。
表1是將使用根據(jù)本實施例的電極的情況下的加工結(jié)果與使用以往的各向同性石墨電極情況下的加工結(jié)果比較的表。加工條件是逆極性，峰值電流5.5A，脈沖寬度4毫秒。從表中可知，與各向同性石墨電極比較，電極消耗降低至1/100左右。另外，在本實施例中，確認(rèn)了可以實現(xiàn)與各向同性石墨電極同樣的穩(wěn)定的加工。
表1
以往，為了實現(xiàn)電極低消耗加工，需要在電極表面形成保護碳被膜，為此，需要用100毫秒以上的長的脈沖寬度進行加工，而從上述實驗可知，在使用本發(fā)明電極的情況下，即使用短的脈沖寬度，也可以實現(xiàn)電極低消耗加工，因而可以實現(xiàn)不需要保護碳被膜的低消耗加工是很明確的，此方法在使用市售的不燃性放電加工液以及純水作為加工液的實驗中，也確認(rèn)可以得到同樣結(jié)果。目前，在該加工中實現(xiàn)低電極消耗的機構(gòu)并不一定效果明顯，但為了實現(xiàn)同一面光潔度，可以采用比以往短的脈沖，因而加工速度明顯提高，由于還可以在水系的加工液中實現(xiàn)低消耗，因而還具有防災(zāi)的優(yōu)點。
在上述實施例中是使用導(dǎo)電性粘接劑23連接熱分解碳材料2和銅板22，不用說，使用錫焊、釬焊、螺栓連接等的其它方法也可以確保電連接。如果在良導(dǎo)電面20b的一部分或全部上，實施鍍鎳等的電鍍后連接，則電連接更好，更理想。
另外，在上述實施例中，作為各向同性導(dǎo)體22的材料，采用一般的工具電極材料銅，但并不只限于此，鋁、銅、黃銅、銅鎢等的其它金屬、超硬合金、氮化硅等也可以使用，進而，如果是在以往放電加工中所使用的各向同性石墨電極等，或是通常所使用的各向同性的導(dǎo)電材料，則無論使用哪一種，本發(fā)明都可以發(fā)揮效果。
在上述實施例中，使用了熱分解碳材料2作為工具電極材料，但不作為工具電極材料而作為加工物3的情況下也運用。本發(fā)明在使用各向異性導(dǎo)電材料進行穩(wěn)定放電加工時由于可以廣泛地應(yīng)用，因而，作為各向異性導(dǎo)電材料，并不只限于熱分解碳材料2，對于單結(jié)晶石墨等各種各樣的各向異性導(dǎo)電材料也可以適用。
圖6是展示本發(fā)明的實施例2中的放電加工用電極構(gòu)成的圖，圖7是展示本發(fā)明實施例2中的熱分解碳材料的方向的圖，圖8是展示本發(fā)明的實施例2中的加工狀態(tài)的圖。
以下，說明有關(guān)構(gòu)成及動作。
如圖6所示，制成在銅管22的前端連接圓筒形的熱分解碳材料2的工具電極。此時，熱分解碳材料2設(shè)定在圖7所示的方向上。接著，如圖8所示，邊轉(zhuǎn)動邊移動制成的工具電極，用前端的熱分解碳材料2的部分進行放電加工。
如此構(gòu)成的電極，也是熱分解碳材料2的良導(dǎo)電面20b與銅管22連接，由于放電在良導(dǎo)電面20b上產(chǎn)生，因而起到了與實施例1同樣的效果。這里，如果構(gòu)成的電極可以使加工液從圓筒電極內(nèi)部流通，則加工性能進一步提高。
上述實施例中使用了圓筒形的電極，但是將銅22以及熱分解碳材料2的某一方或雙方制成內(nèi)部無貫通孔的圓樣形狀等、或其它形狀也無妨。
另外，各向同性導(dǎo)電體22的材質(zhì)與實施例1一樣不限于銅。
圖9是展示本發(fā)明實施例3中的放電加工用電極構(gòu)成的圖，圖10是展示本發(fā)明實施例3中的熱分解碳材料的方向的圖，圖11是展示本發(fā)明實施例3中的加工狀態(tài)的圖。
以下，說明有關(guān)構(gòu)成及動作。
如圖9所示那樣制作在銅管22的外圓上連接圓筒形的熱分解碳材料2的工具電極。此時，熱分解碳材料2設(shè)定在如圖10所示的方向上。接著如圖11所示，使制成的工具電極邊轉(zhuǎn)動邊移動，用外周的熱分解碳材料2的部分進行放電加工。
如此構(gòu)成的電有也是熱分解碳材料2的良導(dǎo)電面20b和銅管22連接，由于放電產(chǎn)生于良導(dǎo)電面20b，因而起到與實施例1同樣的效果。這里，如果構(gòu)成的電極可以使加工液在圓筒電極內(nèi)部流通，是加工性能進一步提高。
上述實施例中，是銅管22貫通熱分解碳材料2內(nèi)，但是，如果如圖12所示那樣，銅管22的底面與熱分解碳材料2的底面插成同一平面，則不僅可以進行圖11那樣的側(cè)面加工，還可以用于圖13所示那樣的附底加工。
在上述實施例中是將熱分解碳材料2作成圓筒形，但并不僅限于此，例如，如圖14所示那樣將前端形狀設(shè)置成球形等，也可以用各種各樣形狀的熱分解碳材料2進行側(cè)面加工以及附底加工是不言而喻的。
上述實施例中是使用圓筒形銅管22，但是即使不使用筒管22而使用在內(nèi)部沒有貫通孔的圓柱形的銅柱也無妨，這一點是不言自明的。
另外，與實施例1一樣，本發(fā)明不將導(dǎo)電體22的材質(zhì)只限于銅。
圖15是說明圓筒積層式熱分解碳材料構(gòu)造的圖。圖16是展示本發(fā)明實施例4中的放電加工用電極構(gòu)成的圖，圖17是展示本發(fā)明實施例4中的熱分解碳材料的方向的圖，圖18是展示本發(fā)明的實施例4中的加工狀態(tài)的圖。
首先，說明有關(guān)圓筒積層式熱分解碳材料。
以上實施例1至3所述的熱分解碳材料2，其積層面是平面，但是如果以碳纖維為芯材，在其周圍積層熱分解碳，則可以得到如圖15所示那樣的在同心圓筒狀上形成積層面的材料(以下，稱為圓筒積層式熱分解碳材料21)。在該材料中，從積層面的形狀可知，圓柱的軸方向的熱傳導(dǎo)率以及電傳導(dǎo)率比半徑方向大很多。
以下，說明有關(guān)本實施例的構(gòu)成以及動作。
如圖16所示那樣，制成在銅管22的前端連接有圓筒形的圓筒積層式熱分解碳材料21的工具電極。此時，圓筒積層式熱分解碳素材料21設(shè)定于圖17所示的方向上。以下，如圖18所示，用前端的圓筒積層式熱分解碳材料21的部分進行放電加工。
如此構(gòu)成電極，也是使圓筒積層式熱分解碳材料21的良導(dǎo)電面20b與銅管22連接，由于在良導(dǎo)電面20b上產(chǎn)生放電，因而起到與實施例1同樣的效果。此工具電極適合于在工具的軸方向上加工加工物3的情況。如果使電極轉(zhuǎn)動，并使加工液從內(nèi)部流過，則更能提高加工性能。
在上述實施例中使用了圓筒形的電極，但即使是使用銅管22以及圓筒積層式熱分解碳材料21的某一方式雙方?jīng)]有內(nèi)部貫通孔的圓柱形和非旋轉(zhuǎn)對稱的形狀等其它形態(tài)也無妨。
另外，與實施例1同樣，各向同性導(dǎo)電體22的材料不只限于銅。
圖19是展示本發(fā)明的實施例5的放電加工裝置的構(gòu)成的圖，圖20是展示本發(fā)明的實施例5中的第2控制裝置構(gòu)成的一例的圖，圖21是展示本發(fā)明的實施例5中的第2控制裝置的構(gòu)成的另一例的圖。
首先，陳述本實施例的背景。
如前所述，在熱分解碳材料中存在著明顯的各向異性。例如，在進行如圖13所示那樣的附底加工時，與電極的轉(zhuǎn)動軸平行的方向的電阻比電極半徑方向的電阻明顯大。因而，在與電極的轉(zhuǎn)動軸平行的方向上很難產(chǎn)生放電。但是，一旦發(fā)生放電時，由于其很高的電阻，在電極內(nèi)部產(chǎn)生高熱，存在破壞電極的問題。
這種放電的情況下，由于在電極內(nèi)部產(chǎn)生電壓降，因而與通常的放電相比其特征是測出的放電電壓高。在使用限流電阻進行加工電流的設(shè)定的加工電源中，當(dāng)產(chǎn)生這種放電時，與通常的放電相比，其特征是測出的放電電流低。再有，在使內(nèi)部阻抗變化，由反饋控制使加工電流保持一定的加工電源中，在產(chǎn)生這種放電時，與通常的放電相比，其特征是內(nèi)部的阻抗設(shè)定的低。本實施例，就是利用這些特征，在檢測出這種不希望的放電發(fā)生時，即刻使放電終止，從而防止電極的損傷。
以下，說明有關(guān)本實施例的構(gòu)成以及動作。
在本實施例中，在此前所述的實施例的構(gòu)成(圖5)中，增加設(shè)置控制加工電源7的第2控制裝置8(圖19)。該第2控制裝置8的構(gòu)成的一例如圖20所示，以下說明動作。
第2控制裝置8由放電電壓測定裝置81、基準(zhǔn)電壓設(shè)定裝置82、以及比較裝置83構(gòu)成。在基準(zhǔn)電壓設(shè)定裝置82中，預(yù)先設(shè)定比發(fā)生正常放電情況下測定出的放電電壓高若干的閾值(例如，工件3為鋼的情況下，為30V左右)。放電電壓測定裝置81，在檢測出放電發(fā)生后測定放電中的工具電極2和工件3之間的電壓。比較裝置83比較測定出的放電電壓和設(shè)定的閾值，當(dāng)放電電壓比該閾值大的情況下，向加工電源7發(fā)出中止提供加工電流的指令。
如上所述，如果采用本實施例，則當(dāng)發(fā)生比通常的放電電壓高的異常放電時，由于可以立刻停止提供加工電流，因而抑制了不希望的放電的發(fā)生，可以防止電極損傷。
在上述實施例中，是測定放電電壓，但從上述背景說明中可知，也可以測定放電電流和加工電源內(nèi)部阻抗。
圖21是測定放電電流情況下的第2控制裝置8的構(gòu)成例，由放電電流測定裝置84、基準(zhǔn)電流設(shè)定裝置85、以及比較裝置83構(gòu)成。動作由于與上述圖20的情況相同，故省略說明。
如上所述，有關(guān)本發(fā)明權(quán)利要求1的放電加工裝置，在工具電極或加工物的至少一方使用有各向異性導(dǎo)電材料的放電加工裝置中，由于設(shè)置了在該各向異性導(dǎo)電材料的良導(dǎo)電面上連接各向同性導(dǎo)電體的部分，因而加工電流容易從各向異性導(dǎo)電材料內(nèi)向各向同性導(dǎo)電體流動，降低了電阻，從而可以謀求穩(wěn)定的加工。
有關(guān)本發(fā)明的權(quán)利要求2的放電加工裝置，由于在權(quán)利要求1的放電加工裝置中，使放電產(chǎn)生于各向異性導(dǎo)電材料的良導(dǎo)電面上，因而，由放電產(chǎn)生的熱迅速擴散至電極內(nèi)部，放電而被冷卻，電極消耗減低。
有關(guān)本發(fā)明的權(quán)利要求3的放電加工裝置，在權(quán)利要求1的放電加工裝置中，由于使用導(dǎo)電性粘接劑粘接各向異性導(dǎo)電材料和各向同性導(dǎo)電體，因而可以容易且確實地進行相互電連接，同時固定。
有關(guān)本發(fā)明權(quán)利要求4的放電加工裝置，在權(quán)利要求1至權(quán)利要求3的任意項中的放電加工裝置中，由于使用熱分解碳材料作為各向異性導(dǎo)電材料，因而可以以所需要最小限度使用高價的熱分解碳材料，可以制作便宜的電極。
有關(guān)本發(fā)明的權(quán)利要求5的放電加工裝置，在權(quán)利要求4的放電加工裝置中，由于使用熱分解碳材料作為工具電極，因而可以實現(xiàn)幾乎不消耗電極的放電加工。
有關(guān)本發(fā)明的權(quán)利要求6的放電加工裝置，在權(quán)利要求5的放電加工裝置中，由于使用水系列加工液，因而不用擔(dān)心引起火災(zāi)。
有關(guān)本發(fā)明的權(quán)利要求7的放電加工裝置，在權(quán)利要求1的放電加工裝置中，由于具備測定放電中的電壓的放電電壓測定裝置、設(shè)定用于判別正常放電和異常放電的閾值的基準(zhǔn)電壓設(shè)定裝置、在測定出的放電電壓比該閾值大時使加工電流停止供給的比較裝置，因而可以檢知異常放電的發(fā)生，并立刻終止放電，從而可以防止電極的損傷。
權(quán)利要求
1.一種放電加工裝置，其特征在于在工具電極或加工物的至少某一方使用有各向異性導(dǎo)電材料的放電加工裝置中，在該各向異性導(dǎo)電材料的良導(dǎo)電面上設(shè)置有連接各向同性導(dǎo)電體的部分。
2.權(quán)利要求1所述的放電加工裝置，其特征在于使放電發(fā)生于上述各向異性導(dǎo)電材料的良導(dǎo)電面上。
3.權(quán)利要求1所述放電加工裝置，其特征在于用導(dǎo)電性粘接劑粘接上述各向異性導(dǎo)電材料和各向同性導(dǎo)電體。
4.權(quán)利要求1至3的任意一項所述的放電加工裝置，其特征在于上述各向異性導(dǎo)電材料是熱分解碳材料。
5.權(quán)利要求4所述的放電加工裝置，其特征在于使用上述熱分解碳材料作為工具電極材料。
6.權(quán)利要求5所述的放電加工裝置，其特征在于使用純水等不燃性加工液作為加工液。
7.權(quán)利要求1所述的放電加工裝置，其特征在于具備以下裝置，測定放電中的電壓的放電電壓測定裝置；設(shè)定用于判別正常放電和異常放電的閾值的基準(zhǔn)電壓設(shè)定裝置；當(dāng)測定出的放電電壓比該閾值大時使加工電流的供給停止的比較裝置。
全文摘要
本發(fā)明要解決在放電加工熱分解碳時加工極不穩(wěn)定的問題。本發(fā)明在工具電極或加工物的至少一方使用有各向異性導(dǎo)電材料的放電加工裝置中,在各向異性導(dǎo)電材料2的良導(dǎo)體面20b上,設(shè)置了連接各向同性導(dǎo)電體22的部分。使放電發(fā)生于各向異性導(dǎo)電材料2的良導(dǎo)電面20b上。使用導(dǎo)電性粘接劑23粘接各向異性導(dǎo)電材料2和各向同性導(dǎo)電體22。各向異性導(dǎo)電材料是熱分解碳材料。熱分解碳材料作為工具電極材料。純水等不燃性加工液作為加工液。
文檔編號B23H1/04GK1170649SQ97102548
公開日1998年1月21日 申請日期1997年2月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月27日
發(fā)明者佐藤達志, 今井祥人, 千代知子, 三宅英孝, 湯澤隆, 真柄卓司 申請人:三菱電機株式會社