JP3145756B2 - 細穴放電加工機の電極延出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は細穴放電加工機の電極延
出方法に係り、特にパイプ状電極を２個の把持機構でつ
かみ替えて所定のシーケンスに基づき連続的に延出する
細穴放電加工機の電極延出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から形彫放電加工は金型等の投影加
工に多く適用されており、高精度の金型がこの方法によ
り製作されている。また、近年この形彫放電加工の応用
として、細径電極を備え、この電極により被加工物に電
極径に対応した径の細穴を穿孔する細穴放電加工機が開
発されてきている。この細穴放電加工機は、電極に細径
の銅やタングステン等の金属細径パイプを使用し電極先
端を被加工物に接触させずに細穴を穿孔できるのが特徴
である。このとき加工時に発生する加工屑で穴が閉塞す
るのを防止するために電極のパイプ部分を通じて加工部
に加工液を供給する放電加工機が提案されている（実開
平３−１１５２６号公報参照）。通常、このパイプ状電
極には長さが３００ｍｍ程度のパイプ状やボビンに巻回
されたコイル上をなすパイプが使用されている。このと
き電極部分は放電に伴って消耗するので、電極が一定の
長さより短くなると、電極自体における電気抵抗が変化
してしまい、放電状態が異なってしまう。また、長い状
態の先端をクランプして加工すると電極の振れが大きく
なり、電極が曲がってしまうという問題がある。したが
って、上述のパイプ状あるいは棒状の電極では一定の長
さに成ると電極を交換しなければならない。この電極交
換が頻繁に必要となると選考作業の効率が著しく低下す
る。更に、コイル上のパイプでは巻きによる湾曲形状を
除去するために電極を複数のローラで挟持して案内する
ようになっているが、コイル状に湾曲した癖は取れない
ことが多く、この種の放電加工機では加工精度が低下
し、精密加工には適さないばかりでなく、イニシャルホ
ールが曲がって形成されるとワイヤ電極を挿通しにくく
なる等、作業効率が低下するという問題がある。また、
パイプの高速回転も困難になる。

【０００３】このため、多くの放電加工機では所定長さ
のパイプ状の電極が使用されている。その一例として、
パイプ状電極が所定の消耗量に達したら、電極を一旦引
き上げ被加工物の未加工表面まで電極を移動し、その位
置で電極のクランプを解除した後、電極を被加工物の表
面まで落下させ電極を所定量延出させて再度クランプし
て加工位置に戻して加工を再開させる電極の調整方法が
提案されている（特開昭５７−９６３７０号公報参
照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のパイ
プ状電極を延出できるようにした放電加工機（特開昭５
７−９６３７０号公報）ではパイプ状電極を一旦フリー
な状態にして被加工物面に落下させ、再度クランプさせ
て加工部に再セットするようになっている。このため電
極を加工軸外の面に移動させる必要があり操作が煩雑で
あり、被加工物表面の状態によって電極延出量が異なっ
たり、作業者が常に電極の交換状況を確認する必要があ
るという問題がある。

【０００５】また、極細電極を放電加工に使用すると、
加工に伴い電極が激しく消耗するので、被加工物を安定
した状態で精度良く加工するためには電極長さを一定値
に保持することが要求される。

【０００６】一方、加工電極長さに対する電極消耗量が
さほど激しくない場合にも電極長さを一定に保持しよう
とすると、電極の余り量が大きいうちに電極を交換しな
ければならず、電極消費量が必要以上になるという問題
もある。

【０００７】そこで、本発明の目的は上述した従来の技
術が有する問題点を解消し、被加工物の種類や加工精度
に対応して設定されたシーケンスに基づき、延出量ある
いは延出回数を算出して放電加工を行うとともにパイプ
状電極を連続的に延出するようにした細穴放電加工機の
電極延出方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、細径のパイプ状電極の使用可能電極長、
および上記パイプ状電極の１回当たりの延出量または上
記パイプ状電極を延出する総延出回数を設定する工程
と、上記使用可能電極長および上記設定された１回当た
りの延出量に基づいて上記パイプ状電極を延出する所定
の総延出回数を求める、または上記使用可能電極長およ
び上記設定された総延出回数に基づいて上記パイプ状電
極の１回当たりの所定の延出量を求める工程と、上記設
定された１回当たりの延出量または上記所定の延出量に
従って上記パイプ状電極を把持解放する第１の把持機構
により上記パイプ状電極を把持して上記第１の把持機構
の近傍で給電しつつ細穴放電加工する工程と、上記細穴
放電加工中に上記第１の把持機構の下端の位置を検出す
る工程と、上記第１の把持機構の下端の位置が上記パイ
プ状電極を案内するガイドリングの上方に設けられた第
２の把持機構の上端の位置に到達したときには放電加工
を中断し中断位置を記憶する工程と、放電加工を中断し
たときには、上記第２の把持機構を閉じてから上記第１
の把持機構を解放して上記パイプ状電極を上記設定され
た１回当たりの延出量または上記所定の延出量だけ延出
させた後、上記第１の把持機構を閉じてから上記第２の
把持機構を解放し、上記記憶した中断位置に位置決めし
て放電加工を再開する工程と、上記パイプ状電極を延出
した延出回数を計数する工程と、上記計数された延出回
数が上記設定された総延出回数または上記所定の総延出
回数を超えたときには、上記パイプ状電極を新たなパイ
プ状の電極に交換する工程と、を含んで成ることを特徴
とするものである。

【０００９】

【作用】本発明によれば、パイプ状電極の電極延出動作
を特定するデータの入力により上記電極延出動作の１回
当たりの延出量あるいは総延出空き数を算出して放電加
工を行なうとともに、上記電極の作業方向座標を追跡検
出し、上記電極の所定の位置が延出動作位置に到達した
ことを確認して複数の把持解放機構による掴み替え動作
により上記電極を設定延出量だけ繰り出す動作を総延出
回数のルーブで実行するようにしたので、１回の延出量
を規定した電極延出により被加工物の形状や種類に応じ
て電極長さを一定値に保持でき、電極消耗量の変化がさ
ほど激しくない場合には延出回数を設定することで電極
余り量を最小にすることができ、電極の節約もできる。

【００１０】

【実施例】以下本発明による細穴放電加工機の電極延出
方法の一実施例を図１乃至図３を参照して説明する。ま
ず、本発明による電極延出方法を行う細穴放電加工機と
その周辺装置の構成について図１を参照して説明する。
図１は細穴放電加工機の本体とこの本体を制御、作動す
るための各種ユニット群とを示している。図１におい
て、符号１は本体固定部の一部のコラムを示しており、
このコラム１には電極駆動部を支持する支持フレーム２
が固着されている。この支持フレーム２は略コ字形をな
した剛性の高いフレームで上側フランジ２ａにはサーボ
モータ３が装備されている。このサーボモータ３には微
動調整の行えるＤＣサーボモータやパルスモータが採用
されている。またサーボモータ３の回転軸４には支持フ
レーム１に沿って配置されたボールねじ５が固着され、
さらにこのボールねじ５にはナット６が螺着されてい
る。このナット６はボールねじ５の回転によりＺ軸方向
に移動することができる。さらにこのナット６の側面に
は略コ字形の軸受フレーム７が固着されている。この軸
受フレーム７には細長筒状の電極ケース８を回転自在に
支持する軸受９が回着され、上側フランジ７ａには回転
駆動モータ１０が装備され、この回転駆動モータ１０は
ギヤトレイン１１を介して電極ケース８を回転するよう
になっている。また、軸受９の下面近傍で電極ケース８
にスリップリング１２が摺動自在に嵌着されている。こ
のスリップリング１２により電極ケース８を介してパイ
プ状電極１３に通電されるようになっている。このとき
ナット６の昇降位置はサーボモータ３に内蔵されたロー
タリエンコーダＲ１により検出される。また、回転駆動
モータ１０はロータリエンコーダＲ２により、その回転
角が検出される。なお、ロータリエンコーダＲ１に代え
て光学式リニアエンコーダを備えることもできる。ま
た、パルスモータを使用してエンコーダを使用しないオ
ープンループ制御を行うことも可能である。

【００１１】ところで、図２に示したようにパイプ状電
極１３を電極ケース８内に保持するためにコレット１４
が電極ケース８の下端内面のテーパ部に沿って嵌着され
ている。さらにこのコレット１４の端面に当接するよう
にしてコレットナット１５が電極ケース８の下端に螺着
されている。このコレットナット１５を正逆回動させる
ことによりコレット１４を電極ケース８の軸方向に移動
させ、電極１３を把持解放できるようになっている。ま
た、コレットナット１５はコレットフィンガー１６の締
め付けにより回動を抑止されるようになっている。この
コレットフィンガー１６はロッド１７を介してアクチュ
エータ１８により操作される。したがって、コレット１
４を把持解放させるにはアクチュエータ１８を作動して
コレットフィンガー１６でコレットナット１５を固定
し、回転駆動モータ１０をＡまたはＢ方向に回転し、電
極ケースを開方向（Ｏ方向）または閉方向（Ｓ方向）に
回転させることによりコレット１４を軸方向に移動させ
ればよい。以上のような構成により第１の把持機構を構
成することができる。

【００１２】一方、支持フレーム２の下側フランジ２ｂ
には電極１３の真直度を保持するためのガイドリング１
９が取付けられている。このガイドリング１９に電極１
３を遊嵌させて電極１３の送り出し方向を案内できるよ
うになっている。また、ガイドリング１９の上方には電
極１３を把持解放可能なガイドフィンガー２０が装着さ
れている。このガイドフィンガー２０はコレットフィン
ガー１６と同様にロッド２１を介してアクチュエータ２
２により操作されるようになっている。このガイドフィ
ンガー２０は第２の把持機構を構成する。

【００１３】さらに電極１３の先端の延長上の下方には
加工液Ｌ中に被加工物２３が浸漬固定された加工液タン
ク２４がＸ−Ｙテーブル２５上に載置されている。この
Ｘ−Ｙテーブル２５には被加工物２３を所定形状に加工
するためにＸ軸、Ｙ軸方向に駆動可能なサーボモータＭ
ｘ、Ｍｙが装備されている。

【００１４】ここで図２により加工液Ｌの循環経路につ
いて説明する。加工液Ｌは加工液供給ユニットＵ１から
軸受９に送液され、軸受９内に形成されたキャビティ９
ａを満たすとともに電極ケース８の側面に穿設された導
入孔を通じて電極ケース８内に充填される。このとき電
極ケース８内にはパイプ状の電極１３が収容されてお
り、このパイプ状電極１３の上端部は開口されているの
で、この開口を通じて加工液Ｌがパイプ状電極１３内に
流入し、パイプ内を流下して下端より加工液タンク２４
に流出するようになっている。そして加工液Ｌは再び加
工液タンク２４から加工液供給ユニットＵ１へ循環す
る。なお、この加工液Ｌが外部に漏洩するのを防止する
ためにキャビティ９ａの電極ケース８との摺動部分にリ
ング状のシール材２６が装着されている。また、コレッ
ト１４と電極１３との接触部分にも同様のシール材２７
が設けられている。

【００１５】次に、細穴放電加工機の本体に接続された
制御ユニットと作動ユニットの構成について説明する。
符号Ｕ２は駆動系制御ユニットを示しており、この駆動
系制御ユニットＵ２はサーボモータ３を制御するととも
に、電極ケース８を正逆回転させる回転駆動モータ１０
を制御するようになっている。また、この駆動系制御ユ
ニットＵ２には空気供給ユニットＵ３が接続されてお
り、この空気供給ユニットＵ３と駆動系制御ユニットＵ
２とが連係して第１の把持機構と第２の把持機構の把持
解放を行い、電極１３を保持するコレット１４を締めた
り緩めたりするできるようになっている。さらにこの駆
動系制御ユニットＵ２は加工液タンク２４が載置された
Ｘ−Ｙテーブル２５を平面移動させる駆動用のサーボモ
ータＭｘ、Ｍｙを制御し、被加工物は所定位置に正確に
位置決めされる。

【００１６】また、細穴放電加工用の電源として細穴か
香典Ｋ現ユニットＵ４が設けられている。この細穴加工
電源ユニットＵ４は一端が軸受９の下面近傍かつコレッ
ト１４の上側近傍のスリップリング１２に接続されてお
り、他端はＸ−Ｙテーブル２５を通じて加工液タンク２
４内の端子に接続され、被加工物２３に通電されるよう
になっている。さらに上述の加工液供給ユニットＵ１を
加えた各制御系をまとめているのが、システム制御ユニ
ットＵ５である。このシステム制御ユニットＵ５は細穴
放電加工機と作業者とのインタフェースの役割を果た
し、作業状況をリアルタイムに表示可能な表示部３０
と、放電加工用のＮＣデータや電極延出設定データ等を
記憶格納する記憶部３１と、端末機３３や外部の記憶装
置３４からの指令やデータ出力を制御ユニットＵ５に接
続するための入力インタフェース３２とを備えている。

【００１７】次に、上述の構成からなる細穴放電加工機
において、放電加工の加工情報と電極延出データを入力
して放電加工を行い、電極の位置を検出して電極延出動
作を行う一連の作業フローについて図３乃至図８を参照
して説明する。まず図３により放電加工制御及び電極延
出制御に使用する定数及び変数パラメータについて定義
し、これらの値を用いて各作業のフローの説明を行う。
装置に固有のパラメータとしては電極掴み代ｌｂと使用
不可電極長ｌｄがある。両者はともに装置に依存した固
有値で使用機種により設定される。実際にはｌｂは図２
に示した電極ケース８の下端のコレット１４に相当し、
ｌｄはガイドフィンガー２０の上面から被加工物２３表
面までの距離に相当する。また電極パラメータとしては
電極使用可能長ｌａがある。この電極使用可能長ｌａは
電極ケース８内に収容された電極の長さのうち、電極掴
み代ｌｂを差し引いた長さをとる。さらに放電加工作業
時のパラメータとしては電極先端のＺ軸座標が定義され
ている。定数としては加工終了座標（被加工物加工深
さ）Ｄｚ、ガイドフィンガー上端Ｚ座標Ｄｐがあり、電
極先端のＺ座標変数としては電極先端座標Ｚ₁ とコレッ
トフィンガー下端座標Ｚ₂ とが定義されている。電極先
端座標Ｚ₁ は放電加工作業の終了の判断において参照さ
れ、コレットフィンガー下端座標Ｚ₂ は電極延出のタイ
ミングを参照するために使用される。

【００１８】次に、放電加工作業全体の作業フローにつ
いて図４を参照して説明する。図４は放電加工作業のメ
インフローの一例を示したものである。このフローチャ
ートをもとにその作業の流れを説明する。放電加工作業
に先立ち、加工情報を細穴放電加工機に入力する（ステ
ップＭ１００）。この入力データは端末機のキーボード
（ＫＢ）から直接座標等を入力したり、計測器から収集
したデータを記録したフロッピーディスク（ＦＤ）ある
いは磁気テープ（ＭＴ）により入力することができる。
さらにこのとき電極延出方法を設定するパラメータＰを
入力する（ステップＭ１１０）。このパラメータとして
はＰ＝１の場合には延出回数Ｎを設定し、Ｐ＝２の場合
には１ストローク延出量ｌｘを設定して電極延出を行う
ようになっている。なお、このパラメータＰを入力しな
いでマニュアル操作で１ストローク延出量ｌｘ及び延出
回数Ｎを直接入力しても良い。パラメータＰが入力され
た場合にはパラメータＰが参照され（ステップＭ１２
０）、Ｐ＝１の場合にはサブルーチンＳＵＢ１において
１ストローク延出量ｌｘを入力することにより延出回数
Ｎの計算が行われ、（ステップＭ１３０）Ｐ≠１の場合
にはサブルーチンＳＵＢ２において延出回数Ｎを入力す
ることにより１ストローク延出量ｌｘが算出される（ス
テップＭ１４０）。この結果を踏まえて、ステップＭ１
００で入力された加工情報をもとに放電加工が行われる
（ステップＭ１５０）。放電加工が進行して電極先端座
標Ｚ₁ が加工終了座標Ｄｚに達したかが判断される。す
なわち、被加工物加工深さ分の加工の終了の判断がなさ
れる（ステップＭ１６０）。そして電極先端座標Ｚ₁ が
加工終了座標Ｄｚに達した場合には放電加工は終了する
（ステップＭ１７０）。一方、電極先端座標Ｚ₁ が加工
終了座標Ｄｚに達していない場合には放電加工が続行さ
れ、この間に電極が消耗し、コレットフィンガー下端座
標Ｚ₂ がガイドフィンガー上端Ｚ座標Ｄｐに達したかが
判断される（ステップＭ１８０）。次いで、コレットフ
ィンガー下端座標Ｚ₂ がガイドフィンガー上端Ｚ座標Ｄ
ｐに達していない場合には放電加工が続行され、達した
場合には放電加工が中止される（ステップＭ１９０）。
このときｎ＜Ｎの場合にはサブルーチンＳＵＢ３で設定
されたシーケンスにより電極延出動作が行われ（ステッ
プＭ２１０）、ｎ＞Ｎの場合には電極を新しいものに交
換する作業を行う（ステップＭ２２０）。延出動作を行
った場合には延出回数ｎをカウントし（Ｍ２３０）、ス
テップＭ１５０にループする。一方、電極交換を行った
場合にはその後延出回数ｎをリセットし（Ｍ２４０）、
必要な場合には電極データの再設定を行い（ステップＭ
２５０）、ステップＭ１２０にループして指定された延
出パラメータＰの指示に従って電極延出データを算出す
る。

【００１９】ここで、上述の各サブルーチンの概略フロ
ーを図５乃至図７により簡単に説明する。図５はサブル
ーチンＳＵＢ１のフローを示しており、このサブルーチ
ンでは使用される電極の全長ｌ₀ と１ストローク延出量
ｌｘとを設定、入力する。（ステップＳ１００，Ｓ１１
０）。このデータによりあらかじめ設定されているパラ
メータをもとに延出回数Ｎを算出し（ステップＳ１２
０，Ｓ１３０）、メインフローにｌｘとＮとを返す。図
６はサブルーチンＳＵＢ２のフローを示しており、この
サブルーチンでは使用される電極の全長ｌ₀ と延出回数
Ｎとを設定、入力する。（ステップＳ２０００，Ｓ２１
０）。このデータによりあらかじめ設定されているパラ
メータをもとに１ストローク延出量ｌｘを算出し（ステ
ップＳ２２０，Ｓ２３０）、メインフローにｌｘとＮと
を返す。

【００２０】なお、電極延出量の設定において、被加工
物の加工深さは放電加工における電極送り量と電極消耗
量との差となる場合には電極延出量は電極消耗量に等し
い量に設定すれば良い。これにより加工電極長さを一定
に保持することができる。またＺ軸ストロークよりも電
極送り量が大きい加工の場合にはＺ軸ストロークエンド
になるたびに電極の延出動作を行う必要がある。

【００２１】次に、電極延出動作について図７において
そのフローチャートを、図８において掴み替え手順の動
作の作業フローを示して説明する。放電加工が行われ、
電極１３が消耗して短くなり、コレットフィンガー下端
座標Ｚ2 がガイドフィンガー上端Ｚ座標Ｄｐに達した状
態でその加工中断位置を記憶する（ステップＳ３０
０）。この状態で加工液Ｌの供給を中止して、電極１３
のつかみ替え動作を開始する（ステップＳ３１０）。ま
ずステップＳ３２０でガイドフィンガー２０を閉じ、こ
の状態からさらに図示しないコレットフィンガーを閉
じ、図示しない電極ケースをＯ方向に回転させ、コレッ
ト１４の締付けを解く（ステップＳ３３０）。この状態
で図示しないサーボモータを回転させ、ナット６の回転
を介して回転駆動部をボールねじ５に沿ってＺ軸方向を
上昇させる（ステップＳ３４０）。さらにコレット１４
を閉じて（ステップＳ３５０）、ガイドフィンガー２０
を開いて加工液Ｌを再びパイプ状電極１３内に循環さ
せ、新しい電極を把持した状態で位置決めを行い、放電
を再開する（ステップＳ３６０）。

【００２２】以上のサイクルにより電極延出を連続的に
行えるので、極長電極の使用も可能となる。また、超深
孔加工も容易に行える。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本願発
明によればパイプ状電極を把持する第１の把持機構と第
２の把持機構のつかみ替えの把持解放動作と、上記回転
駆動部の昇降動作とを相互に制御する制御部からの設定
値に基づく動作指令により上記パイプ状電極を順次延出
してクランプするようにしたので、安定して連続的な細
穴放電加工作業を行なえるとともに、広い範囲の細穴加
工が可能となる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電極延出方法の一実施例に使用さ
れる細穴放電加工機の構成図。

【図２】図１に示した細穴放電加工機の回転駆動部を示
した一部断面図。

【図３】電極延出制御に使用する定数及び変数パラメー
タ説明図。

【図４】本発明による放電加工作業フローの一例を示し
たフローチャート。

【図５】図４のメインフローのサブルーチンＳＵＢ１を
示したフローチャート。

【図６】図４のメインフローのサブルーチンＳＵＢ２を
示したフローチャート。

【図７】図４のメインフローのサブルーチンＳＵＢ３を
示したフローチャート。

【図８】図７に示したパイプ状電極の掴み替え手順の動
作を示した作業フロー図。

【符号の説明】

２ 支持フレーム ３ サーボモータ ５ ボールねじ ６ ナット ８ 電極ケース ９ 軸受 １０ 回転駆動モータ １３ パイプ状電極 １４ コレット １６ コレットフィンガー １８，２２ アクチュエータ ２０ ガイドフィンガー ２３ 被加工物 ２４ 加工液タンク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−156619（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−221323（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−100741（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23H 1/00 - 11/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】細径のパイプ状電極の使用可能電極長、お
   よび上記パイプ状電極の１回当たりの延出量または上記
   パイプ状電極を延出する総延出回数を設定する工程と、
   上記使用可能電極長および上記設定された１回当たりの
   延出量に基づいて上記パイプ状電極を延出する所定の総
   延出回数を求める、または上記使用可能電極長および上
   記設定された総延出回数に基づいて上記パイプ状電極の
   １回当たりの所定の延出量を求める工程と、上記設定さ
   れた１回当たりの延出量または上記所定の延出量に従っ
   て上記パイプ状電極を把持解放する第１の把持機構によ
   り上記パイプ状電極を把持して上記第１の把持機構の近
   傍で給電しつつ細穴放電加工する工程と、上記細穴放電
   加工中に上記第１の把持機構の下端の位置を検出する工
   程と、上記第１の把持機構の下端の位置が上記パイプ状
   電極を案内するガイドリングの上方に設けられた第２の
   把持機構の上端の位置に到達したときには放電加工を中
   断し中断位置を記憶する工程と、放電加工を中断したと
   きには、上記第２の把持機構を閉じてから上記第１の把
   持機構を解放して上記パイプ状電極を上記設定された１
   回当たりの延出量または上記所定の延出量だけ延出させ
   た後、上記第１の把持機構を閉じてから上記第２の把持
   機構を解放し、上記記憶した中断位置に位置決めして放
   電加工を再開する工程と、上記パイプ状電極を延出した
   延出回数を計数する工程と、上記計数された延出回数が
   上記設定された総延出回数または上記所定の総延出回数
   を超えたときには、上記パイプ状電極を新たなパイプ状
   の電極に交換する工程と、を含んで成る細穴放電加工機
   の電極延出方法。