JP2016005861A - 機械加工システムおよび機械加工システムの工具保持装置 - Google Patents

機械加工システムおよび機械加工システムの工具保持装置 Download PDF

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Abstract

【課題】電気機械加工を機械加工システムに簡便に組み込みでき、加工溶液の使用効率を高める。【解決手段】工作物101を電気機械加工するための機械加工システムであって、1つの実施形態では、工作機械11と、電気機械加工を行うための切削工具14と、工作機械に結合され、切削工具を導電的に保持するための工具保持装置13とを含む。工具保持装置は、切削工具を保持するための保持要素と、少なくとも1つの溶液放出要素とを含む。溶液放出要素は、加工溶液を受容し、チャネルの少なくとも1つの群を介して切削工具の所定領域に加工溶液を放出するために使用される。チャネルの各群は、切削工具の所定領域内の少なくとも2つの隣接する区間に、加工溶液をそれぞれ放出するように構成された少なくとも2つのチャネルを含む構成とする。【選択図】図1

Description

本出願は、一般的に、機械加工システムに関する。より具体的には、本出願は、電気機械加工のための機械加工システムに適用される工具保持装置に関する。
放電加工(EDM)、電解加工(ECM)、および電解放電加工(ECDM)等の電気機械加工は、電極が導電性工作物の近傍に配置され、電流が電極と工作物との間に流れることによって、工作物を局所的に加工し、工作物に所望の特徴を形成する、プロセスおよびシステムである。加工溶液が、電極上に放出され、除去された材料を運び出す。この非接触式機械加工は、接触式機械加工プロセスに優る複数の利点を有する。典型的には、電気機械加工装置は、加工溶液が適量ずつ供給されるように設けられた工具保持装置内で一体化されたチャネル/ノズルを有する。工具保持装置は、工作物の電気機械加工を行う切削工具を保持するために使用される。
コンピュータ数値制御(CNC)工作機械(または「複合工作機械」)等の機械加工システムは、工作物を機械加工するために広く使用されている。非接触式機械加工は、より効率がよく、切削工具のコストをより低く抑えられる。さらに、電気機械加工をそのような機械加工システムと統合され、それにより、より硬い工作物の機械加工が可能になる。
電気機械加工を機械加工システムに組み込むまたは組み合わせる試みがなされているが、電気機械加工を行うための機構は、比較的複雑である。さらに、従来の機械加工システムでは、加工溶液は、一般的に、流量制御をされずに1つのチャネル/ノズルからのみ放出されるため、効率よく使用されているとは言いがたい。
したがって、新規で改良された、電気機械加工のための、工具保持装置、および工具保持装置を用いた機械加工システムが求められている。
本発明の実施形態によると、工作物を電気機械加工するための機械加工システムが提供される。機械加工システムは、工作機械と、電気機械加工を行うための切削工具と、工作機械に結合され、切削工具を導電的に保持するための工具保持装置とを含む。工具保持装置は、切削工具を保持するための保持要素と、少なくとも1つの溶液放出要素とを含む。溶液放出要素は、加工溶液を受容し、チャネルの少なくとも1つの群を介して切削工具の所定領域に加工溶液を放出するために使用される。チャネルの各群は、切削工具の所定領域内の少なくとも2つの隣接する区間に、加工溶液をそれぞれ放出するように構成された少なくとも2つのチャネルを含む。
別の実施形態によると、工作物に電気機械加工作業を行う切削工具を保持するための工具保持装置が提供される。工具保持装置は、切削工具を保持するための保持要素と、少なくとも1つの溶液放出要素とを含む。溶液放出要素は、加工溶液を受容し、チャネルの少なくとも1つの群を介して切削工具の所定領域に加工溶液を放出するために使用される。チャネルの各群は、切削工具の所定領域内の少なくとも2つの隣接する区間に、加工溶液をそれぞれ放出するように構成された少なくとも2つのチャネルを含む。
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照しながら、下記の詳細な説明を読むことによって、より理解されるであろう。添付の図面において、同様の文字は同様の部品を表す。
1つの実施形態による、機械加工システムと、機械加工される工作物との概略図である。 図1の機械加工システムの工具保持装置と、工具保持装置によって保持される電極との概略側面図である。 1つの実施形態による、図2の工具保持装置の断面図である。 1つの実施形態による、図2の工具保持装置の正面図である。 別の実施形態による、図2の工具保持装置の正面図である。 さらに別の実施形態による、図2の工具保持装置の正面図である。 図1の機械加工システムの部分概略図と、別の実施形態による機械加工システムの工具保持装置の概略側面図である。 切削工具の距離関数図と、図7の保持装置の3つのチャネルから放出される加工溶液の3つの管理図である。
下記の詳細な説明では、本明細書の一部を構成する添付の図面を参照する。図面では、実施されうる特定の実施形態が例示される。これらの実施形態は、当業者が実施形態を実施することができる程度に十分に詳細に記載される。他の実施形態が使用されてもよく、論理的、機械的、電気的変更、および他の変更が、実施形態の範囲から逸脱することなくなされうることが、理解されるであろう。したがって、下記の詳細な説明は、限定的な意味で解されるべきではない。
別段定義されない限り、本明細書中で使用される技術的および科学的用語は、本発明が属する技術の当業者が通常理解している意味と同じ意味を有する。本明細書中で使用される「第1の」、「第2の」等の用語は、順序、数量、または重要性を表すものではまったくなく、1つの要素を別の要素と区別するために使用されるものである。同様に、「a」、「an」という用語は、量的な限定を表すものではなく、示される要素が少なくとも1つ存在するということを表すものである。「前」、「後」、「下」、および/または「上」等の用語は、別段注釈されない限り、単に記載の利便性のために使用されるものであり、任意の1つの位置または空間的方向に限定されるものではない。さらに、「結合される」、「接続される」という用語は、2つの構成要素間の結合/接続が、直接的か間接的かを区別することを意図するものではない。別段指摘されない限り、そのような構成要素は、直接的にも間接的にも結合/接続されうる。
図1には、1つの実施形態による、工作物101を機械加工するための機械加工システム10の概略図が示されている。非限定的な例では、機械加工システム10は、コンピュータ数値制御(CNC)工作機械(または「複合工作機械」)を含んでもよく、内部の既定の制御プログラムに従って、切削工具14によって、自動的に工作物101を機械加工してもよい。切削工具14は、機械加工システム10の工具ストレージまたは格納装置に任意に格納されてもよい。用途によっては、工具ストレージが設けられなくてもよい。
例として、図1に例示されている機械加工システム10は、工作機械11と、工具アダプタ12と、切削工具14を保持する工具保持装置13と、工具供給装置15と、電源16と、加工溶液ストレージ17と、コントローラ18とを含む。図1の機械加工システム10の大きさ、形、および構造は、単に例示であることを理解されたい。
機械加工システム10のいくつかの実施形態では、工具保持装置13は、工作物101に所望の機械加工を行うための工作機械11に結合される。工作機械11は、x軸、y軸、およびz軸のうちの少なくとも1つの軸の方向への移動等のある決まった作業を行って
もよい。1つの例では、切削工具14は、電気機械加工を行うように構成される電極を備える。
本明細書中で使用される「電気機械加工」という用語は、放電加工(EDM)、電解加工(ECM)、電解放電加工(ECDM)、放電加工(ECAM)、または電食加工を含みうる。1つの非限定的な例では、切削工具14はECDMを行う。
例として、図1に例示されている工作機械11は、工具アダプタ12を介する等して、工具保持装置13をその上で組み立てるために使用されるスピンドル111を含む。上記のように、図1は単に例示であり、示される全ての特徴を有していなくてもよい。他の実施形態では、工作機械11と工具保持装置13との間の接続構成は、他の接続構成を使用することによって作られうる。
一般的に、機械加工作業中は、電源16の負端子および正端子は、切削工具14および工作物101にそれぞれ電気的に結合する。所定のプログラムに従って、コントローラ18が、工具供給装置15を制御し、適切な切削工具14を工具保持装置13へと取り付け、工作機械11を制御し、スピンドル111を回転させる等して、移動作業を行うことによって、切削工具14が工作物101に電気機械加工を行うことを可能にする。
加工溶液ストレージ17に貯蔵される加工溶液19は、切削工具14の周辺領域に放出され、切削工具によって除去される材料を洗い流す。いくつかの実施形態では、加工溶液19は、電解液を含んでもよい。いくつかの実施形態では、機械加工作業は、機械加工システム10の異なる構造、および所望の機械加工に基づいて、変更されてもよい。
加工溶液19を、切削工具14の上または周辺に放出する時に、改良された、より効率のよい洗い流し結果を得るために、工具保持装置13には、革新的な特徴がある。1つの実施形態では、工具保持装置13は、加工溶液19を切削工具14に適量ずつ供給する2つ以上のノズルを有する。1つの例のノズルは、切削工具14が電気機械加工中に腐食しても、切削工具14が加工溶液を受容し続けるように、切削工具14の全長にわたって加工溶液19を適量ずつ供給する。本明細書中に詳細に記載されているように、工具保持装置13のいくつかの実施形態は、加工溶液19を切削工具14のいくつかの領域に、より効率的に放出する。
図2から4は、1つの実施形態による、工具保持装置13の概略図である。工具保持装置13は、接続要素131と、接続要素131と接続される保持要素132と、保持要素132の側面の周りにある複数の溶液放出要素133とを含む。
接続要素131は、工具アダプタ12を介する等して、工具保持装置13をスピンドル111に結合するために使用される。保持要素132は、切削工具14を保持するために使用される。溶液放出要素133は、加工溶液19を受容し、所望の領域に放出するために使用される。
図2および3に示されているように、保持要素132は、円筒形であり、スピンドル111と組み合わさる。接続要素131とスピンドル111との接続方法として、詳細には記載されていない、工具アダプタ12を介する従来の接続方法が使用されてもよい。
切削工具14を保持するために、保持要素132は、異なる大きさの切削工具14に柔軟に対応して締め付けることができる調整可能な締め付け部1321を含む。他の実施形態では、保持要素132の締め付け方法もまた、当業者に知られているような機構であってもよい。締め付け部1321は、詳細には記載されていない、切削工具14を保持する
従来の締め付け方法を使用してもよいことが理解される。
図2から4に示されているように、溶液放出要素133は、保持要素132の一部または全部を囲むように配置される。溶液放出要素133は、受容部1331と、放出部1335とを含む。示されているように、放出部1335は、溶液放出要素133と組み合わさるように結合される。受容部1331は、加工溶液ストレージ17からの加工溶液19を受容し、加工溶液19の放出前の緩衝部となるように使用される。放出部1335は、加工溶液19を受容部1331から切削工具14に放出し、導くために使用される。いくつかの実施形態では、受容部1331は設けられなくてもよく、したがって、放出部1335が、加工溶液ストレージ17からの加工溶液19を直接受容し、その後、加工溶液19を切削工具14に放出することになる。
例示されている実施形態では、受容部1331は、少なくとも1つの容器1332を含む。容器1332は、少なくとも1つのパイプ1333を介する等して、加工溶液19を受容するために使用される。例として、容器1332の数は4であり、パイプ1333の数も4である(図2および3には、パイプ1333は2つしか示されていない)。1つの例では、4つのパイプ1333が、受容部1331の周縁の周りに均等に配置される。
例示されている実施形態では、放出部1335は、チャネル1336の複数の群、例えば、4つの容器1332に対応する4つの群(図3には、容器1332は2つしか示されていない)を含む。1つの実施形態におけるチャネル1336の複数の群は、同一であるので、したがって、本明細書中では1つの群のみを詳細に記載する。
1つの例では、チャネル1336の各群は、並列する複数のチャネル、例えば、対応する容器1332に結合される3つのチャネル1336を含む。例えば、加工溶液19が、対応するパイプ1333を介して、所定容量だけ、容器1332に移動した場合、容器内の加工溶液19は、チャネル1336の内部開口部1334から外部開口部1337を介して放出されることになる。1つの例では、切削工具14と内部開口部1334との間の距離は、切削工具14と外部開口部1337との間の距離よりも長い。
1つの実施形態のより具体的な詳細では、各チャネル1336の延長線は、切削工具14と角度をなしており、したがって、加工溶液19がチャネル1336の開口部1337から放出される場合、放出される加工溶液191、192、および193は、切削工具14の隣接する3つの区間A〜B、B〜C、およびC〜Dをそれぞれ対象とすることになる。点「A」から点「D」までの全長は、所定の機械加工長さLである。換言すれば、機械加工プロセス中、切削工具14は、先端「D」から設定位置「A」まで徐々に消耗することになり、その後、新しい切削工具14が保持要素132に挿入され、次の機械加工プロセスが続けられることになる。
放出部1335のチャネル1336の各群の放出流路は、3つのチャネル1336等として例示されているように、複数のチャネルに分割されるため、所定の機械加工長さLは、3つの部分L1、L2、およびL3に分割され、L=L1+L2+L3となる。従来の単一チャネル設計と比べると、複数チャネル設計によって、機械加工長さLにおける機械加工寿命が延びる。切削工具に対して十分な流量の溶液を供給することによって、切削工具はより長持ちする。他の実施形態では、チャネルの各群のチャネル1336の数が、変更されてもよい。例えば、所望の機械加工長さLが非常に長い場合には、チャネルの数は3より多くてもよい。さらに、放出される加工溶液191、192、193の放出方向もまた、チャネルの各群のチャネル1336の配置を調整することによって調整されてもよい。
図4は、開口部1337によって示されているようなチャネル1336の複数の群1338を有する工具保持装置13の1つの実施形態を示している。この例では、チャネル1336の群1338は、工具保持装置13の周縁に沿って対称的に配置される。さらに、チャネル1336は、工具保持装置13の内側から外側に向かって直線的に配置される。したがって、これらのチャネル1336は、開口部1337を介して加工溶液19の4つの流れを切削工具14に供給するであろう。
図5および6に示されているように、例として、工具保持装置13の2つの他の実施形態が提示される。図5は、チャネル1336の8つの群1338を示しており、さらに洗い流し効果を増大させるものである。チャネル1336は、工具保持装置13に沿って対称的に配置され、加工溶液19の均一な流れを作る。
図6は、「V」字に配置される5つのチャネル1336を含む、チャネルの別の群1338を示している。非限定的な実施形態では、チャネル1336の数および配置は、異なる洗い流し要求および設計要件に従って変更されてもよい。
図7には、機械加工システム10の部分概略図と、別の実施形態による工具保持装置13の概略側面図が示されている。上記の実施形態に対して、この図7に例示されている実施形態の工具保持装置13は、図2に示されている単一のパイプ1333を、それぞれが3つのチャネル1336と結合される3つのパイプに変更したものである。さらに、コントローラ18が、3つのパイプ1333を介して3つのチャネル1336に流れ込む加工溶液19の流量をそれぞれ制御する。
加工溶液19を切削工具14に放出する、より効果的な洗い流しプロセスを達成するために、加工溶液19の流量の制御プロセスは、あらかじめコントローラ18内にプログラムされてもよいし、別の例では、切削要件および材料に従ってユーザーによって変更されてもよい。
例として、図8aから8dは、切削工具の距離関数図と、図7の保持装置13の3つのチャネルから放出される加工溶液の管理図とを示している。これらの図は、理論計算に基づく。図8aは、切削工具14の距離関数図(曲線81)を示しており、図8bから8dは、図7の保持装置13の3つのチャネル1336から放出される加工溶液193、192、191の管理図(曲線82、83、84)を示している。
図8aの切削工具14の距離関数図をまず参照すると、曲線81は、切削工具14の距離と時間の関係を示している。例えば、機械加工プロセスが、ゼロ時間の点0にある時、切削工具14は完全な状態である。機械加工プロセスが、第1の時間の点T1にある時、切削工具14の区間D〜C(図3に示されている長さL3)が消耗した状態である。機械加工プロセスが、第2の時間の点T2にある時、切削工具14の区間C〜B(長さL2)がさらに消耗した状態である。機械加工プロセスが、第3の時間の点T3にある(全プロセスが完了する)時、切削工具14の区間B〜A(長さL1)がさらに消耗した状態である。
曲線81によると、3つのチャネル1336の加工溶液19の流量は、コントローラ18によってそれぞれ制御される。図8bから8dに例示されている実施形態では、流量は、3つのフリーケンシ点FH、FM、FL(FH>FM>FL)において制御されてもよい。例えば、放出される加工溶液193について、制御曲線82が、コントローラ18内にプログラムされる。第1の制御段階0〜T1の間は、区間D〜Cが加工に使用されているため、第1の制御段階0〜T1の間は、放出される加工溶液193の流量は、最も多いフリーケンシFHとして制御される。第2の制御段階T1〜T2の間は、区間C〜Bが加
工に使用されており、放出される加工溶液193の需要が低減するため、第2の制御段階T1〜T2の間は、放出される加工溶液193の流量は、中間フリーケンシFMとして制御される。第3の制御段階T2〜T3の間は、区間B〜Aが加工に使用されており、放出される加工溶液193の需要がさらに低減するため、第3の制御段階T2〜T3の間は、放出される加工溶液193の流量は、最も少ないフリーケンシFLとして制御される。
放出される加工溶液193の制御と同様に、他の2つの放出される加工溶液192、191もまた、異なる制御要求に従って制御されてもよい。例として、図8cおよび8dは、詳細には記載されていない、放出される加工溶液192、191をそれぞれ制御する、対応する2つの制御曲線83および84を示している。他の実施形態では、制御曲線82、83、84は、放出される加工溶液193、192、191の異なる要求に従って調整されてもよい。
例示的な実施形態を参照しながら、本発明について記載してきたが、当業者には、様々な変更がなされてもよく、均等物が、発明の範囲から逸脱することなく発明の要素を代替しうることが理解されるであろう。さらに、特定の状況または材料を発明の教示に適合させるために、多くの修正が、発明の本質的な範囲を逸脱することなくなされうる。したがって、本発明は、発明を実行するために考察された最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲に含まれる全ての実施形態を含むであろうことを意図する。
上記のような目的または利点は、任意の特定の実施形態によって必ずしも全てが達成されなくてもよいことが理解されるであろう。したがって、例えば、当業者は、本明細書中に記載されたシステムおよび技術が、本明細書中で教示または提示されうるような他の目的または利点を必ずしも達成することなく、本明細書中で教示されたような1つの利点または複数の利点を達成するまたは最大限に活用する方法で、実施または実行されてもよいことを認識するであろう。
10 機械加工システム
11 工作機械
12 工具アダプタ
13 工具保持装置
14 切削工具
15 工具供給装置
16 電源
17 加工溶液ストレージ
18 コントローラ
19 加工溶液
81 曲線
82 制御曲線
83 制御曲線
84 制御曲線
101 工作物
111 スピンドル
131 接続要素
132 保持要素
133 溶液放出要素
191 加工溶液
192 加工溶液
193 加工溶液
1321 締め付け部
1331 受容部
1332 容器
1333 パイプ
1334 内部開口部
1335 放出部
1336 チャネル
1337 外部開口部
1338 群

Claims (20)

  1. 工作物を電気機械加工するための機械加工システムであって、
    工作機械と、
    前記電気機械加工を行うための切削工具と、
    前記工作機械に結合され、前記切削工具を導電的に保持するための工具保持装置と
    を備え、
    前記工具保持装置は、
    前記切削工具を保持するための保持要素と、
    加工溶液を受容し、チャネルの少なくとも1つの群を介して前記切削工具の所定領域に前記加工溶液を放出する少なくとも1つの溶液放出要素であって、チャネルの各群が、前記切削工具の前記所定領域内の少なくとも2つの隣接する区間に、前記加工溶液をそれぞれ放出するように構成された少なくとも2つのチャネルを備える、溶液放出要素とを備える、
    機械加工システム。
  2. 前記工作機械がスピンドルを備え、前記工具保持装置が前記工作機械の前記スピンドルに結合される、請求項1記載の機械加工システム。
  3. 前記工具保持装置が、前記工具保持装置を前記工作機械の前記スピンドルに接続するための円筒形の接続要素をさらに備え、前記保持要素が円筒形であり前記接続要素と同軸で接続される、請求項2記載の機械加工システム。
  4. 前記溶液放出要素が、前記保持要素の側面の周りにある、請求項3記載の機械加工システム。
  5. 前記溶液放出要素が、
    前記加工溶液を受容するための受容部と、
    受容される前記加工溶液を前記切削工具の前記所定領域に放出するための放出部と
    を備える、請求項4記載の機械加工システム。
  6. 前記チャネルの少なくとも1つの群の数が偶数であり、前記放出部の周縁に沿って均等に配置される、請求項5記載の機械加工システム。
  7. 前記受容部が、前記チャネルの少なくとも1つの群に対応する少なくとも1つの容器を備え、各容器が、パイプを介して前記加工溶液を受容するためのものである、請求項5記載の機械加工システム。
  8. 前記受容部が、前記チャネルの少なくとも1つの群に対応する少なくとも1つの容器を備え、各容器が、対応する前記チャネルの群の前記少なくとも2つのチャネルとそれぞれ連通する少なくとも2つのパイプを介して、前記加工溶液を受容するためのものである、請求項5記載の機械加工システム。
  9. チャネルの各群の前記少なくとも2つのチャネル内の前記加工溶液の流量がそれぞれ制御される、請求項8記載の機械加工システム。
  10. 前記切削工具の区間が加工に使用されている時、対応する前記チャネルからの前記加工溶液の前記流量が、所定の最も多い量に制御される、請求項9記載の機械加工システム。
  11. チャネルの各群のチャネルの数が3である、請求項1記載の機械加工システム。
  12. 工作物に電気機械加工作業を行う切削工具を保持するための工具保持装置であって、
    前記切削工具を保持するための保持要素と、
    加工溶液を受容し、チャネルの少なくとも1つの群を介して前記切削工具の所定領域に前記加工溶液を放出する少なくとも1つの溶液放出要素であって、チャネルの各群が、前記切削工具の前記所定領域内の少なくとも2つの隣接する区間に、前記加工溶液をそれぞれ放出するように構成された少なくとも2つのチャネルを備える、溶液放出要素と
    を備える、工具保持装置。
  13. 前記工具保持装置が、前記工具保持装置を工作機械に接続するための円筒形の接続要素をさらに備え、前記保持要素が円筒形であり前記接続要素と同軸で接続される、請求項12記載の工具保持装置。
  14. 前記溶液放出要素が、前記保持要素の側面の周りにある、請求項13記載の工具保持装置。
  15. 前記溶液放出要素が、
    前記加工溶液を受容するための受容部と、
    受容される前記加工溶液を前記切削工具の前記所定領域に放出するための放出部と
    を備える、請求項12記載の工具保持装置。
  16. 前記チャネルの少なくとも1つの群の数が偶数であり、前記放出部の周縁に沿って均等に配置される、請求項15記載の工具保持装置。
  17. 前記受容部が、前記チャネルの少なくとも1つの群に対応する少なくとも1つの容器を備え、各容器が、パイプを介して前記加工溶液を受容するためのものである、請求項15記載の工具保持装置。
  18. 前記受容部が、前記チャネルの少なくとも1つの群に対応する少なくとも1つの容器を備え、各容器が、対応する前記チャネルの群の前記少なくとも2つのチャネルとそれぞれ連通する少なくとも2つのパイプを介して、前記加工溶液を受容する、請求項15記載の工具保持装置。
  19. チャネルの各群の前記少なくとも2つのチャネル内の前記加工溶液の流量がそれぞれ制御される、請求項18記載の工具保持装置。
  20. 前記切削工具の区間が加工に使用されている時、対応する前記チャネルからの前記加工溶液の前記流量が、所定の最も多い量に制御される、請求項19記載の工具保持装置。
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