JP2006346752A - 放電加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 薄い変質層と小さな粗さを有する加工表面を有し、被加工物の表面に対して斜めに向かった多数の異型状細穴を加工できる放電加工方法を得る。
【解決手段】 回転するパイプ或いは棒状の電極と被加工物間に電圧を印加しつつ、該電極と被加工物のＸＹＺ軸方向の三次元相対位置を制御し、該電極先端と被加工物間に発生する放電を利用して異型状穴加工を行う放電加工方法において、目標加工形状におけるストレート部の側面と電極の回転軸であるＺ軸方向とを一致させるよう被加工物を傾斜させる位置制御工程と、
上記異型状穴をＺ軸方向に層状に分割し、Ｚ軸と垂直なＸＹ平面内で上記電極を移動すると共に電極消耗量分Ｚ軸方向に上記電極を移動させて各層を加工する工程と、を備えた。
【選択図】 図３

Description

この発明は放電加工方法に関し、特に、被加工物にディフューザーホールをＮＣ装置による軌跡制御のもとで創成放電加工形成する放電加工方法に関する。

特許第３３９５４３１号公報で示されるような、従来のスキャニングで創成加工する放電加工方法は、有消耗の加工条件で電極の底面の平面度を保ちながら浅いキャビティ(凹部)形状を加工している。
なお、キャビティ底面の平面度を精度よく加工するため、加工形状は、平面内では、任意形状であるが、深さ方向には、平面を組み合わせた２．５次元の形状となっている。
そして、平面内目標形状に対するオフセットを微調整して、側面にテーパを加工するが、電極径に対して、テーパを形成するためのスキャニング軌跡の送りピッチは小さくなる。

特許第３３９５４３１号公報

従来のスキャニング創成放電加工方法は、電極径に対して広い面積のキャビティ(凹形状)を加工するものであり、穴入口と出口の形状または大きさが違う等の異型状細穴（ディフューザーホール）を加工することは困難であった。
また、平面加工のオフセット微調整で側面にテーパを設けるため、テーパ部が階段状となり、電極径に対して送りピッチが小さいため、加工時間が長くなるという課題があった。
また、従来のスキャニング創成放電加工方法で対象としていた被加工物の表面は水平であり、被加工物の表面が傾斜しているようなものに対してスキャニングパスを生成すると、放電加工を行わない空走パスが発生し、加工時間が長くなるという課題があった。

この発明の目的は、異型状細穴を創成加工することができる放電加工方法を提供するものである。
また、被加工物の斜面に対してテーパ穴を高速に創成加工する放電加工方法を提供することである。

この発明の放電加工方法は、回転するパイプ或いは棒状の電極と被加工物間に電圧を印加しつつ、該電極と被加工物のＸＹＺ軸方向の三次元相対位置を制御し、該電極先端と被加工物間に発生する放電を利用して異型状穴加工を行う放電加工方法において、目標加工形状におけるストレート部の側面と電極の回転軸であるＺ軸方向とを一致させるよう被加工物を傾斜させる位置制御工程と、上記異型状穴をＺ軸方向に層状に分割し、Ｚ軸と垂直なＸＹ平面内で上記電極を移動すると共に電極消耗量分Ｚ軸方向に上記電極を移動させて各層を加工する工程と、を備えたものである。

この発明によれば、被加工物を傾けて、３次元スキャニングの創成放電加工を行うことによって、被加工物の表面に対して斜めに延びた異型状穴を加工できる。

実施の形態１．
図１はこの発明に係わる放電加工装置の構成を示す図であり、図２は図１の被加工物支持手段の詳細図である。
なお、図２（ａ）は、被加工物支持手段の正面図、図２（ｂ）はその側面図である。
図１に示される放電加工装置は、被加工物１を支持し、Ｃ軸まわりに回転するＣ軸テーブル２と、Ｃ軸テーブル２を支持し、Ｂ軸まわりに回転するＢ軸テーブル３と、Ｂ軸テーブル３を支持するベッド４とを備えている。（図２参照）

さらに、放電加工装置は、被加工物１との間に放電を発生させる電極５と、この電極５を保持する電極ホルダ６と、被加工物１の近傍で電極５の先端位置を決めるガイド７と、電極ホルダ６を保持するチャック８と、このチャック８を支持し、Ｚ軸方向に平行移動するヘッド９と、このヘッド９を支持し、Ｘ軸、Ｙ軸方向に移動するラム１０、加工液を満たして被加工物１を浸漬する加工槽１１とを備えている。なお、加工槽１１及びラム１０などはベッド４に支持されている。

Ｃ軸テーブル２、Ｂ軸テーブル３、ヘッド９及びラム１０をそれぞれ制御する制御装置としてのＮＣ制御装置１２を有している。
このＮＣ制御装置１２は、目標加工形状をあらかじめＮＣデータとして記憶するＮＣデータ部１３と、ＮＣデータに基づきＣ軸テーブル２、Ｂ軸テーブル３、ヘッド９及びラム１０を制御する位置制御情報を生成するＮＣ位置制御手段１４とを有している。
なお、ＮＣデータにより放電加工を制御するＮＣ制御装置について説明するが、ＮＣデータではなくコンピュータコントロールデータなどを用いても同様の効果が得られるので限定されるものではない。
さらに、放電加工装置は、被加工物１と電極５との間に放電を発生する放電電圧を印加する放電電源１５を有している。

この放電加工装置における座標軸は、以下のように設定してある。基準面Ｆは、設置地面に水平に調整して設置してあるベッド４の上面とし、ＸＹ平面に平行である。
ベッド４上面上で幅方向をＸ軸方向とし、作業者にとって向かって右手方向を正、左手方向を負に設定してある。さらに、この上面上で奥行き方向をＹ軸方向とし、手前側を正、奥行き側を負に設定してある。
この上面の法線方向をＺ軸方向とし、上方を正、下方を負に設定してある。

ヘッド９は、Ｚ軸方向に直線移動することができる。
ラム１０は、Ｘ軸−Ｙ軸の２軸を有する直線軸受けによって支持されている。
これらヘッド９とラム１０により電極移動手段１７を構成している。

また、放電加工装置では、ベッド４から垂直に立ち上がった図示しない支持部材に設けられたＢ軸を用いて、Ｂ軸テーブル３は所定な曲率半径Ｒを有し、Ｂ軸の周りに回転することができる。
Ｃ軸テーブル２は、Ｂ軸テーブル３上にＣ軸に対して回転自在に支持されている。（図２参照）
これらＣ軸テーブル２とＢ軸テーブル３とによって被加工物支持手段１６を構成している。

次に、この放電加工装置における被加工物１の表面の法線とＸ−Ｙ軸平面とのなす角度は、Ｂ軸テーブル３を所望の角度に成るように被加工物１を回転することにより設定される。
また、電極ホルダ６で電極５を保持し、さらに、被加工物１に近接した位置で電極ガイド７によって電極５のＸ軸、Ｙ軸方向の位置を拘束する。
このように電極ガイド７を設けることによって、小さな径、例えば１ｍｍ以下の小径の電極５を用い、電極５がたわみやすい場合においても、電極５のＸ軸、Ｙ軸位置を正確に制御することができる。
そして、電極ホルダ６はヘッド９で支持し、電極ガイド７はラム１０で支持しており、ヘッド９はラム１０で支持されているため、ラム１０のＸ軸、Ｙ軸位置を制御することにより、電極ホルダ６と電極ガイド７のＸ軸、Ｙ軸方向位置を同期して制御できる。
このようにして電極５のＸ軸、Ｙ軸方向の位置を制御しながら、Ｚ軸方向に移動するヘッド９の位置を制御することによって電極５のＺ軸方向の位置を制御することができる。
すなわち、電極ガイド７のＸ軸、Ｙ軸方向の位置を制御しながら、この電極ガイド７に沿って、電極５をＺ軸負方向に進行させて、ディフューザーホールを放電加工することができる．

次に、加工目標のディフューザーホール(diffuser hole)の形状に関して、図３を参照して説明する。
図３（ａ）は、ディフューザーホールの正面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
ハッチングは、放電加工におけるスキャニング軌跡を表す。
図３に示すように、ディフューザーホール２０は、被加工物１の薄板部分に加工したものであり、テーパ部２１とストレート部２２とを有している。
図２（ｂ）の下から上へ（Ｚの負側からＺの正側へ）冷却空気を流し、テーパ部分で拡大流れとして滑らかに流速を下げ、流れの剥離を抑制しながら被加工物１の上面へ滑らかに冷却空気を拡散して被加工物１の上面を冷却する。
この冷却方法はタービンブレードの冷却に広く用いられている。
ストレート部２２は、斜角柱であり、側面２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄによって囲まれている。側面２２ａ、２２ｃは、被加工物１の表面１ａとＹ軸方向に平行しており、Ｘ軸方向には斜めに交わっている。
そのＸ軸方向において側面２２ａ、２２ｃと表面１ａとの交わる角度をα（度）とする。側面２２ｂ、２２ｄは、被加工物１の表面１ａとＸ軸方向に平行しており、Ｙ軸方向に直角に交わっている。

テーパ部２１は、斜四角錐台であり、側面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄによって囲まれている。側面２１ａは、被加工物１の表面１ａとＹ軸方向において平行しており、Ｘ軸方向には斜めに交わっている。
そのＸ軸方向における表面１ａと側面２１ａとの交わる角度はα（度）とする。側面２１ｂ、２１ｄは、Ｘ軸方向において平行しており、Ｙ軸方向において斜めに交わっている。そのＹ軸方向における表面１ａと側面２１ｂ、２１ｄとの交わる角度はβ（度）とする。側面２１ｃは、Ｙ軸方向において平行しており、Ｘ軸方向において斜めに交わっている。そのＸ軸方向における交わる表面１ａと側面２１ｃとの交わる角度をγ（度）とする。

次に、図１の放電加工装置を用いて図３に示すティフューザーホールを被加工物に対し放電加工により設ける動作について説明する。

まず、図４に示すように、ＮＣ制御装置１２は、Ｂ軸テーブル３とＣ軸テーブル２とを位置制御して被加工物１をその目標加工形状のディフューザーホールのストレート部２２の側面２２ａと電極のＺ軸方向とを一致させる。
このようにしてＢ軸テーブル３とＣ軸テーブル２をベッド４に固定して、それ以降の放電加工を進める。

次に、ＮＣ制御装置１２は、ヘッド９及びラム１０の位置を制御して電極５をスキャニングして被加工物１との間隔を調整する。
同時に、放電電源１５を駆動して放電加工を行う。
この説明では、電極５をスキャニングしたとき画かれる軌跡をスキャニング軌跡と呼ぶ。

最初に、この放電加工のうち、テーパ部２１の放電加工について図５〜図７を参照して詳細を記述する。
図５は、図３に示したテーパ部付きディフューザーホールの斜視図である。
図５に示すようにＮＣ制御装置１２は、目標加工形状をＺ軸に直交する複数の平面に分割し、被加工物１の表面１ａに一番近い面から順次放電加工を進める。
図５に、スキャニング軌跡を示しており、第一段目の右上の開始点Ａから開始して、Ｘ軸負方向に進み、穴開口（実線）の右上端を加工する。
つぎに、Ｙ軸負方向にスキャニングし、Ｘ軸正方向に戻って終了点Ｂに到達して一段目の加工を終了する。

次に、Ｚ軸負方向の次の段に進む。
この際、次の段の開始点Ｃは、終了点Ｂに最も近い位置に進み、２段目の加工を開始する。すなわち、開始点ＣからＸ軸負方向に進み、Ｙ軸正方向にスキャニングし、その後Ｘ軸正方向に戻って終了点Ｄに達する。
点Ｃから点Ｄへのスキャニングで二段目の加工を終了する。
引き続き、同様に終了点Ｄに一番近い開始点Ｅにテーパに沿いながらＺ軸負方向に下がって、３段目の加工を行う。開始点Ｅから終了点Ｆにスキャニングして、三段目の加工が終了する。

このように、コの字状のスキャニング軌跡にそって、左右交互にスキャニングすることにより、加工しない空走軌跡を省略することができる。
逆に、一段目の加工の後、ロの字状に点Ｂから点Ａに戻ると、点Ｂから点Ａの移動は加工を伴わない空走となり、空走移動時間の分だけ加工時間が長くなることになるが、コの字状のスキャニングにすることによって、空走時間を省略して、加工時間を短縮できる。

また、例えば点Ｂは、被加工物１の表面よりもＸ軸負方向に電極半径程度離れた点とすることによって、被加工物１の表面形状にばらつきがある場合にも、加工を取り残すことなく確実に、テーパ開口形状を得ることができる。

図６は、図５に示したコの字状スキャニングの後に実施するロの字状スキャニング軌跡の斜視図である。
ロの字状スキャニング軌跡を一点鎖線、コの字状スキャニング軌跡を破線で示している。
点Ｇ、点Ｈ、点Ｉ、点Ｊ、そして点Ｇの順にロの字状にスキャニングする。
最後の点Ｊから点Ｇへの移動は、被加工物１の表面形状の寸法精度が高い場合空走となるが、被加工物１の表面形状にばらつきがある場合には、この点Ｊから点Ｇへの移動において放電加工することによって、この区間の被加工物１を取り除いて開口形状を確保することができる。

図６に示したロの字状スキャニング軌跡によって、テーパ穴形状の放電加工を進行させた状況を図７に示す。
点Ｇ、点Ｈ、点Ｉ、点Ｊを結ぶ軌跡の加工に加え、Ｚ軸負方向に４段のロの字状スキャニング軌跡の加工を行っている。
以上に述べた図５、図６のコの字状および図６、図７のロの字スキャニング軌跡によって、細穴のテーパ部を放電加工することができる。

なお、放電加工の進行に伴って、電極は消耗するため、この電極消耗分だけ、電極をＺ軸負方向に移動させる。
この移動量は、電極の移動長さに対して、一率の値とすればよい。
また、この率を加工部分ごとに設定し、形状誤差を補正しても良い．

次に、スキャニング軌跡のＺ方向ピッチについて説明する．
図８には、パイプ状の電極５の断面及びディフューザーホール２０のテーパ部の加工途中の断面を示している。
パイプ状の電極５の肉厚をｔ、電極５がテーパ部と平行に消耗したときのパイプ斜面（一点鎖線）のＺ方向長さをｐとする。
電極５はＺ軸と平行であるため、テーパ部斜面のＺ軸に対する角度は図３（ｂ）から明らかなように、α−γとなる。
従って、ｐは次式で表される．
ｐ＝ｔ／tan(α−γ)・・・・・・・・・・・・・・・・式１

しかし、実際には、一点鎖線のような電極５の形状では、先端部分が薄くなるため、消耗量が増え、実線のように少し丸くなる。
このことによる先端長さの減少をδ１とすると、スキャニング軌跡のＺ向送りピッチｐ１を次式で与えることによって、滑らかなテーパ面が得られる．
ｐ１＝ｐ−δ１＋δ・・・・・・・・・・・・・・・・・式２
ここで、δはＺ方向の放電ギャップであり、δ１はδの１〜５倍の値である。
式２をδで表せば、
ｐ１＝ｐ−ｋδ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式３
ここで、ｋは、１＜ｋ＜４を満たす任意の実数である。
式３に式１を代入すると、次式が得られる。
ｐ１＝ｔ／tan(α−γ)−ｋδ・・・・・・・・・・・・式４

次に、ディフューザーホールのストレート部２２の放電加工を図９、図１０を参照して説明する。
ストレート部２２の三次元スキャニング軌跡を図９に示す。
点Ｋ、点Ｌ、点Ｍ、点Ｎ、点Ｏの順にスキャニングしてストレート部２２を加工する。
スキャニングの進行とともに、Ｚ軸負方向に進行させて、らせん状に加工を進行させるため、点Ｋと点ＯのＸ、Ｙ座標は同じであるが、点ＯのＺ座標は点ＫのＺ座標よりも小さい。
このようなスキャニングを進行させたときの軌跡を図１０に示し、この軌跡に沿ってストレート部を放電加工する。

スキャニングに用いる電極の径をディフューザーホールの最も狭い部分、本実施の形態１においては、ストレート部分のＸ軸方向幅に対して、極力大きな電極径を用いることによって、電極の移動量すなわち電極中心のスキャニング軌跡を短くできる。
例えば、目標形状に対して、放電ギャップ分だけ小さい電極径を用いると、すなわち、図１１に示すように、ストレート部のＸ軸方向の幅をＬ１、放電ギャップをδｘ、電極径をＤとしたとき、
Ｄ＝Ｌ１−２δｘ
と電極径Ｄを選ぶことにより、ストレート部分の加工において、電極はＸ軸方向に移動することなく、所望形状が得られることになる。
また、電極径を極力大きくすることは、すなわち、電極と被加工物の対向面積を増して放電面積を増やすこととなり、放電加工分野で広く知られている所謂面積効果によって放電が安定となり、かつ、加工速度が増す。
実際の電極には、径の寸法ばらつきもあり、放電ギャップも加工条件で変化するため、その分余裕を持ち、
Ｄ＝Ｌ１−１０δｘ
となるように電極径Ｄを選定しても良い．

なお、テーパ部２１の加工のように、一段ごとの軌跡をＸＹ平面と平行とし、Ｚ軸負方向の移動で次の段に進行する軌跡としてもストレート部を加工することができる。
また、テーパ部２１の加工において、らせん状のスキャニング軌跡を用いても良い。

なお、電極５は円筒状であるため、かど部には、アールがつく。
図５〜７、図９〜１０に示したスキャニング軌跡は、放電加工するときには放電加工点を、空走のときには、放電加工点の延長線を示しており、本来、かど部ではアールが付くが、図５〜７、図９〜１０では、このアールを省略して軌跡を示している。

本実施の形態によれば、被加工物を傾けて、３次元スキャニングの創成放電加工を行うことによって、被加工物の表面に対して斜めな側面を有したディフューザーホールを加工できる。
また、放電を安定に保つ被加工物と電極との極間制御にＢ軸テーブル、Ｃ軸テーブルを含めずに、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸のみの制御に限定することにより、極間制御に必要なＮＣ制御装置の演算量を軽減し、ＮＣ制御装置を安価に構成できる。
また、斜面に対するコの字状のスキャニング軌跡を左右交互に組み合わせることによって、空走距離を短くして、加工時間を短縮できる。
また、パイプ状電極の肉厚に対して、電極のＺ方向送り量を十分に大きく取ることにより、加工時間を短縮できる。
また、ディフューザーホールの穴断面形状に対して、十分大きな電極径を用いることにより加工時間を短縮できる。

また、被加工物の表面形状寸法にばらつきがあっても、テーパを持ったディフューザーホールが得られる。
また、らせん状スキャニングでは、Ｚ軸方向の移動を伴わないため、電極先端の消耗形状が定常状態となりやすく電極消耗を抑制できる。
また、らせん状スキャニングでは、ＮＣプログラミングにおいて、移動量あたりのＺ軸負方向進行値とＸＹ座標のみを与えれば良く、プログラムを簡素化できる。

実施の形態２．
図１に示すようにＮＣ制御装置１２は、荒放電加工手段４１と仕上げ放電加工手段４２とを有している。
図１２は、長パルス低ピークの電流波形で荒放電加工し、この荒放電加工の後に短パルスの電流波形で仕上げ放電加工するときのスキャニング軌跡を示す。
図１２において、実線５１ａは荒放電加工における細穴の開口の外郭形状を示し、破線５１ｂは荒放電加工においてスキャニングする軌跡の外郭形状を示している。
１点破線５２は仕上げ放電加工においてスキャニングする軌跡の外郭形状を示している。
なお、外郭形状５１ａ、５１ｂ、５２ともに、円筒状電極を用いたときに生じるかど部のアールは省略して示している。

荒放電加工における外郭形状は、長パルス低ピークの電流波形を用いて加工しているため、被加工物の表面粗さが大きく、変質層が厚くなる傾向にある。
そこで、この表面粗さの大きい表層及び変質層を短パルス電流波形の仕上げ放電加工で除去する。
仕上げ放電加工のスキャニング軌跡を荒放電加工のスキャニング軌跡よりも穴を広げる方向にオフセットする。
仕上げ放電加工においては、短パルス波形を用いるため、伝熱時間が短く、被加工物表面の放電痕は小さく、浅くなる。また、変質層も薄くなる。
このようなオフセットしたスキャニング軌跡で仕上げ放電加工することにより、荒放電加工の面を除去しつつ、面粗さを小さくし、変質層を薄くして仕上げ放電加工をすることができる。

図１３、図１４は、図１２の細穴形状のＸＹ断面であり、加工表面を模式的に表している。
図１３は、荒放電加工後の断面であり、荒放電加工後の被加工物１の表面は、面粗さが大きく、変質層５３が厚い。
放電加工は、放電で被加工物を加熱して溶融させるとともに加工液の気化爆発によって、加熱溶融された被加工物を吹き飛ばして、除去し、加工を進行させる。
そのため、過熱した被加工物１の材料が、例えば耐熱合金の場合、高温強度が高いので、放電で加熱され、気化爆発力を受けたときに、吹き飛ばされずに残存し、残存部分の突起が大きく、面粗さが大きくなる。
また、吹き飛ばされる量が少ないために、変質層も厚くなり、その結果、図１３に示すように、面粗さが大きくなり、変質層が厚くなる。
また、荒放電加工で長パルスを用いると、熱伝導時間が長くなり、変質層が厚く、放電痕が大きくなって、面粗さも大きくなる。
図１３において、１点破線は、この荒放電加工の後に行う仕上げ放電加工のスキャニング軌跡５４を示す。

この厚い変質層５３を包含するように仕上げ放電加工のスキャニング軌跡５４を取って加工した結果が図１４である。
図１４は、仕上げ放電加工後の断面であり、図１３の荒放電加工に比べて、面粗さが小さく、変質層５３も薄くなる。
短パルスを用いたため、熱伝導の時間が短く、変質層は薄くなる。また、放電痕も小さいため、面粗さが小さくなる。

本実施の形態によれば、荒放電加工において、印加電圧時間を長くして、一回の放電による被加工物の放電痕を大きく、かつ、深くすることによって、単位時間あたりの被加工物の除去体積を増して加工速度を上げ、その後の仕上げ放電加工において、短パルス波形を用いて、オフセットしたスキャニング軌跡で荒放電加工面を除去することにより、面粗さを小さく、変質層を薄くし、被加工物の表面をなめらかにし、クラック発生を抑制して、クラックに応力集中を発生させることなく、被加工物の強度を高めることができる。

また、荒放電加工においては、電流値を低く抑えることによって、電極の消耗を抑制できる。
また、電極材料は真鍮など銅を含む金属を用いて熱伝導率を被加工物よりも大きくすることにより、長パルス波形を用いたときに、加工速度を増しつつ電極消耗を抑制することができる。

実施の形態３．
図１５は、この実施の形態３に係わる放電加工装置を用いたストレートの下穴加工を説明する三面図である。
図１５（ａ）はストレート下穴の平面図、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１５（ｃ）は図１５（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
図１６は、異型状細穴の仕上げ放電加工を説明する三面図である。
図１６（ａ）は異形細穴の平面図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１６（ｃ）は図１６（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

この実施の形態３に係わる放電加工装置は、実施の形態１の放電加工装置とストレート下穴を加工できる点だけが異なっている。
その他は同様であるので、同様な部分の説明は省略する。
図１５において、ストレート下穴５５は２個の円柱状の穴からなる。
そのストレート下穴５５の加工に用いる円筒状の電極はＺ軸方向に移動し、その電極の中心は直線の軌跡５６を画く。
テーパ部を有する細穴加工の第一手順として、円筒状電極をＺ軸負方向に進行させて、円柱状のストレート下穴５５を加工する。
この実施の形態３では、最終加工形状と円筒状電極の径との関係から、２穴の接するように配置している。

図１６は、ストレート下穴５５を加工した後に、第二手順として、電極をスキャニングすることによって異形状を創成したときの加工軌跡の模式図である。
ストレート下穴５５の周辺の取り残し部分を実施の形態１に示した三次元スキャニングによって加工する。
電極消耗量は、ストレート下穴５５を除いた取り残し部分の体積に対応させて設定し、電極消耗量を見込んで電極をＺ軸負方向に移動させる。

本実施の形態によれば、電極や被加工物の材質、形状のばらつきなどの加工条件の変化に対して、ストレート下穴は一定の形状が確保できる。
そして、電極をスキャニングして加工する体積を小さくできるため、加工条件の変化に対して加工形状の変動を抑制できる。
また、新たな材料、形状に対して、精度良く加工することができる。

実施の形態４．
図１７は、多数個並んだディフューザーホールを連続して、無人自動加工する加工方法手順を説明するフローチャート図である。
このフローチャートは、被加工物をテーブルに取り付け、電極ホルダをＡＴＣ装置に取り付けて段取りが終了し、作業者が加工開始ボタンを押して加工を開始した直後に起動して、まず、電極を電極ガイドに挿入するところから始まって、連続穴加工を実行する。
ステップＳ１１では、ＮＣ制御装置１２において穴番号ｎを０にセットする。
ステップＳ１２では、ＮＣ制御装置１２から指令を出して、ヘッド９、ラム１０を駆動し、回転機構１８で電極５を回転させながら、電極ガイド７に電極５を自動挿入する．
ステップＳ１３では、ＮＣ制御装置１２において穴番号ｎに１を加える。
ステップＳ１４では、穴番号ｎの穴形状に対して、穴の中心軸がＺ軸と平行になるように、Ｂ軸テーブル３及びＣ軸テーブル２を回転駆動する。
ステップＳ１５では、ラム１０及び電極ガイド７のＺ方向位置を位置決めするＷ軸を駆動して、電極ガイドのＸ，Ｙ，Ｚ位置を穴番号ｎの穴に対して位置決めする。
ステップＳ１６では、ＮＣデータ部１３に蓄積された穴形状データに基づいて、ヘッド９及びラム１０を位置決めして、所望の穴形状を放電加工する。
穴形状データは、ＮＣメインプログラムとは別個に、ＣＡＭもしくは作業者の手作業によってサブプログラムとして作成しても良い。
ここで、ＮＣメインプログラムとは、図１７のフローチャートにおいて、ステップＳ１６を除く全てのステップ含む。
このとき、穴形状データは、複数の穴番号で共通の形状データを用いることによって、加工プログラムを大幅に簡素化することができる．
ステップＳ１７では、加工を終了するか否かを判定し、終了の場合はステップＳ１８に進んで加工を終了する。
ステップＳ１９では、電極突き出し長さが次の加工で足りるか否かを判定し、足りる場合は、ステップＳ１３に戻って、次の穴番号の加工に進む。
ステップＳ２０では、電極ホルダ６の電極長さが次の加工で足りるか否かを判定し、足りる場合は、ステップＳ２１1に進んで電極を自動で引き出す動作を行う。
電極長さが足りない場合には、ステップＳ２２に進んで、ＡＴＣ（自動工具交換装置）を動作し、電極ホルダ６ごと電極５を交換する。
そして、ステップＳ１２に戻って、次の穴の加工手順に進む。
ステップＳ１６のスキャニング軌跡は、被加工物１の表面形状が多少変化しても、実施の形態１で述べたように、余裕を持って所望の穴形状が得られるように生成し、複数の穴に対して、同じスキャニング軌跡を用いることができる。

本実施の形態では、複数の穴に対して、同じスキャニング軌跡を用いることにより、NCプログラムを大幅に簡素化でき、NCプログラムの作成時間を短縮し、プログラムの誤りを低減することができる。

実施の形態５．
図１８は、電極突き出し長さと加工時間の関係を示すグラフである。ここで、電極突き出し長さとは、電極ホルダ下面から電極先端までの長さである。
長さ９０ｍｍ付近で加工時間が長くなっているのは、電極回転数と電極の横たわみ振動が共振し、この振動が放電に影響して加工速度が低下している。
本実施の形態では、このような電極の振動を防ぐことにより、加工速度の低下を起こさない放電加工方法に関する。
本実施の形態に係わる放電加工方法は、実施の形態２の放電加工方法と電極の回転を制御することが異なっている。
その他は同様であるので、同様な部分の説明は省略する。

極間導通を接触とみなして接触検出を行いながら電極を被加工物に押し当て、被加工物の端面を検出する端面位置決め動作によって、電極突き出し長さをＮＣ制御装置１２の電極制御手段１９で検出し、この突き出し長さに応じて電極回転数を調整する。この調整タイミングは，端面位置決め動作の直後である。
すなわち、図１８の場合には、２０００ｒ／ｍｉｎの回転数を用いているが、電極突き出し長さが９０ｍｍ前後においては、電極回転数を３０００ｒ／ｍｉｎとし、共振を回避する。９０ｍｍの場合、２０００ｒ／ｍｉｎで共振するため、この２０００ｒ／ｍｉｎに対して、１．５倍の３０００ｒ／ｍｉｎでは共振が生じることなく加工時間が短縮できる。

電極の形状と横振動固有振動数の関係について述べる。
電極の外径をｄ_１（ｍｍ）、内径をｄ_２（ｍｍ）とすると、
断面二次モーメントＩは、

となる。

また、両端単純支持のはりの固有振動数ωは、

となる。
ここで、Ｌは、電極の長さ（ｍｍ）、Ａは電極の断面積（ｍｍ^２）、Ｅはヤング率（ｋｇｆ／ｍｍ^３）、ρは密度（ｋｇ／ｍｍ^３）である。

電極をはりとみなし、
電極長さＬ＝８３ｍｍ
ヤング率Ｅ＝１００００ｋｇｆ／ｍｍ^３
密度ρ＝８．３９×１０^−６ｋｇ／ｍｍ^３
とすると、
数２より、
ω／（２π）＝３２．９Ｈｚとなる。
したがって、電極回転数が３２．９×６０＝１９７４ｒ／ｍｉｎのとき、共振することになる。

このような共振を避けるように回転数を設定しながら加工する手順を図１９に示す。図１９のフローチャートは、電極が回転し始める直前に起動し、加工中に動作し続ける。
ステップＳ１で、ＮＣ制御装置１２の電極制御手段１９に電極長さ、電極の内径、電極の外径と材質を入力する。
ステップＳ２で、ステップＳ１で入力した電極長さ、電極の内径、電極の外径および材質から、ＮＣ制御装置１２の電極制御手段１９に予め入力された材質とヤング率および密度の数表を用いて、電極横振動部の長さＬ、ヤング率Ｅ、密度ρに値を設定し、数２に基づいて固有振動数ωを計算する。
ステップＳ３で、この固有振動数ωの±１５％以内の固有振動数ωに対応する電極回転数Ωに含まれない電極回転数Ω（ｒ／ｍｉｎ）で電極制御手段１９は電極を回転する。
すなわち、Ωは、Ω＜ω／（２π）×６０×０．８５または、Ω＞ω／（２π）×６０×１．１５となる。
ステップＳ４で、穴番号ｎ（ｎは正の整数。加工する穴数をＮとすると、１≦ｎ≦Ｎである。）を１とし、ステップＳ５からｎ番目の穴を加工する。
ステップＳ６で、ステップＳ５のｎ番目の穴の加工時間に、予め設定された消耗補正係数を掛けて電極消耗長さを算出し、これを電極長さＬから差し引き、数２に基づいて固有振動数ωを計算し直す。
ステップＳ７で、この計算しなおした固有振動数ωの±１５％以内の固有振動数ωに対応する電極回転数Ωに含まれない電極回転数Ω（ｒ／ｍｉｎ）で電極を回転する。
回転数は、固有振動数から出来るだけ遠ざける方が原理的には共振が小さくなる。しかし、実用的には、次の回転数範囲を用いることによって共振を十分に抑制することが出来る。
すなわち、Ωは、Ω＜０．８５×６０×ω／（２π）または、Ω＞１．１５×６０×ω／（２π）となる。
ステップＳ８で、穴番号ｎを１増やし、ステップＳ９で加工を終了するか否かを判定する。
加工を終了しない場合、ステップＳ５に戻り、ｎ番目の穴を加工する。

このような放電加工方法は、多数の穴を連続して加工するときにも、電極横振動と電極回転の共振を回避して、加工速度を低下させることなく、また、共振によって形状精度を劣化させることなく、細穴放電加工を実施できる。
なお、図１９に示した手順において、実施の形態４で示した電極の自動引き出しを適宜行い、電極引き出し長さを勘案して、固有振動数を計算し、共振をさけるように電極回転数を設定しても良い。

この発明に係わる放電加工方法の構成を示す図である。 図１の被加工物支持手段の詳細図である。 放電加工を施す目標の異形細穴の形状である。 被加工物を放電加工方法に固定した状態を示す図である。 テーパ部の開口近傍におけるスキャニング軌跡の様子を示す図である。 テーパ部の中央部におけるスキャニング軌跡の様子を示す図である。 テーパ部の全体に渡るスキャニング軌跡の様子を示す図である。 テーパ部と電極断面の関係を示す説明図である。 ストレート部の入口におけるスキャニング軌跡の様子を示す図である。 ストレート部の全体に渡るスキャニング軌跡の様子を示す図である。 穴断面と電極径の関係を示す説明図である。 荒加工と仕上げ加工のスキャニング軌跡の様子を示す図である。 荒放電加工した後の断面の様子を示す図である。 仕上げ放電加工した後の断面の様子を示す図である。 この発明の実施の形態３に係わる放電加工方法を用いたストレート下穴を加工する様子を示す図である。 図１５の下穴の加工後目標加工形状に加工する様子を示す図である。 多数個穴の自動連続加工手順を説明するフローチャート図である． 電極突き出し長さと加工時間との関係を示す図である。 電極回転数を制御する手順を示す図である。

符号の説明

１ 被加工物、２ Ｃ軸テーブル、３ Ｂ軸テーブル、４ ベッド、５ 電極、６ 電極ホルダ、７ 電極ガイド、８ チャック、９ ヘッド、１０ ラム、１１ 加工槽、１２ ＮＣ制御装置、１３ ＮＣデータ部、１４ ＮＣ位置制御手段、１５ 放電電源、１６ 被加工物支持手段、１７ 電極移動手段、１８ 回転機構、１９ 電極制御手段、２０ 異形細穴、２１ （異形細穴の）テーパ部、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２２ｄ （テーパ部の）側面、２２ （異形細穴の）ストレート部、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ （ストレート部の）側面、３９ 取付治具、４０ グランド線、４１ 荒放電加工手段、４２ 仕上げ放電加工手段、５１ａ、５１ｂ、５２ 外郭形状、５３ 変質層、５４ 仕上げ放電加工のスキャニング軌跡、５５ ストレート下穴、５６ 電極中心の軌跡。

Claims (11)

1. 回転するパイプ或いは棒状の電極と被加工物間に電圧を印加しつつ、該電極と被加工物のＸＹＺ軸方向の三次元相対位置を制御し、該電極先端と被加工物間に発生する放電を利用して異型状穴加工を行う放電加工方法において、
   目標加工形状におけるストレート部の側面と電極の回転軸であるＺ軸方向とを一致させるよう被加工物を傾斜させる位置制御工程と、
   上記異型状穴をＺ軸方向に層状に分割し、Ｚ軸と垂直なＸＹ平面内で上記電極を移動すると共に電極消耗量分Ｚ軸方向に上記電極を移動させて各層を加工する工程と、
   を備えた放電加工方法。
2. Ｚ軸方向に層状に分割した各層の加工において、次の平面層の加工に移る際に、次の平面層に対する加工開始点を、前の平面層の加工終了点に最も近い位置から行うことを特徴とする請求項１に記載の放電加工方法。
3. 異型状穴の開口部のコの字状スキャニング軌跡において、端部に電極半径程度程度の放電しない空走スキャニング軌跡を設けることを特徴とする請求項２に記載の放電加工方法。
4. 異型状穴の開口部付近でコの字状スキャニング軌跡からロの字状スキャニング軌跡に移行する層を、スキャニング軌跡変更の手前の層とすることを特徴とする請求項２に記載の放電加工方法。
5. 異型状穴をＺ軸方向に層状に分割し、層厚さをｐ１、パイプ電極の肉厚をｔ、加工側面のＺ軸となす角度を(α−γ)、放電ギャップをδ、１＜ｋ＜４を満たす任意の実数をｋとし、
   ｐ１＝ｔ／tan(γ-α)−ｋδとなるように、ｐ１分電極をＺ方向に送り込むことを特徴する請求項１、２に記載の放電加工方法。
6. 異型状穴における側面がＺ軸と垂直なストレート部は、らせん状にスキャニング軌跡を変更することを特徴とする請求項１〜５に記載の放電加工方法。
7. 異型状穴のＸＹ平面断面の最小内接円の直径をＬ１、該ＸＹ平面内の放電ギャップをδｘとし、
   電極径ＤがＬ１−１０δｘ＜Ｄ＜Ｌ１−２δｘとなるような電極を用いることを特徴とする請求項１〜６に記載の放電加工方法。
8. あらかじめ設定した異型状穴の目標加工形状の軌跡に対してオフセットした軌跡に沿って電極をスキャニングして被加工物に荒放電加工を行い、上記荒放電加工された上記被加工物に上記目標加工形状の軌跡に沿って上記電極をスキャニングして仕上げ放電加工を行うことを特徴とする請求項１に記載の放電加工方法。
9. 赤放電加工時は長パルス低ピークの電流波形を用いて加工し、仕上げ放電加工時は短パルス波形を用いることを特徴とする請求項８に記載の放電加工方法。
10. 電極をＺ軸方向に移動して放電加工して下穴を形成した後、該下穴を広げるように電極を目標加工形状の軌跡に沿ってスキャニングして放電加工することを特徴とする請求項１に記載の放電加工方法。
11. 放電時間と放電電流とから電極の消耗量を求めることで上記電極の長さを制御するとともに、上記電極に生じる上記電極の回転に伴う機械的共振を防ぐように、上記電極の長さに基づいて上記電極の回転を上記回転機構を用いて調整することを特徴とする請求項１に記載の放電加工方法。

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