JP2018083224A - Fine hole composite processing device and processing method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fine hole composite processing device and processing method which processes a fine hole for a work-piece comprising a non-conductive material layer and a conductive material layer or a work-piece for which processing is difficult only by fine hole discharging processing, easily and with high processing quality and processing efficiency, and reduces an equipment cost.SOLUTION: A fine hole composite processing device which performs laser processing and fine hole discharging processing includes: a built-in processing head 20 which contains a water jet laser processing head part 30 and a fine hole discharging processing head part 40 integrally and allows an optical axis line Oof the water jet laser processing head part and a spindle axis line Rof the fine hole discharging processing head part to be coaxially lined up; a table on which a work-piece is mounted; a feeding device 50 which performs a relative feeding movement of the processing head and the table; and a control device 60 which selectively performs the laser processing and the discharging processing and controls the movement of the feeding device.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、レーザ加工と細穴放電加工とを実施する細穴複合加工装置及び加工方法に関するものである。   The present invention relates to a fine hole combined machining apparatus and a machining method for performing laser machining and fine hole electric discharge machining.

従来、切削加工を効率的に行うことのできない例えばニッケル合金あるいはチタン合金等の難削材に細穴をあけるために細穴放電加工機が用いられている。近年、そのような難削材をセラミック等の非導電性材料で被覆した難削材に細穴をあける要求も増えている。そのような場合は通常、非導電性材料に対する細穴加工にはレーザ加工が適用され、金属材料に対する細穴加工には細穴放電加工が適用される。   Conventionally, a fine hole electric discharge machine has been used to make a fine hole in a difficult-to-cut material such as a nickel alloy or a titanium alloy that cannot be cut efficiently. In recent years, there has been an increasing demand for making a fine hole in a difficult-to-cut material obtained by coating such a difficult-to-cut material with a non-conductive material such as ceramic. In such a case, laser processing is usually applied to narrow hole processing for a non-conductive material, and narrow hole electric discharge processing is applied to narrow hole processing for a metal material.

特許文献1には、金属材料だけからなる難削材に細穴放電加工を効率よく且つ高精度に実施するために、細穴放電加工に先立ってレーザ加工によりワークを貫通する下穴(加工先穴)をあけておく加工方法が記載されている。   In Patent Document 1, in order to efficiently and highly accurately perform a fine hole electric discharge machining on a difficult-to-cut material made of only a metal material, a pilot hole penetrating the workpiece by laser machining prior to the fine hole electric discharge machining (processing tip) A processing method for making holes) is described.

特許文献2には、金属材料にレーザ切断加工を行うために、レーザ切断加工に先立って必要な細穴(ピアス)の加工に細穴放電加工を適用する複合加工システムが記載されている。特許文献2の複合加工システムは、レーザ加工ヘッドと細穴放電加工ヘッドが並列に連結された一体型の加工ヘッドを有している。   Patent Document 2 describes a combined machining system in which fine hole electric discharge machining is applied to machining of fine holes (piercings) required prior to laser cutting in order to perform laser cutting on a metal material. The combined machining system of Patent Document 2 has an integrated machining head in which a laser machining head and a fine hole electric discharge machining head are connected in parallel.

特開2000−24923号公報JP 2000-24923 A 特開平7−112339号公報JP-A-7-112339

レーザ加工により細穴をあける場合、加工中にドロスやデブリが発生すること、ワークに対する熱影響が大きいこと、及び深さ方向における穴形状の変形が生じ易いことから、高精度の細穴をあけることは容易でない。また、非導電性材料が被覆された難削材に細穴をあける場合、レーザ加工機だけで加工ができるケースは限られており、従って通常はレーザ加工機と細穴加工機の両方を使用しなければならない。そうすると、レーザ加工機から細穴放電加工機へワークを載せ替える必要があるためそれぞれの加工機において段取り作業が発生する。これらの課題は、特許文献1の方法を実施する場合でも同様に生じる。   When drilling narrow holes by laser processing, dross and debris are generated during processing, the thermal effect on the workpiece is large, and deformation of the hole shape in the depth direction is likely to occur, so highly precise narrow holes are drilled. It is not easy. In addition, when drilling fine holes in difficult-to-cut materials coated with non-conductive materials, there are only a few cases that can be machined with only a laser beam machine. Therefore, both a laser beam machine and a small hole machine are usually used. Must. If it does so, since it is necessary to transfer a workpiece | work from a laser processing machine to a fine hole electric discharge machine, a setup operation will generate | occur | produce in each processing machine. These problems similarly occur even when the method of Patent Document 1 is performed.

特許文献2の複合加工システムによると、特許文献1の場合のようにワークの載せ替えは不要になる。但し、レーザ照射の光軸と細穴放電加工の電極の中心軸線はX方向でずれているので、加工ヘッドがX方向で大型化するとともに、加工ヘッドが放電加工によりピアスをあけた後にレーザ照射の光軸をピアスに合わせるためにX方向へ所定の距離移動する必要がある。そのため、前記移動距離にともなう加工時間の延長と加工プログラムにおけるステップ数の増加が生じる。また、特許文献2の複合加工システムにおいて、レーザ加工を切断ではなく細穴加工に適用したと仮定した場合には、やはり前述した理由から高精度の細穴をあけることは容易ではないと考えられる。   According to the combined machining system of Patent Document 2, it is not necessary to replace the workpiece as in Patent Document 1. However, since the optical axis of laser irradiation and the center axis of the electrode for fine hole electric discharge machining are shifted in the X direction, the machining head becomes larger in the X direction, and laser irradiation is performed after the machining head is pierced by electric discharge machining. It is necessary to move a predetermined distance in the X direction in order to align the optical axis with the piercing. For this reason, the machining time and the number of steps in the machining program increase with the movement distance. Further, in the combined machining system of Patent Document 2, when it is assumed that laser machining is applied to narrow hole machining instead of cutting, it is considered that it is not easy to make a high-precision narrow hole for the above-described reason. .

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、非導電性材料層と導電性材料層とでなるワーク、又は細穴放電加工だけでは加工の難しいワークに細穴を容易に且つ高い加工品質と加工能率をもって加工し、また、設備コストを低減できる細穴複合加工装置及び細穴複合加工方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is easy and high to make a fine hole in a work made of a non-conductive material layer and a conductive material layer, or a work difficult to machine only by fine hole electric discharge machining. An object of the present invention is to provide a fine hole composite processing apparatus and a fine hole composite processing method capable of processing with processing quality and processing efficiency and reducing the equipment cost.

前述の目的を達成するために、本発明の第1の態様によれば、レーザ加工と細穴放電加工とを実施する細穴複合加工装置において、ウォータジェットレーザ加工ヘッド部と細穴放電加工ヘッド部とを一体的に含み、ウォータジェットレーザ加工ヘッド部の光軸線と細穴放電加工ヘッド部の主軸軸線とが同軸に整列された一体型の加工ヘッドと、ワークを載置するテーブルと、加工ヘッドとテーブルとを相対的に送り動作させる送り装置と、ウォータジェットレーザ加工ヘッド部によるレーザ加工と細穴放電加工ヘッド部による放電加工とを選択的に実施させると共に送り装置の動作を制御する制御装置と、を具備する細穴複合加工装置が提供される。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a water jet laser machining head unit and a fine hole electric discharge machining head in a fine hole combined machining apparatus for performing laser machining and fine hole electric discharge machining. And an integrated machining head in which the optical axis of the water jet laser machining head and the main axis of the fine hole electric discharge machining head are coaxially aligned, a table on which the workpiece is placed, and machining Control for selectively performing laser processing by the water jet laser machining head unit and electric discharge machining by the fine hole electric discharge machining head unit and controlling the operation of the feeding device while relatively moving the head and the table. And a fine hole composite processing apparatus comprising the apparatus.

さらに、前述の目的を達成するために、本発明の第2の態様によれば、レーザ加工と細穴放電加工によってワークに細穴を加工する細穴複合加工方法において、細穴放電加工に用いるパイプ電極の先端をワークに接近させて対面させるステップと、ワークに到達する水柱をパイプ電極内を通して形成すると共に、水柱によってレーザ光をワークへ導光し、加工すべき細穴の一部をレーザ加工するステップと、パイプ電極とワークとの間に電圧を印加すると共にレーザ加工するステップで用いる水と同じ供給源からの水をパイプ電極内に供給して細穴の他の一部を細穴放電加工するステップと、を有し、レーザ加工するステップと細穴放電加工するステップを選択的に実施することによりワークに所望の細穴を加工する細穴複合加工方法が提供される。   Furthermore, in order to achieve the above-mentioned object, according to the second aspect of the present invention, the fine hole combined machining method for machining a fine hole in a workpiece by laser machining and fine hole electric discharge machining is used for fine hole electric discharge machining. A step of bringing the tip of the pipe electrode close to the workpiece and facing each other and a water column reaching the workpiece are formed through the pipe electrode, and the laser beam is guided to the workpiece by the water column, and a part of the fine hole to be machined is lasered. Applying a voltage between the pipe electrode and the workpiece, and supplying water from the same source as the water used in the laser processing step into the pipe electrode to make the other part of the narrow hole narrow There is provided an electrical discharge machining step, and a fine hole composite machining method for machining a desired fine hole in a workpiece by selectively performing a laser machining step and a fine hole electric discharge machining step is provided. It is.

本発明によると、ウォータジェットレーザ加工と細穴放電加工を適切に組み合わせることによって、例えば非導電性材料が被覆された金属の難削材からなるワーク、あるいは細穴放電加工だけでは加工の難しいワークに対しても高精度且つ高効率に細穴を加工することが可能になる。また、本発明による細穴複合加工装置1台を、ウォータジェットレーザ加工装置と細穴放電加工装置を1台ずつ個別に設備するのに比較して経済的に設備することが可能になる。   According to the present invention, by appropriately combining water jet laser machining and fine hole electric discharge machining, for example, a work made of a metal difficult-to-cut material coated with a non-conductive material, or a work difficult to machine by only fine hole electric discharge machining. However, it is possible to process the fine holes with high accuracy and high efficiency. In addition, it is possible to economically install one fine hole combined machining apparatus according to the present invention as compared to individually installing a water jet laser machining apparatus and a fine hole electric discharge machining apparatus one by one.

また、本発明による細穴複合加工装置では、レーザ加工ヘッド部の光軸線と放電加工ヘッド部の主軸軸線とが同軸に整列されているので、少なくとも水平方向にはコンパクトな加工ヘッドが実現できる。また、ウォータジェットレーザ加工から細穴放電加工へ移行する際に加工ヘッドを移動させる必要がなく従って加工時間が短縮され、加工プログラムの作成も効率化される。   Further, in the fine hole composite machining apparatus according to the present invention, the optical axis line of the laser machining head part and the main axis line of the electric discharge machining head part are aligned coaxially, so that a compact machining head can be realized at least in the horizontal direction. Further, there is no need to move the machining head when shifting from water jet laser machining to fine hole electric discharge machining, so the machining time is shortened and the machining program is efficiently created.

本発明の実施形態による細穴複合加工装置の主に加工ヘッドの構成を模式的に示す図である。It is a figure showing typically composition of a processing head mainly of a fine hole compound processing device by an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による細穴複合加工装置の機械本体の模式的な正面図である。It is a typical front view of the machine main body of the fine hole compound processing apparatus by embodiment of this invention. ウォータジェットレーザ加工を実施しているワークの模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the workpiece | work which is implementing water jet laser processing. 細穴放電加工を実施しているワークの模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the workpiece | work which is implementing the fine hole electric discharge machining.

以下、図1及び図2を参照して、本発明の実施形態による細穴複合加工装置100について説明する。図1は、本発明の実施形態による細穴複合加工装置100の構成を、加工ヘッド20を中心にして模式的に示す図であり、図2は細穴複合加工装置100の機械本体の模式的な正面図である。なお、以下においては、図示されるように互いに直交するX軸方向、Y軸方向、Z軸方向が定義され、またそれらは、それぞれを左右方向、前後方向、上下方向とも呼ばれる。   Hereinafter, with reference to FIG.1 and FIG.2, the thin hole composite processing apparatus 100 by embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a fine hole composite machining apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, with a machining head 20 as the center, and FIG. 2 is a schematic view of a machine main body of the fine hole complex machining apparatus 100. FIG. In the following, an X-axis direction, a Y-axis direction, and a Z-axis direction that are orthogonal to each other are defined as illustrated, and these are also referred to as a left-right direction, a front-rear direction, and a vertical direction, respectively.

細穴複合加工装置100は、レーザ加工と細穴放電加工の両方の加工を選択的に実施することができる。本実施形態におけるレーザ加工は、ノズル37aにより形成した水柱39によりレーザ光をワーク5まで導光するウォータジェットレーザ加工であり、また細穴放電加工はパイプ状の電極18を利用するものである。   The fine hole combined machining apparatus 100 can selectively perform both the laser machining and the fine hole electric discharge machining. Laser processing in the present embodiment is water jet laser processing in which laser light is guided to the work 5 by a water column 39 formed by a nozzle 37a, and fine hole electric discharge processing uses a pipe-shaped electrode 18.

細穴複合加工装置100は、加工ヘッド20、ワーク5を載置するテーブル10、加工ヘッド20とテーブル10とを相対的に送り動作させる送り装置50、レーザ加工と放電加工とを選択的に実施させると共に送り装置50の動作を制御する制御装置60、放電加工電源70、及び水供給源80を主要構成要素として具備する。加工ヘッド20は、ウォータジェットレーザ加工を行うためのレーザ加工ヘッド部30と細穴放電加工を行うための放電加工ヘッド部40とを一体的に含んでいて、レーザ加工ヘッド部30の光軸線Oと放電加工ヘッド部40の主軸41の回転軸線(以下、「主軸軸線」と呼ぶ)Rは同軸に整列されてZ軸方向に延びている。 The fine hole combined machining apparatus 100 selectively performs a machining head 20, a table 10 on which the workpiece 5 is placed, a feeding device 50 that relatively feeds the machining head 20 and the table 10, and laser machining and electric discharge machining. And a control device 60 for controlling the operation of the feeding device 50, an electric discharge machining power source 70, and a water supply source 80 are provided as main components. The machining head 20 integrally includes a laser machining head unit 30 for performing water jet laser machining and an electric discharge machining head unit 40 for performing fine hole electric discharge machining, and the optical axis O of the laser machining head unit 30. the axis of rotation of the main shaft 41 of the electric discharge machining head unit 40 and the a (hereinafter, referred to as "spindle axis") R Z extends in the Z-axis direction are aligned coaxially.

図2に示されるように、細穴複合加工装置100は更に、ベッド1の後部から立設されたコラム2と、コラム2の上面においてX軸方向に移動可能に支持されたXスライダ3と、Xスライダ3の上面にY軸方向に移動可能に支持されたラム4を具備する。ラム4の前面には加工ヘッド20がZ軸方向に移動可能に支持されている。加工ヘッド20の下端から突出する主軸41の先端部に電極ホルダ7が着脱可能に連結されている。電極ホルダ7の鉛直方向下方には、電極ガイド8が配置され、電極ガイド8は、ガイドアーム9の下端部に支持されている。ガイドアーム9は、ラム4の右側面に設けられたブラケット4aに、上下方向に移動可能に支持されている。ガイドアーム9の上下移動軸は、Z軸に平行であって、本明細書ではW軸と呼ぶ。ガイドアーム9は、電極ガイド8により電極18を支持できるように傾斜部分を有する。   As shown in FIG. 2, the fine hole combined machining apparatus 100 further includes a column 2 erected from the rear portion of the bed 1, an X slider 3 supported on the upper surface of the column 2 so as to be movable in the X-axis direction, A ram 4 supported on the upper surface of the X slider 3 so as to be movable in the Y-axis direction is provided. A machining head 20 is supported on the front surface of the ram 4 so as to be movable in the Z-axis direction. The electrode holder 7 is detachably connected to the tip of the main shaft 41 protruding from the lower end of the processing head 20. An electrode guide 8 is disposed below the electrode holder 7 in the vertical direction, and the electrode guide 8 is supported by the lower end portion of the guide arm 9. The guide arm 9 is supported by a bracket 4a provided on the right side surface of the ram 4 so as to be movable in the vertical direction. The vertical movement axis of the guide arm 9 is parallel to the Z axis and is referred to as the W axis in this specification. The guide arm 9 has an inclined portion so that the electrode 18 can be supported by the electrode guide 8.

電極ホルダ7と電極ガイド8との間には電極18が主軸軸線Rに沿って延在している。電極18は、円筒状のパイプ電極18であり、その上端部は電極ホルダ7によって把持されている。パイプ電極18の下端部は、電極ガイド8を上下方向に貫通している。パイプ電極18は、その外周面が電極ガイド8により支持され、前後左右方向の位置を拘束されながら、電極ガイド8内を上下方向に摺動可能となっている。パイプ電極18の内部には、放電加工時に、例えば水などの液体が供給されて、パイプ電極18の先端(下端)18aから噴射される。一方、ウォータジェットレーザ加工時には、水などの液体とともにレーザ光がパイプ電極18の先端18aから噴射及び照射される。 Electrode 18 extends along the spindle axis R Z between the electrode holder 7 and the electrode guide 8. The electrode 18 is a cylindrical pipe electrode 18, and its upper end is held by the electrode holder 7. The lower end portion of the pipe electrode 18 penetrates the electrode guide 8 in the vertical direction. The outer peripheral surface of the pipe electrode 18 is supported by the electrode guide 8 and is slidable in the vertical direction within the electrode guide 8 while restraining the position in the front-rear and left-right directions. A liquid such as water is supplied into the pipe electrode 18 at the time of electric discharge machining, and is ejected from the tip (lower end) 18 a of the pipe electrode 18. On the other hand, at the time of water jet laser processing, laser light is jetted and irradiated from the tip 18a of the pipe electrode 18 together with a liquid such as water.

パイプ電極18はその上端部が電極ホルダ7によって把持されているので、放電加工中に、主軸41が主軸軸線Rを中心に回転することによって、主軸41に連結された電極ホルダ7と、電極ホルダ7に把持されたパイプ電極18が回転する。放電加工の進行につれてパイプ電極18の先端18aが消耗するが、パイプ電極18の消耗につれて加工ヘッド20がガイドアーム9に対して下降するので、パイプ電極18の先端18aのZ軸方向の位置は望ましい位置に維持される。 Since the pipe electrode 18 whose upper end is held by the electrode holder 7, during the discharge machining by the spindle 41 rotates about the spindle axis R Z, the electrode holder 7 connected to the main shaft 41, the electrode The pipe electrode 18 held by the holder 7 rotates. Although the tip 18a of the pipe electrode 18 is consumed as the electric discharge machining proceeds, the machining head 20 descends with respect to the guide arm 9 as the pipe electrode 18 is consumed. Therefore, the position of the tip 18a of the pipe electrode 18 in the Z-axis direction is desirable. Maintained in position.

本実施形態においては、ベッド1の前部上面に設けられたテーブル10の上面には、傾斜回転テーブル装置12が搭載されている。傾斜回転テーブル装置12は、テーブル10の上面から上方に突設された前後一対の支持部材13と、それら支持部材13の間に、Y軸方向に延在する旋回軸Rbを中心としてB軸方向に旋回可能に支持された傾斜部材14と、傾斜部材14の左端面に、旋回軸Rbに垂直な回転軸Raを中心としてA軸方向に回転可能に支持された回転テーブル15とを有する。回転テーブル15にはチャック16が設けられ、チャック16にワーク5が取り付けられる。   In the present embodiment, an inclined rotary table device 12 is mounted on the upper surface of the table 10 provided on the upper surface of the front portion of the bed 1. The tilt rotary table device 12 includes a pair of front and rear support members 13 projecting upward from the upper surface of the table 10 and a pivot axis Rb extending in the Y-axis direction between the support members 13 in the B-axis direction. And a rotary table 15 supported on the left end surface of the inclined member 14 so as to be rotatable in the A-axis direction about a rotation axis Ra perpendicular to the rotation axis Rb. The rotary table 15 is provided with a chuck 16, and the workpiece 5 is attached to the chuck 16.

テーブル10の周囲には、テーブル10および傾斜回転テーブル装置12の全体を囲うように昇降可能に放電加工用の加工槽17が設けられている。なお、図2の一点鎖線は、放電加工中に加工槽17が上昇した状態を示しており、実線は、段取り作業時あるいはレーザ加工時において下降した状態を示している。また、作図が省略されているが、細穴複合加工装置100は、主にレーザ光を遮蔽するために装置全体を覆うカバーも備えている。   A machining tank 17 for electric discharge machining is provided around the table 10 so as to be able to move up and down so as to surround the entire table 10 and the inclined rotary table device 12. 2 indicates a state in which the machining tank 17 is raised during the electric discharge machining, and a solid line indicates a state in which the machining tank 17 is lowered during the setup work or the laser machining. Although drawing is omitted, the fine hole combined machining apparatus 100 also includes a cover that covers the entire apparatus mainly for shielding the laser beam.

図示は省略するが、細穴複合加工装置100は、Xスライダ3を左右方向に移動させるX軸駆動部と、ラム4を前後方向に移動させるY軸駆動部と、加工ヘッド20を上下方向に移動させるZ軸駆動部と、主軸軸線Rzを中心に主軸41を回転させる主軸回転駆動機構43と、ガイドアーム9を上下方向に移動させるW軸駆動部と、旋回軸Rbに対して傾斜部材14を傾斜させるB軸駆動部と、回転軸Raを中心にして回転テーブル15を回転させるA軸駆動部とをそれぞれ有する。これらX軸駆動部、Y軸駆動部、Z軸駆動部、W軸駆動部、主軸回転駆動機構43、B軸駆動部およびA軸駆動部は、細穴複合加工装置100の制御装置60により制御される。また、本明細書においては、これら各種駆動部が送り装置50と総称される。   Although not shown, the fine hole machining apparatus 100 includes an X-axis drive unit that moves the X slider 3 in the left-right direction, a Y-axis drive unit that moves the ram 4 in the front-rear direction, and a machining head 20 in the up-down direction. The Z-axis drive unit to be moved, the spindle rotation drive mechanism 43 that rotates the spindle 41 around the spindle axis Rz, the W-axis drive unit that moves the guide arm 9 in the vertical direction, and the tilting member 14 with respect to the turning axis Rb And a B-axis drive unit that rotates the rotary table 15 around the rotation axis Ra. These X-axis drive unit, Y-axis drive unit, Z-axis drive unit, W-axis drive unit, main shaft rotation drive mechanism 43, B-axis drive unit, and A-axis drive unit are controlled by the control device 60 of the fine hole composite machining apparatus 100. Is done. Further, in the present specification, these various drive units are collectively referred to as a feeding device 50.

以上の構成により、パイプ電極18の先端18aはテーブル10に固定されたワーク5に対してX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向に相対移動可能となり、かつB軸方向およびA軸方向に相対移動可能となる。   With the above configuration, the tip 18a of the pipe electrode 18 can be moved relative to the workpiece 5 fixed to the table 10 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, and relative to the B-axis direction and the A-axis direction. It becomes movable.

加工ヘッド20は、放電加工ヘッド部40とレーザ加工ヘッド部30を一体に含んでいる。放電加工ヘッド部40の主軸41は、それを長手方向に貫通する中心穴を有する円筒状に形成されており、その大部分が加工ヘッド20のハウジング21の内に配設されていて、下端側の一部がハウジング21から突出している。主軸41は、やはりハウジング21内に配設された一対の軸受42によって主軸軸線R回りに回転可能に支持されている。ハウジング21内には、主軸41を回転駆動するためのモータ(図示せず)及び動力伝達機構(図示せず)を含む前述の主軸回転駆動機構43も配設されている。主軸41の上端部と、レーザ加工ヘッド部30との境界には防水用のシール部材44が配置されている。主軸41の下端部には電極ホルダ7が着脱可能に連結されている。放電加工ヘッド部40は、これら、主軸41、軸受42、主軸回転駆動機構43、シール部材44、並びにそれらを収容するハウジング21の部分を含んでいる。 The machining head 20 includes an electric discharge machining head unit 40 and a laser machining head unit 30 integrally. The main shaft 41 of the electric discharge machining head portion 40 is formed in a cylindrical shape having a central hole penetrating in the longitudinal direction thereof, and most of the main shaft 41 is disposed in the housing 21 of the machining head 20 and has a lower end side. A part of which protrudes from the housing 21. Spindle 41 is rotatably supported on the spindle axis R Z around again by a pair of bearings 42 disposed within the housing 21. In the housing 21, the aforementioned main shaft rotation drive mechanism 43 including a motor (not shown) and a power transmission mechanism (not shown) for driving the main shaft 41 to rotate is also disposed. A waterproof seal member 44 is disposed at the boundary between the upper end portion of the main shaft 41 and the laser processing head portion 30. The electrode holder 7 is detachably connected to the lower end portion of the main shaft 41. The electric discharge machining head portion 40 includes a main shaft 41, a bearing 42, a main shaft rotation drive mechanism 43, a seal member 44, and a portion of the housing 21 that accommodates them.

細穴放電加工の際の加工液である水は、水供給源80から管路81を介して、レーザ加工ヘッド部30のノズルヘッド37及びノズル37aを経由して主軸41の中心穴に導入され、さらに電極ホルダ7内の図示しない流路を通してパイプ電極18内に供給される。   Water, which is a machining fluid for the fine hole electric discharge machining, is introduced from the water supply source 80 into the central hole of the main shaft 41 via the pipe 81 and the nozzle head 37 and the nozzle 37a of the laser machining head unit 30. Further, it is supplied into the pipe electrode 18 through a flow path (not shown) in the electrode holder 7.

加工ヘッド20の放電加工ヘッド部40の上側には、ウォータジェットレーザ加工を実施するために必要な各種構成要素が配設されている。具体的には、レーザ発振器31からのレーザ光を光ファイバー31aのような導光部材を介して受け取るレーザ照射ヘッド32、レーザ照射ヘッド32から照射されたレーザ光を平行光にするコリメーションレンズ33、コリメーションレンズ33からのレーザ光を図の左側に平行にシフトするための第1のミラー34及び第2のミラー35、第2のミラー35からのレーザ光を絞るフォーカスレンズ36、水柱39を形成するためのノズルヘッド37及びノズル37aが配設されている。これらウォータジェットレーザ加工のための構成要素及びそれらを収容するハウジング21の部分がレーザ加工ヘッド部30に含まれる。また、図1からわかるように、フォーカスレンズ36の光軸線Oは、主軸軸線Rに一致している。 Various components necessary for carrying out water jet laser processing are arranged on the upper side of the electric discharge machining head portion 40 of the machining head 20. Specifically, a laser irradiation head 32 that receives laser light from the laser oscillator 31 via a light guide member such as an optical fiber 31a, a collimation lens 33 that collimates the laser light emitted from the laser irradiation head 32, and collimation In order to form a first mirror 34 and a second mirror 35 for shifting the laser light from the lens 33 parallel to the left side of the figure, a focus lens 36 for narrowing the laser light from the second mirror 35, and a water column 39. Nozzle head 37 and nozzle 37a are provided. These components for water jet laser processing and the portion of the housing 21 that accommodates them are included in the laser processing head portion 30. Moreover, as can be seen from Figure 1, the optical axis O A of the focus lens 36 coincides with the spindle axis R Z.

前述のミラー及びレンズは、レーザ照射ヘッド32から照射されたレーザ光がフォーカスレンズ36によって絞られてノズル37aの入口の中心で焦点を結ぶように配置されている。ただし、実際には各種の誤差があるので、焦点位置の調整が必要である。このため、レーザ加工ヘッド部30は、第1と第2のミラー34、35の角度を変更するための第1モータ34aと第2モータ35a、及びフォーカスレンズ36の上下方向の位置を調節する図示しない第3モータ、及び焦点を撮像するアライメントカメラ38も含んでいる。なお、第2のミラー35は、レーザ発振器31から照射されるレーザ光は反射するが、そのレーザ光の波長以外の波長の光を透過する誘電体多層膜が蒸着されたガラス板から形成されている。そのため、アライメントカメラ38は、それが第2のミラー35の上方に配置されているにもかかわらずレーザ光の焦点を撮像することができる。焦点調節は、オペレータが、操作盤(図示せず)のモニタ(図示せず)上に映し出されたアライメントカメラ38の画像を見ながら第1〜第3モータを微小量駆動させることにより行われる。   The aforementioned mirror and lens are arranged so that the laser light emitted from the laser irradiation head 32 is focused by the focus lens 36 and focused at the center of the inlet of the nozzle 37a. However, since there are actually various errors, it is necessary to adjust the focal position. Therefore, the laser processing head unit 30 adjusts the vertical positions of the first motor 34a and the second motor 35a and the focus lens 36 for changing the angles of the first and second mirrors 34 and 35. It also includes a third motor that does not, and an alignment camera 38 that images the focus. The second mirror 35 is formed from a glass plate on which a dielectric multilayer film that reflects light having a wavelength other than the wavelength of the laser light is deposited while reflecting the laser light emitted from the laser oscillator 31. Yes. Therefore, the alignment camera 38 can pick up the focal point of the laser light even though it is disposed above the second mirror 35. The focus adjustment is performed by the operator driving the first to third motors by a minute amount while viewing the image of the alignment camera 38 displayed on the monitor (not shown) of the operation panel (not shown).

ノズルヘッド37は、水供給源80から管路81を介して水の供給を受ける中空状の部材である。ノズルヘッド37の底壁にウォータジェットを噴出するノズル37aが設けられ、底壁の反対側のフォーカスレンズ36に対面する上面にガラス等の透明な材料より成る窓37bが設けられている。ノズル37aから噴出されたウォータジェットにより水柱39が形成され、水柱39は放電加工ヘッド部40の主軸41及び電極ホルダ7からパイプ電極18の中を通って、テーブル10に載置されたワーク5に達する。一方、ノズル37aの入口に焦点を結んだレーザ光は、形成された水柱39の外周境界面で全反射を繰り返してワーク5まで達して、ワーク5を加工することができる。   The nozzle head 37 is a hollow member that receives supply of water from a water supply source 80 via a pipe line 81. A nozzle 37 a for ejecting a water jet is provided on the bottom wall of the nozzle head 37, and a window 37 b made of a transparent material such as glass is provided on the upper surface facing the focus lens 36 on the opposite side of the bottom wall. A water column 39 is formed by a water jet ejected from the nozzle 37 a, and the water column 39 passes from the main shaft 41 of the electric discharge machining head portion 40 and the electrode holder 7 through the pipe electrode 18 to the work 5 placed on the table 10. Reach. On the other hand, the laser beam focused on the inlet of the nozzle 37 a reaches the workpiece 5 by repeating total reflection at the outer peripheral boundary surface of the formed water column 39 and can process the workpiece 5.

本実施形態においてはウォータジェットレーザ加工時に供給される水と前述した細穴放電加工時に供給される水は、通常はそれらの水圧に差がある(ウォータジェットレーザ加工時の水圧の方が高い)ものの、共に同じ水供給源80から同じ流路を通って供給されたものである。また、ノズル37aにより形成される水柱39の軸線、及び従って水柱39によって導光されるレーザ光の光軸線Oは、主軸軸線Rに同軸に整列される。 In the present embodiment, the water supplied at the time of water jet laser processing and the water supplied at the time of the aforementioned fine hole electric discharge machining are usually different in water pressure (the water pressure at the time of water jet laser processing is higher). However, both are supplied from the same water supply source 80 through the same flow path. Moreover, axes, and therefore the laser light of the optical axis O A guided by the water column 39 of the water column 39 formed by the nozzle 37a is coaxially aligned with the spindle axis R Z.

上述したように構成された細穴複合加工装置100によると、一つのワークに対して従来それぞれ別個の装置で実施されていた細穴放電加工とウォータジェットレーザ加工を選択的に実施することが可能になる。   According to the fine hole combined machining apparatus 100 configured as described above, it is possible to selectively carry out fine hole electric discharge machining and water jet laser machining, which have been conventionally carried out with separate apparatuses, for one workpiece. become.

本実施形態の細穴複合加工装置100のテーブル10、コラム2、ラム4や送り装置50のような構造的あるいは機械的構成要素の相当な部分及び水供給源80がウォータジェットレーザ加工と細穴放電加工において共用される。これは、ウォータジェットレーザ加工装置と細穴放電加工装置を個別に2台製作するよりも低コストで細穴複合加工装置100を1台製作できることを意味する。また、設置スペースも、ウォータジェットレーザ加工装置と細穴放電加工装置を個別に準備して設置した場合に比較して縮小される。   A substantial portion of structural or mechanical components such as the table 10, column 2, ram 4, and feeding device 50 of the fine hole combined machining apparatus 100 of this embodiment and the water supply source 80 are water jet laser machining and fine holes. Shared in EDM. This means that one thin hole composite machining apparatus 100 can be manufactured at a lower cost than two water jet laser processing apparatuses and two small hole electric discharge machining apparatuses. Further, the installation space is also reduced as compared with the case where the water jet laser processing apparatus and the fine hole electric discharge machining apparatus are separately prepared and installed.

本実施形態の細穴複合加工装置100によると、レーザ加工においてドロスやデブリの発生が無く、加工物への熱影響が抑えられ、深さ方向において均一な穴径が得られるといったウォータジェットレーザ加工の利点が得られることは勿論、ワーク5をテーブル10に固定したまま、つまり一回の段取り作業により、ウォータジェットレーザ加工と細穴放電加工を連続して行うことが可能になる。さらに、この細穴複合加工装置100では、レーザ加工ヘッド部30の光軸線Oと放電加工ヘッド部40の主軸軸線Rとが同軸に整列されているので、ウォータジェットレーザ加工から細穴放電加工へ(あるいはその逆へ)移行する際に加工ヘッド20を移動させる必要がなく従って加工時間が短縮され、また加工プログラムの作成も効率化される。 According to the fine hole combined machining apparatus 100 of the present embodiment, water jet laser machining in which dross and debris are not generated in laser machining, the thermal influence on the workpiece is suppressed, and a uniform hole diameter is obtained in the depth direction. As a matter of course, the water jet laser machining and the fine hole electric discharge machining can be continuously performed while the workpiece 5 is fixed to the table 10, that is, by one set-up operation. Furthermore, in the small hole combined machining apparatus 100, since the spindle axis R Z of the optical axis O A of the laser processing head 30 discharge machining head 40 is coaxially aligned, the small hole electric discharge from the water jet laser processing When moving to machining (or vice versa), it is not necessary to move the machining head 20, so that machining time is shortened and creation of a machining program is made more efficient.

次に、例えば前述した細穴複合加工装置100を使って実施可能な本発明の実施形態による細穴複合加工方法について図3及び図4も参照して説明する。この実施形態におけるワーク5は、例えばガスタービン等のブレードの材料としても利用される遮熱コーティング材を材料としている。遮熱コーティング材は、ニッケル基耐熱合金からなる母材5aが、金属のボンド層を介してセラミックス層5bにより被覆されたものである。なお、ボンド層は薄い層であるので、図3及び図4では作図が省略されている。加工すべき細穴5cは、均一な内径を有して最終的にはワーク5を貫通する。   Next, a fine hole composite processing method according to an embodiment of the present invention that can be performed using, for example, the fine hole composite processing apparatus 100 described above will be described with reference to FIGS. The workpiece 5 in this embodiment is made of, for example, a thermal barrier coating material that is also used as a material for a blade of a gas turbine or the like. The thermal barrier coating material is obtained by coating a base material 5a made of a nickel-base heat-resistant alloy with a ceramic layer 5b through a metal bond layer. Since the bond layer is a thin layer, drawing is omitted in FIGS. The narrow hole 5c to be processed has a uniform inner diameter and finally penetrates the workpiece 5.

この実施形態による方法では、最初に、細穴放電加工に用いるパイプ電極18の先端18aをワーク5に接近させて、細穴5cをあけるべきワーク5の部分に対面させて位置決めする。   In the method according to this embodiment, first, the tip 18a of the pipe electrode 18 used for the fine hole electric discharge machining is brought close to the work 5, and is positioned so as to face the portion of the work 5 where the fine hole 5c is to be formed.

次に、図3に示されるように、ウォータジェットレーザ加工によって加工すべき細穴の一部5cをワーク5にあける。より詳しくは、ワーク5に到達する水柱39を形成し、形成した水柱39によってレーザ光をワーク5へ導光し、加工すべき細穴の一部5cをワーク5にあける。本実施形態においては、パイプ電極18が電極ホルダ7を介して主軸41に連結された状態でウォータジェットレーザ加工が行なわれる。そのため、水柱39はパイプ電極18内に形成されている。但し、水柱39はパイプ電極18の内壁に接しない太さで形成されている。 Next, as shown in FIG. 3, a part 5 c 1 of the fine hole to be machined by water jet laser machining is provided in the work 5. More particularly, it forms a water column 39 reaches the workpiece 5, and guides the laser beam to the workpiece 5 by the water column 39 formed, open part 5c 1 of the small hole to be machined in the workpiece 5. In the present embodiment, the water jet laser processing is performed in a state where the pipe electrode 18 is connected to the main shaft 41 via the electrode holder 7. Therefore, the water column 39 is formed in the pipe electrode 18. However, the water column 39 is formed with a thickness that does not contact the inner wall of the pipe electrode 18.

図3においてはレーザ光は示されないが、水柱39の径とほぼ同じビーム径のレーザ光がワーク5に照射される。本実施形態においては、レーザ光の光軸線Oが不動の場合にウォータジェットレーザ加工により得られる穴の径は最終形状の細穴5cの径よりもかなり小さいので、加工ヘッド20及び従ってレーザ光の光軸線OをXY水平方向に振ることによって穴径が拡大される。一方、ウォータジェットレーザ加工においてあける細穴の一部5cの深さは、セラミック層5bを貫通できればよく、したがって本実施形態においてはセラミック層5bの厚さプラスαの深さに設定されている。 Although laser light is not shown in FIG. 3, the workpiece 5 is irradiated with laser light having a beam diameter substantially the same as the diameter of the water column 39. In the present embodiment, the diameter of the hole obtained by the water jet laser processing when the optical axis O A of the laser light is stationary is considerably smaller than the diameter of the fine hole 5c having the final shape. hole diameter is enlarged by shaking the optical axis O a in the XY horizontal direction. On the other hand, some depth of 5c 1 of the small hole drilling in water jet laser processing is set to a depth of thickness plus α of the ceramic layer 5b in good, thus the present embodiment as long through the ceramic layer 5b .

次に、細穴の他の一部5cを細穴放電加工によって加工する。より詳しくは、主軸41を回転させるとともに、パイプ電極18とワーク5との間に電圧を印加し、ウォータジェットレーザ加工のときと同じ水供給源80からの水をパイプ電極18内に供給して加工すべき細穴の他の一部5cを細穴放電加工により加工する。これにより、ワーク5を貫通する細穴5cが完成する。 Next, the other part 5c 2 of the narrow hole is processed by the small hole electric discharge machining. More specifically, while rotating the main shaft 41, a voltage is applied between the pipe electrode 18 and the workpiece 5, and water from the same water supply source 80 as in the water jet laser processing is supplied into the pipe electrode 18. another portion of the small hole to be machined 5c 2 processed by small hole electric discharge machining. Thereby, the narrow hole 5c which penetrates the workpiece | work 5 is completed.

上記実施形態においては、ウォータジェットレーザ加工が細穴放電加工の前に実施されたが、例えばワーク5のセラミック層5cが金属母材5aの下層にある場合等には、前述の加工の順序は逆転されるであろう。また、一つの細穴に対してウォータジェットレーザ加工と細穴放電加工を繰り返し実施する実施形態も可能である。   In the above embodiment, the water jet laser processing is performed before the fine hole electric discharge processing. However, for example, when the ceramic layer 5c of the workpiece 5 is under the metal base material 5a, the above-described processing order is as follows. Will be reversed. In addition, an embodiment in which water jet laser processing and fine hole electric discharge machining are repeatedly performed on one fine hole is also possible.

この細穴複合加工方法によると、セラミックのような非導電性材料と金属材料とからなる材料に対して精細な細穴加工を効率的に実施することが可能になる。また、本実施形態におけるレーザ加工はウォータジェットレーザ加工であるので、通常のレーザ加工の際に問題となる、深さ方向における穴形状の乱れ、ドロスやデブリの発生、及び加工物への熱影響が発生しない。   According to this fine hole composite processing method, it is possible to efficiently carry out fine fine hole processing on a material composed of a non-conductive material such as ceramic and a metal material. In addition, since the laser processing in this embodiment is water jet laser processing, the hole shape disorder in the depth direction, the occurrence of dross and debris, and the thermal effect on the workpiece, which are problems during normal laser processing Does not occur.

本発明による細穴複合加工方法は、非導電性材料を有しない金属材料だけからなるワークに対して適用されてもよい。一つのワークにおいて加工すべき細穴が複数種類ある場合、細穴の深さ、内径、及び許容誤差等に応じて、最適な加工方法がウォータジェットレーザ加工と細穴放電加工のうちから選択されてよい。あるいは、金属材料だけからなるワークの一つの細穴に対してウォータジェットレーザ加工と細穴放電加工の両方を適用することにより加工時間を短縮できる場合もある。例えば、相対的に大径で深い大径部と相対的に小径で浅い小径部とからなる段付き細穴を加工する場合、大径部に対して細穴放電加工を適用し、小径部に対してウォータジェットレーザ加工を適用することにより、電極を交換することなく効率的に前記段付き細穴を得ることが可能になる。   The fine hole composite machining method according to the present invention may be applied to a workpiece made of only a metal material having no non-conductive material. When there are multiple types of fine holes to be machined in one workpiece, the optimum machining method is selected from water jet laser machining and fine hole electric discharge machining according to the depth, inner diameter, tolerance, etc. It's okay. Alternatively, in some cases, the processing time can be shortened by applying both water jet laser machining and fine hole electric discharge machining to one fine hole of a workpiece made of only a metal material. For example, when machining a stepped narrow hole consisting of a relatively large diameter and a deep large diameter portion and a relatively small diameter and a shallow small diameter portion, the small diameter electric discharge machining is applied to the large diameter portion, On the other hand, by applying water jet laser processing, it becomes possible to efficiently obtain the stepped fine holes without exchanging the electrodes.

7 電極ホルダ
10 テーブル
18 電極
20 加工ヘッド
30 レーザ加工ヘッド部
37a ノズル
39 水柱
40 細穴放電加工ヘッド部
41 主軸
50 送り装置
60 制御装置
80 水供給源
7 Electrode holder 10 Table 18 Electrode 20 Processing head 30 Laser processing head section 37a Nozzle 39 Water column 40 Narrow hole electric discharge processing head section 41 Spindle 50 Feeder 60 Controller 80 Water supply source

前述の目的を達成するために、本発明の第1の態様によれば、レーザ加工と細穴放電加工とを実施する細穴複合加工装置において、ウォータジェットレーザ加工ヘッド部と細穴放電加工ヘッド部とを一体的に含み、ウォータジェットレーザ加工ヘッド部の光軸線と細穴放電加工ヘッド部の主軸軸線とが同軸に整列された一体型の加工ヘッドと、ウォータジェットレーザ加工ヘッド部に設けられ、細穴放電加工ヘッド部の主軸に取り付けられるパイプ電極の内壁に接しない太さの水柱を形成可能なノズルと、ワークを載置するテーブルと、加工ヘッドとテーブルとを相対的に送り動作させる送り装置と、ウォータジェットレーザ加工ヘッド部によるレーザ加工と細穴放電加工ヘッド部による放電加工とを選択的に実施させると共に送り装置の動作を制御する制御装置と、を具備する細穴複合加工装置が提供される。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a water jet laser machining head unit and a fine hole electric discharge machining head in a fine hole combined machining apparatus for performing laser machining and fine hole electric discharge machining. And an integrated machining head in which the optical axis of the water jet laser machining head and the main axis of the fine hole electric discharge machining head are coaxially aligned, and the water jet laser machining head. , A nozzle capable of forming a water column having a thickness that does not contact the inner wall of the pipe electrode attached to the main shaft of the fine hole electric discharge machining head portion, a table on which the workpiece is placed, and the machining head and the table are moved relative to each other. The feed device and the laser processing by the water jet laser processing head portion and the electric discharge processing by the narrow hole electric discharge processing head portion are selectively performed and the operation of the feed device is performed. Comprising a control device for controlling a small hole composite working device is provided.

さらに、前述の目的を達成するために、本発明の第2の態様によれば、レーザ加工と細穴放電加工によってワークに細穴を加工する細穴複合加工方法において、細穴放電加工に用いるパイプ電極の先端をワークに接近させて対面させるステップと、ワークに到達する水柱をパイプ電極内を通し、パイプ電極の内壁に接しない太さで形成すると共に、水柱によってレーザ光をワークへ導光し、加工すべき細穴の一部をレーザ加工するステップと、パイプ電極とワークとの間に電圧を印加すると共にレーザ加工するステップで用いる水と同じ供給源からの水をパイプ電極内に供給して細穴の他の一部を細穴放電加工するステップと、を有し、レーザ加工するステップと細穴放電加工するステップを選択的に実施することによりワークに所望の細穴を加工する細穴複合加工方法が提供される。 Furthermore, in order to achieve the above-mentioned object, according to the second aspect of the present invention, the fine hole combined machining method for machining a fine hole in a workpiece by laser machining and fine hole electric discharge machining is used for fine hole electric discharge machining. The step of bringing the tip of the pipe electrode close to the workpiece and facing the workpiece and the water column reaching the workpiece through the pipe electrode are formed with a thickness that does not contact the inner wall of the pipe electrode , and the laser beam is guided to the workpiece by the water column. Then, water is supplied into the pipe electrode from the same source as the water used in the step of laser machining a part of the fine hole to be machined, the voltage applied between the pipe electrode and the workpiece and the laser machining step. A step of subjecting the other part of the fine hole to a small hole electric discharge machining, and selectively performing the step of laser machining and the step of electric discharge machining of the fine hole to form a desired fine hole in the workpiece. Small hole combined machining method for machining is provided.

Claims (2)

レーザ加工と細穴放電加工とを実施する細穴複合加工装置において、
ウォータジェットレーザ加工ヘッド部と細穴放電加工ヘッド部とを一体的に含み、前記ウォータジェットレーザ加工ヘッド部の光軸線と前記細穴放電加工ヘッド部の主軸軸線とが同軸に整列された一体型の加工ヘッドと、
ワークを載置するテーブルと、
前記加工ヘッドと前記テーブルとを相対的に送り動作させる送り装置と、
前記ウォータジェットレーザ加工ヘッド部によるレーザ加工と前記細穴放電加工ヘッド部による放電加工とを選択的に実施させると共に前記送り装置の動作を制御する制御装置と、
を具備することを特徴とした細穴複合加工装置。
In the fine hole combined machining device that performs laser machining and fine hole electric discharge machining,
A water jet laser machining head part and a fine hole electric discharge machining head part which are integrated, and the optical axis of the water jet laser machining head part and the main axis of the fine hole electric discharge machining head part are coaxially aligned. Machining head
A table for placing a workpiece;
A feeding device that relatively feeds the machining head and the table;
A control device for selectively performing laser processing by the water jet laser processing head portion and electric discharge processing by the fine hole electric discharge processing head portion and controlling the operation of the feeding device;
A fine hole composite processing apparatus comprising:
レーザ加工と細穴放電加工によってワークに細穴を加工する細穴複合加工方法において、
細穴放電加工に用いるパイプ電極の先端をワークに接近させて対面させるステップと、 前記ワークに到達する水柱を前記パイプ電極内を通して形成すると共に、前記水柱によってレーザ光をワークへ導光し、加工すべき細穴の一部をレーザ加工するステップと、
前記パイプ電極と前記ワークとの間に電圧を印加すると共に前記レーザ加工するステップで用いる水と同じ供給源からの水を前記パイプ電極内に供給して前記細穴の他の一部を細穴放電加工するステップと、
を有し、前記レーザ加工するステップと前記細穴放電加工するステップを選択的に実施することにより前記ワークに所望の細穴を加工することを特徴とした細穴複合加工方法。
In the fine hole combined machining method that cuts a fine hole in the workpiece by laser machining and fine hole electric discharge machining,
A step of bringing the tip of a pipe electrode used for narrow hole electric discharge machining to face the workpiece and facing the workpiece, and forming a water column that reaches the workpiece through the pipe electrode, and guiding the laser beam to the workpiece by the water column and machining Laser machining a portion of the fine hole to be
A voltage is applied between the pipe electrode and the workpiece, and water from the same supply source as that used in the laser processing step is supplied into the pipe electrode, and the other part of the narrow hole is narrow. An electric discharge machining step;
A thin hole composite machining method comprising: machining a desired fine hole in the workpiece by selectively performing the laser machining step and the fine hole electric discharge machining step.
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