JP3575993B2

JP3575993B2 - 放電加工機

Info

Publication number: JP3575993B2
Application number: JP20548498A
Authority: JP
Inventors: 俊雄鈴木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1998-07-21
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2018-07-21
Also published as: JP2000033522A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、放電加工機に関し、さらに詳しくは、作業効率が良く自動化に適する放電加工機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来の放電加工機の一例を示す構成図である。この放電加工機において、電極１０１は、加工形状を反転した形状に製作される（以下、総形電極という）。この電極１０１は、銅またはグラファイトで製作され、放電加工機のチャック１０２に取り付けられる。ワークＷは、加工漕１０３内のテーブル１０４に固定される。加工漕１０３内には、加工液１０５が入れてある。電極１０１とワークＷとは、駆動機構（図示省略）と制御装置１０６とにより、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向（左右、前後、上下方向）に相対移動制御される。電極１０１は、加工電源から電力の供給を受ける。放電加工機の横には、走査盤１０７が設置してある。
【０００３】
つぎに、この放電加工機の動作を説明する。電極１０１とワークＷとは絶縁体である加工液１０５を介して対向している。電極１０１とワークＷとの間に電圧を印可し、サーボ機構（図示省略）により電極１０１をワークＷに近接させると、絶縁破壊が起こって放電が発生する。サーボ機構を制御して電極１０１とワークＷとの間隔を適切に保つことにより、放電が連続的に発生する。ワークＷは、連続して発生する放電エネルギーによって電極１０１の形状通りに溶融する。この結果、ワークＷに電極１０１の形状を転写できる。
【０００４】
加工速度は放電電流に比例するため、大電流を流すほど加工速度が速くなる。しかし、大電流を流すことにより、加工面が荒くなる。また、電流を過渡に流すと、放電現象を不安定にしたり、電極１０１を損傷させる。このため、要求される面性状や加工面積により、電流値を最適に制御する必要がある。
【０００５】
また、加工によって電極消耗が生じる。このため、高精度な加工や細かい面性状が要求される場合、比較的大きな加工電流を流すことで大まかな形状を得る荒加工用電極と、小さな電流で精度、面性状を仕上げる仕上加工用電極とを用意し、使い分ける。
【０００６】
図８は、パイプ形状の電極（以下、パイプ電極という）を使用する従来の放電加工装置を示す部分斜視図である。パイプ電極１は、銅または銅−タングステン合金により作られる。パイプ電極１は、直径数ｍｍ以下の深穴をワークＷに貫通させるような加工（細穴加工）に使用する。パイプ電極１は、回転装置（図示省略）に取り付けられており、毎分数百〜数千回転で回転する。パイプ電極１の中央の穴からは、加工屑の排出を促進するための加工液が噴出する。パイプ電極１の消耗が激しいため、加工深さの数倍の電極長さが必要になる。パイプ電極１には、一般的に２００ｍｍ〜３００ｍｍ程度の長さのものが用いられる。
【０００７】
ワークＷの上面には、電極ガイド２が配置されている。長細いパイプ電極１を高速で回転する際に生じる当該パイプ電極先端部分の振れを抑制するためである。この電極ガイド２は、パイプ電極１の直径より数μｍ大きい径のガイド穴３を持つ。電極ガイド２は、細穴ガイド治具２００に取付けられ、上下に位置変更することができる。細穴ガイド治具２００により、異なる板厚のワークＷであっても、電極ガイド２をワークＷの上面に設置できる。細穴ガイド治具２００は、電極ガイド２を保持するアーム８１と、アーム８１を取付けたプレート８３と、プレート８３をフレーム８４に沿って移動させる直線ガイド８５と、送り動作を行うボールネジ８６と、ネジ部を回転させるハンドル８７と、ストッパ８７ａとから構成されている。
【０００８】
電極ガイド２は、パイプ電極１とＸＹ平面上で同一の動きをする必要がある。このため、細穴ガイド治具２００は、チャック１７を持つ構造体ラム１８に固定される。なお、総形電極で加工を行う場合には、アーム８１が総形電極やワークＷと干渉するため、図９に示すように、カップリング２０１および偏芯ピン２０２により着脱可能になっている。
【０００９】
また、パイプ電極１を用いて２．５次元形状の加工を行う放電加工が知られている。この放電加工方法では、パイプ電極１を回転させながら当該パイプ電極１とワークＷとを相対移動することで、エンドミルによる加工のような電極形状と異なる形状を加工することができる。この放電加工方法では、パイプ電極１の底面で加工する場合と、側面で加工する場合との２通りがある（以下、輪郭加工という）。輪郭加工では、パイプ電極１が規格品であって総形電極のように電極製作の必要がないこと、消耗しても新しい部分を使用すればよいこと、電極底面を使用する場合は常に加工面積が一定であるため加工が安定で且つ平坦度および面性状に優れた加工面が得られることなどのメリットがある。
【００１０】
ところが、輪郭加工では、電極面積が小さいために加工時間が長くなる。そこで、荒加工は径の太いパイプ電極１で行い、仕上加工は必要とされる最小のスリット幅やコーナ半径に応じた細いパイプ電極１で行うようにしている。この場合、電極ガイド２もパイプ電極１の径に合わせて交換する必要がある。自動化を図るには、電極ガイド２の交換を自動的に行わなければならない。
【００１１】
そのような電極ガイド２の自動交換機能を持つ細穴ガイド治具４の一例を図１０に示す。この細穴ガイド治具４は、電極ガイド２を左右方向に移動させる機構を設けている。左右移動機構は、アーム５を保持するサブプレート６と、サブプレート６を左右方向にガイドする直線ガイド７と、サブプレート６の移動を行うエアシリンダ８と、サブプレート６の左右位置を規制するブロック９とを備えている。アーム端部には、ガイド穴径３の異なる２種類の電極ガイド２ａ、２ｂが備えてある。左右移動機構は、スイッチや制御装置の指令に基づき、電極ガイド２のサイズを切り換える。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の放電加工機では、パイプ電極１を用いて細穴加工や輪郭加工を行うことができる。また、異なる径のパイプ電極１を用いる場合には、ガイド穴径の異なる２種類の電極ガイド２ａ、２ｂを左右移動機構により切り換えるようにしている。また、電極ガイド２を保持するアーム５、８１は、カップリング２０１と偏心ピン２０２を用いて、プレート側に取り付けてある（図１２参照）。総形加工を行う場合は、アーム５、８１が邪魔になるので、作業者がカップリング部分で取り外すようにしている。
【００１３】
しかしながら、上記放電加工機では、総形加工と、細穴加工または輪郭加工とを切り換える場合、アーム５、８１の着脱を作業者が行っているので、総形電極とパイプ電極とによる連続加工が困難で、自動化しにくいという問題点があった。具体的には、図１１に示すような形状の加工を行う場合、総形電極により幅の広い部分Ｗ３を除去した後、総形電極からパイプ電極に交換して、幅の狭い部分Ｗ４の除去を行う。このため、電極交換過程において、作業者によりアーム５、８１の着脱を行う必要がある。
【００１４】
また、パイプ電極による輪郭加工を行う場合、上記放電加工機のように電極ガイド２ａ、２ｂを左右方向に移動させてガイドしている。しかし、電極数が多くなると電極ガイド２が横方向に大きくなるため、場所をとるという問題点があった。
【００１５】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、総形電極と棒状電極とによる連続加工ができ、自動化に適する放電加工機を得ることを目的とする。また、電極数が増えても場所をとらない放電加工機を得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による放電加工機は、総形電極または棒状電極を保持するチャックと、チャック下方に配置されると共に、棒状電極径より僅かに大きな径を持つガイド穴を持ち、このガイド穴に回転する棒状電極を挿入して当該棒状電極をガイドする電極ガイドと、電極ガイドを保持し、旋回のみで電極ガイドを加工位置から上方に退避させる電極ガイド退避装置と、総形電極と棒状電極との交換を行う電極自動交換装置と、を備え、総形電極と棒状電極とにより連続加工を行うものである。
【００１７】
電極ガイドは、回転する棒状電極をガイドし、振れを防止する。総形電極を用いる場合は、電極ガイドが邪魔になるので、これを退避させる。電極ガイドは、旋回のみによって退避させる。電極交換は、電極自動交換装置により行う。電極ガイドを退避させることで、総形電極に自動交換できるようになるので、総形電極と棒状電極とによる連続加工が可能になる。また、従来、電極ガイドを回転および上昇させる機構により電極ガイドの退避を行うものがあったが、この発明では、旋回のみで電極ガイドを退避できるので、構造が簡単になる。
【００１８】
つぎの発明による放電加工機は、上記放電加工機において、電極ガイドを複数有すると共に各電極ガイドのガイド穴径を異なるものとし、加工に用いる棒状電極の径に従い、電極ガイドを移動交換するようにしたものである。
【００１９】
棒状電極による輪郭加工では、異なる径の棒状電極を用いる。このため、ガイド穴径の異なる電極ガイドを、棒状電極の径に基づいて自動的に移動交換するようにした。また、上記同様に電極ガイドの退避が可能であるから、棒状電極による輪郭加工のみならず総形電極による総形加工も連続的に行うことができる。
【００２０】
つぎの発明による放電加工機は、上記放電加工機において、電極ガイドを円盤上に複数配置すると共に各電極ガイドのガイド穴径を異なるものとし、加工に用いる棒状電極の径に従い、電極ガイドを回転交換するようにしたものである。
【００２１】
従来、電極ガイドの配置は直線的に行われていた。このため、電極ガイドの数が増えると一方向に空間が必要になってしまうという問題点があった。そこで、この発明では、複数の電極ガイドを円盤上に配置するようにした。このようにすれば、電極ガイドが占領する空間が少なくて済む。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る放電加工機につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２９】
実施の形態１．
図１および図２は、この発明の実施の形態１に係る放電加工機の電極付近を示す説明図である。詳しくは、図１は、棒状電極であるパイプ電極を取付けた状態を示す。図２は、総形電極を取付けた状態を示す。パイプ電極１は、電極ガイド２によって支持されている。電極ガイド２は、パイプ電極１の直径より数μｍ大きい径のガイド穴３を持つ。電極ガイド２は、細穴ガイド治具４に取付けられている。電極ガイド２は、細穴ガイド治具４により上下左右方向に移動できる。
【００３０】
細穴ガイド治具４は、電極ガイド２を保持するアーム５と、アーム５を取付けたサブプレート６と、サブプレート６を左右方向にガイドする直線ガイド７と、サブプレート６の移動を行うエアシリンダ８と、サブプレート６の左右位置を規制するブロック９と、サブプレート６を取付けたプレート１０と、プレート１０をフレーム１１に沿って移動させる直線ガイド１２と、送り動作を行うボールネジ１３と、ネジ部を回転させるハンドル１４と、ストッパ１５とを備えている。
【００３１】
また、アーム端部には、ガイド穴径の異なる２種類の電極ガイド２ａ、２ｂが備えてある。電極ガイド２ａ、２ｂは、制御装置からのパイプ径変更指令またはスイッチにより、プレート１０に取付けたエアシリンダ８を駆動することで切り換える。また、電極ガイド２ａ、２ｂは、パイプ電極１とＸＹ平面上で同一の動きをする必要がある。このため、細穴ガイド治具４は、回転アクチュエータ１６を介して、チャック１７を持つ構造体ラム１８に固定される。
【００３２】
回転アクチュエータ１６は、エアシリンダ、油圧シリンダー、モータなどからなる。また、構造体ラム１８には、細穴ガイド治具４の回転位置を規制するブロック１９が設けられている。回転アクチュエータ１６は、コントローラ２０により制御する。コントローラ２０は、制御装置（図示省略：図１０参照）と接続されている。制御装置からプログラム指令あるいは専用のスイッチ等により細穴ガイド治具退避指令が出された場合、回転アクチュエータ１６が所定方向に回転する。細穴ガイド治具４は、９０度回転した後、ブロック１９によりその回転を規制される（図１参照）。この状態で、パイプ電極１を電極ガイド２によりガイドできるので、細穴加工または輪郭加工が可能になる。
【００３３】
回転アクチュエータ１６が逆回転すると、電極ガイド２を跳ねあげ退避することができる。回転アクチュエータ１６の回転は、ブロック１９により規制される（図２参照）。この状態では、電極ガイド２が退避しているので総形電極２１を用いることができる。パイプ電極１と総形電極２１との交換は、一般的な電極自動交換装置２２により行う。なお、細穴ガイド治具４を回転させる際、細穴ガイド治具４が加工槽（図示省略）に干渉しないよう、構造体ラム１８の位置を一時変更するシーケンスを加えることもできる。また、パイプ電極１は、電極ガイド２の退避前に電極ガイド２から抜いておく。
【００３４】
つぎに、この放電加工機による加工方法について説明する。総形加工は、複雑形状の電極を製作しにくく、加工条件の選定が難しいが、形状が複雑でなければ電極製作が容易であり、加工速度も速いという利点を持つ。さらに、シャープエッジの内側加工も可能である。一方、パイプ電極１は電極製作の必要がなく、小径の深穴や微細で複雑形状の加工が可能である。また、パイプ電極１の底面を使った輪郭加工では、平坦度を得やすいという利点もある。ただし、加工体積が多い場合、総形電極に比べて加工時間が非常に多くかかる。
【００３５】
この放電加工方法では、加工形状を分割し、複雑でない総形電極２１で大部分を加工した後、微細部分をパイプ電極１で加工することで、全体加工時間の短縮と電極作成の容易化を図る。例えば図３のようなワークＷを加工する場合、薄いリブ部のない簡単形状の総形電極２１で加工を行った後（加工部Ｗ１）、リブ部の溝幅に相当するパイプ電極１でリブ加工を実施する（加工部Ｗ２）。総形電極２１とパイプ電極１との自動交換は、上記細穴ガイド治具４による電極ガイド２の退避によって可能になる。
【００３６】
また、全体が微細形状の場合、総形電極２１を作らずパイプ電極１による輪郭加工で形状作成を行うが、シャープエッジ形状の内側コーナが必要な場合には、シャープエッジの電極（総形電極）によって内側コーナのみ仕上加工する。上記放電加工機によれば、パイプ電極１とシャープエッジの電極とを自動交換可能であるから、係る加工であっても効率良く行うことができる。さらに、図３のような加工を行う場合、パイプ電極１で貫通穴Ｗ２を加工した後、総形電極２１で座ぐり部Ｗ１を加工する。すなわち、総形電極２１で加工した後、平坦度を要求される面について、パイプ電極１の底面で輪郭加工を自動的に行うこともできる。
【００４５】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係る放電加工機の電極ガイドを示す構成図である。詳しくは、図４の（ａ）は上面図であり、（ｂ）は側面図である。この放電加工機は、それぞれ異なる径のガイド穴３ａ〜３ｄを持つ４つの電極ガイド２ａ〜２ｄを備えている。４つの電極ガイド２ａ〜２ｄは、円盤７１上に同一高さで取付けてある。円盤７１は、回転軸７２を中心に回転する。回転軸７２は、Ｌ字形状のフレーム７３に支持されている。この回転軸７２には、平歯車７４が固定されている。フレーム７３には、ステッピングモータ７５が取り付けてある。ステッピングモータ７５の歯車７６と、平歯車７４とは噛み合っている。フレーム７３は、例えば実施の形態１におけるアームの先端に取付けられる（図示省略）。
【００４６】
この電極ガイド２ａ〜２ｄの切り換え動作を説明する。図５は、この電極ガイドの動作を示すフローチャートである。ステップＳ７０１では、チャックを上昇させて、電極ガイド２からパイプ電極１を引き抜く。ステップＳ７０２では、電極自動交換装置（図示省略）により、パイプ電極１をチャックから取り外し、電極マガジンに戻す（図示省略）。ステップＳ７０３では、電極自動交換装置により、異なる径のパイプ電極１を電極マガジンから取り出し、チャックに取り付ける。ステップＳ７０４では、ステッピングモータ７５を回転させて、選択したパイプ電極１に合った電極ガイド２を使用位置に位置決めする。ステップＳ７０５では、チャックを下降させて、パイプ電極１を電極ガイド２に挿入する。この際、パイプ電極１を回転させた方がスムーズに挿入できる。
【００４７】
なお、ステップＳ７０４は、ステップＳ７０２の後でも、ステップＳ７０２またはステップＳ７０３と同時でもよい。他の電極ガイド２への切り換えも上記同様のシーケンスで行う。上記一連のシーケンスは制御装置による指令で自動的に行われる。この電極ガイド２は、実施の形態１の細穴ガイド治具４に取付けることで、複数径のパイプ電極と総形電極とを自動交換しつつ用いることができる。パイプ電極１の退避動作は、上記実施の形態１と同様であるから説明を省略する。
【００４８】
この電極ガイド２は、円盤７１上に取り付けてあるため、回転支点が電極ガイド近傍にある。このため、姿勢変形が少ない。また、直線的に電極ガイド２を並べる場合に比べて、スペースを節約することができる。なお、ステッピングモータ７５のかわりに、ブレーキ付きのサーボモータを使用すれば、位置決め精度を高くすることができる。
【００４９】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３に係る放電加工機の細穴ガイド治具を示す斜視図である。この細穴ガイド治具８０は、アーム８１の取付けをクランプ機構８２により行うようにし、アーム８１を自動交換装置９０により交換するようにした点に特徴がある。この細穴ガイド治具８０は、電極ガイド２を保持するアーム８１と、アーム８１を取り付けるプレート８３と、プレート８３をフレーム８４に沿って移動させる直線ガイド８５と、送り動作を行うボールネジ８６と、ネジ部を回転させるハンドル８７と、ストッパ８７ａとから構成されている。また、アーム８１は、プレート８３に対して着脱可能な構造となっている。プレート８３側には、油圧、空圧またはバネ圧などを利用したクランプ機構８２が設けてある。アーム８１側には、クランプ軸８８が突設してある。クランプ機構８２は、工具交換時に用いる一般的なものでよい。クランプ機構８２のチャックには、位置合わせの嵌合部８９が設けてある。
【００５０】
クランプ機構８２は、コントローラ（図示省略）により制御する。コントローラは、制御装置（図示省略：図１０参照）に接続されている。また、自動交換装置９０には、多軸制御のロボットアームを用いる。自動交換装置９０も、前記制御装置により制御される。ロボットアームのハンド９１は、クランプ機構８２のチャック外側をつかむ。ロボットアームは、アーム８１を退避させる際、アーム８１が加工槽（図示省略）に干渉しないように、ティーチングする。
【００５１】
このように、クランプ機構８２を用いてアーム８１の着脱を行うようにすれば、電極ガイド２の交換を自動化できる。このため、多数の異なる径のパイプ電極１を用いて行う輪郭加工を自動化しやすくなる。また、総形加工を行う際には、電極ガイド２を自動的に取り外すことができるから、総形電極とパイプ電極との交換を自動化できる。なお、アーム８１の取り外しを行う場合は、電極ガイド２の退避機構は不要である。
【００５２】
また、電極の交換には、通常、電極自動交換装置（ＡＴＣ）を用いるが、アーム８１の交換をこのＡＴＣで行うようにしてもよい。多種類のアーム８１を用いる場合は、ＡＴＣの他に、アーム専用のハンドおよびマガジンを用意する。ＡＴＣをアーム交換に用いれば、放電加工機全体をコンパクトにできると共に、コストを低減できる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る放電加工機によれば、電極ガイドを退避させることで総形電極に自動交換できるようになるから、総形電極と棒状電極とによる連続加工が可能で、自動化しやすくなる。また、従来、電極ガイドを旋回のみで退避できるので、構造が簡単になる。
【００５４】
つぎの発明に係る放電加工機では、電極ガイドの退避構造に加え、電極ガイドを複数有すると共に各電極ガイドのガイド穴径を異なるものとし、加工に用いる棒状電極の径に従い、電極ガイドを移動交換するようにした。このため、輪郭加工と総形加工とを連続加工することができ、自動化に適したものになる。
【００５５】
つぎの発明に係る放電加工機では、電極ガイドを円盤上に複数配置すると共に各電極ガイドのガイド穴径を異なるものとし、加工に用いる棒状電極の径に従い、電極ガイドを回転交換するようにした。このようにすれば、電極ガイドが占領する空間が少なくて済むので、装置を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る放電加工機の電極付近を示す説明図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る放電加工機の電極付近を示す説明図である。
【図３】放電加工形状を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る放電加工機の電極ガイドを示す構成図である。
【図５】図４に示した電極ガイドの動作を示すフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態３に係る放電加工機の細穴ガイド治具を示す斜視図である。
【図７】従来における放電加工機の一例を示す構成図である。
【図８】パイプ電極を使用する従来の放電加工装置を示す部分斜視図である。
【図９】アームの着脱構造を示す斜視図である。
【図１０】電極ガイドの自動交換機能を持つ細穴ガイド治具の一例を示す斜視図である。
【図１１】放電加工形状を示す説明図である。
【符号の説明】
１パイプ電極、２電極ガイド、３ガイド穴、４細穴ガイド治具、５アーム、６サブプレート、７直線ガイド、８エアシリンダ、９ブロック、１０プレート、１１フレーム、１２直線ガイド、１３ボールネジ、１４ハンドル、１５ストッパ、１６回転アクチュエータ、１７チャック、１８構造体ラム、１９ブロック、２０コントローラ、２１総形電極、２２電極自動交換装置。

Claims

総形電極または棒状電極を保持するチャックと、
チャック下方に配置されると共に、棒状電極径より僅かに大きな径を持つガイド穴を持ち、このガイド穴に回転する棒状電極を挿入して当該棒状電極をガイドする電極ガイドと、
電極ガイドを保持し、旋回のみで電極ガイドを加工位置から上方に退避させる電極ガイド退避装置と、
総形電極と棒状電極との交換を行う電極自動交換装置と、
を備え、
総形電極と棒状電極とにより連続加工を行うことを特徴とする放電加工機。
電極ガイドを複数有すると共に各電極ガイドのガイド穴径を異なるものとし、加工に用いる棒状電極の径に従い、電極ガイドを移動交換するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の放電加工機。
電極ガイドを円盤上に複数配置すると共に各電極ガイドのガイド穴径を異なるものとし、加工に用いる棒状電極の径に従い、電極ガイドを回転交換するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の放電加工機。