JP2010131689A - 細穴放電加工機によるテーパ穴の加工方法および同方法に使用する細穴放電加工機 - Google Patents

細穴放電加工機によるテーパ穴の加工方法および同方法に使用する細穴放電加工機 Download PDF

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Abstract

【課題】 加工穴入口から出口に向かって穴径が大きくなる精密なテーパ穴加工を短時間で行える細穴放電加工機によるテーパ穴の加工方法および同方法に使用する細穴放電加工機の提供。
【解決手段】 電極ホルダ27を回転可能に設けると共に、該電極をワークに対して自転させながら給送する細穴放電加工機において、ワーク直上の位置において前記電極の下端部を揺動可能に軸支する軸支する電極ガイドと、該電極ガイドの上方に位置する水平面内において前記電極に前記電極ガイドを支点にした円運動を与える偏心ガイド手段40とを備えた電極ガイド装置41を昇降可能に設け、前記偏心ガイド手段により前記電極に前記水平面内において前記電極ガイドを支点にした円運動を与えながら前記ワークに対して該電極を給送することにより、加工穴入口から出口に向かって穴径が大きくなるテーパ穴を加工することを特徴とする細穴放電加工機。
【選択図】 図3

Description

本発明は細穴放電加工機によるテーパ穴の加工方法および同方法に使用する細穴放電加工機に関する。
細穴放電加工機によるテーパ穴加工方法としては、まず、被加工材に貫通する下穴を明けるべく、棒状の加工電極をZ軸駆動手段によりZ軸方向(X軸方向とY軸方向に直交する方向)に放電電流を流しながら下降させて、XYテーブル上に載置された被加工材に下穴加工を行い、加工電極が被加工材を貫通したら、次いで、その貫通位置から棒状の加工電極をZ軸方向に上昇ささながら、被加工材に小さな円弧の円運動から徐々に大きくなる円弧の円運動を行わせるようにXYテーブルをNC装置により制御することにより、被加工材に上方に開いた漏斗状のテーパ穴加工を行う方法がある(例えば、特許文献1)。
細穴放電加工機による別のテーパ穴加工方法としては、まず、被加工材を貫通する下穴を明け、次いで貫通完了位置で放電を維持した状態で適宜な時間だけ棒状電極の下降を停止させることにより、棒状電極の下方に生ずる電極の振動を利用して出口側の穴径を僅かに拡大する方法がある。
特開2002−113615号公報
しかし、特許文献1に記載のテーパ穴加工方法は、加工穴の入口径が出口径より大きなテーパ穴の加工を行う方法であり、表面側からしか加工が出来ない形状部品、例えば、パイプの側面や中空の球体等に加工穴入口から出口に向かって穴径が大きくなるテーパ穴を加工することは不可能である。また、テーパ穴加工が2工程となるため加工時間が長く、かつまた、X軸とY軸との2軸を制御してテーパ穴加工を行うための複雑な制御プログラムも必要となり加工コストが高くなるという問題がある。
後述の別のテーパ穴加工方法は加工方法は簡単ではあるが、出口穴径を制御することが出来ないので精密なテーパ穴の加工は不可能であり、かつ加工時間が長くなり加工コストが高くなるという問題がある。
本発明は上述の如き問題を解決するためになされたものであり、本発明の課題は、加工穴入口から出口に向かって穴径が大きくなる精密なテーパ穴加工を短時間で行える細穴放電加工機によるテーパ穴の加工方法および同方法に使用する細穴放電加工機を提供することである。
上記課題を解決する手段として請求項1に記載の細穴放電加工機によるテーパ穴の加工方法は、棒状電極の上端部を保持する電極ホルダと、ワーク直上の位置において前記電極の下端部を揺動可能に軸支する電極ガイドとを有し、前記電極ホルダによって把持された前記電極を前記ワークに対して自転させながら給送する細穴放電加工装置において、前記電極ガイドの上方に位置する水平面内において、前記電極に前記電極ガイドの電極軸支部を支点にした円運動を与えながら前記ワークに対して該電極を給送することにより、加工穴入口から出口に向かって穴径が大きくなるテーパ穴を加工することを要旨とするものである。
請求項2に記載の細穴放電加工機は、上下方向に位置決め自在のスライドに棒状電極の上端部を保持する電極ホルダを回転可能に設けると共に、該電極ホルダによって把持された前記電極をワークに対して自転させながら給送する細穴放電加工機において、前記ワーク直上の位置において前記電極の下端部を揺動可能に軸支する軸支する電極ガイドと、該電極ガイドの上方に位置する水平面内において前記電極に前記電極ガイドを支点にした円運動を与える偏心ガイド手段とを備えた電極ガイド装置を昇降可能に設け、前記偏心ガイド手段により前記電極に前記水平面内において前記電極ガイドを支点にした円運動を与えながら前記ワークに対して該電極を給送することにより、加工穴入口から出口に向かって穴径が大きくなるテーパ穴を加工することを要旨とするものである。
請求項3に記載の細穴放電加工機は、上下方向に位置決め自在のスライドに棒状電極の上端部を保持する電極ホルダを設け、該電極ホルダによって把持された前記電極をワークに対して給送する細穴放電加工機において、前記ワーク直上の位置において前記電極の下端部を揺動可能に軸支する電極ガイドと、該電極ガイドの上方に位置する水平面内の円軌道上に前記電極を公転自在にガイドする公転ガイドとを同軸に設けた電極ガイド装置を昇降可能に設け、前記電極ホルダを前記電極ガイド装置の軸心に対して偏心回転可能に設け、該電極ホルダを偏心回転させることにより、前記電極に前記水平面内において前記電極ガイドを支点にした円運動を与えながら前記ワークに対して該電極を給送し、加工穴入口から出口に向かって穴径が大きくなるテーパ穴を加工することを要旨とするものである。
本発明の細穴放電加工機によるテーパ穴の加工方法および同方法に使用する細穴放電加工機によれば、加工穴入口から出口に向かって穴径が大きくなる精密なテーパ穴加工を複雑な制御プログラムも必要とせずに短時間で安価に行うことができる。
また、従来は加工不可能であったパイプの側面や中空の球体等に加工穴入口から出口に向かって穴径が大きくなるテーパ穴の加工を行うことができる。
以下、本発明の実施の形態を図面によって説明する。
図1、図2は本発明に係る細穴放電加工装置の第1の実施形態の正面図と側面図、図3は図2におけるZ軸スライド部の拡大図である。
細穴放電加工装置1の基台3上にワークWを固定するワークテーブル5が設けてあり、このワークテーブル5上にワークWを収容する加工槽7が設けてある。また、前記ワークテーブル5の後方(図2の右方)には、ワークテーブル5より上方に延伸するコラム9(a,b)が設けてある。
上述のコラム9(a,b)の上部には、X軸方向(図1において左右方向)へ移動位置決め自在のX軸キャリッジ11が設けてあり、このX軸キャリッジ11上には、前記X軸方向に直交するY軸方向へ移動位置決め自在のY軸キャリッジ13が設けてある。
図3を参照するに、上述のY軸キャリッジ13の前端(図2における左側端部)には、スライドベース17が上下動可能に係合してある。このスライドベース17には、Z軸スライド19が図示省略のガイドに上下動自在に係合してある。
前記スライドベース17には、Z方向に延伸するZ軸送りねじ21が回転自在に軸支してあり、このZ軸送りねじ21の上方の端部には、Z軸送りねじ21を回転駆動するサーボモータ23が設けてある。また、このZ軸送りじ21には、前記Z軸スライド19に取り付けたナット24が螺合してある。
したがって、図示省略の制御装置の制御の下に、上述のサーボモータ23によってZ軸送りねじ21を適宜に回転駆動することにより、Z軸スライド19をZ軸方向の所望の位置に移動することができる。
上述のZ軸スライド19の下部には、ワンタッチカプラ25を備えた電極ホルダ27が回転自在に設けてある。また、この電極ホルダ27には、Z軸スライド19の上部に延伸する中空の回転軸29がワンタッチカプラ25を介して固定してある。
回転軸29の上端部には、回転軸駆動用のタイミングプーリの如きプーリ31が設けてある。また前記中空の回転軸29は、その上端部に設けたロータリジョイント33を介して図示省略の給水装置に連通する管路35に連結してある。
また、前記プーリ31は電極回転用の電極モータ37に設けた駆動プーリ(図示省略)に駆動ベルト(図示省略)を介して連結してある。
したがって、給水装置から供給される水は、中空の回転軸29の中空部を通って電極ホルダ27に供給されることになる。また、電極ホルダ27は、電極回転用の電極モータ37によって回転駆動することができる。
図4に示すように、電極ホルダ27は、充実または中空の棒状電極39の端部を保持するコレット47を備えており、このコレット47は、コレット47を保持するコレットホルダ49に設けた下方に開口するコレット保持穴51に着脱可能に嵌入してある。このコレット保持穴51には、前記回転軸29の中空穴に連通する水路53が設けてある。
前記コレット保持穴51の上部とコレット47との間には、コレット47とほぼ同径の環状スペーサ55が挿入してあり、この環状スペーサ内部に前記水路53からの水を貯留する貯留室57が形成してある。
上述のコレット47の外周には、前記貯留室57からコレット47の先端部47hに連通する複数の水路溝59が設けてある。
なお、コレット47の先端部47hには、先端部47hが径方向に容易に弾性変形できるように、コレット47のチャック穴61に至る十文字状の割溝(図示省略)が設けてある。また、前記コレットホルダ49の下部外周には、前記ワンタッチカプラ25の下端部に当接する鍔状の係止部65が設けてある。
前記コレットホルダ49の下端部には、コレット47の先端のテーパ部に係合してコレット47を締め付けるコレット固定部材67が設けてある。このコレット固定部材67は、コレットホルダ49の下端部の雄ねじ69に螺合する雌ねじ71を備えており、このコレット固定部材67を回動することによって、コレット47の開放または固定を行うことができる。
また、上述のコレット固定部材67には、前記コレット47の水路溝59から下方に流出する水を水ジェットにして前記電極39を包囲するように噴射させるジェットノズル73が設けてある。
前記電極ホルダ27の下方には、充実または中空の棒状電極39の下端部(先端部)をガイドする電極ガイド装置41が設けてある。この電極ガイド装置41は、前記スライドベース17の下端部に一体的に設けた支持板43にボルトなどの締結部材により固定してある。
図5を参照するに、電極ガイド装置41は電極ガイド75の上方に偏心ガイド手段40を備えた構成である。
前記スライドベース17下部の支持板43には電極ガイドホルダ77が一体的に固定してある。この電極ガイドホルダ77には、上部に大径部79Rを備えた上面から下面に貫通する段付き孔79が設けてある。この段付き孔79の小径部には、電極ガイドブロック81を保持した筒状の電極ガイド押さえ83が下方から挿入され、電極ガイド押さえ83のフランジ部83Fが電極ガイドホルダ77にボルト85により着脱可能に取り付けてある。
前記電極ガイドブロック81には、ワークWの表面直上の位置Lにおいて前記電極39の下端部を摺動自在にかつ揺動可能に軸支する電極ガイド75が設けてある。この電極ガイド75が電極39に接触する部分は球面状に形成してあるので、電極39と電極ガイド75との接触部において電極39を摺動自在にかつ揺動可能に軸支することができる。
前記電極ガイドブロック81の軸心には、前記電極39が上下に通過自在の電極通過孔87が設けてあり、この電極通過孔87は、電極39が揺動する範囲において電極39と電極ガイドブロック81とが接触しないように上方に発散したテーパ穴または上方に発散した段付き孔となっている。
また、電極ガイドブロック81の上部には前記電極ガイド押さえ83の上部に設けた雌ねじ部に螺合するた電極ガイド押さえ用の環状ナット89を設け、前記電極ガイドブロック81を電極ガイド押さえ83に押圧固定してある。
なお、環状ナット89の中心穴径は、前記電極39が揺動する範囲において環状ナット89に接触しない十分な直径を有している。
前記電極ガイドブロック81の上方には、電極ガイド75の上方に位置して前記電極ガイド75から距離Lに位置する水平面内において前記電極39に前記電極ガイド75を支点にした円運動を与える回転自在の偏心ガイド手段40が設けてある。
上述の偏心ガイド手段40は、前記電極ガイドホルダ77の大径部79Rに設けたベアリング91に軸支され、前記電極ガイド75の軸心G.Cに対して偏心量eだけ偏心した偏心回転軸93が回転自在に軸支してある。なお、ベアリング91の上部のベアリング押さえ95によりベアリング91は電極ガイドホルダ77に固定してある。また、ベアリング91の上下面にはダストシール96が設けてある、
上述の偏心回転軸93には、前記電極39が通過自在の貫通穴97を備えた偏心ガイド支持体99が同軸に嵌合してあり、そして、この偏心ガイド支持体99の上部には前記偏心回転軸93上部の雌ねじ部に螺合する環状ナット101が設けてある。
偏心ガイド支持体99の下部には、前記電極ガイド75から前記距離Lに位置する位置において、前記電極39に摺動自在に接触して電極39を軸支する偏心ガイド部材103が偏心回転軸93と同軸に設けてある。
なお、偏心ガイド部材103が電極39に接触する部分は、前記電極ガイド75と同様に球面状に形成してあるので、電極39と偏心ガイド部材103との接触部において電極39を摺動自在にかつ摺動揺動可能に軸支することができる。
前記偏心回転軸93の上部にはプーリ105が固定してある。また、前記電極ガイドホルダ77には偏心回転軸93を回転駆動するための駆動モータ107が設けてある。この駆動モータ107の出力軸には駆動プーリ109が設けてあり、この駆動プーリ109と前記プーリ105の間に偏心回転軸用の駆動ベルト111が巻回してある。
上記構成において、駆動モータ107を回転駆動させると共に、電極39をワークWに対して適宜な速度で給送することにより、加工穴入口から出口に向かって穴径が大きくなるテーパ穴113を加工することができる。
以下に、図5、図6を参照しながらテーパ穴113の加工方法について説明する。
例えば、電極径をφd、偏心量をe、ワークWと電極ガイド75と間の距離をL、電極ガイド75と偏心ガイド部材103との間の距離をL、放電ギャップをG、ワークWの板厚をLとすると、テーパ穴113の入口径diと、出口径doは、次の計算式によって求められる。
[数1]
di=2(Ltanθ+2G)+φd・・・(1)
[数2]
do=[2(Ltanθ+2G)+φd]+2Ltanθ・・・(2)
例えば、図7に示す加工例では、電極径φd=0.1、偏心量e=0.1、L=10、L=0.4、ワークWの板厚L=1.0、放電ギャップG=0.01の場合であって、tanθ=e/L=0.01であるから、テーパ穴113の入口径di[mm]と出口径do[mm]は、di=2×(0.4×0.01+2×0.01)+0.1=0.15[mm]、do=0.15+2.0×1×0.01=0.17[mm]となる。
ここで、上述の条件で、電極ガイド75を適宜な量だけ上下動させてLを増減させれば、テーパ角度を同じにしたまま入口径diと出口径doを変更することができる。
図8〜図11は、本発明に係る細穴放電加工装置の第2の実施の形態の説明図である。なお、前記第1の実施形態の細穴放電加工装置1と同一の構成部材には同一の符号を付し詳細な説明は省略してある。
図8、図9、図10を参照するに、上下動自在のZ軸スライド19の下部には、ワンタッチカプラ25を備えた電極ホルダ203が偏心回転自在に設けてある。
電極ホルダ203にはコレットホルダ49が前記ワンタッチカプラ25により着脱可能に嵌合保持してある。前記コレットホルダ49に設けた下方に開口するコレット保持穴51に充実または中空の棒状電極39の端部を保持するコレット47が着脱可能に設けてある。
コレット47の先端部47hには、先端部47hが径方向に容易に弾性変形できるように、コレット47のチャック穴61に至る十文字状の割溝205が設けてある。また、前記コレットホルダ49の下部外周には、前記ワンタッチカプラ25の下端部に当接する鍔状の係止部65が設けてある。
前記コレットホルダ49の下端部には、コレット47の先端のテーパ部に係合してコレット47を締め付けるコレット固定部材67が設けてある。このコレット固定部材67は、コレットホルダ49の下端部の雄ねじに螺合するナットとなっており、このコレット固定部材67を回動することによって、コレット47の開放または固定を行うことができる。
図8、図11に示す様に、上述の電極ホルダ203の下方には、前記スライドベース17の下端部に一体的に設けた支持板43に前記電極39の下端部をガイドする電極ガイド装置207が設けてある。
上述のコレットホルダ49の軸心は、前記電極ガイド装置207の軸心G.Cから距離eだけ偏心して設けてある。したがって、前記回転軸29が回転駆動されると、ワンタッチカプラ25を介してコレットホルダ49が回転駆動され、コレット47に装着された電極39が前記電極ガイド装置207の軸心に対して偏心量eで偏心回転することになる。
上述の電極ガイド装置207には、前記ワークWの表面直上の位置Lにおいて前記電極39の下端部を摺動自在にかつ揺動可能に軸支する電極ガイド75と、この電極ガイド75の上方に位置して前記電極ガイド75から距離Lに位置する水平面内において、前記電極39を円軌道上に公転自在にガイドする公転ガイド209とを備えた電極ガイドブロック211が設けてある。
なお、この電極ガイド75が電極39に接触する部分は球面状に形成してあるので、電極39と電極ガイド75との接触部において電極39を摺動自在にかつ揺動可能に軸支することができる。
前記スライドベース17下部の支持板43には、電極ガイド装置207を保持するための電極ガイド支持体213が設けてある。この電極ガイド支持体213に前記電極ガイドブロック211を嵌合保持したブロックホルダ215がボルト217等の固定手段により固定してある。
ブロックホルダ215の上部には、ブロックホルダ215上部の雌ねじに螺合する環状のナット部材219が設けてあり、このナット部材219により電極ガイドブロック211をブロックホルダ215に押圧固定してある。
上述の第2の実施の形態の構成において、前記回転軸29が回転駆動されると、ワンタッチカプラ25を介してコレットホルダ49が回転駆動され、コレット47に装着された電極39が前記電極ガイド装置207の軸心に対して偏心量eで偏心回転することになる。
したがって、電極39をワークWに対して適宜な速度で給送することにより、加工穴入口から出口に向かって穴径が大きくなるテーパ穴113を加工することができる。
例えば、図12に示すように、電極ガイド75の内径をd(≒φd)、偏心量をe、ワークWと電極ガイド75と間の距離をL、電極ガイド75と公転ガイド209との間の距離をL、公転ガイド209の内径をdとすると、テーパ穴の傾斜角度θは、次式(3)から求められ、入口径diと出口径doは前記計算式(1)、(2)より求められる。
[数3]
tanθ=[(d−d)/2]/L・・・(3)
例えば、図13に示す例では電極ガイド75の内径d=0.1、公転ガイド209の内径d=0.2、L=5.0、L=0.4、ワークWの板厚L=1.0、電極径φd=0.1、放電ギャップG=0.01の場合で、tanθ=[(0.2−0.1)/2]/5.0=0.01であるからテーパ穴113の入口径di[mm]と出口径do[mm]は、計算式(1)および(2)から、di=0.15[mm]、do=di+2Δd=0.17[mm]となる。
図14は本発明に係る細穴放電加工機により、例えば、中空形状で表面側からしか加工が出来ない形状の部品の一例である、エンジンの燃料噴射ノズルに加工穴入口から出口に向かって穴径が大きくなる精密な燃料噴射穴を加工する例を示したものである。
本発明に係る細穴放電加工装置の正面図。 本発明に係る細穴放電加工装置の右側面図。 図2における、Z軸スライド部の拡大図。 図3におけるA部の拡大説明図。 図3におけるB部の拡大説明図。 本発明に係る第1の実施形態の細穴放電加工機を用いたテーパ穴加工方法の説明図。 第1の実施形態の細穴放電加工機を用いたテーパ穴加工の具体的な加工例。 本発明に係る第2の実施形態の細穴放電加工機を用いたテーパ穴加工方法の説明図。 図8におけるC部の拡大第説明図。 図におけるD−D断面図。 第2の実施形態の細穴放電加工機における電極ガイド装置の説明図。 本発明に係る第2の実施形態の細穴放電加工機を用いたテーパ穴加工方法の説明図。 第2の実施形態の細穴放電加工機を用いたテーパ穴加工の具体的な加工例。 本発明に係る第1の実施形態の細穴放電加工装置を用いたテーパ穴加工の具体的な加工例。
符号の説明
1 細穴放電加工装置
3 基台
5 ワークテーブル
7 加工槽
9(a,b) コラム
11 X軸キャリッジ
13 Y軸キャリッジ
17 スライドベース
19 Z軸スライド
21 Z軸送りねじ
23 サーボモータ
24 ナット
25 ワンタッチカプラ
27 電極ホルダ
29 回転軸
31 プーリ
33 ロータリジョイント
35 管路
37 電極モータ
39 棒状電極
41 電極ガイド装置
43 支持板
47 コレット
49 コレットホルダ
51 コレット保持穴
53 水路
55 環状スペーサ
57 貯留室
59 水路溝
61 チャック穴
65 係止部
67 固定部材
69 雄ねじ
71 雌ねじ
73 ジェットノズル
75 電極ガイド
77 電極ガイドホルダ
79 段付き孔
79R 大径部
81 電極ガイドブロック
83 電極ガイド押さえ
83F フランジ部
85 ボルト
87 電極通過孔
89 環状ナット
91 ベアリング
93 偏心回転軸
95 ベアリング押さえ
97 貫通穴
99 偏心ガイド支持
101 環状ナット
103 偏心ガイド部材
105 プーリ
107 駆動モータ
109 駆動プーリ
111 駆動ベルト
113 テーパ穴
203 電極ホルダ
205 割溝
207 電極ガイド装置
209 公転ガイド
211 電極ガイドブロック
213 電極ガイド支持体
215 ブロックホルダ
217 ボルト
219 ナット部材
221 ナット部材
W ワーク

Claims (3)

  1. 棒状電極の上端部を保持する電極ホルダと、ワーク直上の位置において前記電極の下端部を揺動可能に軸支する電極ガイドとを有し、前記電極ホルダによって把持された前記電極を前記ワークに対して自転させながら給送する細穴放電加工装置において、前記電極ガイドの上方に位置する水平面内において、前記電極に前記電極ガイドの電極軸支部を支点にした円運動を与えながら前記ワークに対して該電極を給送することにより、加工穴入口から出口に向かって穴径が大きくなるテーパ穴を加工することを特徴とする細穴放電加工機によるテーパ穴の加工方法。
  2. 上下方向に位置決め自在のスライドに棒状電極の上端部を保持する電極ホルダを回転可能に設けると共に、該電極ホルダによって把持された前記電極をワークに対して自転させながら給送する細穴放電加工機において、前記ワーク直上の位置において前記電極の下端部を揺動可能に軸支する軸支する電極ガイドと、該電極ガイドの上方に位置する水平面内において前記電極に前記電極ガイドを支点にした円運動を与える偏心ガイド手段とを備えた電極ガイド装置を昇降可能に設け、前記偏心ガイド手段により前記電極に前記水平面内において前記電極ガイドを支点にした円運動を与えながら前記ワークに対して該電極を給送することにより、加工穴入口から出口に向かって穴径が大きくなるテーパ穴を加工することを特徴とする細穴放電加工機。
  3. 上下方向に位置決め自在のスライドに棒状電極の上端部を保持する電極ホルダを設け、該電極ホルダによって把持された前記電極をワークに対して給送する細穴放電加工機において、前記ワーク直上の位置において前記電極の下端部を揺動可能に軸支する電極ガイドと、該電極ガイドの上方に位置する水平面内の円軌道上に前記電極を公転自在にガイドする公転ガイドとを同軸に設けた電極ガイド装置を昇降可能に設け、前記電極ホルダを前記電極ガイド装置の軸心に対して偏心回転可能に設け、該電極ホルダを偏心回転させることにより、前記電極に前記水平面内において前記電極ガイドを支点にした円運動を与えながら前記ワークに対して該電極を給送し、加工穴入口から出口に向かって穴径が大きくなるテーパ穴を加工することを特徴とする細穴放電加工機。
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