JP2007260878A - 非回転パイプ電極による細穴放電加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】細穴放電加工機で細径のパイプ電極を回転させない構成とし、給液及び給電の機構が簡単、確実となり、加工穴の形状精度が向上する加工方法を提供する。
【解決手段】ＸＹ２軸とＣ軸テーブルとＺ軸を備えるＮＣ放電加工機において、回転テーブル上に被加工物を設置し、指定位置に細穴を放電加工するとき、Ｃ軸回転中心Ｏと被加工物の細穴加工中心点Ｐとの距離をＲと設定する。Ｃ軸が旋回すると点Ｐは半径Ｒの円を描くから、電極中心をＰ点に一致させた後、ＸＹ２軸の円弧補間運動により前記半径Ｒの円の運動を追従させると電極は常にＰ点上にある。そのとき、電極は加工物から見れば電極Ｐ点を中心としてＣ軸の回転角と同じ角速度で自転している。電極をＺ軸により上下に放電間隙制御して細穴を放電加工することが出来る。電極への給液と通電は非回転であるから確実強固に実施することが可能である。
【選択図】図１

Description

この発明は、加工電極と被加工体間の相対的な送り位置決めのために数値制御装置を備えた細穴放電加工装置による細穴放電加工方法、特に、前記加工電極として細径のパイプ電極を用い、加工液を電極先端から噴出させながらパイプ電極を軸の廻りに回転させながら、相対的なＺ軸送りを与えて放電加工する細穴放電加工方法に関する。

ここに云う細穴とは丸穴で比較的にＬ／Ｄ（深さ／直径）の大きなものである。ドリルでは加工不可能な条件でも放電加工により可能なものがあり、産業上多くの事例がある。その方式には多くの分類がなされるが、電極の運動状態で静止式と回転式があり、またパイプ通液式と棒状電極無通液式がある。
現今殆んどの例がパイプ電極回転式で高圧給液式である。パイプ電極を使用する放電加工では電極消耗が避けられないので長い電極の使用が必要である。また深部での放電現象は高熱を発し、加工屑を排出せねばならないから高圧の給液が必要となる。電極の回転は消耗を均一化して穴の曲がりを防ぐとともに、加工屑排出促進の効果もある。
このような細くて長いパイプ電極を回転させ、しかも高圧の給液をし、またしかも回転するパイプにパルス電流を通電するという条件を満たすためにさまざまな工夫が凝らされている（例えば、特許文献１−２参照。）。

特開２０００−３０１４１７号公報 特開２００１−０８７９４８号公報

上述のように現行の方式は細いパイプ電極を回転させ、しかも高圧の加工液を給液し、またパルス電流を回転する細径の電極に通電する機構を備えるため設計上さまざまの制約を受けている。
又、高圧通液のためのジョイントは大きな摩擦抵抗を伴い、更に回転通電機構（移動体間通電機構）が加わるから回転動力機構が過大になる。放電加工電源から見ると移動体間通電機構の損失抵抗は加工性能に大きな障害となっている。もし細径のパイプ電極が回転しないで済むのであれば装置は簡素となり性能が向上する。

以上よりこの発明により解決しようとする課題を列記すると、次の１乃至４項のように整理される。本発明はこれらの課題を解決するために提案されるものである。
１．細径のパイプ電極を回転させるため電極の振れ回り、曲がりが避けられない。
２．そのため、穴の形状精度、位置精度が保ち難く、電極の座屈損傷が起きやすい。
３．通液機構が複雑・高価で、液漏れ損失と摩擦損失が大きい。
４．通電機構（移動体間通電機構）が複雑で損失が大きい。

［ＮＣ放電加工機の構成、機能］
直交ＸＹ２軸テーブル、Ｃ軸回転テーブル、ＮＣ制御装置のＸＹ軸円弧補間とＣ軸直線補間が同期制御される（準備作業などのためＸＹ軸制御には直線補間機能をも備えることが望ましい。）。
Ｃ軸回転テーブル上面に被加工物テーブルが他から絶縁されて設けられ、被加工物テーブルには加工電源からの通電機構（移動体間通電機構）が設けられる。
Ｚ軸機構には上下運動可能なＺ軸ヘッドが設けられて細穴加工電極を保持する。細穴加工電極はＺ軸運動軸と平行に保持され回転しない。通電機構、通液機構が電極に固定的に強固に取り付けられ、それぞれ、放電加工電源と加工液供給装置に接続される。
Ｚ軸制御運動は電極と被加工物との間隙に生ずる放電現象を適正に保つように上下運動を制御する通常公知の方法で運動を制御し加工を進行させる。
なお、必要に応じ電極先端に曲がり防止の電極ガイドを設けることは自由である。
Ｃ軸回転機構には高分解能のエンコーダが設けられ、回転角度とＸＹ軸円弧補間運動が正確に同期するようにＮＣ制御される。

［加工方法とプログラム］
Ｃ軸の角度原点θ＝０とＸＹ座標系原点を一致させる。被加工物をＣ軸テーブルの任意の位置に固定設置して加工点ＰとＣ軸中心Ｏとの距離Ｒを求める。
後述する数式（１）、（２）、及び（３）により数式（４）のプログラムを作成する。
電極中心をＰ点にあわせ、先端を被加工物表面に接近させ加工を開始する。Ｚ軸制御が開始されると加工が進行する。所定の深さに達したとき加工終了信号を発し加工を終了する。

本発明によれば、以下１乃至４に列記する効果がある。
１．細径電極を回転させないため電極の振れ回り、曲がりがない。
２．加工穴の形状精度、位置精度が良く、電極の座屈損傷がない。
３．通液機構が簡単・強固・安価で、液漏れ損失と摩擦損失がない。
４．細径電極への通電機構（固着式）が簡単となり通電損失、摩擦損失が少ない。

ＮＣ装置の性能は現今大きく向上しているが、細穴放電加工には位置決め以外には利用されていない。本発明はＮＣ装置の補間速度と軸送り運動精度の向上により実現されるもので、Ｃ軸テーブルの回転とＸＹ２軸の円弧補間を同期させることにより、被加工物の任意の位置に細いパイプ電極で放電加工による細穴加工をおこなうものである。

加工装置は、通常のＸＹ２軸ＮＣ制御の放電加工機であって、ＸＹテーブル上にＮＣ制御されるエンコーダ付きのＣ軸テーブルを設置する。回転するテーブルは放電加工電源の二つの出力端子の一方に接続され被加工物に放電加工電流を供給するが、回転テーブルへの通電機構（移動体間通電機構）は公知の摺動式のものが容易に用いられ、テーブル機構が電極機構に比べて摺動面積、接触圧力に十分な余力を有する故に通電損失、摩擦損失が障害とならない。

Ｚ軸運動は電極と被加工物との放電間隙を適正に制御しながら細穴加工を進行させる上下運動であって通常公知の方式であり、ＮＣ制御を伴う場合もある。Ｚ軸ヘッドに取り付けられる細径パイプ電極はＺ軸運動軸に正確に平行を保たれ、前記放電加工電源の他方の端子に固着接続され、さらに加工液供給装置よりの高圧液の導管に固着接続される。電極は回転しないから通電、通液は公知の容易で簡易な構成、方法で実施され抵抗損失、摩擦損失、漏れ損失の障害が生じない。

前記ＸＹ２軸と回転Ｃ軸テーブルとＺ軸を備えるＮＣ放電加工機の回転テーブル上に被加工物を設置し、指定位置に細穴を放電加工する場合、Ｃ軸中心Ｏと加工中心点Ｐとの距離をＲとして読み取る。Ｃ軸が旋回すると点Ｐは半径Ｒの円を描くから、電極中心をＰ点に一致させた後、ＸＹ２軸の円弧補間運動により前記半径Ｒの円の運動を追従させると電極は常にＰ点上にある。そのとき、加工物から見れば電極はＰ点を中心としてＣ軸の回転角と同じ回転角で自転している。かくして、電極Ｚ軸により上下に制御運動して細穴電極穴を加工することが出来る。電極への給液と通電は非回転であるから確実強固に実施することが可能である。

このとき、ＮＣ装置に与えるべきＮＣ命令は、つぎのようにして計算されＮＣコード化される。
Ｃ＝θ （数式１）
Ｘi＝Ｒsinθ （数式２）
Ｙi＝Ｒcosθ （数式３）
ＮＣコードは数式１によりＣ軸が回転し、数式２と数式３により点（Ｘi．Ｙi）の座標値と半径Ｒの値を指令値として円弧補間運動が行なわれる。Ｃ軸とＸＹ２軸円弧補間運動は同期して運動する。したがって命令コードは一例として（数式４）となる。
｛（直線補間コードＧ９１）＋Ｃ＋θi｝、｛（円弧補間コードＧ９２）＋ＸiＹi＋Ｒ｝、｛速度命令｝ （数式４）
ただし、ＮＣ装置の仕様によっては１ブロックを角度２π以下にする。
総回転回数（ｎ）は予め知ることができないから数式４をマクロとして回転回数を無制限に繰り返し、別に発する停止命令により終了させる。

Ｚ軸は電極の回転に関係なく被加工物と電極の間の電圧、電流の状態によりサーボ動作により上下運動をさせ加工をし進行させる。所要の深さに至って停止させる。なお加工中には加工液をパイプ電極を通じて高圧に注入する。

図１は加工装置の実施例である。
ベース１に直立するコラム２にＺ軸ガイド３が設けられＺ軸ヘッド４が案内され、図示しないモータとねじによりＺ軸運動する。Ｚ軸運動は電極２６と被加工物２７との放電間隙を適正に維持するように制御モータドライバ２９（Ｚ）により駆動される。放電間隙は加工電源１６により電極間電圧を検知して判断される。電極ヘッド５が絶縁板５ａを介して電気的に絶縁して取り付けられ、後述する図４の電極保持機構と通液機構１９が用意されている。

図において、主軸穴としてテーパ穴４１がＺ軸と平行に設けられテーパスリーブ４１ａによりパイプ電極２６を保持する。テーパスリーブ４１ａはスリットを加工された弾性構造の鋼製でありふくろナット４４によりカラー４３とパッキン４２を介して押入れされると収縮してパイプ電極２６を堅く保持する。パッキン４２も変形して、上部の加工液ジョイント１９からの加工液の漏液を遮断する。
加工液ジョイント１９はふくろナット１９ａとジョイント１９ｂからなり、通液チューブ２１を漏れなく中継してパイプ電極２６の穴に結ぶ。

図５の電極ブッシュ保持部１４は電極が余りにも細く、或いは余りにも長いために生ずるかもしれない曲がり、振動を防ぐためのもので電極ガイド装置１５をＺ軸ガイド３に上下調節自由にＴ溝ねじ１５ａで固定する。上下位置は被加工物の上方に自由である。ブッシュ保持部１４の中心はパイプ電極２６と正確に一致させ、穴径は電極径に緩く滑合する。ブッシュ保持部１４には、例えば図５のセラミックブッシュ１４ａのような絶縁物を用いて電気的に絶縁する。

図１において、ベース１にはＹ軸方向に運動するサドル９上でＸ軸方向に運動するＸＹテーブル１０が載せられ、それぞれ図示しないモータとねじによりＸＹ運動がＮＣ装置２８と制御モータドライバ２９により指令制御されることは通常のＮＣ工作機械と同じである。さらに、ＸＹテーブル１０の上でＣ軸テーブル１２が図示しないＣ軸制御モータによりＣ軸旋回運動をする。Ｃ軸テーブル１２の上に被加工物２７が設置される。Ｃ軸テーブルの構造は図３のようである。テーブル１２は絶縁板３８により上下に分離され、絶縁された上部の外周に集電環３１を巻き通電ブラシ３２と摺動接触させる。通電ブラケット３４とホルダ３３は絶縁板３７を介してＸＹテーブル１０に設置され、内部に集電ブラシ３２、スプリング３６、調整ねじ３５を蔵する。かくして、加工電源の一方の端子は通電線２５により被加工物に接続される。他方の端子は通電線２４により中継ジョイント２３及び通電ジョイント２２を介して電極ヘッド５からパイプ電極２６に接続される。

加工液供給装置１７はポンプ１８より軟質管２１とジョイント１９を介して加工液をパイプ電極２６に供給し、排出液をタンクに戻す。

図２はＣ軸テーブル１２に設置された被加工物２７の加工中の動きと、数値制御座標Ｘ、Ｙ、Ｃの関係と関係式を図示したものである。この装置を用いて細穴電極による放電加工を実施するには、まずＣ軸の角度原点（θ＝０、Ｒ＝０）とＸＹ座標系原点を一致させる。被加工物をＣ軸テーブルの任意の位置に固定設置して加工点Ｐと中心Ｏとの距離Ｒを求める。前記数式（１）、（２）、及び（３）により前記数式（４）のプログラムを作成する電極中心をＰ点にあわせ、先端を被加工物表面に接近させて加工を開始する。Ｚ軸制御により加工が進行する。所定の深さに達したとき加工終了信号を発し加工を終了する。

この実施例ではＺ軸コラムが独立しているが、Ｚ軸コラムがＸＹ２軸テーブルの上に立ち、Ｃ軸回転テーブルが独立した態様でも同様である。

この発明は、簡潔な構成で、高精度の細穴放電加工機を提供することができる。

この発明の細穴放電加工方法を実施する装置の概略構成を説明する全体斜視図。 Ｃ軸テーブル上の被加工物の動きと、ＮＣ制御軸Ｘ、Ｙ、Ｃの関係と関係式とを示したもの。 Ｃ軸回転テーブルの概略構成と通電機構の例を示す側断面図。 Ｚ軸電極ホルダ部分の電極の保持、通液、及び通電機構例の側断面図。 電極ガイド装置の側面図と一部切欠き正面図。

符号の説明

１：ベース
２：コラム
３：ガイド
４：Ｚ軸ヘッド
５：電極ヘッド
５ａ：絶縁板
９：サドル
１０：ＸＹテーブル
１２：Ｃ軸テーブル
１３：テーブル通電機構
１４：保持部
１５：電極ガイド装置
１６：加工電源
１７：加工液供給装置
１８：加工液ポンプ
１９：加工液ジョイント
２０：中継ジョイント
２１：軟質管
２２：通電ジョイント
２３：中継ジョイント
２４：通電線
２５：通電線
２６：パイプ電極
２７：被加工物
２８：ＮＣ装置
２９：制御モータドライバ
１９ａ：ふくろナット
１９ｂ：ジョイント
４１：テーパ孔
４１ａ：テーパスリーブ
４２：パッキン
４３：カラー
４４：ふくろナット
１４ａ：セラミックブッシュ
１５ａ：Ｔ溝ねじ
３１：集電環
３２：通電ブラシ
３３：ホルダ
３４：通電ブラケット
３５：スプリング調整ねじ
３６：スプリング
３７：絶縁板
３８：絶縁板

Claims (2)

1. ＸＹ２軸とＣ軸回転テーブルとＺ軸を備えるＮＣ放電加工機において、Ｚ軸ヘッドに細径のパイプ電極の上端部をＺ軸と平行に固定し、前記Ｚ軸ヘッドに加工液供給装置からパイプ電極内に加工液を強制注入する通液機構と、放電加工電源の一方の端子からパイプ電極の上端部の固定部を介して放電加工電流を通電させる静止体間通電装置を固着させ、前記Ｃ軸回転テーブルはベース又はＸＹテーブル上に絶縁すると共に回転自在に装着され、前記放電加工電源の他方の端子と移動体間通電機構を介して通電させ、Ｃ軸中心Ｏと加工中心点Ｐとの距離をＲとし、前記点Ｐと電極中心とを一致させた後、下記数式（１）、（２）、及び（３）で計算されるＸＹ２軸の円弧補間運動をもって、前記Ｃ軸テーブルの円運動を同期追従させることにより電極を前記加工中心点Ｐの自転運動をさせ、前記Ｚ軸の放電間隙制御運動を併用して放電加工を進行させることを特徴とする円形細穴放電加工方法。
   Ｃ＝θ （数式１）
   Ｘｉ＝Ｒsinθ （数式２）
   Ｙｉ＝Ｒcosθ （数式３）
2. 前記細径のパイプ電極の先端に上下に移動自由に設置できるガイドブッシュを備える請求項１に記載の細穴放電加工方法。

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