JPH08229742A

JPH08229742A - 三次元形状創成方法

Info

Publication number: JPH08229742A
Application number: JP4199495A
Authority: JP
Inventors: Naotake Mori; 尚武毛利; Katsushi Furuya; 克司古谷; Nagao Saito; 長男斎藤; Akihiro Goto; 昭弘後藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-03-01
Filing date: 1995-03-01
Publication date: 1996-09-10

Abstract

(57)【要約】【目的】１本もしくは複数の棒状体を用いた三次元形
状創成方法を得る。【構成】１本もしくは複数の棒状体の繰り出し量を制
御しながら、所定面内で対向物と相対運動することによ
り上記棒状体の先端部に三次元形状を創成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は三次元形状創成方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、三次元形状の創成方法として
刃物の軌跡を制御する切削加工、研削加工などの機械加
工のほか、目的とする形状を転写するための総形工具に
よる放電加工、電解加工などの特殊加工が用いられてい
る。そして、その総形工具を形成する方法として、例え
ば、本出願人の出願に係る特開昭５８−１４２４０７号
公報に開示されているように、多数の棒状体を束ねて、
それの先端のプロファイルを制御することが公知であ
る。また、光硬化樹脂にレーザ光を照射することにより
三次元形状を創成する光造形法が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、切削加工で
は、工具軌跡に沿った凹凸が残り、そのため、研削加工
などの仕上げ工程を必要とし、製作に時間がかかるとい
う問題点があり、また、バリが発生するため微細部品の
製作が困難であったり、工具磨耗により創成された形状
に誤差が生じるなどという問題点があった。

【０００４】また、一般の放電加工では、総形工具を用
いるため、あらかじめ電極を切削加工などにより製作す
る必要があり、従って、切削加工による場合と同様の問
題を持っていた。

【０００５】一方、単純形状を持つ電極を走査させるこ
とで三次元形状を創成する方法が提案されているが、こ
の方法では電極消耗により、創成された形状に誤差を生
じるため、工具軌跡を調整する必要があった。従って、
この場合の工具軌跡は複雑になる。

【０００６】また、多数の棒状体を束ねて、それの先端
のプロファイルを制御する方法では、１個の送り機構で
すべての棒状体を送るため、隣り合う棒状体が摩擦力に
より送られ、正確なプロファイルが得られないという間
題があった。

【０００７】さらにまた、光造形法では、材料が光硬化
樹脂に限られるため、金属材料ヘの直接加工は不可能で
ある。

【０００８】この発明は、このような間題点を解決する
ためになされたもので、総形工具を作ることなく、単純
形状の棒状体を用いて三次元形状を得る三次元形状創成
方法を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る三次元形
状創成方法は、１本もしくは複数の棒状体の繰り出し量
を制御しながら、所定面内で対向物と相対運動させるこ
とにより上記棒状体の先端部に三次元形状を創成するも
のである。

【００１０】この発明の別の発明に係る三次元形状創成
方法は、棒状体の繰り出し量を独立に制御するものであ
る。

【００１１】

【作用】この発明方法では、各棒状体の繰り出しを制御
し、先端プロファイルを形成できるため、任意のプロフ
ァイルを形成することが可能となる。

【００１２】また、この発明の他の方法では、各棒状体
の繰り出しを独立制御し、先端プロファイルを形成でき
るため、棒状体が消耗した場合にも繰り出し量を制御す
ことでその消耗を補償することが可能であるため、高精
度な形状を得ることが可能となる。また、リアルタイム
で棒の繰り出し量を変化することが可能であるため、被
加工物との相対運動の軌跡は単純でよい。

【００１３】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
説明する。図１はこの発明をワイヤ放電加工に適用する
場合の実施例を示し、１は加工ユニットで、この加工ユ
ニット１は電極ホルダ４、電極送り機構６、ワイヤ電極
７より構成される。この加工ユニット１が図示しないＮ
Ｃ加工機の主軸５に取り付けられる。また、ＮＣ加工機
のテーブル３には被加工物２が取り付けられている。

【００１４】ワイヤ電極７の配置は、図１に示すように
一直線上に配置するほかに、図２に示すような千鳥配列
が考えられる。これらのワイヤ電極７は互いに絶縁され
ている場合と、絶縁されていない場合がある。

【００１５】次に、加工を行うために、加工ユニット１
と被加工物２間に相対運動を生じさせる。図１に示す実
施例の場合にはＮＣテーブル３を用いてＸＹ方向の相対
運動を生じさせている。この場合の例を図３（ａ）、図
３（ｂ）に示している。図３（ａ）は側面図、図３
（ｂ）は正面図を示している。なお、Ｚ軸方向への加工
中の電極送りの方法には以下の２通りが考えられる。（１）加工ユニット１を１個の電極とみなし、主軸５に
サーボをかける方法。（２）各ワイヤ電極７にサーボをかける方法。各ＸＹ座標におけるＺ軸方向（深さ方向）の形状は加工
ユニット１で制御可能であるため、加工ユニット１をＸ
Ｙ方向に走査する運動の軌跡は単純なものでよい。

【００１６】ＸＹ軸に沿う相対運動のほかに、現在の位
置を中心とする閉曲線状の運動（揺動）を付加すること
で、ワイヤ電極７の輪郭を減少させ、滑らかな面を得る
ことができる。

【００１７】電極送り機構６は、ワイヤ電極７自体をチ
ャックなどで固定することなしに直接駆動する電極ダイ
レクトドライブ機構を用いる。それには、インチワーム
構造を持つもの、衡撃力を利用するもの、楕円運動を利
用するもの、摩擦駆動装置などがある。これらの機構
は、ワイヤ電極７を繰り出すことができるため、ワイア
電極７の最大長さの制限を受けない。また、電極消耗量
をそのワイヤ電極７を繰り出すことで補償できるため、
電極消耗による形状の誤差を抑えることが可能となる。

【００１８】実施例２．上記実施例１では主軸５側に加
工ユニット１、テーブル３側に被加工物２を設置した。
しかし、これを逆、すなわち、主軸５側に被加工物２
を、テーブル３側に加工ユニット１を設置してもこの発
明の方式は適用可能である。この場合の構成を図４に示
す。

【００１９】実施例３．実施例１に挙げた電極送り機構
以外に、以下で述べる機構も電極送り機構として適用可
能である。２本のワイヤ電極７を持つ加工ユニット１の
構成例を図５に示す。加工ユニット１は、ホルダ４、ク
ランプ１１、ワイヤ電極７、ホルダ変位素子１２より構
成される。電極送り機構は、ワイヤ電極１個につきクラ
ンプ１個を持つ。そしてワイヤ電極７の数にかかわら
ず、加工ユニット全体でガイドと変位素子を各１個持
つ。ガイドとワイヤ電極間には一定の摩擦力Ｆｇが存在
する。

【００２０】次のサイクルを繰り返すことにより任意の
ワイヤ電極７を送ることが可能である。まず、ワイヤ電
極７を下向きに送る場合について説明する。ただし、ク
ランプを閉じた場合のワイヤ電極７との間の摩擁力をＦ
ｏｎ、クランプを開放した場合のワイヤ電極７との摩擦
力をＦｏｆｆとし、Ｆｏｎ＞Ｆｇ＞Ｆｏｆｆの関係が成
り立つ。

【００２１】図５を用いて、任意のワイヤ電極７を上向
きに送る方法を説明する。図５では、ワイヤ電極７ａは
そのままとし、ワイヤ電極７ｂのみを上向きに送る。こ
の場合のクランプ１１、変位素子１２、ワイヤ電極７の
変位の様子のタイムチヤートを図６に示す。図６中でク
ランプ１１ヘの信号Ｈでクランプは閉じ、信号Ｌで開
く。変位素子１２への信号Ｈで変位素子１２は伸長し、
信号Ｌで収縮する。ワイヤ電極７の変位で０は初期位置
を、＋が上向きの電極送りを、一が下向きの電極送りを
表す。（１）最初、クランプ１１は両方とも閉じている。この
場合、クランプ１１とワイヤ電極７間には摩擦力Ｆｏｎ
が存在する。変位素子１２は伸長した状態にある。（２）クランプ１１ｂを開放する。この場合のクランプ
１１ｂとワイヤ電極７ｂ間の摩擦力はＦｏｆｆである。（３）変位素子１２を収縮させる。前式Ｆｏｎ＞Ｆｇ＞
Ｆｏｆｆの関係が成り立つので、ワイヤ電極７ｂはその
ままの位置で、ワイヤ電極７ｂだけが上へ送られる。（４）両方のクランプ１１を開じる。（５）変位素子１２を仲ばすとワイヤ電極７はクランプ
１１より拘束されるため、ホルダ４のみが下向きに送ら
れる。これにより、クランプ１１、変位素子１２は（１）の状
態に戻る。また、ワイヤ電極１１ａは初期位置のまま
で、ワイヤ電極１１ｂのみが上向きに送られていること
がわかる。

【００２２】図７を用いて、任意のワイヤ電極を下向き
に送る方法を説明する。図７では、ワイヤ電極７ａはそ
のままとし、ワイヤ電極７ｂのみを下向きに送る。この
場合のクランプ１１、変位素子１２、ワイヤ電極７の変
位の様子のタイムチヤートを図８に示す。（１）最初、クランプ１１は両方とも開じている。この
場合、クランプ１１とワイヤ電極７間には摩擦力が存在
する。変位素子１２は収縮した状態にある。（２）クランプ１１ｂを開放する。この場合のクランプ
１１ｂとワイヤ電極７ｂ間の摩擦力である。（３）変位素子１２を収縮させる。前式Ｆｏｎ＞Ｆｇ＞
Ｆｏｆｆの関係が成り立つので、ワイヤ電極７ａはその
ままの位置で、ワイヤ電極７ｂだけが下へ送られる。（４）両方のクランプ１１を開じる。（５）変位素子１２を伸ばすとワイヤ電極７はクランプ
１１より拘束されるため、ホルダ４のみが上向きに送ら
れる。これにより、クランプ１１、変位素子１２は（１）の状
態に戻る。またワイヤ電極１１ａは初期位置のままで、
ワイヤ電極１１ｂのみが下向きに送られていることがわ
かる。

【００２３】図５の（１）の状態と図７の（１）の状態
との相互の切換え、すなわち、ワイヤ電極７を変位させ
ずに変位素子１２のみを伸縮させるには、クランプ１１
を閉じた状態にする。

【００２４】実施例４．次に、この発明の案施例４につ
いて説明する。相対運動は、実施例１に挙げたようなＸ
Ｙ方向だけでなく、回転運動としてもよい。旋盤などの
回転主軸８に設置した被加工物２のように回転するもの
に対しても適用可能である。

【００２５】図９は加工ユニット１により半径方向の加
工量を制御し、円周方向および軸方向に相対運動をさせ
る例である。旋盤などの主軸８により被加工物２の中心
軸回りの回転運動を与え、切り込み装置９で半径方向の
切り込みと軸に平行な方向の相対運動を与える。この場
合には、同心円状の断面を持つ軸のほかに、１回転中に
ワイヤ電極７の長さを変化させることで、非円形断面を
持つ軸の加工も可能となる。

【００２６】図１０に回転する被加工物２の端面に加工
する例を示す。これにより、被加工物２の端面に同心円
状の形状を創成することが可能となる。旋盤などの主軸
８により被加工物２の中心軸軸回りの回転運動を与え、
切り込み装置９で被加工物２の半径方向およひ軸方向の
相対変位を与える。

【００２７】実施例５．前記案施例１〜５の加工ユニッ
ト１は、ＮＣ工作機械のほか、ロボットやクレーンな
ど、被加工物２との相対運動を与える機構に取付けて加
工することができる。

【００２８】実施例６．放電加工において、放電位置が
ある領域に集中せず、被加工物前面に分散している場合
には、加工面にクラックなどが生じないことが明らかに
なっている。この発明を実施例１に適用する場合を図１
１に示す。ワイヤ電極７のそれぞれにトランジスタ、Ｆ
ＥＴなどの半導体スイッチング素子、抵抗２４を介して
電源２２を接続する。各ワイヤ電極間は絶縁されてい
る。パルス分配器２３により、複数のスイッチング素子
２１のうちの１個もしくは数個を導通させるための信号
を印加する。パルス分配己器２３によるＮ本のワイヤ電
極７へのパルス分配の方法には、以下の３通りがある。（１）図１２に示すようにチャネル１からＮを順に導通
させる。（２）チャネル１からＮをランダムに導通させる。（３）前回の放電位置の近傍以外でランダムに導通させ
る。

【００２９】実施例７．加工ユニット１は、多数のワイ
ヤ電極７を持つ。これらのワイヤ電極７を被加工物２に
接触させ、その時のワイヤ電極７の繰り出し量を測定す
ることで、被加工物２の形状を測定することが可能とな
る。また、ワイヤ電極７への印加電圧と放電を生じるワ
イヤ電極７と被加工物２の距離は一定の開係があるの
で、非接触による被加工物２の形状測定が可能となる。

【００３０】実施例８．実施例８は複数の加工ユニット
を用いた加工の例で、複数の加工ユニットを進行方向に
並べて配置し、それらにより加工する例を図１３に示
す。この場合には、進行方向先頭の加工ユニット１ｄを
実施例７で述べたように測定器として用い、加工量を判
断する。そして、加工ユニット１ｃにより所定の加工を
行う。それに続く加工ユニット１ｄも測定器もしくは加
工装置として用いることで形状のフィードバックを行い
ながら加工することができる。これにより、前段の加工
ユニット１の電極消耗量を測定し、それを捕償すること
ができるため、高精度な形状を得ることが可能となる。

【００３１】実施例９．この発明を電解加工へ適用する
場合、装置の構成は実施例１の放電加工に適用する場合
と同様である。ワイヤ電極７は互いに絶縁されていな
い。

【００３２】実施例１０．次に、実施例１０として、塑
性加工へ適用する場合の例を示す。図１４は、薄板のプ
レスに適用する場合である。加工ユニット１ａと１ｂを
対向させて配置し、棒７がそれぞれ上下型になるように
反転させた形状になるように繰り出す。これらを押し付
けることで、薄板３１が成形される。加工ユニット１ｂ
の代わりに、通常の金型等を用いることも可能である。

【００３３】図１５は半溶融の樹脂の成形に適用する場
合である。棒７の繰り出し量を制御しながら、加工ユニ
ット１を半溶触の被加工物３２に押し付ける。この状態
で、加工ユニット１、と被加工物３２を相対運動させ
る。これにより、棒７の先端の軌跡が被加工物の形状と
して転写される。

【００３４】図１６は、光硬化樹脂を用いる場合であ
る。この場合には、棒の代わりに光ファイバ３４を用い
る。また、光ファイバ３４の先端には収束用レンズ３５
を取り付ける。レーザ光３６はレンズ３５の焦点距離で
焦点を結ぶ。この位置の光硬化樹脂３３が硬化すること
により、形状を創成できる。

【００３５】実施例１１．超音波振動子の先端に加工ユ
ニットを取り付けることで、超音波加工に適用可能であ
る。

【００３６】実施例１２．図１６の構成で、レーザ光３
６を高出力の加工用レーザ、例えば炭酸ガスレーザ、ヤ
グレーザ等にすることで、一般の被加工物の加工が可能
となる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の三次元
形状創成方法を用いれば、工具の形状をリアルタイムに
任意に変化でき、かつその消耗を補償できる。

【００３８】また、大面積の加工を行う場合にも、比較
的小規模な装置で加工を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明方法を実施する装置の概念図であ
る。

【図２】この発明方法を実施する装置の他の例を説明
する図である。

【図３】図１に示す装置での加工状態を説明する図で
ある。

【図４】この発明方法の実施例２を説明する図であ
る。

【図５】この発明方法の実施例３を説明する図であ
る。

【図６】図５の動作状態を説明するタイムチャ−トで
ある。

【図７】この発明方法の実施例３の他の例を説明する
図である。

【図８】図６の動作状態を説明するタイムチャ−トで
ある。

【図９】この発明方法の実施例４を説明する図であ
る。

【図１０】この発明方法の実施例４の他の例を説明す
る図である。

【図１１】この発明方法の実施例６を説明する図であ
る。

【図１２】図１１に示す装置へ信号を分配する方法を
説明する図である。

【図１３】この発明方法の実施例８を説明する図であ
る。

【図１４】この発明方法の実施例１０を説明する図で
ある。

【図１５】この発明方法の実施例１０の他の例を説明
する図である。

【図１６】この発明方法の実施例１０の更に他の例を
説明する図である。

【符号の説明】

１加工ユニット、２被加工物、３ＮＣテ−ブル、
４電極ホルダ、５主軸、６電極送り機構、
７ワイヤ電極、９切り込み装置、１１電極クラ
ンプ機構、１２ホルダ変位素子、２１スイッチング
素子、２２電源、２３パルス分配器、２４抵
抗、３１薄い被加工物、３２半溶融の樹脂、３３
光硬化樹脂、３４光フアイバ、３５レンズ、３６
レーザ光

フロントページの続き (72)発明者斎藤長男愛知県春日井市岩成台九丁目12番地の12 (72)発明者後藤昭弘名古屋市東区矢田南五丁目１番14号三菱電機株式会社名古屋製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１本もしくは複数の棒状体の繰り出し量
を制御しながら、所定面内で対向物と相対運動させるこ
とにより上記棒状体の先端部に三次元形状を創成する三
次元形状創成方法。
【請求項２】棒状体の繰り出し量を独立に制御するこ
とを特徴とする請求項１記載の三次元形状創成方法。