WO2000032343A1 - Appareil de gravure par etincelage - Google Patents

Description

明細書

放電加工装置 技術分野

本発明は、工具電極と導電性のワークピースの間に繰返し放電を発生ながら工具電 極をワークピースへ向けて垂直方向へ送ることによって所望の形状の穴をワークピ ース中に形作る放電加工装置に関する。特に、垂直方向へ移動可能なタイルに作用す る重力をつりあわせるバランス装置を備えた放電加工装置に関する。

背景技術

放電加工装置は、硬い導電性のワークピースをモールドやダイへ精密に加工するた めに広く使用されている。ワークピースは加工槽内に配置されたテーブルに固定され、 銅やグラフアイ トの工具電極は垂直方向へ移動可能なクィルに適当な電極取付装置 を用いて取り付けられる。加工槽は灯油のような誘電性液で満たされ、工具電極はヮ ークピースに非常に接近して位置決めされる。工具電極とヮ一クピースとの隙間はギ ヤップと呼ばれ、 そのサイズは、 数/ x mから数十/ z mである。 制御されたオンタイム の間パワーパルスを工具電極とワークピース間に印加することによって、ギヤップ中 の誘電性液の絶縁特性が破壊され放電が発生する。 この放電による熱のため、微量の ワークピース材料が蒸発するあるいは溶融して誘電性液に流される。放電の後にはク レータ状の微細な穴がワークピースの表面に残る。 オンタイムの終了とともに、制御 されたオフタイムが始まる。このオフタイムの間パワーパルスの印加を停止すること によって、 ギャップ中の誘電性液の絶縁特性が回復される。 放電加工装置は、 通常、 オンタイムとオフタイムを 1 /X s e c〜数十 m s e cの間で制御してパワーパルス を繰り返しギヤップに印加する。放電加工装置は工具電極をワークピースへ向 づて- Z軸に沿って降下させギヤップを一定のサイズに維持する。工具電極はワークピース に接触することなくワークピースから微量の材料を除去できるので、良好な粗さの面 をもつ、形状において工具電極に相捕的な窪みが精度よくワークピース中に形作られ る。 このような放電加工装置は、走行するワイヤ電極を使用するワイヤ E DM (W i r e E DM) と区別して、 シンカー E DM ( S i n k e r E DM) と呼ばれる。 ワークピースから除去された破片をギヤップから洗!/、流すためギヤップを経由す る誘電性液の流れを作り出す "フラッシング"動作が、 放電加工には重要である。 フ ラッシング動作は、ワークピースから除去された破片と工具電極との間に発生する望 ましくない 2次放電を防止しオフタイム中の確実な絶縁の回復に貢献する。熟練の作 業者は、加工前に、新鮮な誘電性液をギャップへ送り込んだり汚れた誘電性液をギヤ ップから吸引するための穴を工具電極やワークピース中の適当な位置に形成する。ェ 具電極のサイズや形状に因りそのような穴の形成が制限される場合、作業者は誘電性 液をギヤップへ向けて噴射する噴射装置を適当な位置に配置する。フラッシングは、 より速くより精度良く放電加工を行うための鍵であるけれども、ギヤップのすべてに わたって均一な流れを作り出すためには熟練が必要となる。工具電極を周期的に Z軸 に沿つて急速に上昇させ急速に下降させてギヤップ中の汚れた誘電性液のほとんど をワークピース中の窪みから追い出す、 "ジャンプ" と呼ばれる動作が知られている。 ジャンプ動作中、従来、工具電極は数百 mmZm i nの速度で移動する。 工具電極の 往復距離が大きければ、より多くの新鮮な液がギヤップへ流れ込みより多くの汚れた 液がギャップから排出される。少なくともワークピース中に形作られている窪みの深 さ以上に工具電極を上昇させることが望ましい。 しかしながら、ジャンプ動作中はヮ —クピースから材料の除去が行われないため、過度に頻繁なジャンプ動作は材料除去 速度を低下させてしまう。材料除去速度を低下させることなく大きレ、移動量のジヤン プ動作を行うために、 重力加速度 （1 G) を超える加速と減速、 高速度で、 工具電極 を移動させることが望ましい。 —— 一 一 発明の開示

本発明の目的は、高加速で垂直方向へ移動可能なタイルに追従して、タイルに作用 する重力をつりあわせるバランス装置が取り付けられた放電加工装置を提供するこ とである。

本発明の他の目的は、下端に電極取付装置が取り付けられたタイルを高加速で正確 に垂直方向へ移動させる放電加工装置を提供することである。

その他の本発明の目的は、 以下に続く説明の中に部分的に述べられ、 発明を実践 することにより、 当業者に部分的に明らかになるであろう。

上述の目的を達成するため、 ワークピースと工具電極との間に放電を発生させな がら工具電極をワークピースへ向けて垂直方向へ移動させることによってワークピ ―スを加工する本発明の放電加工装置は、

垂直方向へ移動可能なタイルと、

クィルの下端に取り付けられた、 工具電極を取り付ける電極取付装置と、 タイルの中心軸に関して対称にクイルに取り付けられた少なくとも 2つのリニア モータ移動子と、

2つの移動子のそれぞれに向い合う少なくとも 2つのリニアモータ固定子と、 バランス力の作用線がクイルの中心軸に一致するよう、クイルに作用する重力をつ りあわせるバランス装置とを含む。

好ましくは、 バランス装置は、 タイルと同軸に配置されたエアシリンダを含む。 さらに好ましくは、クイルはその中心に垂直方向に延びる穴を有し、エアシリンダ がその穴中に配置される。

図面の簡単な説明

F I G . 1は、本発明による放電加工装置の第 1の実施例をイラストする側面図で ある。

F I G . 2は、 F I G . 1の放電加工装置をイラストする斜視図である。——.一 F I G . 3は、 F I G . 1のバランス装置をイラストするエア回路図である。 F I G . 4は、 F I G . 1のブレーキ装置をイラストする横断面図である。 F I G. 5は、 F I G. 1のブレーキ装置をイラストする図である。

F I G. 6は、本発明による放電加工装置の第 2の実施例をィラストする側面図で ある。

F I G. 7は、 F I G. 6の放電加工装置をイラストする斜視図である。

F I G. 8は、本発明による放電加工装置の第 3の実施例をイラストする側面図で ある。

F I G. 9は、 F I G. 8の放電加工装置をイラストする斜視図である。

F I G. 10は、 F I G. 8のパランス装置をイラストするエア回路図である。 発明を実施するための最良な形態

F I G. 1、 2、 3、 4および 5を参照して、 本発明による放電加工装置の第 1の 実施例が述べられる。

F I G. 1中にイラストされているように、 工具電極 （イラストされていない） 取り付けられる電極取り付け装置 42は、クイノレ 41の下端に固定されクイル 4 1と 同軸に配置されている。四角柱形状のクイル 41は、垂直に延びる円筒状の穴をその 中心に有している。クイル 41は、 2つのリニアモータにより Z軸に沿って垂直方向 へ高加速で移動可能である。イラストされた実施例では、 リニアモータ移動子は永久 磁石 44と磁石板 43力 >ら成り、リ二モータ固定子はヨーク 3 1と電気子コイル 32 から成る。 1列の永久磁石 44が配置された磁石板 43は、クイル 41の中心軸に関 して対称にクイル 41の向い合う平行な側壁のそれぞれへ固定されている。永久磁石 44それぞれは、トルクの脈動を減少させるため水平方向からわずかに傾いて磁石板 43に貼り付けられている。 放電加工機のコラム 1がベッド （イラストされていな レ、）上に置かれ、枠体 2がコラム 1に取り付けられている。電気子コイル 32が卷か れたヨーク 3 1は、 1列の永久磁石 44に向い合うように枠体 2に固定されて A、る。— クイノレ 4 1の向い合う両側面で発生する推力の中心がクイル 4 1の中心軸に一致す るよう、移動子と固定子の隙間は同じサイズに維持されている。冷却液が通る管路 3 3がヨーク 3 1中に形成されている。電流がコイル 3 2に流されると、固定子と移動 子の間に発生する推力によって、 タイル 4 1が垂直方向へ移動する。 クイノレ 4 1の移 動の限界を定めるストツパ 4 5および 4 6力 クイル 4 1の上端および下端にそれぞ れ設けられている。 ストツパ 4 5および 4 6は、それらが枠体 2に衝突する際に衝撃 を吸収する弾性部材を含んでいる。 クイル 4 1は、ガイ ドレーノレ 5 2と一対のリニア モーションローラべァリング 5 1とから成る案内装置によって案内される。ガイドレ —ル 5 2は移動子が設けられていないクイル 4 1側面に設けられ、一対のリニアモー シヨンローラべァリング 5 1は枠体 2に設けられガイドレール 5 2に係合する。

1 G以上の加速度で垂直に移動可能なクイル 4 1に作用する重力のつりあいをと るバランス装置 6は、エアシリンダ 6 0と空気供給装置 6 1力、ら成る。エアシリンダ 6 0は、 クイノレ 4 1と同軸にクイル 4 1の穴中に配置されたシリンダ 6 2と、 シリン ダ内壁と摺動可能なビストン 6 3と、一端がビストン 6 3に連結されたビストン口ッ ド 6 4とを含む。 シリンダ 6 2のフランジ部 6 5力 ボルトによってクイル 4 1の上 端に強固に固定される。ビストン口ッド 6 4はその他端でブラケット 7に支持される。 ブラケット 7は、 ピストン口ッド 6 4の他端が固定された天板 7 1と、天板 7 1を支 える側壁 7 2カゝら成る。 側壁 7 2は、 枠体 2に固定されている。 シリンダ 6 2はクイ ノレ 4 1の直近に設けられているので、エアシリンダ 6 0は高い応答性でクイル 4 1の 移動に追従できる。

F I G . 3を参照して空気供給装置 6 1が詳細に述べられる。

ピストン 6 3より上のシリンダ 6 2内に形成された上室 6 8へ空気を供給あるい は排出する供給口 6 6がシリンダ 6 2に形成されている。上室 6 8中の空気圧が所定 の値に維持されるよう、クイル 4 1の位置に応じて上室 6 8中の空気の量が制御され る。 ピストン 6 3より下のシリンダ 6 2内に形成された下室 6 9は、消音器 7-を じて大気に開放されている。 空気供給装置 6 1は、 コンプレッサのような空気源 6 1 8から供給される圧縮空気の圧力を設定値に維持してエアシリンダ 6 0を制御する, 空気供給装置 6 1は、圧縮空気から塵やほこりを除去するフィルタ 6 1 1と、圧縮空 気からさらにオイルミス小を除去するフィルタ 6 1 2と、圧縮空気を所定の圧力へ調 整するエアレギユレータ 6 1 3とを含んでいる。空気供給装置 6 1は、 さらに、高速 で上室 6 8中へ空気を供給したり上室 6 8から空気を排出することによって上室 6 8中の空気圧を設定値に維持するハイリリ一フェアレギュレータ 6 1 4を含んでい る。ハイリリ一フェアレギュレ一タ 6 1 4は、大容量のリリ一フ弁を備えた大容量の エアレギユレータである。タイル 4 1の降下によって上室 6 8中の空気圧が所定値よ り高くなると、ハイリリーフエアレギユレ一タ 6 1 4はリリーフ弁を開放し上室 6 8 中の空気を供給口 6 6から高速で排出する。タイル 4 1の上昇によって上室 6 8中の 空気圧が所定値より低くなると、ハイリリーフエアレギユレータ 6 1 4はリリーフ弁 を閉じた状態で圧縮空気を供給口 6 6から上室 6 8へ高速で供給する。上室 6 8内の 空気圧は、 主にクイル 4 1、 リニアモータ移動子、電極取付装置 4 2および工具電極 などの質量によってクイル 4 1に作用する重力をつりあわせるバランス力が発生す るように設定されている。その設定値は、ハイリリ一フェアレギユレ一タ 6 1 4のつ まみ （図示されていない） によって容易に変更可能である。 空気圧は、機械に取り付 けられる工具電極の重量次第で、 例えば 2 . 5〜6 k g / c m ²の範囲で設定される。 操作者が容易に空気圧を設定できるよう、空気圧の目盛りは工具電極の重量と関連さ せられることが好ましい。

こうして、 主にクイル 4 1、 リユアモータ移動子、電極取付装置 4 2および工具電 極を含む移動体の重量がリニアモータに負荷をかけないので、クイル 4 1の静止中は 電力が節約される。 また、バランス装置 6はリニアモータの出力を軽減するので、 リ ニァモータの発熱は抑えられリニァモータ移動子は軽量化される。移動体全体の軽量 ィ匕は、移動体の高加速での移動に貢献する。シリンダ 6 2とクイノレ 4 1は同軸に配置 されているので、エアシリンダ 6 0中に発生するバランス力の作用線ほクイル 4 1の 中心軸に一致する。 また、バランス力の作用線は、 リニアモータによる推力の中心に も一致する。 したがって、曲げモーメントがクイル 4 1およびエアシリンダ 6 0に作 用せず、 クイル 4 1の移動の真直性が確保される。

思いがけずに工具電極が降下してワークピースに衝突することを防止するブレー キ装置 8がフランジ部 6 5に設けられている。 F I G . 4中に示されているように、 押し部材 8 3は、ポート 8 2からブレーキ装置 8中へ供給された圧縮空気によって、 一対のレバー 8 4を開いている。 この状態では、 レバー 8 4と一体の一対のブレーキ シユー 8 6は、圧縮コイルばね 8 5の弹性力に杭して、ブレーキ装置 8を貫通してい るピストンロッド 6 4を開放している。圧縮空気は、 F I G . 5中に示されるように、 空気源 6 1 8から電磁弁 8 1を通ってブレーキ装置 8へ送られる。 F I G . 5を参照 して、停電が発生した時のブレーキ装置 8の動作が以下に述べられる。参照文字 E L と W Pは、 それぞれ、 工具電極とワークピースを示している。 無停電電源 9 1は、停 電を検出すると直ちに、制御装置 6 1 5、モ一タドライノ 1 0およぴリレー回路 6 1 6へ電力を供給する。無停電電源 9 1は、電源 9によって、つねに充電されている。 制御装置 6 1 5は、無停電電源 9 1から停電を示す信号を受け取ると、クイル 4 1を 所定距離だけ上昇させるあるいは停止させる制御信号をモータドライバ 1 0へ送る。 制御装置 6 1 5は、 さらに、ブレーキ装置 8から圧縮空気を排出させる制御信号を電 磁弁 8 1用のリレ一回路 6 1 6へ送る。電磁弁 8 1は、空気源 6 1 8とブレーキ装置 8との間の空気の流通を断ち、ブレーキ装置 8のポート 8 2から圧縮空気を排出する。 圧縮コィルばね 8 5の弾性力がブレーキ装置 8中の空気圧に勝ると、一対のブレーキ シユー 8 6はビストン口ッド 6 4を押さえ付ける。 このようにして、停電時でもクイ ル 4 1の落下が防止される。エアシリンダ 6 0に供給されている空気の圧力が異常に 低下した場合にも、ブレーキ装置 8が動作する。 空気圧の異常な低下は、エアレギュ レータ 6 1 3とエアシリンダ 6 0との間に設けられた圧力スィッチ 6 1 7 ^ X ' 検出される。制御装置 6 1 5は、圧力スィッチ 6 1 7から検出信号を受け取ると、警 報を発するとともに停電時と同様にブレーキ装置 8を動作させる。 F I G . 6および 7を参照して、本発明による放電加工装置の第 2の実施例が述べ られる。 F I G . 1、 2、 3、 4および 5中と同様の要素には、 同じ参照番号が与え られ、 その説明が省略される。

ブレーキ装置 8は、コラム 1とクイノレ 4 1との間で枠体 2に固定されている。 ビス トンロッド 6 4と平行な方向に移動可能な軸 8 7がブレーキ装置 8を貫通している。 可動軸 8 7は、枠体 2の貫通孔に挿入された軸受 8 8によって案内されている。可動 軸 8 7の上端は、水平に延びる橋板 7 3によって、クイル 4 1の上端へ連結されてい る。 ブラケット 7の側壁 7 2は、橋板 7 3が通る開口を有している。 この実施例では、 ブレーキ 2装置がタイル 4 1の上部に配置されていないので、機械のへッド部の高さ が小さくなる。

F I G . 7、 8および 9を参照して、本発明による放電加工装置の第 3の実施例が 述べられる。 F I G . 1、 2、 3、 4および 5中と同様の要素には、 同じ参照番号が 与えられ、 その説明が省略される。

第 1および第 2の実施例とは異なり、磁石板 4 3はそれぞれ、 コィノレ 1の垂直面 1 aに平行なクイル 4 1側壁に固定されている。 しかしながら、他の実施例と同様に、 2つのリニアモータは、それらの推力の中心がクイル 4 1の中心軸に一致するよう配 置されている。シリンダ 6 2がクイル 4 1とコラム 1との間でクイル 4 1と平行に配 置されるよう、エアシリンダ 6 0のフランジ部 6 5は、ボルトによって枠体 2に強固 に固定される。クイル 4 1と同軸に延びる支持ロッド 7 4の下端がタイル 4 1の上端 に固定されている。 ピストンロッド 6 4の上端は、水平に延びる橋板 7 3によって、 支持口ッド 7 4の上端へ連結されている。クイル 4 1を含む移動体の軽量化が最優先 されるときには、 このように、エアシリンダ 6 0とブレーキ装置 8は移動体から排除 される。 F I G . 1 0中に示されるように、 空気は供給口 6 6から、 ピスト一:^ 6 3ーよ り下のシリンダ 6 2内に形成された下室 6 9へ供給されるあるいは下室 6 9から排 出される。下室 6 9中の空気圧が所定の値に維持されるよう、クイノレ 4 1の位置に応 じて下室 6 9中の空気の量が制御される。ピストン 6 3より下のシリンダ 6 2内に形 成された上室 6 8は、 消音器 6 7を通じて大気に開放されている。

本発明を開示されたフォームに限定することは意図されていない。 上述の記述を 参照して多くの改良及びバリエーションが可能であることは明らかである。

ィラストされた実施例は、 発明の本質とその実用的な応用を説明するために選ば れた。 発明の範囲は、 添付の特許請求の範囲によって定義される。

Claims

請求の範囲

1 . ワークピースと工具電極との間に放電を発生させながら工具電極をワークピ ースへ向けて垂直方向へ移動させることによってワークピースを加工する放電加工 装置において、

垂直方向へ移動可能なクイルと、

クィルの下端に取り付けられた、 工具電極を取り付ける電極取付装置と、 タイルの中心軸に関して対称にタイルに取り付けられた少なくとも 2つのリ ユアモータ移動子と、

2つの移動子のそれぞれに向い合う、少なくとも 2つのリニアモータ固定子と、 バランス力の作用線がタイルの中心軸に一致するよう、タイルに作用する重力 をつりあわせるバランス装置を含む放電加工装置。

2 . バランス装置は、タイルと同軸に配置されたエアシリンダを含むタレ一ム 1の 放電加工装置。

3 . クイルはその中心に垂直方向に延びる穴を有し、エアシリンダがその穴中に配 置されるクレーム 2の放電加工装置。

4 . バランス装置が、 タイルと同軸にタイルに固定されたシリンダ、 シリンダの内 壁に摺動可能なビストンと、ピストンへ接続された固定のビストン口ッドを含むクレ ーム 1の放電加工装置。

5 . さらに、 ピストンロッドに制動力を与えるブレーキ装置を含むクレーム 4の放 電加工装置。

6 . ピストンロッドと平行に延びる可動軸と、可動軸とクイルを連結する水平に延 びる橋板と、可動軸に制動力を与えるブレーキ装置を含むクレーム 4の放電加工装置。

7 . 電極取付装置がクイルと同軸に配置された、 クレーム 1の放電加工装置。 -― 8 . ワークピースと工具電極との間に放電を発生させながら工具電極をワークピ ースへ向けて垂直方向へ移動させることによってワークピースを加工する放電加工 装置において、

垂直方向へ移動可能なタイルと、

クイルの下端に取り付けられた、 工具電極を取り付ける電極取付装置と、 クィルの中心軸に関して対称にクイルに取り付けられた少なくとも 2つのリ ニァモータの移動子と、

2つの移動子のそれぞれに向い合う、少なくとも 2つのリニアモータ固定子と、 クイルと平行に固定されたシリンダと、

シリンダの内壁に摺動可能なビストンと、

ピストンへ接続されたピストン口ッドと、

クイルに固定されタイルと同軸に延びる支持口ッドと、

ビストンロッドと支持口ッドを連結する水平に延びる橋板を含む放電加工装