JP4572232B2 - 放電加工装置 - Google Patents
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Description
本発明は、非導電性の液体に浸漬された又は非導電性の液体が吹き付けられた放電ワイヤと被加工物の間に電圧を印加することにより両者の間に放電を形成し、該被加工物を溶融して加工する放電加工装置に関する。
非導電性の液体に浸漬された又は非導電性の液体が吹き付けられた放電ワイヤと被加工物の間に形成される放電を利用して金属製の被加工物を加工する放電加工装置では、被加工物を所定形状に加工するために、放電ワイヤの先端と被加工物が対向する放電加工領域に該放電ワイヤを絶えず供給して放電を安定的に維持する必要がある。そのために、従来、放電ワイヤ又は被加工物を移動してそれらの間に安定した放電距離を維持するXYZ駆動機構が提案されている。この駆動機構は、放電ワイヤ又は被加工物を移動し、これら2つの部材の相対位置を示す両者間の電位差を予め決められた値に調整する。ところが、通常、被加工物に付与される最終形状が複雑であったり、加工中の2つの部材が約10μm程度まで接近することがある。このような状況の下、電位差を目標値になるように相対位置を調整するために、XYZ駆動機構には高速応答性が要求される。
このような要求を満足するために、WO02/024389A1には、高速応答性のXYZ駆動機構を有する放電加工方法及び装置が開示されている。その構成によれば、特に約0.2mm以下の直径を有する細いタングステン電極ワイヤを使用する場合、このワイヤは短時間で消費される。また、被加工物に例えば深い加工を施す場合、放電加工中に消費されるワイヤはその将来的消費を見越して予め突出されるか、または消費に応じて断続的に供給される必要がある。しかし、その文献では、細いワイヤの自動供給について何ら言及されていない。したがって、高速のワイヤ供給機構と組み合わせて用いられる場合を除き、消耗し易い細いワイヤの補充制御に長時間を要するので、当該文献に開示された装置を用いて高速加工性は実現できない。
特開平8−290332号公報にはワイヤ供給機構が開示されており、そこではワイヤ電極の上端部がホルダに支持されており、このホルダが加工装置の主軸に設けたチャックに支持されている。この構成によれば、殆どの部分が放電加工の際に溶融して消費されたワイヤの残り部分が、ホルダと一緒に未使用ワイヤと交換される。また、ワイヤの頻繁な交換やそれに起因する放電の頻繁な中断を防止するために、約30cmの長さを有するワイヤが使用されている。しかし、その細いワイヤは剛性が低く、しかもその上端部で支持されている。そのため、この長いワイヤが弾性的に動作し、これにより被加工物に対向する下端部が被加工物に対して上下左右に振動することから、高速で信頼性あるワイヤ供給ができないという問題がある。また、この方式では、ワイヤの弾性により、XYZ駆動機構を高速応答駆動させても、ワイヤ先端部では高速応答が減衰してしまうという問題がある。そのため、特開平8−290332号公報に記載されたワイヤ供給機構は、WO02/024389A1に開示された放電加工装置に適用できない。
特開2001−38532号公報には、一対のローラからワイヤを連続的に供給するワイヤ供給機構が開示されている。しかし、この機構は幾つかの欠点を有する。例えば、ローラの圧接領域でワイヤが変形又は扁平化されたり、ワイヤはローラによって保持されているために該ワイヤの中心軸を中心として回転できないことから、円筒状の孔を偏心無く形成することができないという問題がある。
欧州特許0826455B1には、別のワイヤ供給機構が開示されており、そこでは、ワイヤがその中心だしのために、必要に応じて解放されるようにしてある。しかし、この文献も、ワイヤ自動供給に関して何ら言及していない。
WO02/024389A1公報
特開平8−290332号公報
特開2001−38532号公報
欧州特許0826455B1公報
本発明は、取り扱いが容易でない細いワイヤ電極を使用する放電加工装置において、ワイヤ電極の交換を容易にできる技術を提供するものである。
その目的を達成するためになされた本発明の放電加工装置は、ワイヤ電極を収容したガイドチューブを上下方向の中心軸に沿って収容するための空間を有する、垂直方向に配置された中空円筒状の駆動軸と、駆動軸の下端に着脱自在に設けられたヘッドを備えている。そして、ヘッドは、ガイドチューブを保持する第1の保持部と、ガイドチューブの下端開口から突出したワイヤ電極を保持する第2の保持部を備えている。
このように構成された放電加工装置によれば、ワイヤ電極はヘッドと共に交換できるので、交換作業が簡略化又自動化できる。
10:放電加工装置、11:支持構造、12:ワイヤ供給部、13:ワーク(被加工物)、14:昇降機構、15:モータ、16:ねじ軸、17:上部支持部、18:下部支持部、19:水平アーム、20:内ねじ、21:垂直ガイド、22:垂直通路、23:下部、24:容器、25:非導電性の液体、26:支持部、30:ハウジング、31〜34:ハウジング部分、35:内部空間、40:駆動軸、41:ベアリング、42:ベアリング、43:ディスク、44:上部電磁石装置、45:下部電磁石装置、46:ロータ、47:ステータ、48:モータ、50:ヘッド部、51:連結機構、52:シャンク、53:垂直孔、54:円筒ブッシュ、55:ハウジング、56:底部、57:上部プレート、58:下部プレート、59:ワイヤ挿通孔、60:円筒状空室、61:上部ワイヤガイド、62:ワイヤ把持部、63:チャック部、64:ガイド用窪み、65:窪み、66:突起、67:作動部、68:ヘリカルスプリング、69:解除機構、70:ワイヤガイドチューブ、71:駆動軸内部、72:ホルダ、73:コレット、74:円錐部、75:円錐部、76:ナット、77:ねじ、78:ねじ、79:開口部、80:環状フレーム、81:コイル、82:ターゲットリング、83:ストッパ、84:フレーム部分、85:リング、86:ヘリカルスプリング、86:内側表面(円錐面)、88:駆動軸昇降制御機構、89:内側カバープレート、90:外側カバープレート、91:隙間(ギャップ)、92:ギャップ検出器、93:上部ワイヤガイド孔、94:空気供給機構、95:空気供給管、96:空気供給源、97:空気フィルタ、98:空気乾燥機、99:電磁弁、100:下部ワイヤガイド、101:ワイヤガイド孔、102:水平アーム、120:自動交換装置、121:支持フレーム、122:パレット、123:アーム、124:ヘッドホルダ、125:窪み、126:突起、127:穴、128:外ねじ、129:内ねじ。
図面を参照して本発明に係る放電加工装置について説明する。
図1は、本発明に係る放電加工装置10を示す。放電加工装置10は、ワイヤ供給部12とワーク(被加工物)13を支持するための支持構造11を有する。支持構造11は、ワイヤ供給部12を上下する昇降部(第1の昇降部)14を有する。昇降部14は、好ましくはサーボモータからなるモータ15を有する。モータ15は、支持構造11に固定されており、垂直ねじ軸16に連結されている。ねじ軸16は、上下の支持部17,18によって、該ねじ軸16の長軸を中心として回転自在に支持されており、ワイヤ供給部12の水平アーム19に形成されている内ねじ20に螺合している。水平アーム19の両側には上下方向に伸びる一対の垂直ガイド21(図面には一方のみが図示されている。)が配置されており、これら一対の垂直ガイド21の間に形成された垂直通路22に沿って水平アーム19が上下に移動できるようにしてある。このような構成により、モータ15を回転すると、垂直ガイド21に案内されながら、ワイヤ供給部12が上下に移動する。一方、ワーク13を支持する下部23は容器24を支持している。容器24は、非導電性の液体(例えば、水)25を収容しており、この液体内でワーク13が支持部26に支持されている。
ワイヤ供給部12は、ワーク13の加工領域(加工ステーション)MにワイヤWを供給するもので、略円筒状の外側ハウジング30を有する。ハウジング30は、複数のハウジング部分から構成されている。本実施形態では、ハウジング30は、4つのハウジング部分31,32,33,34を適当な締結具(例えば、ボルト)で連結し組み立てて構成されている。ハウジング30の内側には内部空間35が形成されており、そこには円筒管状の駆動軸(内側ハウジング)40が収容されている。
駆動軸40は上下のベアリング41,42に支持されており、その垂直長軸Zを中心として回転すると共に僅かに上下に移動できるようにしてある。ベアリング41,42には、ロータリストロークブッシュ、空気軸受を用いることが好ましい。駆動軸40は、該駆動軸40の外周に同軸的に固定された、磁性材料からなる円盤ディスク43を支持している。ディスク43の上下には、ディスク43と共に昇降部(第2の昇降部)を構成する上部電磁石装置44と下部電磁石装置45が、内部空間35内でハウジング30に固定されている。したがって、電磁石装置44,45のコイルに印加する電流及びそれによって電磁石装置で形成される磁気吸引を変えることで、ディスク43は駆動軸40と共に上下移動することができる。駆動軸40はまた、駆動軸40に固定されたロータ46を支持している。また、ロータ46は、ハウジング30に固定されたステータ47と共にモータ(回転機構)48を形成している。したがって、ステータ48に支持されたコイル49に電圧を印加すると、ロータ47と共に駆動軸40が回転する。
駆動軸40はヘッド部(ヘッド組立体)50を支持している。ヘッド部50は、連結機構51によって駆動軸40の下端部に着脱自在に連結されている。図2Aと図2Bに示すように、ヘッド部50は、上部にシャンク52を有する。シャンク52は、ワイヤWを案内するための中央垂直孔53を有する。垂直孔53の下端内径は階段状に拡大されており、好ましくはゴムからなる円筒ブッシュ(第1の保持部)54が挿入されて装着されている。シャンク52は、円筒ハウジング55と、該ハウジング55の下端部に取り付けられた底部56を吊り下げるように支持している。シャンク52、ハウジング55、及び底部56は、例えばボルトを用いてしっかりと連結される。底部56は、複数の環状部材、例えば上部プレート57と下部プレート58で形成されており、中央にワイヤ挿通孔59を形成している。また、下部プレート58は円筒状空室60を備えており、この円筒状空室60に上部ワイヤガイド61が収容されている。上部ワイヤガイド61は、駆動軸40の長軸Z上に、ワイヤWの直径よりも僅かに大きな内径を有するワイヤガイド孔93が形成されている。
ハウジング55の内部には、ワイヤ把持部(第2の保持部)62が設けてある。本実施の形態では、ワイヤ把持部62は、対向する一対のチャック部63で構成されている。ワイヤ把持部62には、逆円錐形のガイド用窪み64を形成し、その中心軸をワイヤ供給部12の長軸Zに一致させることが好ましく、窪み64の半分が一方のチャック部63に形成され、残りの半分が他方のチャック部63に形成されている。チャック部63はまた底面に窪み65を備えている。また、上部プレート58の上面には一対の突起66が形成されており、これらの突起66が窪み65に挿入されている。図示するように、図面上で左側の突起66が左側のチャック部63の移動を規制しており、このチャック63が突起66に接触して規制された状態で、チャック63同士が対向する垂直面がちょうど駆動軸40の長軸Zに一致するようにしてある。チャック部63はそれぞれ、他方のチャック部に対向する垂直側面と直交する水平方向に伸びる棒状作動部67を備えている。図2Bに示すように、作動部67の両側は、ハウジング55を貫通する水平孔に挿入されており、チャック部63が図示する閉鎖位置(把持状態)と図示しない開放位置(解放状態)との間を水平逆方向に移動できるようにしてある。チャック部63の背後に位置する作動部67の部分にはヘリカルスプリング68が設けてあり、チャック部63を閉鎖位置に付勢するようにしてある。なお、図面上で左側のチャック部63を付勢するスプリングの付勢力が右側のチャック部63を付勢するスプリングの付勢力よりも大きくしてあり、これによりチャック部63が閉鎖位置にあるとき、両者の接触面がちょうど駆動軸40の長軸Zに一致するようにしてある。また、図2Bに示すように、反対側のチャック部の背後に位置する各作動部67の一端はハウジング55の外周から突出しており、これにより、後述する解除機構(切替手段)69を用いて作動部67の突出部を押すことで、チャック63をスプリング68に対抗して開放位置に押しやることができるようにしてある。
細線電極ワイヤWを収容するワイヤガイドチューブ70は、例えば、銅製パイプからなり、シャンク52に挿入され、ブッシュ54によってしっかりと保持されている。例えば、ワイヤWの直径が100μm以下の場合、ガイドチューブ70には、外径が約1mm、内径が約0.5mmの銅パイプが使用される。ガイドチューブ70の下端部は、シャンク52の下端から、ワイヤ把持部62の直上の所定位置に突出している。ガイドチューブ70の内部に収容されたワイヤWは、ガイドチューブ70の下端開口部から突出し、対向するチャック部63の間に保持されている。図1に示すように、ヘッド部50を駆動軸40に連結した状態で、ガイドチューブ70は駆動軸40の内部71に位置している。そして、ガイドチューブ70の上端部が、内部71の上端近傍に挿入されて固定された円筒状ホルダ72によって、駆動軸40の長軸Zに沿って保持されている。これにより、駆動軸40の回転時、ガイドチューブ70は長軸Z上に保持される。
図2Aに示すように、ヘッド部50を駆動軸40に着脱自在に連結する連結機構51はコレット73を有する。コレット73は、上方に向かって先細りとなる円錐部74を有し、シャンク52の上部円筒部の周りに外装されている。そして、コレット73は、円錐部74を、駆動軸40の下端内面に形成された、上方に向かって先細りとなる円錐部75に押し込まれて係合される。続いて、内ねじ77を有するナット76が、駆動軸40の下端外面に形成された外ねじ78に係合され、コレット73とヘッド部50が駆動軸40に固定される。ナット76の係合時、図示しないレンチ等の適当な工具が、ハウジング部34に形成された開口部79から、該ハウジング部34の内部に挿入され、ナット76が保持される。次に、モータ48を駆動して駆動軸40を回転し、ナット76と駆動軸40のねじ77,78を係合する。
図2Aと図2Bに示すように、解除機構69は、ヘッド部50を囲むように下部ハウジング部34の内側に支持されており、ヘッド部50の周囲に伸びるコイル81を保持する環状フレーム80を備えている。磁性材料からなる環状ターゲットリング82はコイル81の上に設けてあり、ターゲットリング82の上方に固定されたストッパ(上部規制部)83とリング82の下方に配置されたフレーム部分(下部規制部)84の間を垂直方向に移動できるようにしてある。リング85は、コイル81の内側に配置され、ヘリカルスプリング86によって上方のターゲットリング82に付勢されており、ターゲットリング82と共に図示する上昇位置に保持される。リング85は、上方に向かって先細りとなる内側表面(円錐係合部、円錐係合面)87を有する。したがって、コイル81に電流を印加すると、ターゲットリング82とリング85が下方に吸引され、上方に向けて先細りとなるリング内側表面87が作動部67に接触し、該作動部67とチャック部63が閉鎖位置から開放位置に付勢され、ワイヤ把持部62からワイヤWが解放される。
図1において、駆動軸昇降制御機構88は、ハウジング30の上端部に設けてあり、駆動軸40の上端部に固定されて該駆動軸40の上端開口部を閉鎖する内側カバープレート89と、ハウジング30の上端部に固定されて該ハウジング30の上端開口部を閉鎖する外側カバープレート90を有する。内側カバープレート89と外側カバープレート90は上下方向に離間しており、それらの間に、例えば約0.5mmの隙間(ギャップ)91を形成している。このギャップ91を測定するために、ギャップ検出器92が外側カバープレート90に設けてある。したがって、ギャップ検出器92の出力に基づいて電磁石装置44,45に供給する電流を調整することで、ハウジング30に対する駆動軸40の上昇量及び下降量、すなわち上下振動の振幅を制御できる。
空気供給機構94において、空気供給管(空気供給部)95は、ハウジング30の長軸Zに沿って外側カバープレート92に保持され、その吐出口がガイドチューブ70の上部開放端に対向させてあり、該吐出口から吐出する空気がワイヤガイドチューブ70に供給されるようにしてある。空気供給管95はまた、空気供給源96と、空気フィルタ97、空気乾燥機98、電磁弁99を介して接続されている。
下部ワイヤガイド100は、ワイヤWの径よりも僅かに大きな内径を有する垂直ワイヤガイド孔101を備えており、駆動軸40の下方で、ガイド孔101を駆動軸40の長軸Zに一致させた状態で、支持構造11の水平アーム102に支持されている。
駆動軸40に保持されているワイヤWに電力を供給するために、電源110がハウジング部33に接続されている。ハウジング部33はブラシ111を収容している。ブラシ111は、スプリング112によって、駆動軸40の周囲に固定された導電ディスク113に圧接されている。したがって、電源110から供給された電力は、ハウジング部33、ブラシ33、及び駆動軸40を通じて供給される。その後、電力は、駆動軸40からヘッド部50のコレット73を介して、チャック部63に保持されたワイヤWに供給される。電磁石装置44,45とモータ48に電力が流れるのを防止するため、第1と第2のハウジング部32,33の間に絶縁体114が配置され、モータ15の下方に位置する駆動軸40の中間部分に絶縁体115が設けられている。
このように構成されて組み立てられた放電加工装置10は、次のように動作する。ワイヤガイドチューブ70に収容されているワイヤWは、ヘッド部62のワイヤ把持部62に把持されている。ワイヤWの先端(下端)は、上部ワイヤガイド61と下部ワイヤガイド100のワイヤガイド孔93,101を介して誘電液25中の加工領域(加工ステーション)Mに伸びており、そこでワーク13と僅かな放電ギャップを介して対向している。この状態で、電源110から供給された電力はワイヤWに供給され、ワイヤWの先端とワーク13が対向する領域に放電を形成する。これにより、ワイヤWの先端に対向するワーク13の部分が溶融して加工される。放電により、ワイヤWは、その先端が溶融して消費される。したがって、ワイヤWとワーク13の間に安定した放電を形成するために、放電領域にワイヤWを順次供給する必要がある。そのために、ワイヤWとワーク13の間に形成されている放電ギャップの寸法を示す両者間の電位差を所定の値に保つように、ワイヤWが連続的又は断続的に供給される。
放電ステーションに対するワイヤの供給は、以下に説明する種々の方法により又はそれらを任意に組み合わせて行うことができる。まず、空気供給機構94を用いたワイヤWの供給を説明する。空気供給機構94は、空気供給源96から送り出された空気を、空気供給管95を通じて、ワイヤガイドチューブ70にその上端開口部から供給する。ワイヤガイドチューブ70に供給された空気は、該ワイヤガイドチューブ70の内部空間を下方に移動する空気の流れを形成し、そこに収容されているワイヤWに接触して該ワイヤWを下方に搬送する搬送力を与える。また、解除機構69のコイル81に電流を印加し、ターゲットリング82を下方に吸引し、スプリング86の付勢力に対抗してリング85を下降させる。これにより、リング85の内側円錐面86が作動部67を内側に付勢し、チャック部63及びワイヤ把持部62を開放位置に移動し、ワイヤWを開放する。その結果、ワイヤガイドチューブ70を流れる空気によって下方に付勢されているワイヤWが下方に移動し、放電ステーションに対してワイヤWが供給される。なお、ワイヤWの繰り出し量は、チャック部の開放時間に依存するため、図示しない制御部によってコイル81に電流を印加する時間によって制御される。
ワイヤWの供給を停止する場合、コイル81に印加されている電流を遮断する。これにより、リング85はスプリング86の付勢力で上昇し、作動部67から離間する。これにより、作動部67及びチャック部63がスプリング68の付勢力によって閉鎖位置に復帰し、ワイヤWを把持する。このとき、上述した窪み65と突起66の作用により、左右のチャック部63の境界面(ワイヤ把持面)がちょうど駆動軸40の長軸Zに一致する位置に保たれる。
なお、空気供給源96から空気供給管95への空気の供給は、連続的に行ってもよいし、間欠的におこなってもよい。
また、ワイヤガイドチューブ70に供給される空気が湿気を含んでいると、ワイヤガイドチューブ70の内面やワイヤWの外面に生じる水滴によってワイヤWがワイヤガイドチューブ70の内面に付着することがあり得る。そこで、本実施の形態では、空気供給管95に空気乾燥機98が設けてあり、これにより空気に含まれる水分が回収されるようにしてある。したがって、ワイヤガイドチューブ70に供給される空気は乾燥状態にあるため、ワイヤガイドチューブ70の中を流れる空気によって容易にワイヤWが繰り出される。また、空気供給管95に設けた空気フィルタ97は、空気に含まれる塵埃、水分及び油分を事前に回収しており、これによりワイヤWの円滑な供給が更に保証される。さらに、ワイヤガイドチューブ70の内面に撥水性の高いフッ素系樹脂(例えば、ポリテトラフルオロエチレン)を塗布してもよい。または、ワイヤガイドチューブ70をフッ素樹脂で形成してもよい。この場合、ワイヤガイドチューブ70の内面が水滴を弾き、ワイヤWの良好な供給が保証される。
次に、昇降部14を用いたワイヤの供給を説明する。まず、解除機構69のコイル81に電流を印加してターゲットリング82とリング85を下降させ、チャック部63を開放位置に移動する。この状態で、昇降部14のモータ15を起動し、ワイヤ供給部12を上昇する。このとき、ワイヤ把持部62から解放されているワイヤWは下部ワイヤガイド孔101との摩擦接触により上昇が禁止される。次に、ワイヤ供給部12が所定の高さまで移動したとき、コイル81に供給している電流を遮断し、ワイヤ把持部62のチャック部63を閉鎖位置に復帰させる。その後、必要に応じてモータ15を起動し、ワイヤWの消費に見合う量だけワイヤ供給部12及びワイヤWを下降して放電ステーションMにワイヤを補充する。
続いて、駆動軸40に設けられた電磁石装置44,45を用いたワイヤの供給を説明する。この場合、電磁石装置44,45のコイルに印加する電流を調整し、電磁石装置44,45に対して最も下降した位置に駆動軸40を設定する。次に、解除機構69のコイル81に電流を供給してワイヤ把持部62のチャック部63を開放位置に設定する。次に、電磁石装置44,45のコイルに印加する電流を変更し、電磁石装置44,45に対して最も上昇した位置に駆動軸40を移動する。このとき、ワイヤWは下部ワイヤガイド孔101との摩擦接触により上昇が禁止される。次に、解除機構69のコイル81に印加している電流を遮断し、ワイヤ把持部62のチャック部63を閉鎖位置に復帰させる。最後に、電磁石装置44,45のコイルに印加する電流を調整し、電磁石装置44,45に対して最も下降した位置まで駆動軸40をワイヤWと共に移動し、ワイヤWを放電ステーションに供給する。電磁石装置44,45によって駆動軸40は例えば約0.5mm引き出すことができる。この値は、内側カバープレート89と外側カバープレート90隙間(ギャップ)91の大きさに相当する。したがって、上述した一連の動作を繰り返すことによって、必要量(0.5Nmm:Nは繰り返し回数)のワイヤを供給することができる。
ワイヤWを交換する場合、ヘッド部50を駆動軸40から取り外す。このとき、下部ハウジング34の開口部79から工具(図示せず)を挿入してナット76を把持する。次に、モータ48を駆動して駆動軸40を低速回転し、ナット76の内ねじ77と駆動軸40の外ねじ78の係合を解除し、ヘッド50を駆動軸40から分離する。続いて、分離されたヘッド50において、ハウジング55から突出している作動部67を押してワイヤ把持部62のチャック部63を開放位置に付勢する。次に、ワイヤガイドチューブ70の中に残っているワイヤを取り出し、新たなワイヤをワイヤガイドチューブ70に挿入する。また、ワイヤの一端側をワイヤ把持部62のチャック部63間に挿通すると共に上部ワイヤガイド61に挿通する。最後に、作動部67に加えている力を解除し、ワイヤ把持部62のチャック部63を閉鎖位置に戻す。このようにして新たなワイヤが挿入されたヘッド部50は、ワイヤガイドチューブ70を駆動軸40の内部に挿入し、駆動軸40の下端部に固定される。このとき、シャンク52に外装されたコレット73が駆動軸40の下端部に挿入された後、ナット76を締めてヘッド50が駆動軸40に固定される。なお、ヘッド部50を駆動軸40に装着した状態で、ハウジング55から突出している作動部67は、解除機構69におけるリング85から所定の距離をあけて離間していなければならない。そのため、シャンク52の駆動軸40に対する挿入量を、例えば、解除機構69の下端から突出するヘッド部50の長さによって管理する。
ワイヤの交換は、図3に示す自動交換装置を用いて自動的に行うことができる。ワイヤ自動交換装置120は、図示しない固定部に固定された支持フレーム121と、垂直軸Z’を中心として支持フレーム121に回転自在に支持された水平移動部材のパレット122を有する。実施の形態において、パレット122はL字状の部材からなり、中央部分が支持フレーム121に支持されている。また、パレット122は、垂直軸Z’から等距離の位置にある各アーム(移動部)123の先端部分にヘッドホルダ124を備えている。図4A〜図4Eに示すように、ヘッドホルダ124は、円筒状の部材からなり、ヘッド部50の下端部形状に対応する形状の窪み125を上部に備えており、窪み125の中にヘッド部50の下端部が挿入できるようにしてある。また、ヘッドホルダ124は、その中心軸Z’に対して対称に一対の突起126を備えており、ヘッド50をヘッドホルダ124に装着した状態で、ヘッド50の下面に形成された穴127に突起126が係合するようにしてある。さらに、垂直軸121からヘッドホルダ124の中心軸Z’までの距離は、垂直軸121から駆動軸40の中心軸Zまでの距離と等しくしてある。一方、ヘッド50のシャンク52には外ねじ128が形成されており、この外ねじ128が駆動軸40の下端に形成した内ねじ129と係合するようにしてある。
このような構成を有する自動交換装置120を用いてヘッド部50を交換する場合、未使用のワイヤを収容した交換用ヘッド部50を一方のアーム123のヘッドホルダ124に装着する。このとき、ヘッド部50の窪み125にヘッドホルダ125の突起126を係合しておく。次に、他方のアーム123のヘッドホルダ124を駆動軸40の直下の交換位置に配置する。この状態で、ヘッドホルダ124の中心軸Z’が駆動軸40の中心軸Zに一致している。また、一方のアーム123のヘッドホルダ124は、交換位置から側方に退避した退避位置にある。続いて、昇降装置14を駆動し、ワイヤ供給部12を下降させる。また、モータ48を低速駆動し、駆動軸40を低速回転する。このときの回転方向は、ねじ128,129が緩む方向である。その結果、駆動軸40に装着されているヘッド部50が、直下に配置されたヘッドホルダ124に嵌め込まれると、ヘッド部50の窪み125にヘッドホルダ124の突起126が係合する。このとき、ヘッドホルダ124はアーム123に固定されているので、駆動軸40の回転と共に、駆動軸40内ねじ129がヘッドホルダ125の外ねじ128から緩み始める。
ヘッド部50の窪み125がヘッドホルダ124の突起126に係合すると、モータ15にトルク負荷がかかる。このときのトルク負荷は、モータ48に付設されたトルク検出器(図示せず)で検出されており、トルク検出器がトルク負荷を検出すると昇降装置14による下降動作を停止した後、モータ15を逆回転して昇降装置14を上昇する。しかし、駆動軸40を回転するモータ48の回転は維持する。その結果、ヘッドホルダ124に保持されたヘッド部50を残して駆動軸40は回転しながら上昇し、ねじ128,129の係合が外れて駆動軸40からヘッド部50が分離されて回収される。このとき、ワイヤ供給部12の上下電磁石装置44,45に印加する電流を周期的に変化させ、駆動時40を上下に振動させることで、ねじ128,129の分離を容易に行うようにしてもよい。また、昇降装置14の上昇速度とねじ128,129の分離速度(中心軸方向の分離速度)はほぼ等しく調整し、駆動軸40から取り外されるヘッド部50がヘッドホルダ124やアーム123に過大な力を加えたり、逆に、ヘッド部50がヘッドホルダ124から抜け出ないようにすることが必要である。
駆動軸40からヘッド部50を回収した後、ワイヤガイドチューブ70がワイヤ供給部12のハウジング30から完全に抜けるまで、ワイヤ供給部12を上昇する。このようにしてヘッド部50が取り外されると、自動交換装置120はパレット122を90度又は270度回転し、他方のアーム123に保持されている交換用ヘッド部50をヘッド40の下方位置に移動する。この状態で、新たな交換用ヘッド部50の中心軸Z’は、駆動軸40の中心軸Zに一致している。次に、昇降装置14のモータ15を駆動してワイヤ供給部12を下方に移動すると共に、モータ48を駆動して駆動軸40を低速回転する。このときの駆動軸40の回転方向は、ねじ128,129が締まる方向である。また、モータ15の駆動による昇降速度は、モータ48の回転によるねじ128,129の係合速度(中心軸方向の係合速度)と等しくしておく。これにより、駆動軸40の内ねじ129がヘッド部50の外ねじ128に係合する。そして、ねじ128,129が完全に係合するとモータ48にかかる負荷が急激に増加する。この状態は、上述したトルク検出器130で検出されており、トルク検出器130がトルク上昇を検出すると、モータ48の駆動を停止して駆動軸40の回転を停止し、モータ15の駆動を停止してワイヤ供給部12の下降を停止する。
このようにして新たなヘッド部50が装着されたワイヤ供給部12は、昇降装置14によって上昇され、ヘッドホルダ124からヘッド部50が分離される。
なお、以上の説明では、L型パレット122に2つのヘッドホルダ124を取り付けたが、図5Aに示すように3つのヘッドホルダを備えたT型パレット122’や、図5Bに示すように4つのヘッドホルダを備えた+型パレット122’’を用いることもできるし、更に多くのヘッドホルダを供えたパレットを用いることもできる。このように、複数のヘッドホルダを備えたパレットを採用することにより、より簡単にヘッドの交換作業が行える。また、パレットは手動で回転しもよいし、モータ131に連結し、このモータによってパレットを必要な角度回転させるようにしてもよい。
また、以上の説明では、モータ48にトルク検出器130を取り付け、所定のトルクが検出されたときにモータ48の回転を停止し、ねじ128,129を所定の締め付け状態まで締め付けるものとしたが、例えば、図6に示すように、駆動軸40の内ねじ129の中にストッパ131を取り付け、これによりヘッド部50のねじ込み量を一定にしてもよい。または、ねじ128,129をテーパねじとすることで、ねじ込み量を一定にしてもよい。
さらに、以上の説明では、ねじ128,129を係合するために駆動軸40を回転したが、各ヘッドホルダ124をその長軸Z’を中心に回転自在にパレット122に取り付けるとともに、各回転自在なヘッドホルダ124をベルト又は歯車などの駆動連結機構を介してモータに連結し、このモータの駆動に基づいてヘッドホルダ124を回転してもよい。この場合、駆動軸40は回転できないように保持しておく必要がある。駆動軸40の回転を禁止する機構(ロック機構)は、例えば、図7に示すように、駆動軸40の外周面に窪み132を形成する一方、ハウジング30に、窪み132を検出する検出器133と、該検出器133が窪み132を検出したときに出力する信号に基づいて駆動するモータ又はソレノイドなどの駆動装置134と、駆動装置134の駆動に基づいて窪み132に係脱するロックピン135を設けることにより達成できる。駆動軸40の回転を禁止する方法はこれに限るものでなく、検出器133が窪み132を検出したときに出力される信号に基づいて電磁石44,45のいずれか一方を駆動し、これによりディスク43を吸引して保持し、駆動軸40の回転を禁止してもよい。なお、検出器133が検出する対象は窪みである必要は無く、駆動軸40に取り付けた突起、反射部、磁石であってもよい。また、検出器133には、被検出部の性質に応じて、機械式、磁気式、又は光学式の検出装置が用いられる。
図8を参照すると、駆動軸40の下方に配置されている下部ワイヤガイド100は、ワイヤWを中心軸Z上に維持するものである。そのために、下部ワイヤガイド100のワイヤガイド孔101は出来るだけ細く形成されており、ワイヤWとのクリアランスは僅か1〜2μmに設計されている。したがって、図9に模式的に示すように、ワイヤガイド孔101に加工屑等の異物134が入ったり、ワイヤWに異物135が付着していると、ワイヤガイド孔101にワイヤを通すことが非常に難しくなる。また、ワイヤの外面とワイヤガイド孔101の内面との接触によって、ワイヤの挿入が難しくなることもある。そして、このような状態でワイヤを無理に押し込むと、ワイヤが座屈する。したがって、ワイヤWをワイヤガイド孔101に挿通するときは、駆動軸40を回転しながら、電磁石44,45に印加する電流を周期的に変化させることによってワイヤWを上下に振動する。これにより、ワイヤガイド孔101に存在する異物やワイヤWに付着している異物が容易に除去でき、その結果、ワイヤWを容易にワイヤガイド孔101に挿通できる。具体的に、ワイヤWに直径60μmのタングステン電極ワイヤを使用する場合、駆動軸40の回転数を約500から約1000rpmの範囲に設定し、電磁石44,45によって生じる振動の周波数が500Hz、振幅が2〜5μmとなるように調整する。
図10は、ワイヤガイド孔101にワイヤWを挿通する他の方法を示す図で、そこには、ヘッド部50と下部ワイヤガイド100の間に、ワイヤWの変位をその側方から観察する光学式の測定器140が設けてある。測定器140は、撮像管を用いたカメラと光学レンズを組み合わせ、被測定物の明暗のコントラストを撮影するもので、例えばツィンマージャパン株式会社から「MODEL100H一軸変位測定器」の商品名で提供されている装置が利用できる。測定器140はコントローラ141の入力部に接続されている。また、コントローラ141の出力部には、アンプ142を介してモータ15に接続されている。このような構成によれば、駆動軸40の駆動に基づいて回転しているワイヤWの変形(たわみ)状態が測定器140によって撮影される。測定器140の測定データはコントローラ141に出力される。コントローラ141は、測定データからワイヤWの変形量(たわみ量)を求め、その大きさに応じてアンプ142の出力を調整し、モータ15による下降速度を調整する。具体的には、コントローラ141は、ワイヤWの変形量が所定の値を超えるとモータ15の回転数を落とし、逆に、ワイヤWの変形量がゼロか又はそれに近い値のときはモータ15の回転数を維持する。または、コントローラ141は、ワイヤWの変形量が所定の値を超えるか又は所定量を超える変形量が所定時間を越えて検出されると、ワイヤ供給部12とワイヤWを引き上げ、ワイヤWの変形が無くなると再びワイヤ供給部12とワイヤWを下降する。このように、測定器140の測定結果に応じてワイヤWを上昇及び下降させるため、ワイヤWは座屈することなく安全にワイヤガイド孔101に挿通される。さらにまた、ワイヤWの変形量が所定の値以下の場合、モータ15の回転数を上げて、ワイヤWの送り速度を上げるようにしてもよい。このようにすれば、短時間でワイヤWをワイヤガイド孔101に挿通できる。
図11は、放電加工装置の他の形態を示す。図示する放電加工装置では、ヘッド部50から送り出されたワイヤWを案内する下部ワイヤガイド150がヘッド部50と同様に構成されている。したがって、以下の説明では、下部ワイヤガイド150に係る構成部分は、ヘッド部50の対応する構成部分に付された符号に100を加えた符号を用いる。また、本実施の形態では、下部ワイヤガイド150の側部にソレノイド170が配置されており、そのプランジャ171がハウジング155から突出した作動部167を押し込み、ワイヤ把持部162のチャック部163を閉鎖位置から解放位置に付勢できるようにしてある。
このように構成されたワイヤ供給部の動作を説明する。ワーク加工中、プランジャ171は突出状態に維持され、下部ワイヤガイド150のチャック部163は解放位置に保たれる。この状態で、ワイヤ供給部12は、上述した3つのワイヤ供給方法のいずれか又はそれらの任意の組み合わせによって、ワイヤWを加工領域に送り出す。ワイヤWを現在の位置に維持した状態で、ワイヤWに対して駆動軸40を上昇する場合、ソレノイド170のプランジャ171を後退させてワイヤ把持部162でワイヤWを把持する。また、解除機構69を作動してヘッド部50におけるワイヤ把持部62を解放位置に設定する。次に、昇降装置14のモータ15を駆動し、ワイヤ供給部12を上昇する。これにより、ワイヤ供給部12からワイヤWが繰り出される。なお、このときワイヤWの下端部が下部ワイヤガイド150のワイヤ把持部162に把持されているので、ワイヤ供給部12の上昇と共にワイヤWが上昇することはない。その後、ワイヤWを放電位置に供給する場合、下部ワイヤガイド150におけるソレノイド170のプランジャ171を突出し、ワイヤ把持部162のチャック部163を閉鎖位置から解放位置に移動する。これにより、以後、再び上述したワイヤ供給方法によりワイヤが放電位置に供給される。
なお、この実施形態において、下部ワイヤガイド150をワイヤ把持状態とワイヤ解放状態に切り替える駆動装置はソレノイドである必要はなく、モータと、該モータの回転によって動作する部材との組み合わせであってもよい。
図12は、放電加工装置の他の形態を示す。図示するように、本実施の形態において、内側カバープレート89と外側カバープレート90の距離を測定する検出器92は、駆動軸40の中心軸Z上に配置されている。一方、ワイヤガイドチューブ70に空気を供給するために、内側カバープレート89には2つ又はそれ以上の数の空気通路180が長軸Zに対して対称に且つ長軸Zに向かって上方から下方に斜めに形成されており、空気供給管95から各空気通路180を通じて供給される空気がワイヤガイドチューブ70の上端開口部に向けて吹き付けられ、ワイヤガイドチューブ70の内部に供給されてワイヤ供給流を形成する。このような構成によれば、検出器92を中心軸Z上に配置することができるので、内側カバープレート89の傾きに起因する計測誤差が無くなる。
図13は、放電加工装置の他の形態を示す。図示するように、本実施の形態において、内側カバープレート89と外側カバープレート90にはそれぞれ、中心軸Z上に貫通孔191,192が形成されており、そこに長尺のワイヤガイドチューブ70が貫通して配置されている。これに伴い、ギャップ検出器92は中心軸Zから離され、中心軸Zに対称に配置されている。この実施の形態によれば、上述した実施の形態で用いられるワイヤよりも更に長いワイヤを使用することができるので、ワイヤの交換サイクルが大幅に長くなり、生産効率が大幅に向上する。また、2つの検出器92の検出値を平均してギャップが計算されるので、より正確にギャップの大きさ、すなわち、駆動軸40の振幅を計測できる。
図14は、放電加工装置の他の形態を示す。図示するように、本実施の形態では、解除機構に代えて、ハウジング30に取り付けられた支持部201にシリンダ(駆動部)202が固定されており、このシリンダ202のプランジャ203がヘッド部50の作動部67に対向して配置され、シリンダ202の駆動に基づいてプランジャ203が作動部67を押し込み、ワイヤ把持部62を閉鎖位置から開放位置に切り替えるようにしてある。また、ヘッド部50と下部ワイヤガイド100の間には、ワイヤ把持装置204が配置されており、これによりワイヤWが把持されるようにしてある。
シリンダ202のプランジャ203に作動部67を対向させた状態で駆動軸40を停止させるために、ハウジング30の上部には停止位置規制部210が設けてある。図15に示すように、停止位置規制部210は、上部ベアリング41の上方で駆動軸40に固定された歯車211と、ハウジング30に固定された検出器212を備えており、作動部67に対応する歯車211の特定の位置に設けられた被検出部213を検出器212が検出するようにしてある。検出器212と被検出部213の組み合わせは任意であり、例えば、磁気センサと磁石、フォトセンサと遮光板の組み合わせが利用できる。一方、図16に示すように、ヘッド部50の外周には突起206が形成され、これに対応してヘッド部50と駆動軸40との間に挿入されるコレット73には突起係合溝(図示せず)が形成されており、駆動軸40に対して特定の関係、つまり、検出器212が被検出部213に対向した関係にある場合に限り、ヘッド部50は駆動軸40に連結できるようにしてある。
駆動軸40はまた四角形の横断面形状部214を有する。なお、この横断面形状部214は、四角形である必要はなく、六角形又は八角形でもよい。一方、ハウジング30には、規制部材215が駆動軸40に対して水平方向から進退自在に設けてある。規制部材215は、駆動軸40に対向する位置に、四角形横断面形状部214の最小幅よりも僅かに大きな幅の開口を有する溝216を備えており、駆動軸40に向かって進出した状態で、溝216で四角形横断面形状部214を把持できるようにしてある。通常、規制部材215は、ハウジング30に収容されているスプリング217によって、駆動軸40から後退した位置に保持されている。また、規制部材215は、ハウジング30に固定されたソレノイド218に連結されており、ソレノイド218を駆動することにより、スプリング217の付勢力に対抗して、規制部材215を該規制部材215が駆動軸40に係合してこれを把持する突出位置に移動できるようにしてある。
このような構成を備えた放電加工装置によれば、駆動軸40からワイヤWを送り出す場合、検出器212の出力に基づいてソレノイド218を駆動して規制部材215を退避位置から突出位置に移動し、規制部材215の先端溝216で駆動軸40の四角形横断面形状部214を把持して駆動軸40を所望の位置で停止させる。次に、ワイヤ把持装置204でワイヤWを把持する。続いて、ソレノイド202を駆動し、そのプランジャ203でワイヤ把持部62の作動部67を押し、ワイヤ把持部62を閉鎖位置から解放位置に切り替える。そして、昇降装置14を駆動してワイヤ供給部12を上昇する。このとき、ワイヤWはワイヤ把持装置204に把持されているため、ワイヤ供給部12と共に上昇することはない。ワイヤWが所定長さ送り出されると、シリンダ202をオフしてワイヤ把持部62の作動部67を解放し、ワイヤ把持部62にワイヤWを把持させる。また、ワイヤ把持装置204をオフしてワイヤWを解放する。さらに、ソレノイド218をオフして規制部材215を後退させ、駆動軸40の回転を許可する。
ワイヤWをヘッド50と共に交換する場合、昇降部14でワイヤ供給部12を上昇し、規制部材215を駆動軸40に係合して駆動軸40の回転を禁止する。次に、ナット76を緩めてヘッド部50とワイヤガイドチューブ70を駆動軸40から取り外す。新たなワイヤWを装着する場合、コレット73を駆動軸40に装着し、続いてナット76を締める。このとき、駆動軸40の回転は規制部材215で禁止されているので、締め付けは容易に行える。最後に、ナット76の締め付けが完了すると、規制部材215が退避位置に移動し、駆動軸40の回転を許可する。
Claims (14)
- 細線電極ワイヤを収容したガイドチューブを収容するための空間を有する、中空円筒状の駆動軸と、
上記ガイドチューブを保持する第1の保持部と、上記ガイドチューブの下端開口から突出した細線電極ワイヤを保持する第2の保持部を備え、上記駆動軸の下端に着脱自在に設けられたヘッドを備えたことを特徴とする放電加工装置。 - 上記中心軸を中心として上記駆動軸を回転自在に支持するハウジングと、
上記ハウジングを上下方向に移動させる第1の昇降部を備えていることを特徴とする請求項1に記載の放電加工装置。 - 上記ハウジングに対して上記駆動軸を昇降する第2の昇降部を備えていることを特徴とする請求項2に記載の放電加工装置。
- 上記駆動軸を上記ハウジングに対して回転させる回転機構を備えたことを特徴とする請求項2に記載の放電加工装置。
- 上記ハウジングが、上記第2の保持部を、上記細線電極ワイヤを把持する把持状態と、上記細線電極ワイヤを解放する解放状態との間で切り替える切替手段を備えていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の放電加工装置。
- 上記第2の保持部は、上記細線電極ワイヤを挟んで対向する一対のチャック部と、上記一対のチャック部を対向方向に付勢するばねを備えており、上記切替手段は上記ばねの付勢力に対向して上記一対のチャック部に係合して上記一対のチャック部を離間させる係合部を備えていることを特徴とする請求項5に記載の放電加工装置。
- 上記ガイドチューブの上端開口に流体接続された空気供給部を有し、上記空気供給部から供給された空気が上記ガイドチューブの上端開口から上記ガイドチューブの内部に供給され、上記ワイヤを下方に送る下降空気流を上記ガイドチューブの内部に形成するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の放電加工装置。
- 上記ガイドチューブの内周面が撥水性材料で形成されていることを特徴とする請求項7に記載の放電加工装置。
- 上記駆動軸の下方に位置する交換位置と、上記交換位置から側方に退避した退避位置との間を移動する複数の移動部と、
上記複数の移動部のそれぞれに設けられ、上記交換位置において上記駆動軸に装着されているヘッドと係合して該ヘッドを回転できない状態に保持するヘッドホルダを備えてことを特徴とする請求項1に記載の放電加工装置。 - 上記駆動軸は内ねじ又は外ねじを有し、上記ヘッドは上記内ねじ又は外ねじに螺合する外ねじ又は内ねじを備えていることを特徴とする請求項9に記載の放電加工装置。
- 上記交換位置において上記ヘッドホルダが上記ヘッドを保持した状態で上記駆動軸を回転し、上記内ねじと外ねじを相対的に回転して上記駆動軸に上記ヘッドを着脱するようにしたことを特徴とする請求項10に記載の放電加工装置。
- 上記交換位置において上記ヘッドホルダが上記ヘッドを保持した状態で上記ヘッドホルダを回転し、上記内ねじと外ねじを相対的に回転して上記駆動軸に上記ヘッドを着脱するようにしたことを特徴とする請求項10に記載の放電加工装置。
- 上記中心軸方向に関する上記内ねじと外ねじの分離速度と、上記第1の昇降部による上記ハウジングの上昇速度が等しくしてあることを特徴とする請求項11又は12に記載の放電加工装置。
- 上記中心軸方向に関する上記内ねじと外ねじの係合速度と、上記第1の昇降部による上記ハウジングの下降速度が等しくしてあることを特徴とする請求項11又は12に記載の放電加工装置。
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