WO2005018858A1

WO2005018858A1 - 放電加工方法

Info

Publication number: WO2005018858A1
Application number: PCT/JP2004/012195
Authority: WO
Inventors: Akihiko Imagi; Tomoko Sendai; Akihiro Goto; Satoshi Suzuki; Kuniyoshi Ishi; Iwao Yokoi; Masahiro Okane; Hiroyuki Yahagi; Mitsutoshi Watanabe; Yoshio Hirokawa; Nobuyuki Saeki
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha; Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd.
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2005-03-03
Also published as: JP2006346752A

Abstract

　放電加工方法は、被加工物（１）の表面（１ａ）から傾斜する異形細穴（２０）を彫り込んで形成する放電加工方法において、異形細穴（２０）の目標加工形状の１つの内側面とＺ軸とが平行になるように被加工物（１）を傾斜させて保持する位置決め保持工程と、被加工物（１）に対して、まず電極（５）をＺ軸方向に所定量彫り込ませ、次に電極（５）をＸＹ平面内で目標加工形状輪郭に沿って移動させ、この動作を繰り返すことにより異形細穴を彫り進む加工工程とを備えている。

Description

明細書

放電加工方法

技術分野

[0001] この発明は放電カ卩ェ方法に関し、特に NC装置による軌跡制御を用いて、被カロェ物の表面に対して斜めに形成される細穴等を創成放電カ卩ェ形成する放電カ卩ェ方法に関するものである。

背景技術

[0002] 例えば、特許文献 1で示されるような従来の放電加工方法は、電極をスキャニングして創成加工する方法であって、有消耗の加工条件で電極の底面の平面度を保ちながら浅いキヤビティ (凹部)形状を加工する。なお、キヤビティ底面の平面度を精度よくするため、加工形状は、平面内では任意形状とするが、深さ方向には、平面を組み合わせた 2. 5次元の形状としている。そして、平面内目標形状に対するオフセット値を微調整して、側面にテーパ形状を形成するが、テーパ形状を加工する際の Z軸方向彫り込みの送りピッチは電極径に対して小さくなる。

[0003] 特許文献 1 :特許第 3395431号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 上述のような従来のスキャニング創成放電加工方法は、電極径に対して広い面積のキヤビティ (凹形状)を加工するには有効なものである力例えば、ディフユーザーホール（diffuser hole)等の穴入口と穴出口の形状または大きさが違う細穴を加工することは難しい。

[0005] また、従来のスキャニング創成放電加工方法は、平面加工のオフセット量の微調整にて側面にテーパを加工するため、テーパ穴部が階段状となり、また、電極径に対して送りピッチが小さくなるため加工時間が長くなるという課題があった。

[0006] また、従来のスキャニング創成放電カ卩ェ方法が対象としている形状は、被加工物の表面に対して垂直なものであり、被加工物の表面を水平に設置して加工を行うので、被カ卩ェ物の表面に対して斜めに形成される細穴を形成することができないという課題があった。

[0007] また、被加工物の表面に対して傾斜して形成された細穴を加工する際、開口部においては、彫り込み加工に必要な電極の移動軌跡はコの字の部分だけでよぐこれを従来のように口の字の電極の移動を行うと、放電力卩ェを行わない空走パスが発生し、加工時間が長くなるという課題があった。

[0008] 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、被カ卩ェ物の表面に対して傾斜して形成された異形細穴を効率よく加工することができる放電カ卩ェ方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0009] 上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明に力かる放電カ卩ェ方法は、電極と被加工物との間に電圧を印加しつつ、前記電極と前記被加工物との三次元相対位置を変化させる制御をして、前記電極と前記被加工物間に発生する放電を利用して、前記被加工物の表面に対して傾斜する異形細穴を彫り込んで形成する放電加工方法において、前記異形細穴のストレート穴部の目標加工形状の 1つの内側面と Z軸とが平行になるように前記被力卩ェ物を傾斜させて保持する位置決め保持ェ程と、前記被カ卩ェ物に対して、まず前記電極を Z軸方向に所定量彫り込ませ、その後前記電極を XY平面内で前記目標加工形状輪郭に沿って移動させる一連の動作を繰り返すことにより前記異形細穴を彫り進む加工工程とを備えたことを特徴とする。発明の効果

[0010] この発明に力かる放電カ卩ェ方法によれば、位置決め保持工程において、被加工物を放電加工装置に固定する際、異形細穴のストレート穴部の目標加工形状の 1つの内側面と Z軸とが平行になるように被加工物を傾斜させて保持するので、 Z軸方向に延びる従来と同様の電極を用いて、まず、電極を z軸方向に所定量彫り込ませ、次に、電極を XY平面内で目標加工形状輪郭に沿って移動させ、その後、電極をさらに Z 軸方向に所定量彫り込ませ、次いで、同じように電極を XY平面内で目標加工形状輪郭に沿って移動させ、この動作を繰り返すことにより異形細穴を彫り進むので、矩形テーパ穴部とストレート穴部とを有して被加工物の表面に対して斜めに形成された異形細穴であっても効率よく加工することができる。図面の簡単な説明

[図 1]図 1は、この発明の実施の形態 1の放電加工方法を実現する放電加工装置の構成を示す図である。

[図 2-1]図 2_1は、図 1の放電カ卩ェ装置の被力卩ェ物支持手段の詳細を示す図のうち、被加工物支持手段の正面図である。

[図 2-2]図 2_2は、図 1の放電カ卩ェ装置の被力卩ェ物支持手段の詳細を示す図のうち、被力卩ェ物支持手段の側面図である。

[図 3-1]図 3— 1は、この発明の実施の形態 1の放電カ卩ェ方法が形成する異形細穴としてのディフユーザーホールの詳細を示す図のうち、図 3— 1はディフユーザーホールの正面図である。

[図 3-2]図 3-2は、ディフユーザーホールの詳細を示す図のうち、図 3-1の A— A断面図である。

[図 3-3]図 3-3は、ディフユーザーホールの詳細を示す図のうち、図 3-1の B-B断面図である。

[図 4]図 4は、被力卩ェ物を放電カ卩ェ装置に傾斜させて固定した状態を示す図である。

[図 5]図 5は、矩形テーパ穴部の開口近傍におけるスキャニング軌跡を示す図である

[図 6]図 6は、矩形テーパ穴部の中央部におけるスキャニング軌跡を示す図である。

[図 7]図 7は、矩形テーパ穴部の全体に渡るスキャニング軌跡を示す図である。

[図 8]図 8は、矩形テーパ穴部と電極断面の関係を示す説明図である。

[図 9]図 9は、ストレート部の入口におけるスキャニング軌跡の様子を示す図である。

[図 10]図 10は、ストレート部の全体に渡るスキャニング軌跡の様子を示す図である。

[図 11]図 11は、穴断面と電極径の関係を示す説明図である。

[図 12]図 12は、この発明の実施の形態 2に係る放電カ卩ェ方法を説明する長パルス低ピーク波形の電流を用いて荒放電加工しこの荒放電加工の後に短パルス波形の電流を用いて仕上げ放電カ卩ェするときのスキャニング軌跡を示す斜視図である。

[図 13]図 13は、荒放電加工した後の断面の様子を示す断面図である。

[図 14]図 14は、仕上げ放電加工した後の断面の様子を示す断面図である。 [図 15-1]図 15-1は、この発明の実施の形態 3に係る放電加工方法を説明するストレート下穴を加工する様子を示す図のうち、ストレート下穴の正面図である。

[図 15-2]図 15-2は、ストレート下穴を加工する様子を示す図のうち、図 15-1の A— A断面である。

[図 15-3]図 15—3は、ストレート下穴を加工する様子を示す図のうち、図 15—1の B—B 断面図である。

[図 16-1]図 16—1は、ストレート下穴 55を加工した後に第 2手順として電極をスキヤ二ングすることによってディフユーザーホールを創成したときの加工軌跡を模的に示す図のうち、ディフユーザーホールの正面図である。

[図 16-2]図 16—2は、図 16—1の A_A断面図である。

[図 16-3]図 16—3は、図 16—1の B—B断面図である。

[図 17]図 17は、この発明の実施の形態 4に係る放電カ卩ェ方法の多数個穴の自動連続加工手順を説明するフローチャート図である。

[図 18]図 18は、この発明の実施の形態 5に係る放電加工方法を説明する電極突き出し長さと加工時間の関係を示すグラフである。

[図 19]図 19は、電極回転数を制御する手順を示す図である。

[図 20-1]図 20— 1は、この発明の実施の形態 6に係る放電加工方法を説明するテーパ穴と電極との位置関係の一例を示す横断面図である。

[図 20-2]図 20-2は、この発明の実施の形態 6に係る放電加工方法を説明するテーパ穴と電極との位置関係の他の例を示す横断面図である。

[図 20-3]図 20-3は、この発明の実施の形態 6に係る放電加工方法を説明するテーパ穴と電極との位置関係の他の例を示す横断面図である。

符号の説明

1 被加工物

2 C軸テーブル

3 B軸テーブル 6 電極ホルダ

7 電極ガイド

8 チャック

9 ヘッド'

10 ラム

11 加工槽

12 NC制御装置

13 NCデータ部

14 NC位置制御手段

15 放電電源

16 被加工物支持手段

17 電極移動手段

18 回転機構

19 電極制御手段

20 異形細穴

21 異形細穴の矩形テーパ穴部

22 異形細穴のストレート部

39 取付治具

40 グランド f泉

41 荒放電加工手段

42 仕上げ放電加工手段

52 外郭形状

53 変質層

54 仕上げ放電力卩ェのスキャニング軌跡

55 ストレート下穴

56 電極中心の軌跡

発明を実施するための最良の形態

以下に、本発明にかかる放電加工方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。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。

[0014] 実施の形態 1.

図 1は、この発明の実施の形態 1の放電加工方法を実現する放電加工装置の構成を示す図である。図 2—1及び図 2—2は、図 1の放電加工装置の被加工物支持手段の詳細を示す図であり、図 2_1は、被加工物支持手段の正面図であり、図 2— 2は、被加工物支持手段の側面図である。図 1、図 2—1及び図 2—3において、放電加工装置は、被力卩ェ物 1を支持して、 C軸まわりに回転する C軸テーブル 2と、 C軸テーブル 2を支持して、 B軸まわりに回転する B軸テーブル 3と、 B軸テーブル 3を支持するべッド 4とを備えている。

[0015] さらに、放電加工装置は、被加工物 1との間に放電を発生させる電極 5と、この電極 5を保持する電極ホルダ 6と、被加工物 1の近傍で電極 5の先端位置を決めるガイド 7 と、電極ホルダ 6を保持するチャック 8と、このチャック 8を支持し、 Z軸方向に平行移動するヘッド 9と、このヘッド 9を支持し、 X軸、 Y軸方向に移動するラム 10、加工液を満たして被加工物 1を浸漬する加工槽 11とを備えている。なお、加工槽 11及びラム 1 0はベッド 4に支持されている。

[0016] さらに、放電加工装置は、 C軸テーブル 2、 B軸テーブル 3、ヘッド 9及びラム 10をそれぞれ制御する制御装置としての NC制御装置 12を有している。この NC制御装置 1 2は、目標加工形状をあらかじめ NCデータとして記憶する NCデータ部 13と、この N Cデータに基づき C軸テーブル 2、 B軸テーブル 3、ヘッド 9及びラム 10を制御する位置制御情報を生成する NC位置制御手段 14とを有している。なお、本実施の形態の制御手段は、 NCデータにより放電加工を制御する NC制御装置である力 NC制御装置に限らずコンピュータコントロール装置などを用いても同様の効果を得ることができる。さらに、放電加工装置は、被力卩ェ物 1と電極 5との間に放電を発生させるために両者間に放電電圧を印加する放電電源 15を有している。

[0017] 本実施の形態の放電カ卩ェ装置における座標軸は、以下のように設定されている。

基準面 Fは、設置地面に水平に調整して設置されているベッド 4の上面とされ、加工上の XY平面は、この基準面 Fに対して平行に設定されている。ベッド 4上面上で幅方向が X軸方向とされ、装置に向力作業者の右手方向が正、左手方向が負に設定されている。さらに、このベッド 4上面上で奥行き方向が Y軸方向とされ、装置に向かう作業者の手前側が正、奥行き側が負に設定されている。さらに、この上面の法線方向が Z軸方向とされ、装置に向かう作業者の上方が正、下方が負に設定されている。

[0018] ヘッド 9は、 Z軸方向に直線移動することができる。ラム 10は、 X軸 ·Υ軸の 2軸にそれぞれ直線軸受けによつて移動可能に支持されてレ、る。ヘッド 9とラム 10により電極移動手段 17が構成されている。

[0019] また、本実施の形態の放電カ卩ェ装置は、ベッド 4上に立設された図示しない支持部材に Β軸テーブル 3が設けられている。この Β軸テーブル 3は所定の曲率半径 Rにて Β軸周りに回動する。 C軸テーブル 2は、 Β軸テーブル 3上に C軸に対して回転自在に支持されている（図 2_1及び図 2_2参照）。これら C軸テーブル 2と Β軸テーブル 3 とによって被力卩ェ物支持手段 16が構成されている。

[0020] このような構成の放電カ卩ェ装置においては、被加工物 1の表面の法線と X— Υ軸平面とのなす角度は、 Β軸テーブル 3を所望の角度に回動することにより設定される。また、電極 5は、電極ホルダ 6で保持され、さらに、被力卩ェ物 1に近接した位置で電極ガイド 7によって電極 5の X軸、 Υ軸方向の変位を拘束される。このような構造により、電極 5が、小さな径、例えば lmm以下の小径の電極であって、これにより電極 5がたわみやすい場合においても、電極 5の X軸、 Y軸位置を正確に制御することができる。そして、電極ホルダ 6はヘッド 9で支持され、電極ガイド 7はラム 10で支持されており、さらに、ヘッド 9はラム 10で支持されているため、ラム 10の X軸、 Y軸位置を制御することにより、電極ホルダ 6と電極ガイド 7の X軸、 Y軸方向位置を同期して制御できる。

[0021] このようにして電極 5の X軸、 Y軸方向の位置を制御しながら、 Z軸方向に移動するヘッド 9の位置を制御することによって電極 5の Z軸方向の位置を制御することができる。すなわち、電極ガイド 7の X軸、 Y軸方向の位置を制御しながら、この電極ガイド 7 に沿って、電極 5を Z軸負方向に進行させて、被力卩ェ物 1に対して穴加工をすることができる。

[0022] 次に、本実施の形態の加工対象穴としての異形細穴であるディフユーザーホールの形状に関して説明する。ディフユーザーホールは、タービンブレードの冷却等に広く用いられる細穴である。図 3—1、図 3—2及び図 3—3は、このディフユーザーホールの詳細を示す図である。図 3— 1はディフユーザーホールの正面図であり、図 3— 2は図 3-1の A-A断面図である。図 3-3は図 3-1の B-B断面図である。図中破線及び一点鎖線は、放電加工時の電極 5のスキャニング軌跡を表す。ここで、本実施の形態においては、電極 5を走查するように移動させることをスキャニング、また、そのときの軌跡をスキャニング軌跡と呼ぶ。図 3—1、図 3—2及び図 3—3に示すように、ディフユ一ザ一ホール 20は、被力卩ェ物 1の薄板部分に傾斜してカ卩ェしたものであり。ディフユ一ザ一ホール 20は矩形テーパ穴部 21とストレート穴部 22とを有している。

[0023] ここで、ディフユーザーホール 20の使われ方を簡単に説明する。図 3— 2の下から上へ（Zの負側から Zの正側へ）冷却空気を流し、矩形テーパ穴部 21で拡大流れとして滑らかに流速を下げ、流れの剥離を抑制しながら被力卩ェ物 1の上面へ滑らかに冷却空気を拡散して被力卩ェ物 1の上面を冷却する。この冷却方法はタービンブレードの冷却に広く用いられている方法である。

[0024] ス卜レー卜穴咅 Β22ίま、斜角柱であり、ィ則面 22a、 22b、 22c、 22diこよって囲まれてレヽる。対向する側面 22aと側面 22cは、表面 laとともに、それぞれ Y軸に対して平行とされており、 X軸には斜めに交わっている。 X— Z平面において側面 22a、 22cと表面 la との交わる角度を α度とする。なお、被力卩ェ物 1は表面 laと裏面とが平行となっている。側面 22b、 22dは、それぞれ X軸に対して平行とされており、 Y軸に直角に交わつている。

[0025] 矩形テーパ穴部 21は、頂部が削除された斜四角錐台であり、側面 21a、 21b、 21c 、 21dによって囲まれている。側面 21aと表面 laとは、それぞれ Y軸に対して平行とされており、 X軸とは交わっている。 X— Z平面において、表面 laと側面 21cとの交わる角度を γ (度）とする。側面 21b、 21dは、 X軸に対して平行とされており、 Y軸とは斜めに交わっている。 Y— Z平面において、表面 laと側面 21bとの交わる角度を j3 (度）とする。

[0026] 次に、図 1に示す放電カ卩ェ装置を用いて図 3—1、図 3—2及び図 3—3に示すティフユーザーホールをカ卩ェする放電力卩ェの動作について説明する。まず、図 4に示すように、 NC制御装置 12は、 B軸テーブル 3と C軸テーブル 2とを位置制御して被加工物 1を、その目標加工形状のディフユーザーホールの矩形テーパ穴部 21の側面 21 (ストレート穴部 22の側面 22aも同様）が Z軸と平行になるように位置させる。このような状態で、 B軸テーブル 3と C軸テーブル 2をベッド 4に固定する。すなわち、ディフューザ一ホールの目標加工形状の 1つの内側面と Z軸とが平行になるように被加工物を傾斜させて保持する (位置決め保持工程)。その後、加工工程に進む。

[0027] 加工工程においは、まず、 NC制御装置 12が、ヘッド 9及びラム 10の位置を制御して電極 5を移動させ被加工物 1との間隔を調整する。同時に、放電電源 15を駆動して放電加工を行う。

最初に、この放電加工のうち、矩形テーパ穴部 21の放電加工について図 5から図 7 を参照して詳細に説明する。図 5はディフユーザーホールの矩形テーパ穴部 21の開口近傍におけるスキャニング軌跡を示す図である。図 6はディフユーザーホールの矩形テーパ穴部 21の中央部におけるスキャニング軌跡を示す図である。図 7はディフユ一ザ一ホールの矩形テーパ穴部 21の全体に渡るスキャニング軌跡を示す図である。

[0028] 図 5において、 NC制御装置 12は、目標加工形状を Z軸に直交する複数の平面に仮想的に分割する。そして、被力卩ェ物 1の表面 laに一番近い層から順次放電加工を進める。図 5の一点鎖線はスキャニング軌跡を示している。第一段目の図 5の右上の開始点 Aから開始して、まず、 X軸負方向に移動して穴開口（実線）の図 5の右上端を加工する。つぎに、 Y軸負方向に移動して、さらに X軸正方向に戻って終了点 Bに到達して一段目の加工を終了する。

[0029] 次に、電極 5を Z軸負方向に所定量だけ彫り込んで進む。このとき、次の段の開始点 Cは、前の段の終了点 Bに最も近い位置とされている。すなわち、開始点 Cから X 軸負方向に進み、次に、 Y軸正方向に移動して、その後 X軸正方向に戻って終了点 Dに達する。点 Cから点 Dへの移動により二段目の加工を終了する。このようにして、終了点 Dに一番近い開始点 Eにテーパに沿いながら Z軸負方向に所定量彫り込んで、 3段目の加工を行う。開始点 Eから終了点 Fにスキャニングして、三段目の加工が終了する。

[0030] このように、本実施の形態の放電カ卩ェ方法の加工工程は、被加工物 1に対して電極 5を Z軸方向に所定量彫り込ませ、次いで電極を XY平面内で目標加工形状輪郭に沿って移動させ、その後、電極 5をさらに Z軸方向に所定量彫り込ませ、次いで同じょうに電極 5を XY平面内で目標加工形状輪郭に沿って移動させ、この動作を繰り返すことにより矩形テーパ穴部 21を彫り進む。このように、矩形テーパ穴部 21の開口部をカ卩ェする際の電極 5の移動をコの字上を往復動するような軌跡の移動とすることで、加工しない空走軌跡を省略することができる。このとき、従来の加工方法のように、口の字状に点 Βから点 Αに戻ると、点 Bから点 Aの移動は加工を伴わない空走となり、空走移動時間の分だけ加工時間が長くなることになる力コの字状のスキャニングにすることによって、空走時間を省略して加工時間を短縮できる。

[0031] さらに、コの字の両端部にて電極 5の半径長さ分空走をするようにする。つまり、例えば点 Bを、被力卩ェ物 1の表面よりも X軸負方向に電極半径分だけ離れた点とすることによって、被力卩ェ物 1の表面形状にばらつきがある場合にも、加工を取り残すことなく確実に、テーパ開口形状を得ることができる。

[0032] 図 6において、口の字状スキャニング軌跡を一点鎖線、コの字状スキャニング軌跡を破線で示している。点 G、点 H、点 I、点 J、そして点 Gの順に口の字状にスキャニングする。最後の点 Jから点 Gへの移動は、被加工物 1の表面形状の寸法精度が高い場合空走となる力被力卩ェ物 1の表面形状にばらつきがある場合には、この点 Jから点 G への移動において放電カ卩ェすることによって、この区間の被加工物 1を取り除いて開口形状を確保することができる。

[0033] 図 6に示した口の字状スキャニング軌跡によって、テーパ穴形状の放電加工を進行させた状況を図 7に示す。点 G、点 H、点 I、点 Jを結ぶ軌跡の加工に加え、 Z軸負方向に 4段の口の字状スキャニング軌跡の加工を行っている。

[0034] 以上に述べた図 5、図 6のコの字状および図 6、図 7の口の字状の電極の移動によつて、傾斜した矩形テーパ穴部 21を放電カ卩ェすることができる。なお、放電加工の進行に伴って、電極は消耗するため、この電極消耗分だけ、電極を Z軸負方向に移動させる。この移動量は、電極の移動距離に対応して、一率の値としてもよい。また、この率を加工部分ごとに設定し、形状誤差を補正しても良い。

[0035] 次に、スキャニング軌跡の Z方軸方向彫り込みピッチについて説明する。図 8には、円筒状の電極 5の断面及びディフユーザーホール 20の矩形テーパ穴部 21の加工途中の断面を示している。円筒状の電極 5の肉厚を t、電極 5が矩形テーパ穴部 21と平行に消耗したときの円筒面（一点鎖線）の Z方向長さを pとする。電極 5は Z軸と平行であるため、矩形テーパ穴部 21斜面の Z軸に対する角度は図 3-2から明らかなように a - yとなる。従って、 pは次式で表される.

p = t/ tan (ひ一 γ ) [式 1 ]

[0036] しかし、実際には、一点鎖線のような電極 5の形状では、先端部分が薄くなるため、消耗量が増え、実線のように若干丸くなる。このことによる先端長さの減少を δ 1とすると、スキャニング軌跡の Ζ向送りピッチ p iを次式で与えることによって、滑らかなテーパ面を得ることができる。

ρ 1 = ρ- δ 1 + δ [式 2]

ここで、 δは Ζ方向の放電ギャップであり、 δ 1は δの 1から 5倍の値である。

式 2を δで表せば、

p l = p-k S [式 3コ

ここで、 kは、

0 < kく 4を満たす任意の実数である。式 3に式 1を代入すると、次式が得られる。

6 [式 4]

[0037] 次に、ディフユーザーホール 20のストレート穴部 22の放電加工を図 9および図 10 を参照して説明する。ストレート穴部 22の三次元スキャニング軌跡を図 9に示す。点 K、点 L、点 M、点 N、点〇の順にスキャニングしてストレート穴部 22を加工する。スキャユングの進行とともに、 Z軸負方向に進行させて、らせん状に加工を進行させるため、点 Kと点 Oの X、 Y座標は同じである力点〇の Z座標は点 Kの Z座標よりも小さい。このようなスキャニングを進行させたときの軌跡を図 10に示し、この軌跡に沿ってストレート部を放電カ卩ェする。

[0038] スキャニングに用いる電極 5の径をディフユーザーホールの最も狭い部分、本実施の形態 1においては、ストレート穴部 22の X軸方向幅に対して、極力大きな電極径のものを用いることによって、電極の移動量すなわち電極中心のスキャニング軌跡を短くできる。例えば、目標形状に対して、放電ギャップ分だけ小さい電極径のものを用レヽると、図 1 1に示すように、ストレート部の X軸方向の幅を Ll、放電ギャップを δ χ、電極径を Dとしたとき、 D=Ll-2 δ χ

となる電極径 Dを選ぶことにより、ストレート部分の加工において、電極 5は X軸方向に移動することなぐ所望形状が得られることになる。

[0039] また、電極径を極力大きくすることは、すなわち、電極と被カ卩ェ物の対向面積を増して放電面積を増やすこととなり、放電カ卩ェ分野で広く知られている所謂面積効果によつて放電が安定となり、かつ、加工速度が増す。

実際の電極には、径の寸法ばらつきもあり、放電ギャップも加工条件で変化するため、その分余裕を持ち、

D = L1-10 δ χ

となるように電極径 Dを選定しても良い。

[0040] なお、矩形テーパ穴部 21の加工のように、一段ごとの軌跡を XY平面と平行とし、 Z 軸負方向の移動で次の段に進行する軌跡としてもストレート部をカ卩ェすることができる。

また、矩形テーパ穴部 21の加工において、らせん状のスキャニング軌跡となるような電極の移動をさせても良レ、。

[0041] なお、電極 5は円筒状であるため、力ど部には、アールがつく。図 5から図 7および図 9から図 10に示したスキャニング軌跡は、放電加工するときには放電力卩ェ点を、空走のときには、放電加工点の延長線を示しており、本来、力ど部ではアールが付くが、図 5から図 7および図 9から図 10では、このアールを省略して軌跡を示している。

[0042] 本実施の形態によれば、被力卩ェ物を傾けて、 3次元スキャニングの創成放電力卩ェを行うことによって、被カ卩ェ物の表面に対して斜めな側面を有したディフユーザーホールを加工できる。

また、放電を安定に保つ被カ卩ェ物と電極との極間制御に B軸テーブル、 C軸テーブルを含めずに、 X軸、 γ軸、 Z軸の 3軸のみの制御に限定することにより、極間制御に必要な NC制御装置の演算量を軽減し、 NC制御装置を安価に構成できる。

また、斜面に対するコの字状のスキャニング軌跡を左右交互に組み合わせることによって、空走距離を短くして、加工時間を短縮できる。

また、パイプ状電極の肉厚に対して、電極の Z方向送り量を十分に大きく取ることにより、加工時間を短縮できる。

また、ディフユーザーホールの穴断面形状に対して、十分大きな電極径のものを用レ、ることにより加工時間を短縮できる。

[0043] また、被加工物の表面形状寸法にばらつきがあってもディフユーザーホールの矩形テーパ穴部 21を確実に加工することができる。

また、らせん状スキャニングでは、電極 5の Z軸方向の断続的な移動を伴わないため、電極先端の消耗形状が定常状態となりやすく電極消耗を抑制できる。

また、らせん状スキャニングでは、 NCデータプログラミングにおいて、移動量あたりの Z軸負方向進行値と XY座標のみを与えれば良ぐプログラムを簡素化できる。

[0044] 実施の形態 2.

図 12はこの発明の実施の形態 2に係る放電カ卩ェ方法を説明する長パルス低ピーク波形の電流を用いて荒放電加工し、この荒放電力卩ェの後に短パルス波形の電流を用いて仕上げ放電カ卩ェするときのスキャニング軌跡を示す斜視図である。

なお、本実施の形態において、放電加工装置の構造は、実施の形態 1のものと同様であり、図 1に示すように NC制御装置 12は、荒放電加工手段 41と仕上げ放電カロ工手段 42とを有している。

図 12において、実線 51aは荒放電カ卩ェにおける細穴の開口の外郭形状を示し、破線 51bは荒放電加工においてスキャニングする軌跡の外郭形状を示している。 1 点破線 52は仕上げ放電カ卩ェにおいてスキャニングする軌跡の外郭形状を示している。なお、外郭形状 51a、 51b、 52ともに、円筒状電極を用いたときに生じるかど部のアールは省略して示してレ、る。

[0045] 荒放電加工における外郭形状は、長パルス低ピークの電流波形を用いて加工しているため、被加工物の表面粗さが大きぐ変質層が厚くなる傾向にある。そこで、この表面粗さの大きい表層及び変質層を短パルス電流波形の仕上げ放電力卩ェで除去する。仕上げ放電加工のスキャニング軌跡を荒放電加工のスキャニング軌跡よりも穴を広げる方向にオフセットする。仕上げ放電カ卩ェにおいては、短ノ^レス波形を用いるため、伝熱時間が短ぐ被加工物表面の放電痕は小さぐ浅くなる。また、変質層も薄くなる。このようなオフセットしたスキャニング軌跡で仕上げ放電カ卩ェすることにより、荒放電加工の面を除去しつつ、面粗さを小さくし、変質層を薄くして仕上げ放電加工をすること力 Sできる。

[0046] 図 13および図 14は、図 12の細穴形状の XY断面であり、加工表面を模式的に表している。図 13は荒放電カ卩ェ後の断面を表しており、荒放電加工後の被加工物 1の表面は、面粗さが大きぐ変質層 53が厚い。放電加工は、放電で被加工物を加熱して溶融させるとともにカ卩ェ液の気化爆発によって、加熱溶融された被加工物を吹き飛ばして、除去し、加工を進行させる。そのため、過熱した被力卩ェ物 1の材料力例えば耐熱合金の場合、高温強度が高いので、放電で加熱され、気化爆発力を受けたときに、吹き飛ばされずに残存し、残存部分の突起が大きぐ面粗さが大きくなる。また、吹き飛ばされる量が少ないために、変質層も厚くなり、その結果、図 13に示すように、面粗さが大きくなり、変質層が厚くなる。また、荒放電力卩ェで長パルスを用いると、熱伝導時間が長くなり、変質層が厚ぐ放電痕が大きくなつて、面粗さも大きくなる。図 13において、 1点鎖線は、この荒放電加工の後に行う仕上げ放電加工のスキヤ二ング軌跡 54を示す。

[0047] この厚い変質層 53を包含するように仕上げ放電加工のスキャニング軌跡 54を取つて加工した結果が図 14である。図 14は、仕上げ放電カ卩ェ後の断面を表しており、図 13の荒放電加工に比べて、面粗さが小さぐ変質層 53も薄くなる。短ノ^レスを用いたため、熱伝導の時間が短ぐ変質層は薄くなる。また、放電痕も小さいため、面粗さが小さくなる。

[0048] 本実施の形態によれば、荒放電加工において、印加電圧時間を長くして、一回の放電による被加工物の放電痕を大きぐかつ、深くすることによって、単位時間あたりの被カ卩ェ物の除去体積を増してカ卩ェ速度を上げ、その後の仕上げ放電カ卩ェにおいて、短パルス波形を用いて、オフセットしたスキャニング軌跡で荒放電カ卩工面を除去することにより、面粗さを小さぐ変質層を薄くし、被カ卩ェ物の表面をなめらかにし、クラック発生を抑制して、クラックに応力集中を発生させることなぐ被加工物の強度を高めること力できる。

[0049] また、荒放電加工においては、電流値を低く抑えることによって、電極の消耗を抑制できる。また、電極材料は真鍮など銅を含む金属を用いて熱伝導率を被加工物よりも大きくすることにより、長パルス波形を用いたときに、加工速度を増しつつ電極消耗を抑制することができる。

[0050] 実施の形態 3.

図 15—1、図 15—2及び図 15—3はこの発明の実施の形態 3に係る放電カ卩ェ方法を説明する下穴加工のストレート下穴を 3方向から見た図である。図 15—1は、ストレート下穴の正面図であり、図 15_2は、図 15_1の A_A断面であり、図 15_3は、 015-1 の B— B断面図である。

[0051] 本実施の形態に係る放電加工装置は、実施の形態 1の放電加工装置とストレート下穴をカ卩ェするものである。その他は同様であり、同様な部分の説明は省略する。図 15_1、図 15— 2及び図 15— 3において、ストレート下穴 55は 2個の円柱状の穴からなる。そのストレート下穴 55の加工に用いる円筒状の電極 5は Z軸方向に移動し、その電極の中心は直線の軌跡 56を画く。矩形テーパ穴部 21を有する穴加工の第一手順として、円筒状の電極 5を Z軸負方向に進行させて、円柱状のストレート下穴 55 を加工する。本実施の形態では、最終加工形状と円筒状の電極 5の径との関係から 2穴を接するように形成してレ、る。

[0052] 図 16—1、図 16—2及び図 16—3はストレート下穴 55を加工した後に、第 2手順として、電極 5をスキャニングすることによってディフユーザーホール 20を創成したときの加工軌跡を模的に示す。図 16-1はディフユーザーホールの正面図である。図 16-2 は、図 16-1の A-A断面図である。図 16-3は、図 16-1の B-B断面図である。ストレート下穴 55の周辺の仕上げ代部分を実施の形態 1に示した三次元スキャニングによつて加工する。電極消耗量は、ストレート下穴 55を除いた取り残し部分の体積に対応させて設定し、電極消耗量を見込んで電極を Z軸負方向にオフセットする。

[0053] 本実施の形態によれば、電極や被加工物の材質、形状のばらつきなどの加工条件の変化に対して、ストレート下穴は一定の形状が確保できる。そして、電極をスキヤ二ングして加工する体積を小さくできるため、加工条件の変化に対してカ卩ェ形状の変動を抑制できる。また、新たな材料、形状に対して、精度良く加工することができる。

[0054] 実施の形態 4.

図 17はこの発明の実施の形態 4に係る放電カ卩ェ方法の多数個穴の自動連続カロェ手順を説明するフローチャート図である。このフローチャートは、被加工物 1をテープルに取り付け、電極ホルダを ATC装置（自動工具交換装置）に取り付けて段取りが終了し、作業者が加工開始ボタンを押して加工を開始した直後に起動して、まず、電極を電極ガイドに揷入するところから始まって、連続穴加工を実行する。

[0055] ステップ S 11では、 NC制御装置 12において穴番号 nを 0にセットする。

ステップ S 12では、 NC制御装置 12から指令を出して、ヘッド 9、ラム 10を駆動し、回転機構 18で電極 5を回転させながら、電極ガイド 7に電極 5を自動揷入する。ステップ S 13では、 NC制御装置 12において穴番号 nに 1を加える。

ステップ S 14では、穴番号 nの穴形状に対して、穴の中心軸が Z軸と平行になるように、 B軸テーブル 3及び C軸テーブル 2を回転駆動する。

ステップ S 15では、ラム 10及び電極ガイド 7の Z方向位置を位置決めする W軸を駆動して、電極ガイドの X， Υ, Z位置を穴番号 nの穴に対して位置決めする。

ステップ S 16では、 NCデータ部 13に蓄積された穴形状データに基づいて、ヘッド 9及びラム 10を位置決めして、所望の穴形状を放電加工する。穴形状データは、 NC メインプログラムとは別個に、 CAMもしくは作業者の手作業によってサブプログラムとして作成しても良い。

[0056] ここで、 NCメインプログラムとは、図 17のフローチャートにおいて、ステップ S 16を除く全てのステップを含む。このとき、穴形状データは、複数の穴番号で共通の形状データを用いることによって、加工プログラムを大幅に簡素化することができる。

[0057] ステップ S 17では、加工を終了するか否かを判定し、終了の場合はステップ S 18に進んで加工を終了する。

ステップ S 19では、電極突き出し長さが次の加工で足りるか否かを判定し、足りる場合は、ステップ S 13に戻って、次の穴番号の加工に進む。

ステップ S20では、電極ホルダ 6の電極長さが次の加工で足りるか否かを判定し、足りる場合は、ステップ S21に進んで電極を自動で引き出す動作を行う。電極長さが足りない場合には、ステップ S22に進んで、 ATC装置を動作し、電極ホルダ 6ごと電極 5を交換する。

そして、ステップ S 12に戻って、次の穴の加工手順に進む。ステップ S16のスキャニング軌跡は、被加工物 1の表面形状が多少変化しても、実施の形態 1で述べたように、余裕を持って所望の穴形状が得られるように生成し、複数の穴に対して、同じスキャニング軌跡を用いることができる。

[0058] 本実施の形態では、複数の穴に対して、同じスキャニング軌跡を用いることにより、 NCプログラムを大幅に簡素化でき、 NCプログラムの作成時間を短縮し、プログラムの誤りを低減することができる。

[0059] 実施の形態 5.

図 18はこの発明の実施の形態 5に係る放電カ卩ェ方法を説明する電極突き出し長さと加工時間の関係を示すグラフである。ここで、電極突き出し長さとは、電極ホルダ 6 の下端面から電極 5の先端までの長さである。図 18において、長さ 90mm付近でカロェ時間が長くなつているのは、電極回転数と電極の横たわみ振動が共振し、この振動が放電に影響してカ卩ェ速度が低下してレ、ることを表してレ、る。

[0060] 本実施の形態の電加工方法では、このような電極の共振を抑制して加工速度の低下を起こさないようにする。実施の形態 2の放電加工方法とは、電極 5の回転を制御することが異なっている。その他は同様であり、同様な部分の説明は省略する。

[0061] 極間導通を接触とみなして接触検出を行いながら電極を被加工物に押し当て、被加工物の端面を検出する端面位置決め動作によって、電極突き出し長さを NC制御装置 12の電極制御手段 19で検出し、この突き出し長さに応じて電極 5の回転数を調整する。この調整タイミングは、端面位置決め動作の直後である。

[0062] すなわち、図 18の場合には、 2000r/minの回転数を用いている力電極突き出し長さが 90mm前後においては、電極回転数を 3000r/minとし、共振を回避する。

90mmの場合、 2000r/minで共振するため、この 2000r/minに対して、 1. 5倍の 3000r/minでは共振が生じることなく加工時間が短縮できる。

[0063] 次に、電極 5の形状と横振動固有振動数の関係について述べる。電極の外径を dl

(mm) ,内径を d2 (mm)とすると、断面二次モーメント Iは、下記の式 5となる。

[数 1]

[式 5] となる

[0064] また両端単純支持のはりの固有振動数 ωは、下記の式 6となる。

2 4

6] ここで、 Lは電極の長さ（mm)、

Aは電極の断面積（mm2)、

Eはヤング率（kgf/mm3)、

Pは密度（kg/mm3)である。

[0065] 電極をはりとみなし、

電極長さ L = 83mm

ヤング率 E= 10000kgfZmm3

密度 ^=8.39X 10-6kg/mm3

とすると、

式 6より、

ω/(2π)=32.9Hzとなる。した力 Sつて、電極回転数力 32.9X60 = 1974r/m inのとき、共振することになる。

[0066] このような共振を避けるように回転数を設定しながら加工する手順を図 19に示す。

図 19のフローチャートは、電極 5が回転を始める直前に起動されて加工中に動作をし続ける。図 19において、まず、ステップ S1で、 NC制御装置 12の電極制御手段 19 に電極長さ、電極の内径、電極の外径と材質を入力する。次に、ステップ S2で、ステップ S1で入力した電極長さ、電極の内径、電極の外径および材質から、 NC制御装置 12の電極制御手段 19に予め入力された材質とヤング率および密度の数表を用いて、電極横振動部の長さ L、ヤング率 E、密度 pに値を設定し、式 6に基づいて固有振動数 ωを計算する。

[0067] さらに、ステップ S3で、この固有振動数 ωの ±15%以内の固有振動数 ωに対応する電極回転数 Ωに含まれなレ、電極回転数 Ω (r/min)で電極制御手段 19は電極を回転する。すなわち、 Ωは、 Ω <0.85X60X ωΖ(2π)または、 Ω >1.15X60 X ω/(2π)となる。ステップ S4で、穴番号 η(ηは正の整数。加工する穴数を Νとすると、 1≤η≤Νである。）を 1とし、ステップ S5から η番目の穴を加工する。

[0068] ステップ S6で、ステップ S5の η番目の穴の加工時間に、予め設定された消耗補正係数を掛けて電極消耗長さを算出し、これを電極長さ Lから減算して、式 6に基づいて固有振動数 ωを計算し直す。ステップ S7で、この計算し直すした固有振動数 ωの ±15%以内の固有振動数 ωに対応する電極回転数 Ωに含まれない電極回転数 Ω (rZmin)で電極 5を回転する。回転数は、固有振動数から出来るだけ遠ざける方が原理的には共振が小さくなる。しかし、実用的には、次の回転数範囲を用いることによって共振を十分に抑制することが出来る。すなわち、 Ωは、 Ωく 0.85X60X ω/ (2π)または、 Ω>1· 15X60X ω/(2π)となる。

[0069] ステップ S8で、穴番号 nを 1増やし、ステップ S9で加工を終了するか否かを判定する。加工を終了しない場合、ステップ S5に戻り、 n番目の穴を加工する。

[0070] このような放電カ卩ェ方法は、多数の穴を連続して加工するときにも、電極横振動と電極回転の共振を回避して、加工速度を低下させることなぐまた、共振によって形状精度を劣化させることなぐ細穴放電力卩ェを実施できる。

[0071] なお、図 19に示した手順において、実施の形態 4で示した電極の自動引き出しを適宜行い、電極引き出し長さを勘案して、固有振動数を計算し、共振をさけるように電極回転数を設定しても良レヽ。

[0072] 実施の形態 6.

図 20—1、図 20—2及び図 20—3は、この発明の実施の形態 6に係る放電加工方法を説明するテーパ穴と電極との位置関係の種々の例を示す横断面図である。上述の実施の形態 1から 5においては、矩形テーパ穴部 21とストレート穴部 22とを有する異形細穴としてのディフユーザーホール 20が加工の対象であった力本実施の形態においては、被加工物 1の表面に対して傾斜するテーパ状穴 71を力卩ェの対象とする。テーパ状穴 71は、図 20— 1に示すようにテーパ状の広がり角度 Θを有する。本実施の形態のテーパ状穴 71においては、ストレート穴部がないので、広がり角度 Θの範囲内の任意の角度と Z軸が平行となるようにすれば、テーパ状穴 71をカ卩ェすることができる。

すなわち、図 20—1に示すように一側の内側面 71cと Z軸とが平行となるように、被加工物 1を傾斜させて保持してもよいし、図 20—3に示すように他側の内側面 71aと Z 軸とが平行となるように、被力卩ェ物 1を傾斜させて保持してもよいし、図 20— 2に示すように両者の中間にして保持してもよレ、。

Claims

請求の範囲

[1] 電極と被加工物との間に電圧を印加しつつ、前記電極と前記被加工物との三次元相対位置を変化させる制御をして、前記電極と前記被加工物間に発生する放電を利用して、前記被カ卩ェ物の表面に対して傾斜する異形細穴を彫り込んで形成する放電カロェ方法において、

前記異形細穴のストレート穴部の目標加工形状の 1つの内側面と z軸とが平行になるように前記被加工物を傾斜させて保持する位置決め保持工程と、

前記被カ卩ェ物に対して、まず前記電極を Z軸方向に所定量彫り込ませ、その後前記電極を XY平面内で前記目標加工形状輪郭に沿って移動させる一連の動作を繰り返すことにより前記異形細穴を彫り進む加工工程と

を備えたことを特徴とする放電加工方法。

[2] 前記加工工程は、前記電極を所定量ずつ彫り込ませながら XY平面内で輪郭に沿つて移動させて彫り進む前記電極の各 Z軸方向位置にぉレ、て、次の Z軸方向位置での加工開始点は、前の XY軸方向位置での加工終了点に最も近い位置とする

ことを特徴とする請求項 1に記載の放電カ卩ェ方法。

[3] 前記異形細穴は、開口部に矩形テーパ状の矩形テーパ穴部を有しており、前記加ェ工程は、前記矩形テーパ穴部の開口部を加工する際の前記電極の移動をコの字上を往復動するような軌跡の移動とするとともに、前記コの字の両端部にて前記電極の半径長さ分空走をするようにする

ことを特徴とする請求項 2に記載の放電加工方法。

[4] 前記加工工程は、前記矩形テーパ穴部の開口部付近でコの字状軌跡の移動から口の字状軌跡の移動に移行する Z軸方向位置を、通常より一段早い Z軸方向位置にて前記口の字状軌跡の移動に移行する

ことを特徴とする請求項 2に記載の放電加工方法。

[5] 前記加工工程において、 Z軸方向彫り進み量を pl、円筒状の前記電極の肉厚を t、加工側面の Z軸となす角度を（α _ γ )、放電ギャップを δ、 0<k< 4を満たす任意の実数を kとしたとき、 pl =t/tan( a _ T )-k Sとする

ことを特徴とする請求項 1に記載の放電カ卩ェ方法。

[6] 前記異形細穴は、前記矩形テーパ穴部に続くストレート部を有しており、前記加工ェ程は、前記ストレート部においては、前記電極をらせん状に移動させながら掘り進むことを特徴とする請求項 1に記載の放電カ卩ェ方法。

[7] 前記加工工程において、前記矩形テーパ穴部の XY平面断面の最小内接円の直径を Ll、該 XY平面内の放電ギャップを δ Xとしたとき、前記電極の径 Dを L1—10 δ X < D<Ll_2 S xとする

ことを特徴とする請求項 1に記載の放電カ卩ェ方法。

[8] 前記加工工程は、第 1に目標加工形状に対して予め設定した仕上げ代だけ残す荒放電加工を行い、第 2に目標加工形状に沿って仕上げ放電力卩ェを行う

ことを特徴とする請求項 1に記載の放電カ卩ェ方法。

[9] 前記加工工程は、前記荒放電加工時に、長パルス低ピーク波形の電流を用いて加ェし、前記仕上げ放電加工時に、短パルス波形の電流を用いて加工する

ことを特徴とする請求項 8に記載の放電加工方法。

[10] 前記加工工程は、前記電極を Z軸方向に移動して下穴を形成した後、前記下穴を広げるように前記電極を目標加工形状の軌跡に沿って移動させる

ことを特徴とする請求項 1に記載の放電カ卩ェ方法。

[11] 放電時間と放電電流とから電極消耗量を求め、該電極消耗量に基づいて前記 Z軸方向位置を決定するとともに、上記電極に生じる上記電極の回転に伴う機械的共振を防ぐように、上記電極の長さに基づいて上記電極の回転数を調整する

ことを特徴とする請求項 1に記載の放電カ卩ェ方法。

[12] 電極と被加工物との間に電圧を印加しつつ、前記電極と前記被加工物との三次元相対位置を変化させる制御をして、前記電極と前記被加工物間に発生する放電を利用して、前記被加工物の表面に対して傾斜するテーパ状穴を彫り込んで形成する放電加工方法において、

前記テーパ状穴の目標加工形状のテーパ状に広がる角度範囲内に Z軸が入るように前記被加工物を傾斜させて保持する位置決め保持工程と、

前記被カ卩ェ物に対して、まず前記電極を Z軸方向に所定量彫り込ませ、その後前記電極を XY平面内で前記目標加工形状輪郭に沿って移動させる一連の動作を繰り返すことにより前記異形細穴を彫り進む加工工程とを備えたことを特徴とする放電加工方法。