JP2008080412A

JP2008080412A - 型彫り放電加工機

Info

Publication number: JP2008080412A
Application number: JP2006259955A
Authority: JP
Inventors: Shuji Kaminaga; 修士上永; Masahito Hashimoto; 正仁橋本; Koichi Shinkai; 弘一新開
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2006-09-26
Publication date: 2008-04-10

Abstract

【課題】型彫り放電加工機において、温度変化による芯だし誤差を低減し、高精度の加工を行なうことを可能にする。
【解決手段】型彫り放電加工機１は、ワーク４を保持するパレット６と、パレット６上に設けられた基準球５と、パレット６を支持するテーブル２と、基準球５に対向する基準電極１２と、基準電極１２を保持するヘッド３とを備え、基準球５と基準電極１２とによって機械座標の原点を測定し、基準電極１２を工具電極１３と取り替えて、原点を基準にワーク４を加工する。連続加工が行なわれると、基準電極１２は、放電加工によって過熱されて温度上昇するヘッド３に取り付けられ、温度変化が大きいが、低熱膨張材によって形成されているので、温度変化による基準電極１２の熱膨張量の変動が小さくなって、機械座標の原点の変動が小さくなり、温度変化による芯だし誤差が低減し、高精度の加工を行なうことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、基準球と基準電極により機械座標の原点を測定する型彫り放電加工機に関する。

従来より、微細加工を行なう型彫り放電加工機においては、ワークが保持されるテーブル上の基準球と、ヘッド側の基準電極によって、機械座標の原点を測定することにより芯だし精度を高め、その機械座標の原点を加工位置の基準として加工精度の高い放電加工を行なっている。そして、ワークの交換時等に基準球と基準電極により原点の再調整を行なっている。しかしながら、放電加工による発熱や室温の変化により、加工中に型彫り放電加工機の温度が変化すると、テーブルや基準球等の熱膨張により芯だし精度が劣化し、加工精度が悪くなる。このために、高い精度が要求される加工には、熱膨張分の補正を行なうことや、室温の温度制御を行なうことが必要となるが、熱膨張分の補正には、手間がかかり、また、室温の温度制御を行なうとコストが高くなる。

また、基準球を低熱膨張材によって形成することにより、温度変化による芯だし精度の劣化を防ぐ型彫り放電加工機が知られている（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、上記特許文献１に示されるような型彫り放電加工機においては、基準球は低熱膨張材によって形成されるが、基準球と共に機械座標の原点の測定を行なう基準電極は低熱膨張材によって形成されていないので、基準電極の熱膨張により芯だし精度が劣化する。
特開２００２−２２４９１８号公報

本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであり、温度変化による芯だし誤差を低減し、高精度の加工を行なうことが可能な型彫り放電加工機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、ワークを保持するパレットと、前記パレットを支持するテーブルと、前記テーブル上に設けられた基準球と、前記基準球に対向する基準電極と、前記基準電極を保持するヘッドと、前記基準電極と取り替えられて前記ヘッドに保持される工具電極と、を備え、前記基準球は、基準球本体と、該基準球本体を前記テーブルに支持する支持柱を有し、前記基準球本体と前記基準電極によって機械座標の原点を測定し、前記基準電極と前記工具電極を取り替えて、該工具電極とワークとの間において放電することにより、前記原点を基準にワークを加工する型彫り放電加工機において、前記基準電極が低熱膨張材によって形成されているものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の型彫り放電加工機において、前記基準球は、前記テーブルに代えて前記パレット上に設けられているものである。

請求項３の発明は、請求項１に記載の型彫り放電加工機において、放電加工に用いる加工液の温度を一定に保持する定温化装置を備え、前記支持柱を加工液に浸漬するものである。

請求項４の発明は、請求項１に記載の型彫り放電加工機において、前記基準球の内の少なくとも前記支持柱が低熱膨張材によって形成されているものである。

請求項５の発明は、請求項１に記載の型彫り放電加工機において、前記工具電極を前記ヘッドに保持する電極ホルダーを備え、前記電極ホルダーが低熱膨張材によって形成されているものである。

請求項６の発明は、請求項１、請求項４、又は請求項５のいずれか一項に記載の型彫り放電加工機において、前記低熱膨張材がインバー合金であるものである。

請求項１の発明によれば、基準球と共に機械座標の原点の測定を行なう基準電極が低熱膨張材によって形成されているので、温度変化による基準電極の熱膨張量の変動が小さくなって、機械座標の原点の変動が小さくなり、温度変化による芯だし誤差が低減し、高精度の加工を行なうことができる。機械座標の原点の測定は、ワークがセットされるテーブル側に設けられた基準球と、工具電極が取り付けられるヘッド側に取り付けられた基準電極によって行なう。このため、連続加工が行なわれると、基準電極は、常に室温の温度変化の影響を受けるので、テーブル側にある基準球よりも熱膨張による寸法の変動が大きい。従って、基準電極を低熱膨張材によって形成することによる高精度の加工を行なうことができる効果は大きい。

請求項２の発明によれば、基準球が、ワークとの距離がテーブル上よりも短いパレット上に設けられることにより、機械座標の原点とワークとの距離の熱膨張による変動が小さくなって、原点から加工箇所までの距離の変動が小さくなり、請求項１と同等以上の効果が得られる。

請求項３の発明によれば、加工液の温度変化が抑えられるので、支持柱等の熱膨張量の変動が小さくなることにより、機械座標の原点の変動が小さくなり、請求項１と同等以上の効果が得られる。

請求項４の発明によれば、基準電極と、基準球の内の少なくとも支持柱とが低熱膨張材によって形成されているので、支持柱等の熱膨張量の変動が小さくなることにより、機械座標の原点の変動が小さくなり、請求項１と同等以上の効果が得られる。

請求項５の発明によれば、工具電極を保持する電極ホルダーが低熱膨張材によって形成されているので、電極ホルダーの熱膨張量の変動が小さくなって、原点から加工箇所までの距離の変動が小さくなり、請求項１と同等以上の効果が得られる。

請求項６の発明によれば、基準電極等が低熱膨張材であるインバー合金によって形成されているので、温度変化による機械座標の原点の変動が小さくなり、請求項１と同等の効果が得られる。

本発明の実施形態に係る型彫り放電加工機について図１及び図２を参照して説明する。図１は、型彫り放電加工機の外観を示す。図２（ａ）は、型彫り放電加工機の構成を、図２（ｂ）は、型彫り放電加工機の加工槽部分の平面視を、図２（ｃ）は、加工を行なう工具電極の構成を示す。型彫り放電加工機１は、テーブル２とヘッド３を備えている。型彫り放電加工機１は、テーブル２上に、加工されるワーク４と、機械座標の原点の基準となる基準球５と、ワーク４と基準球５とを支持するパレット６とを備えている。基準球５は、球形状の基準球本体７と基準球本体７を支持する支持柱８とを有している。ワーク４は、パレット６の位置決め枠９により定められた位置に固定されており、ワーク４と基準球５との位置関係が決められている。また、テーブル２上にはパレット６を囲む加工槽１０が設けられており、加工槽１０には、加工液１１が入れられ、ワーク４及び支持柱８は、加工液１１中に浸漬される。また、加工槽１０には定温化装置１８が配管１９を介して繋げられている。

型彫り放電加工機１は、ヘッド３側においては、基準球５に対向する基準電極１２と、基準電極１２を保持するヘッド３を備えており、ヘッド３は、水平方向及び上下方向に移動することができる。ワーク４の加工を行なう工具電極１３は、電極ホルダー１４と電極１５を有し、基準電極１２と取り替えられて、電極ホルダー１４を介してヘッド３に取り付けられる。そして、ヘッド３はテーブル２に支持されている。また、型彫り放電加工機１の操作を行なう操作盤１７がテーブル２上に設けられている。そして、基準電極１２、基準球５及び電極ホルダー１４は、低熱膨張材によって形成されている。本明細書でいう「低熱膨張材」とは、普通鋼よりも線熱膨張係数が小さい、例えば超硬合金やインバー合金やスーパーインバー合金等をいう。

次に、上記のように構成された本実施形態に係る型彫り放電加工機１の動作について図３を参照して説明する。図３は、機械座標の求め方と加工時の位置調整の行い方を示すものである。まず機械座標の原点を求める（図３（ａ）参照）。ヘッド３を動かして基準球５を矢印Ｘ方向と矢印Ｘ方向に垂直で紙面に垂直なＹ方向及び矢印Ｚ方向に移動させ、基準球５の上端と基準電極１２の下端とが接触する高さを求め、その位置をヘッド３のＺ軸の原点とする。接触しているか否かについては、導通による接触検知により判定する。次に、Ｘ軸の＋側、−側の両側から基準電極１２が基準球５と接触する位置を求め、その中間点をヘッド３のＸ方向の原点とする。同様にして、ヘッド３のＹ軸の原点を求める。

次に、工具電極１３と基準電極１２との位置関係を求める（図３（ｂ）参照）。ヘッド３から基準電極１２を取り外し、工具電極１３を電極ホルダー１４を介してヘッド３に取り付ける。基準電極１２と同様に工具電極１３をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させて、工具電極１３の下端、Ｘ方向の両端、及びＹ方向の両端が基準球５と接触する位置を求め、工具電極１３の機械座標の原点との位置関係を調べる。例えば、ヘッド３を原点から寸法ａ下降させたときに工具電極１３の下端と基準球５の上端が接触した場合には、工具電極１３の下端は基準球５の下端よりも寸法ａだけ上に位置していることになる。放電加工においては、大きさや形状の異なる複数の工具電極１３を用いるので、各工具電極１３毎に機械座標の原点との位置関係を求め、型彫り放電加工機１のメモリーに記憶する。

次に、ワーク４を加工する（図３（ｃ）参照）。前述の工具電極１３の下端により、ワーク４の上面を、基準球５の上端から寸法ｂ低い位置まで加工するときは、ヘッド３を原点から寸法（ａ＋ｂ）下降させればよい。そして、他の工具電極１３を用いるときは、メモリーに記憶している機械座標の原点との位置関係のデータを用いて加工を行なう。

次に、ワーク４を交換する（図３（ｄ）参照）。ワーク４の交換は、ワーク４が固定されたパレット６ごと行なう。ワーク４は、パレット６の位置決め枠９にセットされており、また、パレット６に支持されている基準球５と位置決め枠９との位置関係は全てのパレット６において同一であるので、基準球５とワーク４との位置関係は、ワーク４が固定されている全てのパレット６において同一となる。そして、工具電極１３を基準電極１２に取替え、再度、基準電極１２と基準球５とによって機械座標の原点を測定し、最初に測定した原点との差異を求める。ここにおいて、交換したワーク４のパレット６の基準球５で測定した原点の高さが、最初に測定した原点よりも寸法ｃだけ低い。

次に、基準電極１２を工具電極１３と交換し、ワーク４を加工する（図３（ｅ）参照）。上記図３（ｃ）と同様の加工を行なうときは、ヘッド３を原点から寸法（ａ＋ｂ＋ｃ）下降させればよい。

上述の一連の加工過程において、最初に原点の測定を行なったときと、後で原点の測定を行なったときとで基準電極１２の温度が異なっていると、基準電極１２の熱膨張により誤差が生じる。例えば、温度差が５℃であり、基準電極１２の長さが５０ｍｍで、基準電極１２の材質が、線膨張係数が（１２×１０^−６／℃）の普通鋼とすると、熱膨張により３０μｍの変動がＺ方向に生じる。しかし、本実施形態においては、線膨張係数が（０．６×１０^−６／℃）のスーパーインバー材を用いているので熱膨張による変動は１．５μｍと１／２０になり、温度変化があってもＺ方向の芯だし誤差を低減することができ、Ｘ方向、Ｙ方向の芯だし誤差も同様に低減することができる。また、電極ホルダー１４も黄銅であれば線膨張係数が（１８×１０^−６／℃）であるが、スーパーインバー材にすることにより熱膨張による加工点の位置変動は、１／３０になる。そして、基準球５にも低熱膨張材を用いるので、温度変化による加工誤差が更に低減し、高精度の加工を行なうことができる。

基準球５を低熱膨張材によって形成することと、基準電極１２を低熱膨張材によって形成することでは、連続加工が行なわれると、基準電極１２は、放電加工によって過熱されて温度上昇するヘッド３に取り付けられるので、テーブル２側にある基準球５よりも温度変化が大きいことから、基準球５よりも基準電極１２を低熱膨張材によって形成する方が、高精度の加工を行なうことができる効果は大きい。

定温化装置１８は、内部に循環ポンプ、冷却装置及び加熱装置を備えており、加工槽１０中の加工液１１を吸い込み、冷却や加熱を行なって加工液１１を一定温度に保ち、加工槽１０へ送る（図２（ａ）参照）。支持柱８、パレット６、ワーク４及びテーブル２等の温度が一定になるように保持されるので、温度変化による加工誤差が低減し、高精度の加工を行なうことができる。

また、基準球５をパレット６上に設けていることの効果を図４を参照して説明する。図４（ａ）は、基準球５をテーブル２上に設けたときの加工槽１０内の構成を示し、図４（ｂ）は、基準球５をパレット６上に設けたときの構成を示す。テーブル２とパレット６の熱膨張係数が同じであるとする。基準球５をテーブル２上に設けると、機械座標の原点とワーク４との距離は寸法Ｌ１と長く、テーブル２の熱膨張の影響を強く受ける。しかし、基準球５をパレット６上に設けると、機械座標の原点とワーク４との距離は、寸法Ｌ２と短かくなり、パレット６の熱膨張の影響を受ける度合いが小さくなるので、温度変化による加工誤差が低減し、高精度の加工を行なうことができる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば低熱膨張材は、金属材料に限らず、例えばガラスのような材料でもよく、電導性が必要な箇所には例えば導電材をコーティングして用いてもよい。また、パレット６を低熱膨張材によって形成してもよい。パレット６の熱膨張による加工誤差が低減される。また、ワーク４を交換して加工するときに、基準球５とワーク４との位置関係が、他のパレット６における基準球５とワーク４との位置関係と同一でなくてもよく、基準球５とワーク４との位置関係を測定し、そのデータを用いて加工を行なってもよい。

本発明の実施形態に係る型彫り放電加工機の外観図。（ａ）は同型彫り放電加工機の部分破断側面図、（ｂ）は同型彫り放電加工機の加工槽部分の平面図、（ｃ）は同型彫り放電加工機の工具電極の斜視図。（ａ）は機械座標の原点を求める動作を示す図、（ｂ）は工具電極と基準電極との位置関係を求める動作を示す図、（ｃ）は加工位置を求める動作を示す図、（ｄ）はワーク交換時の機械座標の原点を求める動作を示す図、（ｅ）は加工位置を求める動作を示す図。（ａ）は基準球をテーブルに設けたときの加工槽の側断面図、（ｂ）は基準球をパレットに設けたときの加工槽の側断面図。

符号の説明

１型彫り放電加工機
２テーブル
３ヘッド
４ワーク
５基準球
６パレット
７基準球本体
８支持柱
１１加工液
１２基準電極
１３工具電極
１４電極ホルダー
１８定温化装置

Claims

ワークを保持するパレットと、前記パレットを支持するテーブルと、前記テーブル上に設けられた基準球と、前記基準球に対向する基準電極と、前記基準電極を保持するヘッドと、前記基準電極と取り替えられて前記ヘッドに保持される工具電極と、を備え、前記基準球は、基準球本体と、該基準球本体を前記テーブルに支持する支持柱を有し、前記基準球本体と前記基準電極によって機械座標の原点を測定し、前記基準電極と前記工具電極を取り替えて、該工具電極とワークとの間において放電することにより、前記原点を基準にワークを加工する型彫り放電加工機において、
前記基準電極が低熱膨張材によって形成されていることを特徴とする型彫り放電加工機。
前記基準球は、前記テーブルに代えて前記パレット上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の型彫り放電加工機。
放電加工に用いる加工液の温度を一定に保持する定温化装置を備え、前記支持柱を加工液に浸漬することを特徴とする請求項１に記載の型彫り放電加工機。
前記基準球の内の少なくとも前記支持柱が低熱膨張材によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の型彫り放電加工機。
前記工具電極を前記ヘッドに保持する電極ホルダーを備え、前記電極ホルダーが低熱膨張材によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の型彫り放電加工機。
前記低熱膨張材がインバー合金であることを特徴とする請求項１、請求項４、又は請求項５のいずれか一項に記載の型彫り放電加工機。