JP2004142084A - 放電加工電極の設計支援方法、放電加工電極設計支援システム及び記録媒体 - Google Patents
放電加工電極の設計支援方法、放電加工電極設計支援システム及び記録媒体 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】熟練のない通常のレベルのＣＡＤ設計者でも、容易に３次元ＣＡＤを用いて、放電加工電極の設計ができる方法、システム、記録媒体を提供する。
【解決手段】加工設計を行った後の被加工物の削り残し部分の形状を放電除去するために使用する放電加工電極の設計支援方法であって、ミーリング加工を行った後の被加工物の削り残し部分の形状を読み込むステップ６と、予め放電加工のために準備した電極の設計に必要な種々の放電加工条件を記録したマスターファイルを読み込むステップ７と、放電加工条件と削り残した形状に基づいて、必要な放電ギャップ量を自動算出するステップ５と、放電加工形状とそのギャップ量を読込み、かつ必要な加工代をギャップ処理して電極本体形状を作成するステップ２と、この電極本体形状に基づいて電極の土台を３次元的に生成するステップ３と、生成された上記電極本体形状と上記土台形状とを合成するステップ４とを備えている。
【選択図】図１
【解決手段】加工設計を行った後の被加工物の削り残し部分の形状を放電除去するために使用する放電加工電極の設計支援方法であって、ミーリング加工を行った後の被加工物の削り残し部分の形状を読み込むステップ６と、予め放電加工のために準備した電極の設計に必要な種々の放電加工条件を記録したマスターファイルを読み込むステップ７と、放電加工条件と削り残した形状に基づいて、必要な放電ギャップ量を自動算出するステップ５と、放電加工形状とそのギャップ量を読込み、かつ必要な加工代をギャップ処理して電極本体形状を作成するステップ２と、この電極本体形状に基づいて電極の土台を３次元的に生成するステップ３と、生成された上記電極本体形状と上記土台形状とを合成するステップ４とを備えている。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３次元ＣＡＤを用いた設計技術、特に成形金型などの放電加工を行うための放電加工電極の設計支援方法と、その支援システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種の２次元または３次元ＣＡＤを用いて放電加工に使用する電極を設計する技術は公知であり、次のような特許文献が存在する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−９２３４８
【特許文献２】
特開平４−２８３０２３
【特許文献３】
特開平７−６０５５４
ここに、特許文献１は、放電加工方向（一般にＺ軸方向）に垂直な方向に揺動させながら放電加工装置に使用する放電加工用電極設計において、予め２次元もしくは３次元ソリッドで定義した被加工物形状より、同形状の放電加工代量オフセットしてできあがった形状を揺動パターンに従ってコピーし、コピーされたソリッド形状の集合演算により、自動的に放電加工形状を作成する。この方法では３次元の放電加工電極を自動的に設計することはできない。
【０００４】
また、特許文献２は、特殊な歯車形状の歯車を製作するのに適した歯車鍛造金型を放電加工するための放電加工電極の製造方法を提供しているが、これも自動的に放電加工電極を３次元的に設計するものではない。 更に、特許文献３は、形彫放電加工機用のＮＣデータと共に自動的に最適揺動パターンを計算し、ＮＣデータに付加するＣＡＤ／ＣＡＭ装置を提供するものである。これは揺動パターンのみに限った装置であり、他の加工ができないという欠点がある。またＮＣデータが必要であり、この点も本発明とは異なっている。
【０００５】
放電加工方法は、一般に火花放電で金属を溶かし吹き飛ばしながら金型などに加工するもので、工具となる電極と被加工物との間に、油などの絶縁性加工液を用い、放電を発生させ、熱的作用で金属を溶かし、力学的作用によって金属を吹き飛ばすのが基本原理である。このような放電を毎秒数千回〜数百万回起こして加工をする。この原理を利用して電極形状を被加工物に転写することができる。放電加工のエネルギーは加工セッティング、パルス幅、休止時間等の条件を設定して加工を行う。従って単発放電エネルギーが大きければ、その加工量も多くなり、加工速度、クリアランス、加工荒さとも大きな値となり、逆に、単発放電エネルギーが小さければ、それぞれの値は小さくなる。従って放電加工は多種類ある単発放電エネルギーの中から加工目的に合ったエネルギーを選択して用いる。揺動加工機能とは、電極をＺ軸方向の加工だけでなく、側面方向（Ｘ，Ｙ方向）にも連続的な微小な「みそすり」運動をさせることであり、放電加工の揺動パターンの代表的なものには、円、四角、球、六角、一方向、カマボコ等がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の放電加工電極設計は設計者の金型設計の経験に基づき設計されていた為、金型設計に熟練を要した。またこれを克服する方法として提案されている特許文献１は、ＣＡＤを用いて２次元の輪郭のみを処理するものに過ぎず、３次元放電加工電極の設計はできない。
したがって、従来の放電加工電極の設計は、設計者の勘にたよることが多く、そのため設計に熟練を要し、特定の設計者しか設計できないという問題点があった。本発明はこれらの問題点に対処すべく鋭意検討を重ねてなされたものであり、本発明により通常のレベルのＣＡＤ設計者でも容易に放電加工電極の設計ができる設計支援方法と、そのシステムを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、放電加工電極の設計支援方法、設計支援システム及び設計支援方法を記録した記録媒体を提供するものである。
【０００８】
ここにおいて、本発明の放電加工電極支援方法は、加工設計を行った後の被加工物の削り残し部分の形状を放電除去するために使用する放電加工電極の設計支援方法であって、
ミーリング加工を行った後の被加工物の削り残し部分の形状を読み込むステップと、放電加工機に対応して、予め放電加工のために準備した電極の設計に必要な種々の放電加工条件を記録したマスターファイルを読み込むステップと、このマスターファイルから読み込んだ放電加工条件と削り残した形状に基づいて、必要な放電ギャップ量を自動算出するステップと、放電加工形状とそのギャップ量を読込み、かつ必要な加工代をギャップ処理して電極本体形状を作成するステップと、この電極本体形状に基づいて電極の土台を３次元的に生成するステップと、生成された上記電極本体形状と上記土台形状とを合成するステップとを備えたことを特徴とする放電加工電極の設計支援方法である。
【０００９】
また、設計支援システムは、３次元ＣＡＤを用いてミーリング加工設計を行った後の被加工物の削り残し部分の形状を放電除去するために使用される放電加工用電極を設計支援するシステムであって、ミーリング加工を行った後の被加工物の削り残し部分の形状を読み込む手段と、放電加工機に対応して予め準備した放電加工電極の設計に必要なマスターファイルと、マスターファイルから読み込んだ放電加工条件と削り残した形状に基づいて、必要な放電ギャップ量を自動算出する手段と、放電加工形状とそのギャップ量を読込み、かつ必要な加工代をギャップ処理して電極本体形状を作成する手段と、かくして形成された放電加工電極の本体形状に基づいて、放電加工電極の土台を３次元的に生成する手段と、上記放電加工電極本体の形状と上記土台の形状とを合成する手段とを備えたことを特徴としている。
【００１０】
更に、記録媒体は、放電加工電極を３次元設計するために必要とされる、請求項１に記載された設計支援方法を実行するためのステップを、コンピュータによって読み取り可能な信号に変換して保存している。
また、本発明は、設計すべき放電加工電極が特異な形状を有している場合や、放電加工条件に種々の選択、制限機能がある場合でも、容易に適用可能なように種々の付加ステップを備えた方法が同時に提案されている。
【００１１】
すなわち、請求項４は、放電電極を微細加工用と、粗加工用に分割して設計する手法、請求項５は、設計された微細加工用電極、粗加工用電極に凹エッジ形状がある場合に分割面を特定して分割された放電加工電極を設計する手法、請求項６は、放電加工機に応じた放電加工条件に揺動加工処理が可能な条件が含まれている場合に、揺動加工処理を行う手法、請求項７は、加工精度に応じた複数種類の放電加工電極を設計する手法、請求項８は、複数種類の放電加工電極を、土台を共通にして設計する手法、請求項９、１０は、同一の加工条件でギャップ処理すべき複数の電極本体が有る場合に、土台を共通にして設計する手法、請求項１１は、突出代を加味した放電加工電極を形成する手法、請求項１２は、設計した放電加工電極を放電加工した後、その被加工処理個所から待機状態に引き上げる場合に接触干渉がある場合に、設計された放電加工電極の軸を任意の角度に傾ける手法をそれぞれ提案している。
【００１２】
データベースの蓄積方法は、放電加工条件を放電加工機で実際に被加工物を加工を重ねることで、放電加工条件をマスターファイルに蓄積することにより行われる。
【００１３】
本発明はマスターファイルにこの蓄積された放電加工条件データベースや完成品形状データベースを使用して設計支援方法及びシステム及び記録媒体を構築したものである。 また各放電加工機の加工機データ、具体的には加工機の名称、最大加工形状サイズ、最大電極本数等や、放電ギャップデータとして具体的には、被加工物材質、形状係数、通常ギャップサイズ、電極材質、加工代、隙間量等を該マスターファイルに蓄積しておくことが望ましい。さらに完成品形状も該マスターファイルに蓄積しておけば各種の応用設計が可能となる。
【００１４】
本発明では、以上のような一連のステップを経ることで、通常のレベルのＣＡＤ設計者でも容易に放電加工電極の設計ができる。また、各ステップにおいて独自のステップを適宜追加することにより、放電加工電極の分割設計や搖動加工の種類の選択的加工や、荒仕上・仕上げ毎に適した放電加工電極の設計や複数放電加工個所の一度の加工設計や材料効率の良い電極設計等が可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の基本概念を示すブロック図である。
本発明では、図１の１〜７に見るように、３次元ＣＡＤを用いて、被加工物をミーリングした状態の荒形状電極を最初に生成しておき、それに基づいてミーリング加工を行った後の被加工物の削り残し部分の形状を読み込み、ついで、放電加工機に対応して、予め放電加工のために準備した電極の設計に必要な種々の放電加工条件を記録したマスターファイルを読み込み、このマスターファイルから読み込んだ放電加工条件と削り残した形状に基づいて、必要な放電ギャップ量を自動算出する。そして、放電加工形状とそのギャップ量を読み、かつ必要な加工代をギャップ処理して電極本体形状を作成して、放電加工形状とそのギャップ量を読み、更に必要な加工代をギャップ処理して電極本体形状を作成し、最後に生成された電極本体形状と土台形状とを合成する。
【００１６】
したがって、本発明によれば、このような一連のステップを経ることで通常のレベルのＣＡＤ設計者でも容易に３次元ＣＡＤを用いて放電加工電極の設計ができる。
また、後述のステップを適宜追加することにより、放電加工電極の分割設計や搖動処理の選択的加工や、荒仕上・仕上げ毎に適した放電電極加工設計や複数放電加工個所の一度の加工設計や材料効率の良い電極設計等が可能である。
このような本発明では、マスターファイルには、放電加工条件データベースや完成品形状データベースに蓄積された情報が蓄積されている。
【００１７】
ここに放電加工条件データベースは、データベースの作成方法としては、放電加工条件をマシーニングセンター内の放電加工機で実際に被加工物を加工を重ねることで、種々の条件を作成し、蓄積しており、放電加工機の加工機データ、具体的には加工機の名称、最大加工形状サイズ、最大電極本数等、放電ギャップデータ、被加工物材質、形状係数、通常ギャップサイズ、電極材質、加工代、隙間量等を該マスターファイルに蓄積しておく必要がある。さらに完成品形状も該マスターファイルに蓄積しておけば各種の応用設計が可能となる。
【００１８】
このような本発明では、マスターファイルには、放電加工機に対応して予め放電加工のために準備した電極の設計に必要な種々の条件や、完成品形状が保存され使用される。
ついで、本発明を、実施例をあげて具体的に説明する。
【００１９】
図３は本発明の設計支援方法の基本手順を示しており、図３Ａは本発明で設計される放電加工電極の説明図、図３Ｂは放電加工電極を設計する場合のギャップ量と、放電加工電極の土台の説明図である。
【００２０】
本発明の設計支援方法は、図３のステップ１００１〜１００７に見るように、ミーリング加工を行った後の被加工物の削り残し部分を読み込み、予め放電加工のために準備した種々の放電加工条件を蓄積しているマスターファイル１２から設計条件を読み込み、ついで、読み込んだ被加工物Ｗの削り残しの部分の形状Ｗｂと、電極設計条件とに基づいて、必要な放電ギャップ量ｇを算出し、放電ギャップ量ｇ分、オフセットして電極本体形状を設計する。
【００２１】
ついで、このようにして設計した電極本体１の形状をＸＹ平面上に投影し、最外郭加工代より所定の加工代ｘ，ｙだけ大きい矩形領域を割り当てて電極土台２として設計する。すなわち、電極土台形状のＸＹ平面投影領域で製品形状の最高点より所定の隙間量だけ離れた位置を電極土台の底面とすることで電極土台形状を作成する（図３Ｂ参照）。
最後に、電極本体１をＺ軸正方向に平行掃引して土台２と合成して所望の電極形状を特定する。
【００２２】
図３Ａの（ａ）は、削り残し部分Ｗｂが残されている被加工物Ｗから、削り残し部分Ｗｂを放電加工するために設計される放電加工電極の形状Ｗａを転写する概念を示しており、（ｂ）は設計されるべき放電加工電極１の形状と電極土台２との関係、（ｃ）は放電加工電極の形状をＺ軸方向に掃引して設計される、電極本体１と電極土台２を合成した概念を示している。なお、図３Ｂは、削り残し部分Ｗを有した被加工物Ｗと、そこに対して設計される放電加工電極１及びその土台２を示している。
【００２３】
図２は、本発明の設計支援システムの基本構成を示している。このシステムは、本発明方法を実現するためのハード構成を組み合わせたものである。
すなわち、このシステムは、ミーリング加工を行った後の被加工物の削り残し部分の形状を読み込む手段１１と、放電加工のために放電加工機に対応して予め準備した放電加工電極の設計に必要な種々の放電加工条件を記録したマスターファイル１２と、マスターファイル１２から読み込んだ放電加工条件と、削り残した形状に基づいて、必要な放電ギャップ量を自動算出する手段１３と、放電加工形状とそのギャップ量を読み、かつ必要な加工代をギャップ処理して電極本体形状を作成する手段１４と、かくして形成された放電加工電極の本体形状に基づいて、放電加工電極の土台を３次元的に生成する手段１５と、生成された上記放電加工電極本体の形状と生成された上記土台の形状とを合成する手段１６とを備えている。
【００２４】
このような設計支援システム構築することで、被加工物をミーリング加工した後に生じた削り残し部分を放電除去するための放電加工電極を自動的に設計する設計支援システムが提供できる。 図２Ａは、本発明の記録媒体を示している。この記録媒体は、この図に見るように、ミーリング加工を行った後の被加工物の削り残し部分の形状を読み込むステップ２１と、放電加工機に対応して、予め放電加工のために準備した電極の設計に必要な種々の放電加工条件を記録したマスターファイル２２と、このマスターファイル２２から読み込んだ放電加工条件と削り残した形状に基づいて、必要な放電ギャップ量を自動算出するステップ２３と、放電加工形状とそのギャップ量を読込み、かつ必要な加工代をギャップ処理して電極本体形状を作成するステップ２４と、この電極本体形状に基づいて電極の土台を３次元的に生成するステップ２５と、生成された上記電極本体形状と上記土台形状とを合成するステップ２６を含んでおり、これらの各ステップは、単一あるいは複数のプログラムを組み合わせて形成された、コンピュータによって読み取り可能な信号に変換され、コンピュータにインストールされた後、必要なデータを加えることによって、本発明方法が実施可能になっている。
【００２５】
ついで、本発明方法による基本機能を拡張するために、本発明方法に追加され、組み込まれて実施される各種の機能、手法について説明する。 図４、図４Ａ、図４Ｂは、放電加工電極を微細加工用、粗加工用に分割設計する付加機能を説明している。
【００２６】
作成された放電電極の３次元形状を分析して、微細加工用の放電加工電極と、粗加工用の放電加工電極とに分割して設計することで、放電加工の作業効率をアップさせている。この場合の設計に必要な基本動作は、図４のステップ２００１〜２００６に示されており、一度設計された放電加工電極の形状から互いに平行になっている段部を抽出し、その段部で平行にスライスすることによって、複数の電極を設計している。なお、ステップ２００５では、放電加工形状の体積比と形状係数比が閾値以内の時は、放電加工形状を分割しないことで不必要に多くの分割電極が設計されないようにしている。
【００２７】
図４Ａは、設計された加工電極（土台部分を除く）を、この手法によって水平にスライスした図を示しており、図４Ｂの（ａ）〜（ｃ）は、この手法によって設計される放電加工電極を示している。放電電極は、実際の作業状態を考慮して土台から離れるものほど、高さ寸法が大きくなっている。また、放電加工電極は、その先端の面積が広いものは粗加工用、狭いものは微細加工用として使用される。実際の加工では、粗加工用電極による放電加工の後、微細加工用電極が使用される。
【００２８】
図５、図５Ａ，図５Ｂは、凹エッジコーナーを有した複雑な形状の放電電極を単純な形状に分割設計する付加機能を説明している。
【００２９】
この手法も、作成された放電電極の３次元形状を分析して、凹エッジコーナーがある場合に、凹エッジコーナーが少なくなるように、複数に分割している。
この場合の設計に必要な基本動作は、図５のステップ３００１〜３００２に示されている。すなわち、凹エッジコーナーを探索し、ステップ３００５で凹エッジを分割する。その分割の仕方は、図５Ｂで示すように図ａの分割方法１や図ｂの分割方法２があり、ステップで示すように分割した形状の面積外周比の小さい方法を採用する。
【００３０】
さらに具体的に説明すると、分割方法１の図ａのように、面積Ａ１、外周ａ１、面積Ｂ１、外周ｂ１とすると、この面積外周長比Ｘ１＝Ａ１／ａ１＋Ｂ１／ｂ１であり、分割方法２の図ｂのように、面積Ａ２、外周ａ２、面積Ｂ２、外周ｂ２とするとこの面積外周長比Ｘ２＝Ａ２／ａ２＋Ｂ２／ｂ２である。そしてＸ１＞Ｘ２ならば、分割方法２を採用する。
【００３１】
本方法を実施することにより、ミーリング加工等で容易に加工可能な電極形状の設計ができる。
【００３２】
図６、図６Ａ図、図６Ｂ図は、放電加工条件に揺動加工が可能な機能が加えられている場合に、実行される揺動加工処理を示している。この手法は、設計された放電加工電極の全体形状に対して、放電ギャップ処理の許容、禁止条件を付加するステップを含むことに特徴がある。 図６は放電加工形状の形状に応じて通常ギャップ処理（図６Ａ）と揺動ギャップ処理（図６Ｂ）を使い分けることを特徴としている。 具体的には、この場合の基本制御は、ステップ４００１〜４００９に示されるフローチャート示している。ステップ４００３で通常ギャップ処理か揺動ギャップ処理かが判断される。つまり、放電加工形状に円筒、円錐以外の曲面が含まれる場合には、通常ギャップ処理（図６Ａ）が行われる。それ以外は揺動ギャップ処理（図６Ｂ）が行われる。
【００３３】
図７は、さらに凸エッジコーナーが含まれる判断が入る場合のケースを示す。凸エッジコーナーが存在する場合の判断はステップ５００４で示される。このステップで円揺動か角揺動か判断され、凸エッジコーナーが存在する場合はステップ５００７のように、角揺動が行われる。それ以外の場合はステップ５００５のように角揺動が行われる。円揺動ギャップ処理が行われた場合の例を図７Ａに、角揺動の場合の例を図７Ｂに示す。
この場合の基本制御は、図７に示されるフローチャートのステップ５００１〜ステップ５００７で示される。
【００３４】
一連のステップを実行することにより、被加工物の加工処理されるべき個所の形状に応じて、揺動加工を利用した効率のよいギャップ処理を選択的に実行指示できる。 図８、図８Ａは、荒加工、仕上加工毎に適した放電加工電極を設計することにに特徴があることを示す図である。
具体的にはこの場合の基本制御は、図８に示すステップ６００１〜ステップ６００７の一連の処理を行うことで荒加工、中加工、仕上加工電極のギャップ処理を順次行う。
【００３５】
なお、形状係数の定義は、図８Ａに示すように形状係数＝加工体体積÷加工深さであり、また形状係数は、放電電極本数、加工機、被加工材質、電極材質等に依存する。 このようなステップを実施することで荒加工、仕上加工毎に適した放電加工電極が設計できる。
【００３６】
図９、図９Ａは、荒加工、仕上加工毎に適した放電加工電極が設計できるステップにおいて、予め製品完成品形状を読み込んでおくことにより、形状土台を共通にして加工精度に応じた複数種類の加工電極を設計する際に、電極間で相互に干渉しない条件が加味されることに特徴がある。 具体的にはこの場合の基本制御は、図９に示されるステップ７００１〜７００９に示している。さらに説明を加えると被加工物に対して荒加工用電極と仕上加工用電極を用意し、予め読み込んでおいた製品完成品形状に基づいて各電極を配置し、さらにステップ７００６に示すように、放電加工電極の総移動量が閾値内にある時は、図９Ａに示すように、両放電加工電極が干渉しない間隔まで仕上用電極を移動させる。
【００３７】
その後、放電加工形状とそのギャップ量を読み、かつ必要な加工代をギャップ処理して電極本体形状を作成するステップと、この電極本体形状に基づいて電極の土台を３次元的に生成するステップを実施する。
【００３８】
このようにすることで、放電加工用電極本数を削減した電極の設計が可能となる。 図１０、図１０Ａは、複数の放電加工個所を一度に加工ことに特徴がある。さらに詳しくは、放電加工形状とそのギャップ量を読み、かつ必要な加工代をギャップ処理して電極本体形状を作成するステップにおいて、同一ギャップ処理の形状をひとつの土台でまとめることにより、複数の放電加工個所を一度に加工できることを特徴とするものである。
【００３９】
つまりこの場合の基本制御は、図１０で示されるフローチャートのステップ８００１〜ステップ８００６に示されている。ステップ８００３で同一ギャップ処理の放電加工形状を抽出し、図１０Ａの（ａ）で示されるように、ステップ８００４でその加工形状を加工位置に配置する。
その後ステップ８００５を実行することにより図１０Ａの（ｂ）で示すように一つのベース形状に同一ギャップ処理のされた複数の電極形の設計ができる。その後電極本体形状を平面上に投影した領域より電極の土台となる形状を算出し、電極土台形状を作成するステップと、電極本体形状をＺ軸正方向に平行掃引して土台形状とを合成するステップを実施する。
【００４０】
このことにより同一ギャップ処理の形状をひとつの土台でまとめることにより、複数の放電加工個所を一度に加工できる。
【００４１】
図１１、図１１Ａは、電極本体形状を一つの土台に作成するすることに特徴がある。更に詳しくは、被加工物同一土台内に放電加工個所が複数存在する場合の設計処理のステップと、同一のギャップ処理をした電極本体形状を一つの土台に作成するステップを含むことを特徴とする。 具体的にはこの場合の基本制御は、図１１のフローチャートに示すように、ステップ９００１〜ステップ９００９を実施する。同一土台どうかの判断はステップ９００６で行われ、同一土台上に放電加工電極形状が作成された場合はステップ９００７に進み、図１１Ａの（ａ）ようになり、異なる電極上に放電加工電極形状が作成された場合はステップ９００９に進み、図１１Ａの（ｂ）ようになる。該判断は土台形状と放電加工形状の面積比が閾値以内か否かで行われる。
【００４２】
図１２、図１２Ａは、開放端面の削り残しを考慮した突出代が判断されていることに特徴がある。さらに詳しくは、生成された電極本体形状と土台形状とを合成設計するステップにおいて、設計された放電加工電極は、開放端面の削り残しを考慮した突出代が判断されていることを特徴とするものである。
具体的にはこの場合の基本制御は、図１２に示されるフローチャートのステップ１０００１〜ステップ１０００５に示している。
【００４３】
さらに具体的にはステップ１０００３で示すように、面の法線方向側に加工完成形状を有するか否かで、面を突出させるか否かがわかれる。面を突出させるのは、ステップ１０００４で示すように、加工完成形状を有しない場合であり、この場合は図１２Ａに示すように面を突出させる。 このようにすることで加工精度の良い電極設計ができる。 図１３、図１３ａ，ｂは、掃引軸を任意に傾けるステップを有することに特徴がある。さらに詳しくは、本体形状をに基づいて電極の土台を３次元的に生成するステップと電極本体形状と土台形状を合成設計するステップである時において、掃引形状と製品完成形状が干渉するさいは、掃引軸を任意に傾けるステップを有することが特徴である。
具体的には、この場合の基本制御は、図１３のフローチャートのステップ１１００１〜１１００７に示している。
【００４４】
掃引軸を傾ける理由は次に述べる通りである。図１３の（ａ）に示すようにＺ軸正方向に放電加工電極を掃引すると被加工物と干渉が発生する。その対策として図１３（ｂ）のように放電加工電極を傾けると、被加工物と干渉が生じないからである。その後掃引軸に直行する平面に投影させた領域の最外郭に加工代を加えた矩形を電極土台形状とする。
【００４５】
このことにより、アンダーカット形状に対応した電極形状を設計することができる。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１によれば、被加工物に対して最適な放電加工電極を、予め準備蓄積した各設定条件に応じて３次元的に設計することができる。
【００４７】
請求項２によれば、放電加工に必要な放電電極を、各種設定条件に応じて３次元的に容易に設計するシステムが提供できる。
【００４８】
更に、請求項３によれば、放電加工に必要な放電電極を、各種設定条件に応じて３次元的に容易に設計する記録媒体を提供できる。
【００４９】
また、同時に提案される本発明では、放電加工電極を設計する場合に、次のような付加機能の反映された放電加工電極が設計できる。
【００５０】
すなわち、請求項４によれば、微細加工部分と粗加工部分の放電加工用電極を分割して設計することによって加工効率の良い放電加工電極を設計することができる。請求項５によれば、ミーリング加工等で容易に加工可能な電極設計ができる。請求項６によれば、マスターファイルを参照して、被加工物の加工処理されるべき個所の形状に応じて、揺動加工を利用した効率のよいギャップ処理を選択的に実行指示できる。請求項７によれば、荒加工、仕上加工毎に適した放電加工電極が設計できる。請求項８によれば、土台を共通にして、加工精度に応じた複数種類の加工電極を設計する際に、電極間で相互に干渉しない条件が加味される。請求項９によれば、同一ギャップ処理の形状をひとつの土台でまとめることにより、複数の放電加工個所を一度に加工できる。請求項１０によれば、材料効率のよい電極形状が設計できる。請求項１１によれば、加工精度の良い電極設計ができる。請求項１２によれば、アンダーカット形状に対応した変形電極設計ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本概念を示すブロック図である。
【図２】本発明の放電加工電極の設計支援システムの基本構成を示すブロック図である。
【図２Ａ】本発明の記録媒体を示す概念図である。
【図３】本発明の放電加工電極の設計支援方法の基本手順を示すフローチャートである。
【図３Ａ】本発明方法による設計の基本手順を示す図である。
【図３Ｂ】本発明方法によって設計される放電加工電極の土台の説明図である。
【図４】放電加工電極を微細加工用と、粗加工用とに分割して設計する場合の基本手順を示すフローチャートである。
【図４Ａ】放電加工電極を水平方向に分割して設計する場合の説明図である。
【図４Ｂ】電極土台と電極本体を合成するイメージ図である。
【図５】放電加工を分割して設計する場合の基本手順を示す場合のフローチャートである。
【図５Ａ】被加工物の凹エッジの一例を示す図である。
【図５Ｂ】被加工物に凹エッジがある場合の分割方法を説明する図である。
【図６】放電加工条件に対して、ギャップ処理を選択的に実行する場合の基本手順を示すフローチャートである。
【図６Ａ】通常ギャップ処理の説明図である。
【図６Ｂ】揺動ギャップ処理の説明図である。
【図７】放電加工電極に凸エッジが存在している場合の基本手順を示すフローチャートである。
【図７Ａ】円揺動処理の説明図である。
【図７Ｂ】角揺動処理の説明図である。
【図８】荒加工、仕上加工毎に適した放電加工電極を設計する場合のフローチャートである。
【図８Ａ】被加工物の形状係数の説明図である。
【図８Ｂ】電極マスタの１例を示す表である。
【図９】土台を共通にして、加工精度に応じた複数種類の加工電極を設計する場合の基本動作手順を示すフローチャートである。
【図９Ａ】電極間で相互に干渉しない条件が加味された複数の放電加工電極を、土台を共通にして設計した例を示す説明図である。
【図１０】同一ギャップ処理を施した放電加工電極を共通の土台に形成する場合の基本手順を示すフローチャートである。
【図１０Ａ】（ａ）、（ｂ）は 同一ギャップ処理の形状を共通の土台に形成する場合の説明図である。
【図１１】複数種類の放電加工電極を共通の土台上に設計する場合の基本手順を示すフローチャートである。
【図１１Ａ】（ａ）は、複数種類の放電加工電極を同一土台上に形成した場合の例図、（ｂ）は複数種類の放電加工電極を異なる土台上に形成した場合の例図を示す。
【図１２】放電加工電極に突出代を設計する場合の基本手順を示す場合のフローチャートである。
【図１２Ａ】突出代の説明図である。
【図１３】放電加工電極を任意の傾斜角度をもって設計する場合の基本手順を示すフローチャートである。
【図１３Ａ】（ａ）、（ｂ）は放電加工電極を任意の傾斜角度をもって設計する場合の説明図。
【符号の説明】
１・・・３次元ＣＡＤにおけるミーリングによる荒形状電極設計ステップ
２・・・ギャップ処理して電極本体を作成するステップ
３・・・電極の土台を３次元的に生成するステップ
４・・・電極を合成設計するステップ
５・・・必要な放電ギャップ量を自動算出するステップ
６・・・ミーリング加工を行った後の被加工物の削り残しの形状を読み込むステップ
７・・・マスターファイル読み込むステップ
１１・・被加工物の削り残しの形状を読み込む手段
１２・・マスターファイル
１３・・必要な放電ギャップ量を自動算出する手段
１４・・ギャップ処理して電極本体を作成する手段
１５・・電極の土台を３次元的に生成する手段
１６・・電極を合成設計する手段
２１・・被加工物の削り残しの形状を読み込むステップ
２２・・マスターファイル読み込むステップ
２３・・必要な放電ギャップ量を自動算出するステップ
２４・・ギャップ処理して電極本体を作成するステップ
２５・・電極の土台を３次元的に生成するステップ
２６・・電極を合成設計するステップ
【発明の属する技術分野】
本発明は、３次元ＣＡＤを用いた設計技術、特に成形金型などの放電加工を行うための放電加工電極の設計支援方法と、その支援システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種の２次元または３次元ＣＡＤを用いて放電加工に使用する電極を設計する技術は公知であり、次のような特許文献が存在する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−９２３４８
【特許文献２】
特開平４−２８３０２３
【特許文献３】
特開平７−６０５５４
ここに、特許文献１は、放電加工方向（一般にＺ軸方向）に垂直な方向に揺動させながら放電加工装置に使用する放電加工用電極設計において、予め２次元もしくは３次元ソリッドで定義した被加工物形状より、同形状の放電加工代量オフセットしてできあがった形状を揺動パターンに従ってコピーし、コピーされたソリッド形状の集合演算により、自動的に放電加工形状を作成する。この方法では３次元の放電加工電極を自動的に設計することはできない。
【０００４】
また、特許文献２は、特殊な歯車形状の歯車を製作するのに適した歯車鍛造金型を放電加工するための放電加工電極の製造方法を提供しているが、これも自動的に放電加工電極を３次元的に設計するものではない。 更に、特許文献３は、形彫放電加工機用のＮＣデータと共に自動的に最適揺動パターンを計算し、ＮＣデータに付加するＣＡＤ／ＣＡＭ装置を提供するものである。これは揺動パターンのみに限った装置であり、他の加工ができないという欠点がある。またＮＣデータが必要であり、この点も本発明とは異なっている。
【０００５】
放電加工方法は、一般に火花放電で金属を溶かし吹き飛ばしながら金型などに加工するもので、工具となる電極と被加工物との間に、油などの絶縁性加工液を用い、放電を発生させ、熱的作用で金属を溶かし、力学的作用によって金属を吹き飛ばすのが基本原理である。このような放電を毎秒数千回〜数百万回起こして加工をする。この原理を利用して電極形状を被加工物に転写することができる。放電加工のエネルギーは加工セッティング、パルス幅、休止時間等の条件を設定して加工を行う。従って単発放電エネルギーが大きければ、その加工量も多くなり、加工速度、クリアランス、加工荒さとも大きな値となり、逆に、単発放電エネルギーが小さければ、それぞれの値は小さくなる。従って放電加工は多種類ある単発放電エネルギーの中から加工目的に合ったエネルギーを選択して用いる。揺動加工機能とは、電極をＺ軸方向の加工だけでなく、側面方向（Ｘ，Ｙ方向）にも連続的な微小な「みそすり」運動をさせることであり、放電加工の揺動パターンの代表的なものには、円、四角、球、六角、一方向、カマボコ等がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の放電加工電極設計は設計者の金型設計の経験に基づき設計されていた為、金型設計に熟練を要した。またこれを克服する方法として提案されている特許文献１は、ＣＡＤを用いて２次元の輪郭のみを処理するものに過ぎず、３次元放電加工電極の設計はできない。
したがって、従来の放電加工電極の設計は、設計者の勘にたよることが多く、そのため設計に熟練を要し、特定の設計者しか設計できないという問題点があった。本発明はこれらの問題点に対処すべく鋭意検討を重ねてなされたものであり、本発明により通常のレベルのＣＡＤ設計者でも容易に放電加工電極の設計ができる設計支援方法と、そのシステムを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、放電加工電極の設計支援方法、設計支援システム及び設計支援方法を記録した記録媒体を提供するものである。
【０００８】
ここにおいて、本発明の放電加工電極支援方法は、加工設計を行った後の被加工物の削り残し部分の形状を放電除去するために使用する放電加工電極の設計支援方法であって、
ミーリング加工を行った後の被加工物の削り残し部分の形状を読み込むステップと、放電加工機に対応して、予め放電加工のために準備した電極の設計に必要な種々の放電加工条件を記録したマスターファイルを読み込むステップと、このマスターファイルから読み込んだ放電加工条件と削り残した形状に基づいて、必要な放電ギャップ量を自動算出するステップと、放電加工形状とそのギャップ量を読込み、かつ必要な加工代をギャップ処理して電極本体形状を作成するステップと、この電極本体形状に基づいて電極の土台を３次元的に生成するステップと、生成された上記電極本体形状と上記土台形状とを合成するステップとを備えたことを特徴とする放電加工電極の設計支援方法である。
【０００９】
また、設計支援システムは、３次元ＣＡＤを用いてミーリング加工設計を行った後の被加工物の削り残し部分の形状を放電除去するために使用される放電加工用電極を設計支援するシステムであって、ミーリング加工を行った後の被加工物の削り残し部分の形状を読み込む手段と、放電加工機に対応して予め準備した放電加工電極の設計に必要なマスターファイルと、マスターファイルから読み込んだ放電加工条件と削り残した形状に基づいて、必要な放電ギャップ量を自動算出する手段と、放電加工形状とそのギャップ量を読込み、かつ必要な加工代をギャップ処理して電極本体形状を作成する手段と、かくして形成された放電加工電極の本体形状に基づいて、放電加工電極の土台を３次元的に生成する手段と、上記放電加工電極本体の形状と上記土台の形状とを合成する手段とを備えたことを特徴としている。
【００１０】
更に、記録媒体は、放電加工電極を３次元設計するために必要とされる、請求項１に記載された設計支援方法を実行するためのステップを、コンピュータによって読み取り可能な信号に変換して保存している。
また、本発明は、設計すべき放電加工電極が特異な形状を有している場合や、放電加工条件に種々の選択、制限機能がある場合でも、容易に適用可能なように種々の付加ステップを備えた方法が同時に提案されている。
【００１１】
すなわち、請求項４は、放電電極を微細加工用と、粗加工用に分割して設計する手法、請求項５は、設計された微細加工用電極、粗加工用電極に凹エッジ形状がある場合に分割面を特定して分割された放電加工電極を設計する手法、請求項６は、放電加工機に応じた放電加工条件に揺動加工処理が可能な条件が含まれている場合に、揺動加工処理を行う手法、請求項７は、加工精度に応じた複数種類の放電加工電極を設計する手法、請求項８は、複数種類の放電加工電極を、土台を共通にして設計する手法、請求項９、１０は、同一の加工条件でギャップ処理すべき複数の電極本体が有る場合に、土台を共通にして設計する手法、請求項１１は、突出代を加味した放電加工電極を形成する手法、請求項１２は、設計した放電加工電極を放電加工した後、その被加工処理個所から待機状態に引き上げる場合に接触干渉がある場合に、設計された放電加工電極の軸を任意の角度に傾ける手法をそれぞれ提案している。
【００１２】
データベースの蓄積方法は、放電加工条件を放電加工機で実際に被加工物を加工を重ねることで、放電加工条件をマスターファイルに蓄積することにより行われる。
【００１３】
本発明はマスターファイルにこの蓄積された放電加工条件データベースや完成品形状データベースを使用して設計支援方法及びシステム及び記録媒体を構築したものである。 また各放電加工機の加工機データ、具体的には加工機の名称、最大加工形状サイズ、最大電極本数等や、放電ギャップデータとして具体的には、被加工物材質、形状係数、通常ギャップサイズ、電極材質、加工代、隙間量等を該マスターファイルに蓄積しておくことが望ましい。さらに完成品形状も該マスターファイルに蓄積しておけば各種の応用設計が可能となる。
【００１４】
本発明では、以上のような一連のステップを経ることで、通常のレベルのＣＡＤ設計者でも容易に放電加工電極の設計ができる。また、各ステップにおいて独自のステップを適宜追加することにより、放電加工電極の分割設計や搖動加工の種類の選択的加工や、荒仕上・仕上げ毎に適した放電加工電極の設計や複数放電加工個所の一度の加工設計や材料効率の良い電極設計等が可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の基本概念を示すブロック図である。
本発明では、図１の１〜７に見るように、３次元ＣＡＤを用いて、被加工物をミーリングした状態の荒形状電極を最初に生成しておき、それに基づいてミーリング加工を行った後の被加工物の削り残し部分の形状を読み込み、ついで、放電加工機に対応して、予め放電加工のために準備した電極の設計に必要な種々の放電加工条件を記録したマスターファイルを読み込み、このマスターファイルから読み込んだ放電加工条件と削り残した形状に基づいて、必要な放電ギャップ量を自動算出する。そして、放電加工形状とそのギャップ量を読み、かつ必要な加工代をギャップ処理して電極本体形状を作成して、放電加工形状とそのギャップ量を読み、更に必要な加工代をギャップ処理して電極本体形状を作成し、最後に生成された電極本体形状と土台形状とを合成する。
【００１６】
したがって、本発明によれば、このような一連のステップを経ることで通常のレベルのＣＡＤ設計者でも容易に３次元ＣＡＤを用いて放電加工電極の設計ができる。
また、後述のステップを適宜追加することにより、放電加工電極の分割設計や搖動処理の選択的加工や、荒仕上・仕上げ毎に適した放電電極加工設計や複数放電加工個所の一度の加工設計や材料効率の良い電極設計等が可能である。
このような本発明では、マスターファイルには、放電加工条件データベースや完成品形状データベースに蓄積された情報が蓄積されている。
【００１７】
ここに放電加工条件データベースは、データベースの作成方法としては、放電加工条件をマシーニングセンター内の放電加工機で実際に被加工物を加工を重ねることで、種々の条件を作成し、蓄積しており、放電加工機の加工機データ、具体的には加工機の名称、最大加工形状サイズ、最大電極本数等、放電ギャップデータ、被加工物材質、形状係数、通常ギャップサイズ、電極材質、加工代、隙間量等を該マスターファイルに蓄積しておく必要がある。さらに完成品形状も該マスターファイルに蓄積しておけば各種の応用設計が可能となる。
【００１８】
このような本発明では、マスターファイルには、放電加工機に対応して予め放電加工のために準備した電極の設計に必要な種々の条件や、完成品形状が保存され使用される。
ついで、本発明を、実施例をあげて具体的に説明する。
【００１９】
図３は本発明の設計支援方法の基本手順を示しており、図３Ａは本発明で設計される放電加工電極の説明図、図３Ｂは放電加工電極を設計する場合のギャップ量と、放電加工電極の土台の説明図である。
【００２０】
本発明の設計支援方法は、図３のステップ１００１〜１００７に見るように、ミーリング加工を行った後の被加工物の削り残し部分を読み込み、予め放電加工のために準備した種々の放電加工条件を蓄積しているマスターファイル１２から設計条件を読み込み、ついで、読み込んだ被加工物Ｗの削り残しの部分の形状Ｗｂと、電極設計条件とに基づいて、必要な放電ギャップ量ｇを算出し、放電ギャップ量ｇ分、オフセットして電極本体形状を設計する。
【００２１】
ついで、このようにして設計した電極本体１の形状をＸＹ平面上に投影し、最外郭加工代より所定の加工代ｘ，ｙだけ大きい矩形領域を割り当てて電極土台２として設計する。すなわち、電極土台形状のＸＹ平面投影領域で製品形状の最高点より所定の隙間量だけ離れた位置を電極土台の底面とすることで電極土台形状を作成する（図３Ｂ参照）。
最後に、電極本体１をＺ軸正方向に平行掃引して土台２と合成して所望の電極形状を特定する。
【００２２】
図３Ａの（ａ）は、削り残し部分Ｗｂが残されている被加工物Ｗから、削り残し部分Ｗｂを放電加工するために設計される放電加工電極の形状Ｗａを転写する概念を示しており、（ｂ）は設計されるべき放電加工電極１の形状と電極土台２との関係、（ｃ）は放電加工電極の形状をＺ軸方向に掃引して設計される、電極本体１と電極土台２を合成した概念を示している。なお、図３Ｂは、削り残し部分Ｗを有した被加工物Ｗと、そこに対して設計される放電加工電極１及びその土台２を示している。
【００２３】
図２は、本発明の設計支援システムの基本構成を示している。このシステムは、本発明方法を実現するためのハード構成を組み合わせたものである。
すなわち、このシステムは、ミーリング加工を行った後の被加工物の削り残し部分の形状を読み込む手段１１と、放電加工のために放電加工機に対応して予め準備した放電加工電極の設計に必要な種々の放電加工条件を記録したマスターファイル１２と、マスターファイル１２から読み込んだ放電加工条件と、削り残した形状に基づいて、必要な放電ギャップ量を自動算出する手段１３と、放電加工形状とそのギャップ量を読み、かつ必要な加工代をギャップ処理して電極本体形状を作成する手段１４と、かくして形成された放電加工電極の本体形状に基づいて、放電加工電極の土台を３次元的に生成する手段１５と、生成された上記放電加工電極本体の形状と生成された上記土台の形状とを合成する手段１６とを備えている。
【００２４】
このような設計支援システム構築することで、被加工物をミーリング加工した後に生じた削り残し部分を放電除去するための放電加工電極を自動的に設計する設計支援システムが提供できる。 図２Ａは、本発明の記録媒体を示している。この記録媒体は、この図に見るように、ミーリング加工を行った後の被加工物の削り残し部分の形状を読み込むステップ２１と、放電加工機に対応して、予め放電加工のために準備した電極の設計に必要な種々の放電加工条件を記録したマスターファイル２２と、このマスターファイル２２から読み込んだ放電加工条件と削り残した形状に基づいて、必要な放電ギャップ量を自動算出するステップ２３と、放電加工形状とそのギャップ量を読込み、かつ必要な加工代をギャップ処理して電極本体形状を作成するステップ２４と、この電極本体形状に基づいて電極の土台を３次元的に生成するステップ２５と、生成された上記電極本体形状と上記土台形状とを合成するステップ２６を含んでおり、これらの各ステップは、単一あるいは複数のプログラムを組み合わせて形成された、コンピュータによって読み取り可能な信号に変換され、コンピュータにインストールされた後、必要なデータを加えることによって、本発明方法が実施可能になっている。
【００２５】
ついで、本発明方法による基本機能を拡張するために、本発明方法に追加され、組み込まれて実施される各種の機能、手法について説明する。 図４、図４Ａ、図４Ｂは、放電加工電極を微細加工用、粗加工用に分割設計する付加機能を説明している。
【００２６】
作成された放電電極の３次元形状を分析して、微細加工用の放電加工電極と、粗加工用の放電加工電極とに分割して設計することで、放電加工の作業効率をアップさせている。この場合の設計に必要な基本動作は、図４のステップ２００１〜２００６に示されており、一度設計された放電加工電極の形状から互いに平行になっている段部を抽出し、その段部で平行にスライスすることによって、複数の電極を設計している。なお、ステップ２００５では、放電加工形状の体積比と形状係数比が閾値以内の時は、放電加工形状を分割しないことで不必要に多くの分割電極が設計されないようにしている。
【００２７】
図４Ａは、設計された加工電極（土台部分を除く）を、この手法によって水平にスライスした図を示しており、図４Ｂの（ａ）〜（ｃ）は、この手法によって設計される放電加工電極を示している。放電電極は、実際の作業状態を考慮して土台から離れるものほど、高さ寸法が大きくなっている。また、放電加工電極は、その先端の面積が広いものは粗加工用、狭いものは微細加工用として使用される。実際の加工では、粗加工用電極による放電加工の後、微細加工用電極が使用される。
【００２８】
図５、図５Ａ，図５Ｂは、凹エッジコーナーを有した複雑な形状の放電電極を単純な形状に分割設計する付加機能を説明している。
【００２９】
この手法も、作成された放電電極の３次元形状を分析して、凹エッジコーナーがある場合に、凹エッジコーナーが少なくなるように、複数に分割している。
この場合の設計に必要な基本動作は、図５のステップ３００１〜３００２に示されている。すなわち、凹エッジコーナーを探索し、ステップ３００５で凹エッジを分割する。その分割の仕方は、図５Ｂで示すように図ａの分割方法１や図ｂの分割方法２があり、ステップで示すように分割した形状の面積外周比の小さい方法を採用する。
【００３０】
さらに具体的に説明すると、分割方法１の図ａのように、面積Ａ１、外周ａ１、面積Ｂ１、外周ｂ１とすると、この面積外周長比Ｘ１＝Ａ１／ａ１＋Ｂ１／ｂ１であり、分割方法２の図ｂのように、面積Ａ２、外周ａ２、面積Ｂ２、外周ｂ２とするとこの面積外周長比Ｘ２＝Ａ２／ａ２＋Ｂ２／ｂ２である。そしてＸ１＞Ｘ２ならば、分割方法２を採用する。
【００３１】
本方法を実施することにより、ミーリング加工等で容易に加工可能な電極形状の設計ができる。
【００３２】
図６、図６Ａ図、図６Ｂ図は、放電加工条件に揺動加工が可能な機能が加えられている場合に、実行される揺動加工処理を示している。この手法は、設計された放電加工電極の全体形状に対して、放電ギャップ処理の許容、禁止条件を付加するステップを含むことに特徴がある。 図６は放電加工形状の形状に応じて通常ギャップ処理（図６Ａ）と揺動ギャップ処理（図６Ｂ）を使い分けることを特徴としている。 具体的には、この場合の基本制御は、ステップ４００１〜４００９に示されるフローチャート示している。ステップ４００３で通常ギャップ処理か揺動ギャップ処理かが判断される。つまり、放電加工形状に円筒、円錐以外の曲面が含まれる場合には、通常ギャップ処理（図６Ａ）が行われる。それ以外は揺動ギャップ処理（図６Ｂ）が行われる。
【００３３】
図７は、さらに凸エッジコーナーが含まれる判断が入る場合のケースを示す。凸エッジコーナーが存在する場合の判断はステップ５００４で示される。このステップで円揺動か角揺動か判断され、凸エッジコーナーが存在する場合はステップ５００７のように、角揺動が行われる。それ以外の場合はステップ５００５のように角揺動が行われる。円揺動ギャップ処理が行われた場合の例を図７Ａに、角揺動の場合の例を図７Ｂに示す。
この場合の基本制御は、図７に示されるフローチャートのステップ５００１〜ステップ５００７で示される。
【００３４】
一連のステップを実行することにより、被加工物の加工処理されるべき個所の形状に応じて、揺動加工を利用した効率のよいギャップ処理を選択的に実行指示できる。 図８、図８Ａは、荒加工、仕上加工毎に適した放電加工電極を設計することにに特徴があることを示す図である。
具体的にはこの場合の基本制御は、図８に示すステップ６００１〜ステップ６００７の一連の処理を行うことで荒加工、中加工、仕上加工電極のギャップ処理を順次行う。
【００３５】
なお、形状係数の定義は、図８Ａに示すように形状係数＝加工体体積÷加工深さであり、また形状係数は、放電電極本数、加工機、被加工材質、電極材質等に依存する。 このようなステップを実施することで荒加工、仕上加工毎に適した放電加工電極が設計できる。
【００３６】
図９、図９Ａは、荒加工、仕上加工毎に適した放電加工電極が設計できるステップにおいて、予め製品完成品形状を読み込んでおくことにより、形状土台を共通にして加工精度に応じた複数種類の加工電極を設計する際に、電極間で相互に干渉しない条件が加味されることに特徴がある。 具体的にはこの場合の基本制御は、図９に示されるステップ７００１〜７００９に示している。さらに説明を加えると被加工物に対して荒加工用電極と仕上加工用電極を用意し、予め読み込んでおいた製品完成品形状に基づいて各電極を配置し、さらにステップ７００６に示すように、放電加工電極の総移動量が閾値内にある時は、図９Ａに示すように、両放電加工電極が干渉しない間隔まで仕上用電極を移動させる。
【００３７】
その後、放電加工形状とそのギャップ量を読み、かつ必要な加工代をギャップ処理して電極本体形状を作成するステップと、この電極本体形状に基づいて電極の土台を３次元的に生成するステップを実施する。
【００３８】
このようにすることで、放電加工用電極本数を削減した電極の設計が可能となる。 図１０、図１０Ａは、複数の放電加工個所を一度に加工ことに特徴がある。さらに詳しくは、放電加工形状とそのギャップ量を読み、かつ必要な加工代をギャップ処理して電極本体形状を作成するステップにおいて、同一ギャップ処理の形状をひとつの土台でまとめることにより、複数の放電加工個所を一度に加工できることを特徴とするものである。
【００３９】
つまりこの場合の基本制御は、図１０で示されるフローチャートのステップ８００１〜ステップ８００６に示されている。ステップ８００３で同一ギャップ処理の放電加工形状を抽出し、図１０Ａの（ａ）で示されるように、ステップ８００４でその加工形状を加工位置に配置する。
その後ステップ８００５を実行することにより図１０Ａの（ｂ）で示すように一つのベース形状に同一ギャップ処理のされた複数の電極形の設計ができる。その後電極本体形状を平面上に投影した領域より電極の土台となる形状を算出し、電極土台形状を作成するステップと、電極本体形状をＺ軸正方向に平行掃引して土台形状とを合成するステップを実施する。
【００４０】
このことにより同一ギャップ処理の形状をひとつの土台でまとめることにより、複数の放電加工個所を一度に加工できる。
【００４１】
図１１、図１１Ａは、電極本体形状を一つの土台に作成するすることに特徴がある。更に詳しくは、被加工物同一土台内に放電加工個所が複数存在する場合の設計処理のステップと、同一のギャップ処理をした電極本体形状を一つの土台に作成するステップを含むことを特徴とする。 具体的にはこの場合の基本制御は、図１１のフローチャートに示すように、ステップ９００１〜ステップ９００９を実施する。同一土台どうかの判断はステップ９００６で行われ、同一土台上に放電加工電極形状が作成された場合はステップ９００７に進み、図１１Ａの（ａ）ようになり、異なる電極上に放電加工電極形状が作成された場合はステップ９００９に進み、図１１Ａの（ｂ）ようになる。該判断は土台形状と放電加工形状の面積比が閾値以内か否かで行われる。
【００４２】
図１２、図１２Ａは、開放端面の削り残しを考慮した突出代が判断されていることに特徴がある。さらに詳しくは、生成された電極本体形状と土台形状とを合成設計するステップにおいて、設計された放電加工電極は、開放端面の削り残しを考慮した突出代が判断されていることを特徴とするものである。
具体的にはこの場合の基本制御は、図１２に示されるフローチャートのステップ１０００１〜ステップ１０００５に示している。
【００４３】
さらに具体的にはステップ１０００３で示すように、面の法線方向側に加工完成形状を有するか否かで、面を突出させるか否かがわかれる。面を突出させるのは、ステップ１０００４で示すように、加工完成形状を有しない場合であり、この場合は図１２Ａに示すように面を突出させる。 このようにすることで加工精度の良い電極設計ができる。 図１３、図１３ａ，ｂは、掃引軸を任意に傾けるステップを有することに特徴がある。さらに詳しくは、本体形状をに基づいて電極の土台を３次元的に生成するステップと電極本体形状と土台形状を合成設計するステップである時において、掃引形状と製品完成形状が干渉するさいは、掃引軸を任意に傾けるステップを有することが特徴である。
具体的には、この場合の基本制御は、図１３のフローチャートのステップ１１００１〜１１００７に示している。
【００４４】
掃引軸を傾ける理由は次に述べる通りである。図１３の（ａ）に示すようにＺ軸正方向に放電加工電極を掃引すると被加工物と干渉が発生する。その対策として図１３（ｂ）のように放電加工電極を傾けると、被加工物と干渉が生じないからである。その後掃引軸に直行する平面に投影させた領域の最外郭に加工代を加えた矩形を電極土台形状とする。
【００４５】
このことにより、アンダーカット形状に対応した電極形状を設計することができる。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１によれば、被加工物に対して最適な放電加工電極を、予め準備蓄積した各設定条件に応じて３次元的に設計することができる。
【００４７】
請求項２によれば、放電加工に必要な放電電極を、各種設定条件に応じて３次元的に容易に設計するシステムが提供できる。
【００４８】
更に、請求項３によれば、放電加工に必要な放電電極を、各種設定条件に応じて３次元的に容易に設計する記録媒体を提供できる。
【００４９】
また、同時に提案される本発明では、放電加工電極を設計する場合に、次のような付加機能の反映された放電加工電極が設計できる。
【００５０】
すなわち、請求項４によれば、微細加工部分と粗加工部分の放電加工用電極を分割して設計することによって加工効率の良い放電加工電極を設計することができる。請求項５によれば、ミーリング加工等で容易に加工可能な電極設計ができる。請求項６によれば、マスターファイルを参照して、被加工物の加工処理されるべき個所の形状に応じて、揺動加工を利用した効率のよいギャップ処理を選択的に実行指示できる。請求項７によれば、荒加工、仕上加工毎に適した放電加工電極が設計できる。請求項８によれば、土台を共通にして、加工精度に応じた複数種類の加工電極を設計する際に、電極間で相互に干渉しない条件が加味される。請求項９によれば、同一ギャップ処理の形状をひとつの土台でまとめることにより、複数の放電加工個所を一度に加工できる。請求項１０によれば、材料効率のよい電極形状が設計できる。請求項１１によれば、加工精度の良い電極設計ができる。請求項１２によれば、アンダーカット形状に対応した変形電極設計ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本概念を示すブロック図である。
【図２】本発明の放電加工電極の設計支援システムの基本構成を示すブロック図である。
【図２Ａ】本発明の記録媒体を示す概念図である。
【図３】本発明の放電加工電極の設計支援方法の基本手順を示すフローチャートである。
【図３Ａ】本発明方法による設計の基本手順を示す図である。
【図３Ｂ】本発明方法によって設計される放電加工電極の土台の説明図である。
【図４】放電加工電極を微細加工用と、粗加工用とに分割して設計する場合の基本手順を示すフローチャートである。
【図４Ａ】放電加工電極を水平方向に分割して設計する場合の説明図である。
【図４Ｂ】電極土台と電極本体を合成するイメージ図である。
【図５】放電加工を分割して設計する場合の基本手順を示す場合のフローチャートである。
【図５Ａ】被加工物の凹エッジの一例を示す図である。
【図５Ｂ】被加工物に凹エッジがある場合の分割方法を説明する図である。
【図６】放電加工条件に対して、ギャップ処理を選択的に実行する場合の基本手順を示すフローチャートである。
【図６Ａ】通常ギャップ処理の説明図である。
【図６Ｂ】揺動ギャップ処理の説明図である。
【図７】放電加工電極に凸エッジが存在している場合の基本手順を示すフローチャートである。
【図７Ａ】円揺動処理の説明図である。
【図７Ｂ】角揺動処理の説明図である。
【図８】荒加工、仕上加工毎に適した放電加工電極を設計する場合のフローチャートである。
【図８Ａ】被加工物の形状係数の説明図である。
【図８Ｂ】電極マスタの１例を示す表である。
【図９】土台を共通にして、加工精度に応じた複数種類の加工電極を設計する場合の基本動作手順を示すフローチャートである。
【図９Ａ】電極間で相互に干渉しない条件が加味された複数の放電加工電極を、土台を共通にして設計した例を示す説明図である。
【図１０】同一ギャップ処理を施した放電加工電極を共通の土台に形成する場合の基本手順を示すフローチャートである。
【図１０Ａ】（ａ）、（ｂ）は 同一ギャップ処理の形状を共通の土台に形成する場合の説明図である。
【図１１】複数種類の放電加工電極を共通の土台上に設計する場合の基本手順を示すフローチャートである。
【図１１Ａ】（ａ）は、複数種類の放電加工電極を同一土台上に形成した場合の例図、（ｂ）は複数種類の放電加工電極を異なる土台上に形成した場合の例図を示す。
【図１２】放電加工電極に突出代を設計する場合の基本手順を示す場合のフローチャートである。
【図１２Ａ】突出代の説明図である。
【図１３】放電加工電極を任意の傾斜角度をもって設計する場合の基本手順を示すフローチャートである。
【図１３Ａ】（ａ）、（ｂ）は放電加工電極を任意の傾斜角度をもって設計する場合の説明図。
【符号の説明】
１・・・３次元ＣＡＤにおけるミーリングによる荒形状電極設計ステップ
２・・・ギャップ処理して電極本体を作成するステップ
３・・・電極の土台を３次元的に生成するステップ
４・・・電極を合成設計するステップ
５・・・必要な放電ギャップ量を自動算出するステップ
６・・・ミーリング加工を行った後の被加工物の削り残しの形状を読み込むステップ
７・・・マスターファイル読み込むステップ
１１・・被加工物の削り残しの形状を読み込む手段
１２・・マスターファイル
１３・・必要な放電ギャップ量を自動算出する手段
１４・・ギャップ処理して電極本体を作成する手段
１５・・電極の土台を３次元的に生成する手段
１６・・電極を合成設計する手段
２１・・被加工物の削り残しの形状を読み込むステップ
２２・・マスターファイル読み込むステップ
２３・・必要な放電ギャップ量を自動算出するステップ
２４・・ギャップ処理して電極本体を作成するステップ
２５・・電極の土台を３次元的に生成するステップ
２６・・電極を合成設計するステップ
Claims (12)
- 加工設計を行った後の被加工物の削り残し部分の形状を放電除去するために使用する放電加工電極の設計支援方法であって、
ミーリング加工を行った後の被加工物の削り残し部分の形状を読み込むステップと、
放電加工機に対応して、予め放電加工のために準備した電極の設計に必要な種々の放電加工条件を記録したマスターファイルを読み込むステップと、
このマスターファイルから読み込んだ放電加工条件と削り残した形状に基づいて、必要な放電ギャップ量を自動算出するステップと、
放電加工形状とそのギャップ量を読込み、かつ必要な加工代をギャップ処理して電極本体形状を作成するステップと、
この電極本体形状に基づいて電極の土台を３次元的に生成するステップと、
生成された上記電極本体形状と上記土台形状とを合成するステップとを備えたことを特徴とする放電加工電極の設計支援方法。 - ３次元ＣＡＤを用いてミーリング加工設計を行った後の被加工物の削り残し部分の形状を放電除去するために使用される放電加工用電極を設計支援するシステムであって、
ミーリング加工を行った後の被加工物の削り残し部分の形状を読み込む手段と、放電加工機に対応して予め準備した放電加工電極の設計に必要な放電加工条件を保存したマスターファイルと、
マスターファイルから読み込んだ放電加工条件と削り残した形状に基づいて、必要な放電ギャップ量を自動算出する手段と、
放電加工形状とそのギャップ量を読込み、かつ必要な加工代をギャップ処理して電極本体形状を作成する手段と、
かくして形成された放電加工電極の本体形状に基づいて、放電加工電極の土台を３次元的に生成する手段と、
上記放電加工電極本体の形状と上記土台の形状とを合成する手段とを備えたことを特徴する放電加工電極の設計支援システム。 - 放電加工電極を３次元設計するために必要とされる、請求項１に記載されたすべてのステップを、コンピュータによって読み取り可能な信号に変換して保存した記録媒体。
- 請求項１において設計された放電加工電極の３次元形状を分析して、微細加工用の放電加工電極と、粗加工用の放電加工電極とに分割して設計するステップを更に備えたことを特徴とする放電加工電極の設計支援方法。
- 請求項４において、
上記微細加工用の放電加工電極と、上記粗加工用の放電加工電極のそれぞれについて、
設計された放電加工電極の３次元形状を分析して、凹エッジ形状を抽出し、かつ抽出した凹エッジ形状を有する面を分割面として特定するステップを更に備えたことを
特徴とする放電加工電極の設計支援方法。 - 請求項１において、
上記マスターファイルに揺動加工条件が含まれているときには、放電加工されるべき被加工物の加工処理されるべき個所の形状が、揺動加工に適した形状であるかどうかを判断するステップと、
その判断ステップの結果に基づいて、揺動加工による放電ギャップ処理の許容、禁止条件を付加するステップを更に備えたことを特徴とする放電加工電極の設計支援方法。 - 請求項１において、
マスターファイルから呼び出された電極設計条件と放電加工条件に応じて、放電加工設計に必要な電極本数と電極の種類を選択するステップと、
選択した加工条件に基づいて算出した放電ギャップ量を反映させた、加工精度に応じた複数種類の放電加工電極を設計するステップとを更に備えたことを特徴とする放電加工電極の設計支援方法。 - 請求項７において、
上記放電加工電極を、予め特定された加工精度に応じた複数種類のものを土台を共して設計するステップと、
この土台を共通にして設計された複数種類の放電加工電極が択一的に使用される際に、使用されていない隣接する放電加工電極との間で相互に放電干渉しない程度の離隔距離を算出して、条件付けするステップとを更に備えたことを特徴とする放電加工電極の設計支援方法。 - 請求項１において、
上記放電加工電極のそれぞれが、同一のギャップ処理をした電極本体形状を一つの土台に作成して、設計するステップを含むことを特徴とした放電加工電極の設計支援方法。 - 請求項９において、
ギャップ処理をした電極本体形状と、土台となる形状の平面の投影面積とを比較するステップと、
該面積の比率を予め閾値と比較するステップとを含み、
その比較結果に基づいて、ギャップ処理された複数の電極本体を、共通の土台に設計することを特徴とする放電加工電極の設計支援方法。 - 請求項１において、
設計された放電加工電極は、開放端面の削り残しを考慮した突出代が判断されていることを特徴とする放電加工電極の設計支援方法。 - 請求項１において、
設計された放電加工電極の形状を、被加工物の被処理箇所の形状と照合するステップと、
設計された放電加工電極を被加工物の被処理箇所を放電加工した後、待機状態に復帰させるために垂直に引き上げた場合に、接触干渉して引き上げが不能な場合には、上記設計された放電加工電極の軸を任意の角度に傾ける形状加工ステップを更に含んでいる放電加工電極の設計支援方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002312695A JP2004142084A (ja) | 2002-10-28 | 2002-10-28 | 放電加工電極の設計支援方法、放電加工電極設計支援システム及び記録媒体 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2002312695A JP2004142084A (ja) | 2002-10-28 | 2002-10-28 | 放電加工電極の設計支援方法、放電加工電極設計支援システム及び記録媒体 |
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| JP2002312695A Withdrawn JP2004142084A (ja) | 2002-10-28 | 2002-10-28 | 放電加工電極の設計支援方法、放電加工電極設計支援システム及び記録媒体 |
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-
2002
- 2002-10-28 JP JP2002312695A patent/JP2004142084A/ja not_active Withdrawn
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