JP6440825B2 - 細穴放電加工機 - Google Patents

Description

本発明は、中空のパイプ電極を用いてワークに小径の穴（細穴）を加工する細穴放電加工機に関する。

細穴加工の典型例として、タービンブレードの表面を冷却する冷却空気を流すための冷却孔をタービンブレードの表面に形成する場合がある。例えば、特許文献１には、タービンブレードの表面に細穴を加工する放電加工機の電極ホルダが記載されている。この電極ホルダは、交換可能な管状のガイドが電極ホルダを貫通させて設けられており、このガイド内にパイプ電極が挿通される。この電極ホルダは、ワークの形状に適合するように、先端部分が直線状のガイドや、先端部分が湾曲したガイドを選択して取り付けることができる。

ＷＯ２０１２／０７４８９７

特許文献１の発明では、ガイドを電極ホルダに取り付ける際に、その先端部を電極ホルダに対して正確に位置決めすることができない。そのため、タービンブレードのような精密な加工が要求されるワークに細穴加工する際に、放電加工機の送り装置を用いて電極をワーク表面の加工点へ向けて正確に配置することができない。また、ガイド内に電極を挿通するために加工液とは別に高圧の潤滑液をガイド内に流通させる必要がある。更に、特許文献１の電極ホルダでは、１つのワークに異なる直径の細穴を加工するような場合に、電極ホルダを手動で交換しなければならない。

本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、電極を回転させる主軸の回転軸線上にない加工点へ電極を高精度に案内してワークに細穴を加工する細穴放電加工機を提供することを目的としている。

上述の目的を達成するために、本発明によれば、回転主軸に保持され、傾斜電極ガイドによって傾斜案内された細穴加工用の電極とワークとの間に電圧を印加して放電させ、放電のエネルギーでワークに細穴を加工する細穴放電加工機において、前記電極を挿通させる中空部を有し、柔軟性を有して湾曲可能なガイドチューブであって、該ガイドチューブの基端側が前記電極の回転軸線に略平行になるように前記傾斜電極ガイドの本体に保持されるガイドチューブと、前記傾斜電極ガイドの本体に取り付けられ、前記ガイドチューブの先端部が所望の角度に傾斜するように保持するチューブホルダであって、前記電極の回転軸線に対して所定の角度で前記電極を案内する位置決めガイドを前記ガイドチューブの先端側に取り付けたチューブホルダとを具備する細穴放電加工機が提供される。

本発明によれば、従来技術と比較して、ワークがブリスクのように周方向に多数のタービンブレードを配設したような複雑な形状を有している場合でも、ワーク表面の目標加工点へワークと干渉することなく、電極を正確に位置決めし、細穴加工が可能となる。

本発明の好ましい実施形態による放電加工機の要部構成を概略的に示す正面図である。 本発明の好ましい実施形態による傾斜電極ガイドの略示断面図である。 図２の矢視線III-IIIに沿う断面図である。 傾斜電極ガイドをＷ軸チャックに装着する様子を示す斜視図である。 Ｗ軸チャックに装着され、電極ホルダが分離された状態を示す傾斜電極ガイドの斜視図である。 傾斜電極ガイドの変形例を示す略示断面図である。 他の実施形態による放電加工機のＷ軸チャックを示す略示平面図である。 本発明の傾斜電極ガイドの作用を説明するための略図である。

以下、図１〜図８を参照して、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明を適用する放電加工機１００の要部構成を概略的に示す正面図である。なお、以下では、便宜上、図示のように直交３軸方向（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向）を、それぞれ左右方向、前後方向、上下方向と定義し、この定義に従い各部の構成を説明する。

図１において、基台となるベッド１０２の後部にはコラム１０４が立設されている。コラム１０４の上面には、Ｘスライダ１０６がＸ軸方向（左右方向）に移動可能に支持されている。Ｘスライダ１０６の上面には、ラム１０８がＹ軸方向（前後方向、紙面に垂直な方向）に移動可能に支持されている。ラム１０８の前面には、主軸頭１１０がＺ軸方向（上下方向）に移動可能に支持されている。主軸頭１１０には、回転主軸１１２が軸線CL0を中心として回転可能に支持される。主軸頭１１０の底面から突出する回転主軸１１２の先端部に電極ホルダ１１４が装着される。

ラム１０８の側面にはＷ軸ガイド組立体１４０が取り付けられている。Ｗ軸ガイド組立体１４０は、ラム１０８の右側面に設けられたブラケット１３６に上下方向に移動可能に支持されたガイドアーム１４２を有している。このガイドアーム１４２の上下移動軸をＷ軸と定義する。Ｗ軸はＺ軸と平行である。ガイドアーム１４２の下端部分１４２ａは、Ｗ軸またはＺ軸に対して斜め内側に傾斜しており、該下端部分１４２ａの先端部にＷ軸チャック１４４が設けられている。Ｗ軸チャック１４４は傾斜電極ガイド１０を保持する。より詳細には、傾斜電極ガイド１０は、その上端の中心が軸線CL0に一致するように、Ｗ軸チャック１４４によってガイドアーム１４２の先端に保持される。

電極ホルダ１１４と傾斜電極ガイド１０との間には、電極１１６が、軸線CL0に沿って延在される。電極１１６は円筒形状のパイプ電極であり、その上端部は電極ホルダ１１４に保持されている。回転主軸１１２が、図５において矢印AEで示すように、軸線CL0を中心として回転することによって、電極１１６は、電極ホルダ１１４と共に軸線CL0を中心として回転する。電極１１６の下端部は、傾斜電極ガイド１０によって、軸線CL0に対して傾斜するように湾曲させられる。電極１１６の内部には、例えば水などの加工液が供給され、電極１１６の先端部（下端部）から加工液が噴射される。なお、加工液として油を用いてもよい。

ベッド１０２の上面には、コラム１０４よりも前方にテーブル１１８が配置されている。テーブル１１８の上面には、傾斜回転テーブル装置１２０が搭載されている。傾斜回転テーブル装置１２０は、テーブル１１８の上面から上方に突設された前後一対の支持部材１２２と、前後の支持部材１２２の間に、Ｙ軸方向に延在する旋回軸CLb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１２４と、傾斜部材１２４の左端面に、旋回軸CLbに垂直な回転軸CLa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１２６とを有する。回転テーブル１２６にはチャック１２８が設けられ、チャック１２８にワーク１３０が取り付けられる。ワーク１３０は、例えばガスタービンに用いられるタービンブレードやベーンである。タービンブレードは、１０００℃〜１５００℃程度の高温ガスに曝されるため、耐熱性の高いニッケル合金が構成材として用いられる。このタービンブレードの表面には、タービンブレードの表面を冷却する冷却空気を流す冷却孔が加工される。

テーブル１１８の周囲には、テーブル１１８および傾斜回転テーブル装置１２０の全体を囲うように昇降可能に加工槽１３２が設けられている。なお、図１の１点鎖線は、加工槽１３２が上昇した加工状態であり、段取り作業時等の非加工状態には、加工槽１３２が実線に示すように下降する。

図示は省略するが、図１の放電加工機１００は、Ｘスライダ１０６を左右方向に移動させるＸ軸駆動部と、ラム１０８を前後方向に移動させるＹ軸駆動部と、主軸頭１１０を上下方向に移動させるＺ軸駆動部と、軸線CL0を中心に回転主軸１１２を回転させる主軸駆動部と、ガイドアーム１４２を上下方向に移動させるＷ軸駆動部と、旋回軸CLbを介して傾斜部材１２４を傾斜させるＢ軸駆動部と、回転軸CLaを介して回転テーブル１２６を回転させるＡ軸駆動部とをそれぞれ有する。Ｘ軸駆動部、Ｙ軸駆動部、Ｚ軸駆動部およびＷ軸駆動部は、例えばボールねじとボールねじを回転駆動するサーボモータにより構成され、主軸駆動部は、例えばスピンドルモータにより構成され、Ｂ軸駆動部およびＡ軸駆動部は、例えばＤＤ（ダイレクトドライブ）サーボモータにより構成されている。これらＸ軸駆動部、Ｙ軸駆動部、Ｚ軸駆動部、Ｗ軸駆動部、主軸駆動部、Ｂ軸駆動部およびＡ軸駆動部は、放電加工機１００のＮＣ装置（図示せず）により制御される。

以上の構成により、電極ホルダ１１４と傾斜電極ガイド１０がワーク１３０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。従って、ワーク１３０を所望の３次元形状に加工することができる。また、Ｗ軸駆動部によるガイドアーム１４２の昇降により、電極ホルダ１１４と傾斜電極ガイド１０との間隔が調整可能となり、電極１１６の消耗による電極１１６の長さ変化に拘わらず、加工中、常に電極ホルダ１１４と傾斜電極ガイド１０とで電極１１６の上下端部を支持することができる。

ラム１０８の前面には、主軸頭１１０の上下方向のＺ軸位置を検出するリニアスケールなどの位置検出器１３４が設けられている。位置検出器１３４からの信号により、電極ホルダ１１４の位置、すなわち電極１１６の上端部の位置を検出することができる。ガイドアーム１４２のブラケット１３６には、ラム１０８に対するガイドアーム１４２の上下方向のＷ軸位置を検出するリニアスケールのような位置検出器１３８が設けられている。ガイドアーム１４２の形状は予め既知であるので、Ｗ軸チャック１４４の位置は、Ｘ軸およびＹ軸の夫々の位置検出器およびＷ軸の位置検出器１３８の値から測定することができる。

なお、図示は省略するが、Ｗ軸ガイド組立体１４０の側方には電極マガジンが設けられている。電極マガジンには、初期長さＬ０（既知）を有する交換用の複数の電極１１６が保持され、回転主軸１１２と工具マガジンとの間で、不図示の交換手段により電極１１６を交換可能となっている。更に、放電加工機１００は、複数の傾斜電極ガイド１０を格納するためのガイドマガジン（図示せず）を備えることができる。

図２を参照すると、傾斜電極ガイド１０は、直線状に延びる棒状の部材より成る本体１２、本体１２の一側面に取り付けられた柔軟性のある樹脂製のガイドチューブ１８、ガイドチューブ１８の基端部分または上端部分に取り付けられた連結部３０、連結部３０を本体１２に固定する基端側チューブホルダ３２、ガイドチューブ１８の先端部分を本体１２に固定する傾斜チューブホルダ２０、傾斜チューブホルダ２０に取り付けられた位置決めガイド１６、Ｗ軸チャック１４４と着脱可能に係合するシャトル１４を具備している。ガイドチューブ１８は、電極１１６の外径よりも太い内径を有した柔軟な樹脂製の管部材である。Ｗ軸チャック１４４は、開口部１４６を有した略環状の部材であり、その内周面に複数の係合凹所１４８が形成されている。

連結部３０は中空部材より成り、その中空部がガイドチューブ１８の中空部と略同軸となるように、基端側チューブホルダ３２によってガイドチューブ１８の基端部分または上端部分に固定される。連結部３０の中空部は、電極１１６の挿通方向に入口側がガイドチューブ１８の内径よりも大きく、出口側がガイドチューブ１８の内径と略等しくなるようにテーパー状になっている。

基端側チューブホルダ３２は、連結部３０およびガイドチューブ１８を受容する中空状の部材より成る。基端側チューブホルダ３２は、本体１２に一体的に成形したり、或いは、本体１２とは別部材としてねじ等の固定手段によって本体１２に固定することができる。

連結部３０は、図２に示すように、基端側チューブホルダ３２から上方に突出するように、基端側チューブホルダ３２内に固定される。連結部３０において、基端側チューブホルダ３２から突出した部分がシャトル１４に結合される。シャトル１４は、その上面において電極ホルダ１１４に着脱可能に係合する。シャトル１４は、また、その側面においてＷ軸チャック１４４に着脱可能に係合する。図５の例では、シャトル１４は、Ｗ軸チャック１４４の内面に形成された係合凹所１４８に係合する複数の係止ピン１５を有している。係止ピン１５を係合凹所１４８と係合させることによって、傾斜電極ガイド１０をＷ軸チャック１４４に正確に位置決め固定することが可能となる。特に、係止ピン１５を係合凹所１４８と係合させることによって、傾斜電極ガイド１０の方位が一義的に決定され、位置決めガイド１６および電極１１６の先端を正確に方向づけることが可能となる。

傾斜チューブホルダ２０は、図３に示すように、軸線CL0に対して垂直に延びる位置決めピン２４および位置決めピン２４に平行な固定ねじ２６によって、本体１２の先端部分に正確に位置決め固定される。傾斜チューブホルダ２０は、また、その基端面２０ａから先端面２０ｂへ貫通する通路２０ｃを有している。通路２０ｃは、軸線CL0に対して所定の角度θで傾斜して延設されている。この傾斜角θの異なる傾斜チューブホルダ２０を複数準備し、ワーク１３０の形状に適合するように適切な傾斜チューブホルダ２０を選択することによって、多様なワーク形状に適合させて、電極１１６の先端をワーク表面の加工点へ位置決め可能となる。

ガイドチューブ１８の先端部分が基端面２０ａから通路２０ｃ内に挿入され、位置決めガイド１６が先端面２０ｂから通路２０ｃ内に挿入される。通路２０ｃ内において、ガイドチューブ１８と位置決めガイド１６との間に、中空部材より成る導入部材２２が配設されている。導入部材２２は、ガイドチューブ１８から位置決めガイド１６へ電極１１６を案内するように、入口から出口へ内径が次第に細くなっている。

傾斜チューブホルダ２０の先端面に取り付けられる位置決めガイド１６は、電極１１６よりも僅かに大きな内径を有した中空状の部材であり、その内周面において電極１１６の外周面を摺動可能に支持し、電極１１６の径方向の移動（振れ）を拘束しながら、電極１１６をワーク１３０の表面の加工点へ向けて正確に案内する。

本実施形態によれば、図８において二点鎖線で示すように、電極ホルダ１１４と傾斜電極ガイド１０の中心を通る上下方向の軸線CL0に沿って電極１１６をワーク１３０まで延在させている従来技術と比較して、ワーク１３０がブリスクのような周方向に多数のタービンブレードを配設した複雑な形状を有している場合に、ワーク１３０の表面の目標とする加工点Ｐmへ電極１１６をワーク１３０と干渉することなく、正確に位置決め可能となる。そして、電極１１６とワーク１３０とを相対的に移動させて細穴を加工することができる。傾斜電極ガイド１０のない従来の真直ぐなパイプ電極２００では、１つ手前のブレードに干渉して加工点Ｐmへ到達できない。

また、本実施形態では、ガイドチューブ１８の入口に、内径がガイドチューブ１８へ向けて次第に小さくなる連結部３０を設け、ガイドチューブ１８と位置決めガイド１６との間に、位置決めガイド１６へ向けて内径が小さくなる導入部材２２を設けたので、特許文献１のように、加工液とは別に高圧の潤滑液を流通させる必要がなくなる。

また、傾斜角θの異なる複数の傾斜電極ガイド１０を上述のガイドマガジン（図示せず）内に格納しておけば、放電加工機１００のＸ軸駆動部、Ｙ軸駆動部、Ｚ軸駆動部およびＷ軸駆動部を適切制御することによって、自動的に傾斜電極ガイド１０を交換することが可能となる。図４は、Ｘ軸駆動部、Ｙ軸駆動部、Ｚ軸駆動部およびＷ軸駆動部を用いて、回転主軸１１２の先端に装着されている電極ホルダ１１４に連結された傾斜電極ガイド１０をＷ軸チャック１４４に装着する様子を示した図である。傾斜電極ガイド１０のＷ軸チャック１４４への装着に際して、先ず、傾斜電極ガイド１０を水平方向、例えばＸ軸方向に移動し、本体１２をＷ軸チャック１４４の開口部１４６を通して、Ｗ軸チャック１４４内に導入し、次いで、傾斜電極ガイド１０を上下方向に移動して、シャトル１４をＷ軸チャック１４４に係合させるようにする。

既述の実施形態では、通路２０ｃに関して異なる傾斜角θを有した複数の傾斜チューブホルダ２０を準備し、その中から望ましい傾斜角θの傾斜チューブホルダ２０を選択することによって、種々の電極１１６の先端部分の角度を変更するような例を説明した。図６に示す例では、傾斜チューブホルダ２０は、軸線CL0に対して垂直な方向に延びる回転軸４０を中心として矢印ＡGで示すように旋回可能に本体１２の先端部に取り付けられている。これによって、電極１１６の先端部の角度を任意に変更可能となっている。

更に、シャトル１４をＷ軸チャックに対して軸線CL0を中心として回転可能としてもよい。図７を参照すると、Ｗ軸チャック１４４′は、略円形の外枠１６０と、該外枠１６０に軸線CL0を中心として回転可能に取り付けられ外周面に歯を形成したチャック１６２とを具備している。チャック１６２は、駆動モータ１７２によって駆動される歯車、例えばウォーム１７４によって回転駆動される。図７の例では、矢印ACで示すように、チャック１６２を軸線CL0を中心として回転させることによって、傾斜電極ガイド１０は軸線CL0を中心として回転し、これによって、位置決めガイド１６が軸線CL0を中心として回転し、電極１１６の方向を任意に変更することが可能となる。

１０ 傾斜電極ガイド
１２ 本体
１４ シャトル
１５ 係止ピン
１６ 位置決めガイド
１８ ガイドチューブ
２０ 傾斜チューブホルダ
２２ 導入部材
２４ ピン
３０ 連結部
３２ 基端側チューブホルダ
１１２ 回転主軸
１１４ 電極ホルダ
１１６ 電極
１２０ 傾斜回転テーブル装置
１３０ ワーク
１４２ ガイドアーム

Claims (4)

1. 回転主軸に保持され、傾斜電極ガイドによって傾斜案内された細穴加工用の電極とワークとの間に電圧を印加して放電させ、放電のエネルギーでワークに細穴を加工する細穴放電加工機において、
   前記電極を挿通させる中空部を有し、柔軟性を有して湾曲可能なガイドチューブであって、該ガイドチューブの基端側が前記電極の回転軸線に略平行になるように前記傾斜電極ガイドの本体に保持されるガイドチューブと、
   前記傾斜電極ガイドの本体に取り付けられ、前記ガイドチューブの先端部が所望の角度に傾斜するように保持するチューブホルダであって、前記電極の回転軸線に対して所定の角度で前記電極を案内する位置決めガイドを前記ガイドチューブの先端側に取り付けたチューブホルダと、
   を具備することを特徴とした細穴放電加工機。
2. 前記ガイドチューブの基端部に前記電極を該ガイドチューブ内に導入する導入部が取り付けられており、前記ガイドチューブの先端部に、前記電極を前記ガイドチューブから前記位置決めガイドへ導入する導入部が配設されている請求項１に記載の細穴放電加工機。
3. 前記チューブホルダが、前記電極の回転軸線に対して垂直な軸線を中心として旋回可能となっており、これによって前記電極先端部の角度を変更可能にした請求項１に記載の細穴放電加工機。
4. 前記チューブホルダが、前記電極の回転軸線と平行な軸線を中心として回転可能となっており、これによって電極先端部の傾斜方向を変更可能にした請求項１に記載の細穴放電加工機。

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