CN109715333B - 细孔放电加工机 - Google Patents
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Abstract
细孔放电加工机在安装于主轴的细孔加工用的电极(116)与安装于工作台的工件之间施加电压，利用放电能量在工件上加工细孔，其中，细孔放电加工机具备：电极引导件(10)，其具有使电极插通的中空部，按照相对于主轴的轴线(Rz)平行地位移规定距离(S)的状态引导中空部的末端的电极；以及W轴夹具，其以能够对电极引导件的末端的主轴的轴线方向的位置以及围绕轴线的角度位置进行测定及维持的方式保持电极引导件。
Description
技术领域
本发明涉及使用棒状或管状的细长电极在工件上放电加工细孔的细孔放电加工机。
背景技术
细孔放电加工机的电极通常是在加工机的主轴的轴线的延长线上笔直地延伸。但是，因为工件的形状复杂、工件的加工部的周边空间区域狭窄等理由，笔直地延伸的电极有时无法访问加工部。因而，有时会使用专利文献1所记载那样的末端部弯曲的电极。在专利文献1的发明中，电极相对于主轴被弯曲成90度。另外，也提出了使用弯曲成不足90度的角度的倾斜电极的关联技术。
当使用相对于主轴被弯折90度的电极或者相对于主轴倾斜地延伸的电极时，电极的末端位置从主轴的延长线离开，并且开孔加工的方向变得与主轴的方向(Z轴方向)不一致。通常，操作者以及加工程序制作者由于理解为开孔加工在Z轴方向进行，所以使用弯折成90度的电极或者倾斜地延伸的电极这样的情况对于操作者以及加工程序制作者来讲就需要加以特殊且复杂的应对。因而，难以准确地相对加工点定位电极，而且加工程序的复杂性也增加。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2012/074897号
发明内容
发明所要解决的课题
本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的在于提供能够在工件上进行细孔放电加工而形成不与主轴位于一条直线上的细孔的细孔放电加工机，该细孔放电加工机可准确地进行电极向加工点的定位，并且无会使加工程序变复杂就能加工上述细孔。
用于解决课题的方案
为了达成上述的目的，根据本发明，提供一种细孔放电加工机，该细孔放电加工机在安装于主轴的细孔加工用的电极与安装于工作台的工件之间施加电压，通过放电能量在工件上加工细孔，其中，上述细孔放电加工机具备：电极引导件，该电极引导件具有使上述电极插通的中空部，按照相对于上述主轴的轴线平行地位移规定距离的状态引导上述中空部的末端的上述电极；以及电极引导件支撑装置，该电极引导件支撑装置支撑上述电极引导件，以便上述电极引导件的末端的上述主轴的轴线方向的位置以及围绕上述轴线的角度位置变成规定值。
在本发明中，电极的末端部的轴线可以说与主轴的轴线平行地从主轴的轴线位移规定距离。因而，仅考虑位移量，就能以与在主轴的轴线上笔直地延伸的电极大致同等的容易程度，进行电极向不与主轴处于一条直线上的加工点的定位以及加工程序的制作。换言之，根据本发明，与专利文献1所记载的电极相对于主轴被弯折成90度的类型或者倾斜地延伸的类型相比，能够容易得多地进行电极相对不与主轴处于一条直线上的加工点的定位以及加工程序的制作。
附图说明
[图1]图1是示意性示出根据第1实施方式的放电加工机的主要部分构成的主视图。
[图2]图2是第1实施方式中的电极引导组装体的主视图。
[图3]图3是在图2的电极引导组装体的剖面加上了工件的剖面的剖视图。
[图4]图4是示出将电极引导组装体安装于W轴夹具的情形的立体图。
[图5]图5是安装于W轴夹具的电极引导组装体的立体图。
[图6]图6是W轴夹具的变形例的示意性俯视图。
[图7]图7是根据第2实施方式的放电加工机的电极引导组装体的主视图。
具体实施方式
以下，参照图1～图5对根据本发明的第1实施方式的细孔放电加工机进行说明。图1是示意性示出根据第1实施方式的细孔放电加工机(以下简称为放电加工机)100的主要部分构成的主视图。另外，以下，为方便起见，有时将图示那样的正交3轴方向(X轴方向、Y轴方向、Z轴方向)分别称为左右方向、前后方向、上下方向。
在图1中，在成为基台的床身102的后部竖立设置有立柱104。在立柱104的上表面，以能在X轴方向移动的方式支撑有X滑块106。在X滑块106的上表面，以能在Y轴方向移动的方式支撑有滑板108。在滑板108的前表面，以能在Z轴方向移动的方式支撑有主轴头110。在主轴头110上，以能将轴线Rz作为中心进行旋转的方式支撑有主轴112。在从主轴头110的底面突出的主轴112的末端部安装有电极保持架114。
在滑板108的侧面安装有W轴引导组装体140。W轴引导组装体140具有引导臂142，该引导臂142以能在上下方向移动的方式被支撑在设于滑板108的右侧面的托架136上。将该引导臂142的上下移动轴定义为W轴。W轴与Z轴平行。引导臂142的下端部分142a相对于W轴或者Z轴朝内侧倾斜，在该下端部分142a的末端部设有W轴夹具144。W轴夹具144是如权利要求所述的电极引导件支撑装置，对后述的电极引导组装体10进行支撑。
在电极保持架114与电极引导组装体10之间，露出沿轴线Rz延伸的电极116。在图1中虽未表现，但实际上，电极116还从电极引导组装体10的末端部露出短的长度，露出的电极116的端部成为产生放电的加工部。另外，从电极116的末端喷射加工液。本实施方式中的电极116例如是为了使水等加工液从末端喷出而具有加工液的流通路的管式电极。不过，作为电极116，有时也使用不流通加工液的实心电极。
电极116的上端部由电极保持架114把持。在加工过程中，主轴112以轴线Rz为中心旋转，从而电极保持架114以轴线Rz为中心旋转，被电极保持架114把持的电极116也旋转。电极116的下端部以与轴线Rz平行地延伸的方式，由电极引导组装体10可旋转地支撑。随着放电加工的进行而电极116的末端发生消耗，但随着电极116的消耗而主轴头110相对于引导臂142下降，因而，电极116的末端的Z轴方向的位置可配置在期望的位置上。
在床身102的上表面，在比立柱104靠前方的位置配置有工作台118。在工作台118的上表面，搭载有倾斜旋转工作台装置120。倾斜旋转工作台装置120具有：前后一对支撑部件122，从工作台118的上表面朝上方突出设置；倾斜部件124，能以在Y轴方向延伸的回转轴Rb为中心朝B轴方向回转地被支撑在前后的支撑部件122之间；以及旋转工作台126，能以与回转轴Rb垂直的旋转轴Ra为中心朝A轴方向旋转地被支撑在倾斜部件124的左端面。在旋转工作台126上设有夹具128，在夹具128上安装工件130。
本说明书中的工件130例如是被用于燃气涡轮的涡轮叶片或翼板。涡轮叶片由于暴露在1000℃～1500℃左右的高温燃气下，因而使用耐热性高的镍合金作为构成材料。在该涡轮叶片的表面上，在不同方向加工出多个冷却孔，该冷却孔具有使对涡轮叶片的表面进行冷却的冷却空气流动的扩散结构(图3)。
在工作台118的周围，以包围工作台118以及倾斜旋转工作台装置120的整体的方式能升降地设有加工槽132。另外，图1的单点划线是加工槽132上升的加工状态，在准备作业时等的非加工状态下，加工槽132如实线所示那样下降。
虽然省略图示，但实际上，图1的放电加工机100分别具有：使X滑块106在左右方向移动的X轴驱动部；使滑板108在前后方向移动的Y轴驱动部；使主轴头110在上下方向移动的Z轴驱动部；以轴线Rz为中心使主轴112旋转的主轴驱动部；使引导臂142在上下方向移动的W轴驱动部；经由回转轴Rb使倾斜部件124倾斜的B轴驱动部；以及经由旋转轴Ra使旋转工作台126旋转的A轴驱动部。这些X轴驱动部、Y轴驱动部、Z轴驱动部、W轴驱动部、主轴驱动部、B轴驱动部以及A轴驱动部通过放电加工机100的NC装置(未图示)进行控制。
根据以上的构成，电极保持架114和电极引导组装体10相对于工件130在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向能够相对移动，且在B轴方向以及A轴方向能够相对移动。另外，通过主轴头110相对引导臂142的升降，无论因电极116的消耗导致的电极116的长度变化如何，在加工过程中，都能够始终由电极保持架114和电极引导组装体10对电极116的上下端部进行支撑。
在滑板108的前表面，设有对主轴头110的上下方向的Z轴位置进行检测的线性标尺等位置检测器134。另外，根据来自位置检测器134的信号，能够利用设在工作台118上的基准块(未图示)和细孔放电加工机100原本所具有的接触探测功能，对电极保持架114的末端部的位置、电极116的末端部的位置进行检测。在引导臂142的托架136上，设有对引导臂142相对于滑板108的上下方向的W轴位置进行检测的线性标尺那样的位置检测器138。当利用上述接触探测功能时，由于引导臂142的形状已知，所以，W轴夹具144的位置以及电极引导组装体10的末端部的位置能够根据X轴以及Y轴各自的位置检测器(未图示)以及W轴的位置检测器138的值来确定。
图2示出了将电极引导组装体10的梭形件60(图4、图5)拆除掉的主视图。图3示出了图2的电极引导组装体10的剖视图，进而也示出了作为工件的涡轮叶片130的剖视图。另外，图3中为了清楚地示出电极引导组装体10而没有画出电极116。电极引导组装体10具备：引导管20，包含钝角在内地弯折成大致Z形或者大致曲柄状；平行度调整部30，与引导管20的上端结合；连结部50，固定于平行度调整部30的上端部；以及梭形件60，图2虽未示出，但实际上相对W轴夹具144以及电极保持架114能够装拆地卡合。
引导管20包括：大径管22，呈现上述大致曲柄形，具有能够供电极116插通的比较大的内径；小径管状的定位引导件24，以最小限度的间隙对电极的末端部进行引导，具有比较小的内径；以及连接部件26，将这些大径管22和定位引导件24连接。大径管22具有沿轴线Rz延伸的上部直线部22a、与上部直线部22a平行地延伸的下部直线部22b、以及将上部直线部22a与下部直线部22b相连的斜行部22c。下部直线部22b从上部直线部22a位移了距离S。斜行部22c与上部直线部22a以及下部直线部22b分别经由弯曲部相连，另外它们的轴线以钝角相交。另外，在本实施方式中虽然是钝角，但是也可以是直角或锐角。在本实施方式中，引导管20的大径管22由金属材料形成，因而能够自律地维持图2所示的形状。该金属制的大径管22为了将其与电极之间电绝缘，将内面以玻璃覆盖。定位引导件24以陶瓷或者蓝宝石为材料而制得。另外，大径管22只要能维持形状，也可以是由树脂或其他材料制作。另外，还可以由像机床的冷却剂喷嘴那样兼具柔性及刚性的材料制作，构成为能改变位移量。
将大径管22的下部直线部22b与定位引导件24连接的连接部件26形成为圆筒状，在沿该圆筒的轴线开设的孔中，插入并固定大径管22的下部直线部22b的末端。在沿连接部件26的轴线在其下部开设的孔中，经由套筒28固定有定位引导件24。由梭形件60安装于W轴夹具144的电极引导组装体10的定位引导件24的轴线与主轴的轴线Rz平行。定位引导件24在其内周面能滑动地支撑电极116的外周面，束缚电极116的径向的移动(振摆)，同时具有用于避免与工件130发生干涉的锥形的末端部，该末端部是具有比电极116稍大的内径以便能将电极116朝向工件130的表面的加工点准确定位的中空状的部件。
平行度调整部30是为了对定位引导件24的轴线相对于主轴112的轴线Rz的平行度进行调整而设置的。换言之，出于以下目的而设置：当经由电极引导组装体10的梭形件60而将电极引导组装体10安装于W轴夹具144时，将定位引导件24的轴线相对于主轴112的轴线Rz的平行度收敛到规定的容许误差范围内。
平行度调整部30具备经有连结部50固定于梭形件60的侧视时呈倒U字状的第1接头32、与第1接头32连接的侧视时呈凸字状的第2接头34、以及与第2接头34连接的板状的第3接头36，另外还具备为了将电极116插通而在Z轴方向贯穿这些接头中心的纵孔。平行度调整部30具备相互正交且与轴线Rz也正交的2根轴线，即第1轴线α和第2轴线β(图4)。
平行度调整部30构成为，第2接头34相对于第1接头32能够以第1轴线α为中心转动，第3接头36相对于第2接头34能够以第2轴线β为中心转动。第1轴线α由尖头的一对第1止固螺钉38形成，第2轴线β由尖头的一对第2止固螺钉42形成。用于将第2接头34以期望角度锁定于第1接头32的第3止固螺钉44设在第1接头32上，用于将第3接头36以期望角度锁定于第2接头34的第4止固螺钉46设在第2接头34上。在第3接头36的纵孔中插入引导管20的大径管22的上端部，利用第5止固螺钉48进行固定。
可是，本领域技术人员会理解的是，平行度调整部可以采用各种形式而并不限定于前述的形式。另一方面，在能以高精度获得定位引导件24的轴线相对于轴线Rz的平行度的情况下，也可以是不具有平行度调整部的电极引导组装体。
连结部50是为了将连接有引导管20的平行度调整部30与梭形件60结合而设置的，另外由能插通电极116的管部件形成。连结部50的下部被插入第1接头32的纵孔而由第6止固螺钉49固定，连结部50的上部从第1接头32向上方突出。连结部50被插入梭形件60的内部，被螺钉止固。
梭形件60在其上表面能装拆地安装于电极保持架114。另外，梭形件60在其侧面能装拆地安装于W轴夹具144。在图4的例子中，梭形件60具有与形成在W轴夹具144的内面上的卡合凹部148卡合的多个卡固销62。
可是，放电加工机100虽然省略图示，但实际上在W轴引导组装体140的侧方以公知形式具有电极库。在电极库内，例如将上述位移量S不同的多种包括梭形件60在内的电极引导组装体10和适合它的电极116以及电极保持架114一体地组合来进行保管。在更换电极116的情况下，利用公知的电极更换装置的臂来把持连接有电极116和包含梭形件60在内的电极引导组装体10的电极保持架114，在主轴112与电极库之间进行更换。关于梭形件60以及利用了梭形件60和电极保持架114的电极更换构成，由于在本申请人的美国专利第7329825号(日本专利第4721898号)的说明书中已有叙述，故而在此省略详细说明。另外，梭形件60、电极保持架114以及W轴夹具144分别相当于美国专利第7329825号的说明书中的电极引导保持架25、电极保持架23以及夹爪部39。
电极引导组装体10的更换可以通过对放电加工机100的X轴驱动部、Y轴驱动部、Z轴驱动部以及W轴驱动部适当地进行控制而自动地实施。图4是示出以下情形的图：利用X轴驱动部、Y轴驱动部、Z轴驱动部以及W轴驱动部，将与安装于主轴112(未图示)的末端的电极保持架114连结的电极引导组装体10的梭形件60安装到W轴夹具144上。另外，图4中省略的电极116的绘制。当将电极引导组装体10的梭形件60向W轴夹具144安装时，首先，在水平方向A H例如X轴方向移动电极引导组装体10，使引导管20穿过W轴夹具144的开口部146，导入到W轴夹具144内，接着，在上下方向A V移动电极引导组装体10，使梭形件60与W轴夹具144卡合。该状态在图5中示出。
如图4以及图5所示那样，电极引导组装体10在更换时将其梭形件60与电极保持架114连结，因此电极保持架114以及电极116(未图示)一体地得到处理。不过，在加工时，利用主轴112的旋转角度控制功能如图1所示那样，使电极保持架114相对于梭形件60旋转规定角度，解除两者之间的连结，使被保持于W轴夹具144的梭形件60从被保持于主轴112的电极保持架114向下方分离。
在图5中，示出了电极引导组装体10的引导管20在W轴夹具144的开口部146的方向、即在XZ平面内延伸的状态。但是，在本实施方式中，构成为梭形件60能够相对于W轴夹具144以轴线Rz为中心旋转且能锁定在任意角度，其结果，能够将以轴线Rz为中心的引导管20的定位引导件24的方位角、即围绕轴线Rz的角度设定为360度中的任意角度。引导管20的定位引导件24的方位角的设定通过在图5所示的状态下利用主轴112的旋转角度控制功能以极低速驱动连结有梭形件60的电极保持架114旋转来实现。根据本实施方式的放电加工机100的主轴驱动部构成为，能够切换与主轴112的驱动相关的加工时的高速旋转和进行上述的旋转角度控制的极低速旋转。
作为为了设定引导管20的定位引导件24的方位角而使梭形件60以轴线Rz为中心旋转的其他实施方式，有图6所示的方式。参照图6，W轴夹具144′具备大致圆形的外框160、以及能以轴线Rz为中心旋转地安装于该外框160且在外周面形成有齿的夹具162。夹具162通过由驱动马达172驱动的齿轮例如蜗杆174而被驱动旋转。在图6的例子中，如箭头Ac所示那样，通过使夹具162以轴线Rz为中心旋转，梭形件60以轴线Rz为中心旋转，由此，能够将引导管20的定位引导件24的方位角设定成期望的角度。
根据如上述那样构成的第1实施方式的放电加工机100，例如相对于图3中虚线所示的、依靠与主轴的轴线Rz同轴地笔直延伸的电极320无法到达的叶片130的表面的加工点Pm，电极引导组装体10也不会与叶片130的其他部分以及邻接的叶片130发生干涉，能够对电极116(未图示)的末端进行准确定位。并且，能够使电极116和工件130相对地移动来加工细孔。细孔的工件130的表面的靠近加工点Pm的部分成为具有倾斜度的呈现末端变大形状的扩散部，其深度方向进深侧成为单纯圆柱状的细孔部。通过根据加工程序进行的管状的电极116与工件130的相对移动，进行该扩散部以及圆柱状的细孔部的放电加工。
另外，根据本实施方式，由于能够将与轴线Rz相关的引导管20的定位引导件24的方位角设定为任意角度，所以，进一步提高了可将引导管20配置成不与工件130发生干涉的可能性。
在本实施方式的放电加工机100中，当操作者将电极116的末端向加工点Pm定位时，与电极笔直地延伸的以往的类型相比较，需要考虑引导管20的位移量S。不过，这对于操作者来讲只是轻微的问题。另外，这对于加工程序制作者也同样。这是因为，通常，操作者以及加工程序制作者理解为开孔加工在Z轴方向进行，因而，根据本发明的放电加工机100的电极116向加工点Pm的定位或者加工程序的制作能够在该通常的理解范围内进行实施。也就是说，只要将加工程序制作成电极在轴线Rz方向延伸，在执行加工时将数控装置的工具径向的偏移量设定成与位移量S相当的值即可。
接着，对根据本发明的第2实施方式的放电加工机进行说明。该放电加工机由于其电极引导组装体210与前述构成不同，所以，关于电极引导组装体210，以不同点为主，参照图7进行以下说明。另外，对与第1实施方式中的构成要素同样的第2实施方式的构成要素标注相同的参照附图标记。
第2实施方式中的电极引导组装体210具有梭形件60、固定于梭形件60的连结部250、固定于连结部250且具有位移量S地延伸的引导管20、以及管支撑件270。这样，第2实施方式中的电极引导组装体210在具有管支撑件270的方面以及不具有平行度调整部30的方面与第1实施方式中的电极引导组装体10不同。
引导管20与第1实施方式的情况同样地具有大径管22、定位引导件24和将它们连接的连接部件26。不过，第2实施方式中的大径管22并不是金属而是由柔软的合成树脂材料形成。
管支撑件270具备：细长的主部件272，在引导管20的大径管22的侧方从基端侧向下方延伸；转动部件274，能够围绕与轴线Rz垂直的方向的轴线转动地连接于上述主部件272的下端部；以及末端部件276，通过固定螺钉固定于上述转动部件274。主部件272的上端部通过止固螺钉被固定于连结部250。末端部件276以引导管20的定位引导件24与主轴112的轴线Rz平行地延伸的方式对引导管20的连接部件26进行保持。在第2实施方式中的电极引导组装体210中，引导管20的末端部由管支撑件270的末端部件276保持，确定了定位引导件24的位置以及方向。
在第2实施方式中，由于利用管支撑件270确定位移量S，所以，引导管20的大径管22可以使用柔软的合成树脂制构件，另外无需像第1实施方式的情况那样成形为曲柄形。另外，转动部件274通常以定位引导件24的轴线与主轴112的轴线Rz平行地延伸的方式由螺钉进行调整而固定于主部件272，但也可以根据需要以相对于上述轴线Rz倾斜地延伸的方式进行固定。
附图标记的说明
10 电极引导件
20 引导管
24 定位引导件
30 平行度调整部
100 细孔放电加工机
112 主轴
116 电极
118 工作台
130 工件
142 引导臂
144 W轴夹具
Claims (7)
1.一种细孔放电加工机，该细孔放电加工机在安装于主轴的细孔加工用的电极与安装于工作台的工件之间施加电压，通过放电能量在工件上加工细孔，其中，上述细孔放电加工机具备：
电极引导件，该电极引导件弯折成曲柄状，且该电极引导件具有使上述电极插通的中空部，按照相对于上述主轴的轴线平行地位移规定距离的状态引导上述中空部的末端的上述电极；以及
电极引导件支撑装置，该电极引导件支撑装置支撑上述电极引导件，以便上述电极引导件的末端的上述主轴的轴线方向的位置以及围绕上述轴线的角度位置变成规定值。
2.如权利要求1所述的细孔放电加工机，其中，
上述电极引导件支撑装置是W轴夹具，该W轴夹具设置在沿与上述主轴的轴线平行的W轴方向移动的引导臂的末端部。
3.如权利要求1所述的细孔放电加工机，其中，
上述电极引导件在末端部安装有定位引导件，该定位引导件引导上述电极并维持上述电极与上述主轴的轴线平行。
4.如权利要求3所述的细孔放电加工机，其中，
上述电极引导件在基端部设置有平行度调整部，该平行度调整部进行调整，以便安装于上述电极引导件的末端部的上述定位引导件与上述主轴的轴线平行。
5.如权利要求1所述的细孔放电加工机，其中，
上述电极引导件支撑装置能够使上述电极引导件围绕上述电极的旋转轴线旋转，由此能够变更上述电极引导件的位移方向的角度位置。
6.如权利要求1所述的细孔放电加工机，其中，
上述电极引导件的末端部能够以相对于上述主轴的轴线垂直的方向的轴线为中心进行回转，由此能够使上述电极引导件的末端部相对于上述主轴轴线从平行变成倾斜。
7.如权利要求1所述的细孔放电加工机，其中，
上述电极引导件由位移量可变的柔性管构成。
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