JP2003165027A

JP2003165027A - 放電加工用工具、放電電極ホルダおよびこれを用いた工作機械

Info

Publication number: JP2003165027A
Application number: JP2001365920A
Authority: JP
Inventors: Koji Katsumata; 宏司勝又; Masaru Adachi; 賢足立
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2003-06-10

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】工作機械において放電加工を可能にし、かつ、
外部電源からの電力供給の必要のない放電加工用工具を
提供する。【解決手段】外部から供給される動力により発電する発
電機７０と、発電機７０が発電した電力を用いて放電加
工を行う放電加工用電極１００と、放電加工を行うべき
ワークに対して放電加工用電極１００を移動位置決めす
る工作機械本体の主軸に着脱される装着部とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放電加工に用いる
放電加工用工具、放電電極ホルダおよびこれらを用いて
放電加工が可能な工作機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】放電加工は、電極とワークとの間にアー
ク放電を発生させ、アーク放電による熱的作用によりワ
ークを溶融、蒸発させることにより除去を行う熱的加工
法である。この放電加工の特徴としては、導電性のある
材料であれば硬さにかかわらず非常に複雑な形状でも高
精度に加工を行うことができる点が挙げられる。このた
め、プラスチック射出成形機やダイカストマシン等の金
型の加工に広く適用されている。放電加工機には、加工
形態から分類すると、電極形状をそのままワークに転写
するか、単純な形状の電極を三次元的に動かしその包絡
面により所望の形状を得る型彫放電加工機と、電極とし
てのワイヤを糸鋸のように用いてワークの切断加工を行
うワイヤ放電加工機が知られている。一方、加工速度に
関しては、マシニングセンタや立て旋盤等の切削加工を
行う汎用の工作機械のほうが放電加工機よりも速い。し
たがって、金型加工においては、工作機械を用いて切削
加工により荒加工を行ったのち、放電加工機を用いて仕
上げ加工を行うことにより、金型の加工時間を短縮でき
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、放電加
工機と汎用の工作機械の双方を用いて金型加工を行うに
は、汎用の工作機械と放電加工機の双方が設備として必
要となり、設備コストが嵩むという不利益が存在する。
また、汎用の工作機械で荒加工を行ったワークを放電加
工機に移し変える作業にも時間を要する。

【０００４】本発明は、上述の問題に鑑みて成されたも
のであって、その目的は、工作機械において放電加工を
可能にし、かつ、外部電源からの電力供給の必要のない
放電加工用工具および放電電極ホルダを提供することに
ある。本発明のさらに他の目的は、ワークの切削加工だ
けでなく放電加工も可能な工作機械を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の放電電極用工具
は、外部から供給される動力により発電する発電機と、
前記発電機が発電した電力を用いて放電加工を行う放電
加工用電極とを有する。

【０００６】好適には、本発明の放電電極用工具は、放
電加工を行うべきワークに対して、前記放電加工用電極
を移動位置決めする移動位置決め手段に着脱される装着
部をさらに有する。

【０００７】さらに好適には、本発明の放電電極用工具
は、前記放電加工用電極を交換可能に保持する電極保持
手段をさらに有する。

【０００８】好適には、前記移動位置決め手段は、ワー
クの切削加工が可能な工作機械であり、前記発電機は、
前記工作機械に備わる動力源からの動力により発電す
る。

【０００９】さらに好適には、前記発電機は、前記工作
機械の主軸の回転力が伝達されることにより発電する。

【００１０】本発明の放電電極ホルダは、外部から供給
される動力により発電する発電機と、前記発電機が発電
した電力を用いて放電加工を行う放電加工用電極を交換
可能に保持する保持手段とを有する。

【００１１】好適には、本発明の放電電極ホルダは、放
電加工を行うべきワークに対して前記放電加工用電極を
移動位置決めする移動位置決め手段に着脱される装着部
をさらに有する。

【００１２】本発明の工作機械は、ワークの切削加工が
可能な工作機械であって、ワークに対して主軸を移動位
置決めする工作機械本体と、発電機および当該発電機が
発電した電力を用いて放電加工を行う放電加工用電極を
備え、かつ、前記工作機械本体に着脱される放電加工用
工具と、前記発電機に動力を供給する動力源とを有す
る。

【００１３】好適には、前記動力源は、前記主軸を回転
させる駆動モータである。

【００１４】本発明の放電加工用工具は、発電機は外部
から供給される動力により発電する。発電された電力を
放電加工用電極に供給することにより、放電加工が可能
となる。この放電加工用工具を、たとえば、工作機械本
体等の移動位置決め手段に装着し、放電加工用工具をワ
ークに対して移動位置決めすることにより、ワークが放
電加工される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は、本発明が適用され
る工作機械の一例としてのマシニングセンタの構成図で
ある。なお、マシニングセンタはいわゆる複合加工の可
能な数値制御工作機械である。

【００１６】マシニングセンタ１は、工作機械本体２
と、数値制御装置（ＮＣ装置）２５０と、プログラマブ
ルコントローラ（ＰＬＣ）１５０とを備えている。図１
において、工作機械本体２は、門型のコラム３８の各軸
によって両端部を移動可能に支持されたクロスレール３
７を備えており、このクロスレール３７上を移動可能に
支持されたサドル４４を介してラム４５が鉛直方向（Ｚ
軸方向）に移動可能に設けられている。

【００１７】サドル４４には、水平方向にクロスレール
３７内を通じて図示しないねじ部が形成されており、こ
れに外周にねじ部が形成された送り軸４１が螺合してい
る。送り軸４１の一端部には、サーボモータ１９が接続
されており、送り軸４１はサーボモータ１９によって回
転駆動される。送り軸４１の回転駆動によって、サドル
４４はＹ軸方向に移動可能となり、これによってラム４
５のＹ軸方向の移動および位置決めが行われる。

【００１８】さらに、サドル４４には、鉛直方向に図示
しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が
形成された送り軸４２がねじ込まれている。送り軸４２
の端部には、サーボモータ２０が接続されている。サー
ボモータ２０によって送り軸４２が回転駆動され、これ
によりサドル４４に移動可能に設けられたラム４５のＺ
軸方向の移動および位置決めが行われる。

【００１９】ラム４５内には、主軸モータ３１が内蔵さ
れ、この主軸モータ３１はラム４５に回転自在に保持さ
れた主軸４６を回転駆動する。主軸４６の先端には、エ
ンドミルなどの加工具とこの加工具を保持する工具ホル
ダからなる工具Ｔが装着され、主軸４６の回転によって
工具Ｔが駆動される。ラム４５の下方には、加工すべき
ワークが固定されるテーブル３５がＸ軸方向に移動可能
に設けられている。テーブル３５には、図示しないねじ
部が形成されており、これにＸ軸方向に沿って設けられ
た図示しない送り軸が螺合しており、この図示しない送
り軸にサーボモータ１８が接続されている。テーブル３
５は、サーボモータ１８の回転駆動によってＸ軸方向の
移動および位置決めが行われる。

【００２０】また、２本の門型コラム３８には、図示し
ないねじ部がそれぞれ形成されており、これに螺合する
送り軸３２ａをクロスレール昇降用モータ３２によって
回転駆動することによりクロスレール３７は昇降する。
自動工具交換装置（ＡＴＣ）３９は、主軸４６に対して
各種工具Ｔを自動交換する。

【００２１】この自動工具交換装置３９は、たとえば、
図示しないマガジンにエンドミル、ドリル等の各種加工
具を工具ホルダによって保持した工具Ｔを収納してお
り、主軸４６に装着された工具Ｔを図示しない工具交換
アームによってマガジンに収納し、必要な工具Ｔを主軸
４６に工具交換アームによって装着する。

【００２２】ＮＣ装置２５０は、上記のサーボモータ１
８，１９，２０、および、クロスレール昇降用モータ３
２の駆動制御を行う。ＮＣ装置２５０は、具体的には、
予め加工プログラムで規定されたワークの加工手順にし
たがって、サーボモータ１８，１９，２０による工具Ｔ
とワークとの間の位置および速度制御を行う。また、Ｎ
Ｃ装置２５０は、加工プログラムにおいて、たとえば、
Ｓコードで規定された主軸モータ３１の回転数（単位時
間当りの回転数）を解読することにより主軸４６の回転
数の制御を行う。さらに、ＮＣ装置２５０は、ＮＣプロ
グラムにおいて、たとえば、Ｍコードで規定された工具
Ｔの交換の動作を解読することにより、各種工具Ｔの自
動交換を実行する。

【００２３】ＰＬＣ１５０は、ＮＣ装置２５０および操
作パネル２００と接続されている。このＰＬＣ１５０
は、予め決められたシーケンスプログラムにしたがっ
て、マシニングセンタ１の起動、停止を行ったり、操作
パネル２００の表示部を点灯、消灯する信号を出力する
等の各種シーケンス制御を行う。また、ＰＬＣ１５０
は、主軸モータ３１を駆動制御する主軸モータドライバ
１５７と接続されている。ＰＬＣ１５０は、主軸モータ
３１の起動、停止および速度制御を行うための制御指令
を主軸モータドライバ１５７に出力する。なお、ＰＬＣ
１５０は各種シーケンス制御を行う。

【００２４】図２は、本発明の放電加工用工具の一実施
形態の構成を示す断面図である。図２において、放電加
工用工具６０は、電極１００と、この電極１００を保持
するホルダ部６１とから構成される。なお、本実施形態
に係る放電加工用工具６０は、上記した通常の工具Ｔと
同様に自動工具交換装置３９によって主軸４６に着脱さ
れる。

【００２５】ホルダ部６１は、装着部材６２と、軸受保
持部材６６と、ケース６７と、軸受保持部材６８と、回
り止め部材８５と、絶縁部材６９と、電極保持部材９０
と、回路基板８９と、発電機７０とを有している。

【００２６】装着部材６２は、把持部６２ａと、上記の
主軸４６の先端部に形成されたテーパスリーブ４６ａに
装着されるテーパシャンク部６２ｂと、このテーパシャ
ンク部６２ｂの先端部に設けられたプルスタッド６２ｃ
と、軸受保持部材６６および６８によって軸受７２およ
び７３を介して回転自在に保持される軸部６２ｄとを備
えている。

【００２７】装着部材６２の把持部６２ａは、上記した
自動工具交換装置３９の工具交換アームによって、自動
工具交換装置３９のマガジンから主軸４６に装着される
際および主軸４６から自動工具交換装置３９のマガジン
へ搬送される際に把持される。

【００２８】装着部材６２のテーパシャンク部６２ｂ
は、主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されること
によって、中心軸が主軸４６の中心軸と同心になる。

【００２９】装着部材６２のプルスタッド６２ｃは、装
着部材６２が主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着さ
れると、主軸４６に内蔵された図示しないクランプ機構
のコレットによってクランプされる。なお、主軸４６に
内蔵されたクランプ機構は周知技術であるので詳細につ
いては省略する。

【００３０】装着部材６２の軸部６２ｄには、発電機７
０のロータ７０ａが固定されている。

【００３１】ケース６７は円筒状の部材からなり、ステ
ンレス等の金属材料で形成されている。このケース６７
の内周には、発電機７０のステータ７０ｂがロータ７０
ａに対向する位置に固定されている。

【００３２】発電機７０は、装着部６２の軸部６２ｄに
固定されたロータ７０ａが回転することにより発電す
る。この発電機７０には、たとえば、三相同期発電機が
用いられる。

【００３３】軸受保持部材６６および６８は、環状の部
材からなり、内周に軸受７２および７３をそれぞれ保持
している。これらの軸受保持部材６６および６８は、ケ
ース６７の内周に嵌合し、ボルト等の締結手段によって
ケース６７に締結されている。

【００３４】回路基板８９は、軸受保持部材６８の下側
の空間内に配置されている。この回路基板８９は、後述
する整流回路、電流制御回路等の各種電気回路が形成さ
れており、発電機７０のステータ７０ｂの三相巻線に接
続されているとともに、導電線９１によって電極１００
に接続されている。また、回路基板８９はケース６７を
基準電位としている。

【００３５】絶縁部材６９は、環状の部材からなり、た
とえば、セラミックスで形成されている。この絶縁部材
６９は、ケース６７の下端部に嵌合し、ケース６７に固
定されている。絶縁部材６９は、電極保持部材９０とケ
ース６７との間を電気的に絶縁する。

【００３６】電極保持部材９０は、上端部が絶縁部材６
９の内周に嵌合しており、フランジ部９０ｆが絶縁部材
６９のフランジ部６９ｆにボルト等の締結手段によって
締結されている。電極保持部材９０は、中心部に貫通孔
９０ｈを備えており、導電線９１はこの貫通孔９０ｈを
通じて電極１００に接続されている。電極保持部材９０
は、ステンレス等の金属材料で形成されており、先端部
に電極１００を交換可能に保持している。

【００３７】回り止め部材８５は、ケース６７の外周に
ボルト等の締結手段によって固定されている。回り止め
部材８５は、ステンレス等の金属材料で形成されてい
る。この回り止め部材８５は、装着部材６２のテーパシ
ャンク６２ｂが主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着
されることにより、主軸４６側の、たとえば、ラム４５
等の非回転部４７に形成された嵌合穴４７ａに先端８５
ａが挿入される。これにより、ケース６７は、主軸４６
が回転しても回転が規制される。

【００３８】非回転部４７に形成された嵌合穴４７ａ内
には、接触端子４７ｂが設けられており、この接触端子
４７ｂは接地されている。このため、回り止め部材８５
の先端８５ａが嵌合穴４７ａに挿入されると、接触端子
４７ｂと回り止め部材８５の先端８５ａとが接触する。
これにより、ケース６７が接地される。

【００３９】電極１００は、電極保持部材９０に保持さ
れており、この電極１００はワークを放電加工するのに
用いられる。電極１００の形成材料には、たとえば、銅
−タングステン合金、銀−タングステン合金、銅−グラ
ファイト、アルミニウム、鉄、黄銅等の材料が用いられ
る。また、電極１００は、所定形状になるようにあらか
じめ切削加工されている。さらに、放電加工の際には、
電極１００には、たとえば、電圧が数十ボルトで電流が
数アンペア程度印加される。

【００４０】図３は、放電加工用工具６０の電気系の機
能ブロック図である。図３に示すように、放電加工用工
具６０は、発電機７０および電極１００に加えて、整流
回路５００および電流制御回路７００を備えている。整
流回路５００および電流制御回路７００は、上記した回
路基板８９に形成されている。

【００４１】整流回路５００は、発電機７０が発電した
三相交流が導電ケーブル７０Ｕ，７０Ｖ，７０Ｗを通じ
て供給される。この整流回路５００は、三相交流を所定
電圧の直流に変換し、電流制御回路７００に供給する。

【００４２】電流制御回路７００は、整流回路５００で
整流された電力を、放電加工に必要な所定電圧の直流電
力に変換して電極１００に供給する。この電流制御回路
７００は、トランジスタにより電極１００に供給する電
流を制御し、たとえば、パルス状に電圧を電極１００に
印加する。

【００４３】次に、上記構成の放電加工用工具６０を用
いた放電加工の一例について説明する。まず、自動工具
交換装置３９によって、電極１００を保持した放電加工
用工具６０を工作機械本体２の主軸４６に装着する。放
電加工用工具６０は、回り止め部材８５の先端部８５ａ
が非回転部４７の嵌合穴４７ａに嵌合挿入され、ケース
６７の回転が規制される。

【００４４】一方、図４に示すように、放電加工用工具
６０の下方に配置されたテーブル３５上に、内部に放電
加工すべきワークＷおよび加工液６０１を収容した加工
液槽６００を設置する。加工液６０１は、電気的に絶縁
性を有しており、たとえば、絶縁油が用いられる。

【００４５】ワークＷは、金属材料で形成されており、
加工液槽６００に収容されるとともに加工液６０１中に
全体が浸漬されている。このワークＷは、接地されてい
る。

【００４６】図４に示す状態から、主軸４６を所定の回
転数で回転させる。主軸４６を回転させると、放電加工
用工具６０の装着部材６２が回転し、発電機７０のロー
タ７０ａがステータ７０ｂに対して回転する。これによ
り、発電機７０は、たとえば、三相同期発電機を用いた
場合には、三相交流電力を発電する。

【００４７】発電機７０が発電した電力は、整流回路５
００において整流され、電流制御回路７００に供給され
る。電流制御回路７００は、所定電圧の直流電力を電極
１００に印加する。

【００４８】電極１００に所定電圧の直流電力が印加さ
れた状態で、ＮＣ装置２５０にダウンロードされたＮＣ
プログラムにしたがって、放電加工用工具６０をワーク
Ｗに向けて図４に示す矢印Ｚ１の向きに下降させる。

【００４９】放電加工用工具６０を下降させ、電極１０
０がワークＷに接近すると、電極１００とワークＷとの
間で最も絶縁耐力の小さい部分で加工液６０１が絶縁破
壊を起こし放電が発生する。発生した放電は、すぐにア
ーク放電となり、放電は安定する。電極１００とワーク
Ｗとには、アーク柱から局所的に非常に大きなエネルギ
ーが流入するため、アーク柱近傍の電極１００とワーク
Ｗとは急激に加熱され蒸発または溶融する。これによ
り、ワークＷの除去が行われる。

【００５０】図５に示すように、放電加工用工具６０を
下降させていくと、ワークＷには電極１００の形状が転
写される。また、ＮＣ装置２５０にダウンロードされた
ＮＣプログラムにしたがって、ワークＷと電極１００と
を三次元的に動かすことにより、ワークＷは所望の形状
に加工される。

【００５１】以上のように、本実施形態によれば、放電
加工用工具６０に発電機７０を内蔵し、工作機械本体２
の主軸４６の回転力を利用して発電機７０で発電し、発
電した電力を電極１００に供給しながら放電加工を行う
ことにより、電極１００に外部電源から電力を供給する
ことが不要となる。また、本実施形態によれば、工作機
械本体２の主軸４６に各種工具を装着してワークＷの切
削加工を行いながら、工作機械本体２の主軸４６に放電
加工用工具６０を装着することにより、簡易にワークＷ
の放電加工を行うことが可能になる。すなわち、本実施
形態によれば、通常、切削加工を行う工作機械本体２に
放電加工用工具６０を装着するだけで、工作機械本体２
を放電加工機として使用することが可能となる。

【００５２】本発明は上述した実施形態に限定されな
い。上述した実施形態では、放電加工用工具６０に内蔵
された発電機７０の動力源として工作機械本体２に内蔵
された主軸モータ３１を使用した場合について説明し
た。たとえば、主軸４６内に圧縮空気のための管路を形
成し、この管路を通じて圧縮空気を発電機７０に供給
し、発電機７０を圧縮空気によって発電させる構成とす
ることも可能である。上述した実施形態では、放電加工
用工具６０を主軸４６に装着する場合について説明した
が、本発明は発電機が動力を享受できる箇所であれば主
軸４６に限定されない。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、工作機械において放電
加工を可能にし、かつ、外部電源からの電力供給の必要
のない放電加工用工具および放電電極ホルダが得られ
る。また、本発明によれば、ワークの切削加工だけでな
く放電加工も可能な工作機械が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される工作機械の一例としてのマ
シニングセンタの構成図である。

【図２】本発明の放電加工用工具の一実施形態の構成を
示す断面図である。

【図３】放電加工用工具６０の電気系の機能ブロック図
である。

【図４】放電加工用工具６０を用いた放電加工の手順を
説明するための図である。

【図５】図４に続く放電加工用工具６０を用いた放電加
工の手順を説明するための図である。

【符号の説明】

１…マシニングセンタ２…工作機械本体６０…放電加工用工具６１…ホルダ部６２…装着部材６７…ケース６８…軸受保持部材６９…絶縁部材７０…発電機８５…回り止め部材８９…回路基板９０…電極保持部材９１…導電線１００…電極１５０…プログラマブルコントローラ２５０…数値制御装置５００…整流回路６００…加工液槽７００…電流制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部から供給される動力により発電する発
電機と、前記発電機が発電した電力を用いて放電加工を行う放電
加工用電極とを有する放電加工用工具。
【請求項２】放電加工を行うべきワークに対して、前記
放電加工用電極を移動位置決めする移動位置決め手段に
着脱される装着部をさらに有する請求項１に記載の放電
加工用工具。
【請求項３】前記放電加工用電極を交換可能に保持する
電極保持手段をさらに有する請求項１または２に記載の
放電加工用工具。
【請求項４】前記移動位置決め手段は、ワークの切削加
工が可能な工作機械であり、前記発電機は、前記工作機械に備わる動力源からの動力
により発電する請求項２または３に記載の放電加工用工
具。
【請求項５】前記発電機は、前記工作機械の主軸の回転
力が伝達されることにより発電する請求項４に記載の放
電加工用工具。
【請求項６】外部から供給される動力により発電する発
電機と、前記発電機が発電した電力を用いて放電加工を行う放電
加工用電極を交換可能に保持する保持手段とを有する放
電電極ホルダ。
【請求項７】放電加工を行うべきワークに対して前記放
電加工用電極を移動位置決めする移動位置決め手段に着
脱される装着部をさらに有する請求項６に記載の放電電
極ホルダ。
【請求項８】ワークの切削加工が可能な工作機械であっ
て、ワークに対して主軸を移動位置決めする工作機械本体
と、発電機および当該発電機が発電した電力を用いて放電加
工を行う放電加工用電極を備え、かつ、前記工作機械本
体に着脱される放電加工用工具と、前記発電機に動力を供給する動力源とを有する工作機
械。
【請求項９】前記動力源は、前記主軸を回転させる駆動
モータである請求項８に記載の工作機械。