細穴放電加工方法および装置
【課題】 加工電極が安価でかつ一個の製品を製作する間における加工電極の交換が不要であり総加工時間を短縮できるパイプ電極を用いた形状加工部の細穴放電加工方法および装置の提供。
【解決手段】 水中でパイプ電極を使用し、制御装置の制御の下に前記電極と被加工物のＸＹＺ軸方向の３次元位置を相対的に位置制御して前記被加工物の形状の異なる断面形状部の形状穴加工を行う放電加工方法において、前記電極がプログラムされた形状加工経路に沿っての放電加工中に、前記電極と被加工物との間が無放電状態にあるか放電状態にあるかを判別し、放電状態である場合には前記プログラムされた放電加工経路に対して電極消耗量を考慮したＺ軸方向の切込みの自動補正を行い、無放電状態にある場合には前記プログラムされた放電加工経路に対して電極消耗量を考慮したＺ軸方向の切込みの自動補正を行わないことを特徴とする細穴放電加工方法。
【解決手段】 水中でパイプ電極を使用し、制御装置の制御の下に前記電極と被加工物のＸＹＺ軸方向の３次元位置を相対的に位置制御して前記被加工物の形状の異なる断面形状部の形状穴加工を行う放電加工方法において、前記電極がプログラムされた形状加工経路に沿っての放電加工中に、前記電極と被加工物との間が無放電状態にあるか放電状態にあるかを判別し、放電状態である場合には前記プログラムされた放電加工経路に対して電極消耗量を考慮したＺ軸方向の切込みの自動補正を行い、無放電状態にある場合には前記プログラムされた放電加工経路に対して電極消耗量を考慮したＺ軸方向の切込みの自動補正を行わないことを特徴とする細穴放電加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細穴放電加工方法および装置に関し、より詳細には、水中でパイプ電極を使用し、制御装置の制御の下に前記加工電極と被加工物のＸＹＺ軸方向の３次元位置を相対的に位置制御して前記被加工物の形状穴の放電加工を行う細穴放電加工方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、被加工物に複雑な形状穴加工を行う放電加工方法として、加工面積が小さい細穴部の加工を棒状電極で加工した後で、加工面積が大きい部分を総型型彫り加工電極で加工する方法（例えば特許文献１）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０１８４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上述の文献に記載の方法は、細穴部の加工面積に対して加工面積が大きく変化する部分を有する形状穴を有する放電加工方法であって、加工面積が小さい細穴部の加工を棒状電極で加工した後、加工面積が大きい部分を総型型彫り加工電極で加工することを特徴とするものであり、高価な総型型彫り加工電極が必要であり、かつまた１個の総型型彫り電極で加工できる穴数は１〜３個程度が限界である。
【０００５】
そのため、多数の形状加工部を有する被加工物の加工を行う場合には、一個の製品を製作するのに、総型型彫り用の加工電極が多量に必要となり加工コストが増大する。また、一個の製品を製作する間の電極の交換頻度が大くなるため総加工時間が長くなることは避けられない。かつまた、総型型彫り用の電極は加工中に生じる加工屑の排出が悪いため加工速度が上げられないという特性があり、これも総加工時間が長くなり加工コストを増大させる要因となっている。
【０００６】
本発明は上述の如き問題を解決するためになされたものであり、本発明の課題は、加工電極が安価でかつ一個の製品を製作する間における加工電極の交換が不要であり総加工時間を短縮できるパイプ電極を用いた形状加工部の細穴放電加工方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決する手段として請求項１に記載の放電加工方法は、水中でパイプ電極を使用し、制御装置の制御の下に前記電極と被加工物のＸＹＺ軸方向の３次元位置を相対的に位置制御して前記被加工物の形状の異なる断面形状部の形状穴加工を行う放電加工方法において、前記電極がプログラムされた形状加工経路に沿っての放電加工中に、前記電極と被加工物との間が無放電状態にあるか放電状態にあるかを判別し、放電状態である場合には前記プログラムされた放電加工経路に対して電極消耗量を考慮したＺ軸方向の切込みの自動補正を行い、無放電状態にある場合には前記プログラムされた放電加工経路に対して電極消耗量を考慮したＺ軸方向の切込みの自動補正を行わないことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２に記載の細穴放電加工方法は、請求項１に記載の細穴放電加工方法において、前記形状穴のＸＹ平面による断面形状において、前記形状加工経路のＹ軸方向の形状加工経路の長さが前記電極径の１／２未満の場合は、Ｘ軸方向の直線形状加工経路とＺ軸方向の切込み加工を行い、前記Ｙ軸方向の形状加工経路の長さが前記電極径の１／２以上電極径未満の場合には、Ｘ軸方向とＹ軸方向からなるコの字状形状加工経路とＺ軸方向の切込み加工を行い、前記Ｙ軸方向の形状加工経路の長さが前記電極径以上の場合には、ロの字状形状加工経路とＺ軸方向の切込み加工を行うことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３に記載の細穴放電加工装置は、水中でパイプ電極を使用し、制御装置の制御の下に前記電極と被加工物のＸＹＺ軸方向の３次元位置を相対的に位置制御して前記被加工物の形状の異なる断面形状部の形状穴加工を行う放電加工装置にして、前記電極がプログラムされた形状加工経路に沿っての放電加工中に、前記電極と被加工物との間が無放電状態にあるか放電状態にあるかを判別し、放電状態である場合には前記プログラムされた放電加工経路に対して電極消耗量を考慮したＺ軸方向の切込みの自動補正を行い、無放電状態にある場合には前記プログラムされた放電加工経路に対して電極消耗量を考慮したＺ軸方向の切込みの自動補正を行わないことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４に記載の細穴放電加工装置は、請求項３に記載の細穴放電加工装置において、前記形状穴のＸＹ平面による断面形状において、前記形状加工経路のＹ軸方向の形状加工経路の長さが前記電極径の１／２未満の場合は、Ｘ軸方向の直線形状加工経路とＺ軸方向の切込み加工を行い、前記Ｙ軸方向の形状加工経路の長さが前記電極径の１／２以上電極径未満の場合には、Ｘ軸方向とＹ軸方向からなるコの字状形状加工経路とＺ軸方向の切込み加工を行い、前記Ｙ軸方向の形状加工経路の長さが電極径以上の場合には、ロの字状形状加工経路とＺ軸方向の切込み加工を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明の細穴放電加工方法および装置によれば、形状穴部の加工と貫通穴部の加工とを同一の電極で行うので電極コストが安価であり、かつ加工電極の交換を行なわずに多数の形状穴加工を行うことができるので加工コストを低減することができる。また、横断面形状が開放した形状穴部の形状加工を、Ｘ軸方向の直線形状加工経路と、コの字状形状加工経路とロの字状形状加工経路とからなる形状加工プログラムを用いることにより加工効率を向上させることができる。また、同一の形状加工プログラムを使用して、タービンブレードなどの形状の異なる断面形状部の形状穴加工を行うことができるので加工のプログラムの作成が容易となった。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本願発明に係る細穴放電加工装置の説明図（正面図）。
【図２】パイプ電極による形状穴加工時の説明図。
【図３】電極ホルダ３９の説明図。
【図４】電極ホルダ３９を装着するチャックの説明図。
【図５】平坦な表面に対して斜めに貫通する細穴上部に角錐状の形状穴有するワークの一例。
【図６】図５の上面図。
【図７】図５の左側面図。
【図８】角錐状の形状穴に形状加工を行う場合の形状加工経路の説明図。
【図９】図８の加工領域Ａ部のＸ軸方向の形状加工経路における放電加工時のプログラム経路と放電加工時の電極消耗量Ｅとの関係を示す図。
【図１０】本願発明の放電加工方法による形状加工を行う場合の形状加工経路の説明図。
【図１１】細穴上部に漏斗状部分を有する多数の穴を備えたタービンブレードＴＢの説明図。
【図１２】図１１のＣ−Ｃ断面図。
【図１３】図１１のＤ−Ｄ断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面によって説明する。
【００１４】
図１は本発明に係る６軸制御（X,Y,W,Z,A,B）の細穴放電加工装置の一実施の形態を示したものである。さて、図１を参照するに、総括的に示す細穴放電加工装置１の基台３上には、図示省略の駆動手段及びＹ軸駆動モータＭＹによりＹ軸方向に移動位置決め可能なＹ軸テーブル５が設けてある。
【００１５】
前記Ｙ軸テーブル５には受け皿７を一体的に固定して設け、この受け皿７上に絶縁体である石定盤９を設けると共に、この石定盤９上にＬ字形のブラケット部材１１が一体的に設けてある。
【００１６】
上述のブラケット部材１１上には、電気伝導度の小さい純水などの加工液１３を入れるための加工槽１５が取り付てあり、この加工槽１５内にワークＷを固定するためのチルト可能な公知のターンテーブル装置１７が設けてある（例えば、特開２００２−３０７２４８号公報）。
【００１７】
上述のターンテーブル装置１７は、Ｚ軸（図１の上下方向）に平行な軸心を回転中心とするＡ軸と、Ａ軸に直交（Ｙ軸に平行）する軸心を回転中心とするＢ軸（チルト軸）とを備えている。
【００１８】
上述のＢ軸駆動部としてのＢ軸回転軸１９は、前記Ｌ字形ブラケット部材１１の水平底部１１ａから前記加工槽１５の後側（図１において右側）の壁面に沿って上方に延伸するＢ軸取付部１１ｂに回転自在に軸支してある。このＢ軸回転軸１９は前記加工槽１５の後側壁面を貫通して加工槽１５内部のほぼ中央部まで延伸させて設けてある。
【００１９】
前記Ｂ軸回転軸１９の左端の上部には、減速機（図示省略）を介してターンテーブル２１が回転可能に取付けてある。Ｂ軸回転軸１９の回転駆動は前記加工槽１５の外部に設けたＢ軸駆動モータ（図示省略）で行われ、またターンテーブル２１の回転駆動は、Ｂ軸回転軸１９の軸心に沿って設けた外部に開口した「めくら穴」（図示省略）を介してＡ軸駆動モータ（図示省略）により回転駆動ができるように設けてある。
【００２０】
前記ターンテーブル２１の裏面には、環状の通電リング（図示省略）が設けてあり、ターンテーブル２１はこの通電リングを介して放電電源（図示省略）に接続してある。
【００２１】
上記構成において、制御装置（図示省略）の制御の下にＡ軸駆動モータ（図示省略）を適宜に回転駆動させれば、ターンテーブル２１をＡ軸中心に適宜な角度回転させることができる。
【００２２】
また、同様にＢ軸駆動モータ（図示省略）を適宜に正転または逆転駆動させれば、ターンテーブル２１をＢ軸を中心に時計方向または反時計方向へチルト（Tilt；傾斜）させることができる。さらに、前記Ｙ軸駆動モータＭＹを適宜に回転駆動することにより、ターンテーブル２１をＹ軸方向の任意の位置に位置決めすることができる。
【００２３】
前記加工槽１５の後方（図１において右方）の前記基台３上には、図１を前側（図１において左側）から見て左右に立設した一対の支柱２５(a,b)と、この一対の支柱２５(a,b)の上部に水平に懸架した梁部材２７からなる門型フレームが設けてある。
【００２４】
門型フレームの梁部材２７には、蛇腹３１に保護されたＸ軸ガイドレール（図示省略）が設けてあり、このＸ軸ガイドレールにＸ軸駆動モータＭＸ（図示省略）に駆動されるＸ軸キャリッジ３３が前記Ｙ軸に直交するＸ軸方向に移動位置決め自在に設けてある。
【００２５】
また、前記Ｘ軸キャリッジ３３には、上下に延伸した円筒状のＷ軸スライド３５に一体的に設けた係合部３５ｅが前記Ｚ軸に平行なＷ軸に沿って昇降自在に係合してある。そして、このＷ軸スライド３５は、このＷ軸スライド３５の上端部に設けたＷ軸駆動モータＭＷにより回転駆動されるＷ軸送りねじ３６に螺合するナット部材３８を介してＷ軸の任意の位置に位置決め可能に設けてある。
【００２６】
上述のＷ軸スライド３５には、パイプ電極３７を装着した電極ホルダ３９を備えたＺ軸スピンドルユニット４１がガイド部材４３を介してＺ軸方向に昇降自在に係合してある（図２参照）。
【００２７】
図１、図２を参照するに、前記Ｚ軸スピンドルユニット４１は、前記Ｗ軸スライド３５の上端部に設けたＺ軸駆動モータＭＺにより回転駆動されるＺ軸送りねじ４４に螺合するナット部材４６を介して、前記Ｗ軸スライド３５に対して相対的にＺ軸方向の任意の位置へ移動位置決め可能に設けてある。
【００２８】
また、Ｚ軸スピンドルユニット４１の上部に設けたスピンドルモータＭＳにより、Ｚ軸スピンドルユニット４１のスピンドル１１１（図４参照）が回転駆動自在に設けてある。
【００２９】
前記Ｗ軸スライド３５の下端部には、電極ガイドユニット７３の端部が着脱可能に設けてあり、その他端部には前記パイプ電極３７が摺動自在に挿通係合する下方向（Ｚ軸方向）へ延伸した電極ガイド８１が設けてある。
【００３０】
さらに、前記電極ガイド８１の直上位置において、前記パイプ電極３７をガイドすると共にパイプ電極３７を挿入するためのテーパを有する漏斗部材８３が設けてある。
【００３１】
再度図１を参照するに、加工槽１５の前方位置に立設したポスト８５の上端部に電極交換装置８７が設けてある。電極交換装置８７には、前記電極ホルダ３９に装着された複数のパイプ電極３７が電極マガジンに８６に保持されている。
【００３２】
なお、上述の電極交換装置８７には、本願出願人の出願である特開平８−２９０３３２号公報に記載の如き電極交換装置を使用することができるのでその構成については詳細の説明は省略する。
【００３３】
上記構成において、前記制御装置（図示省略）の制御の下に前記Ｗ軸駆動モータＭＷを適宜に回転駆動すれば、前記Ｗ軸スライド３５をＺ軸上の適宜な位置へ位置決めすることができる。すなわち、パイプ電極３７をＺ軸方向にガイドする電極ガイド８１をＺ軸上の適宜な位置へ位置決めすることができる。
【００３４】
また、Ｚ軸駆動モータＭＺにより電極ホルダ３９に保持されたパイプ電極３７をＺ軸の任意の位置へ移動位置決めできる。
【００３５】
また、前記Ｘ軸キャリッジ３３はＸ軸駆動モータＭＸ（図示省略）によりＸ軸の任意の位置へ位置決めできるので、パイプ電極３７をワークＷのＸ、Ｙ座標上の任意の位置へ移動位置決めすることが可能であり、また、ワークＷをＡ、Ｂ軸に回転できるので、ワークＷの上面の他に底面以外の任意の位置へも位置決めすることが可能である。
【００３６】
図３、図４は、前記電極ホルダ３９とチャック１１３の構成を示した図であり、図３に示す電極ホルダ３９は、筒状の外筒８９を有し、この外筒８９の軸心には、純水などの加工液１３が流通可能な貫通穴８９ｈが設けてあると共に、貫通穴８９より大径のコレット嵌入穴８９ｃが貫通穴８９ｈの下側に設けてある。
【００３７】
前記外筒８９の外周には、ボール係合用の周溝８９ｇが形成してある。さらに周溝８９ｇの下には、位置決め用のフランジ８９ｆが形成してあり下端部にはコレット９１を締め付け固定するための袋ナット９３が着脱可能に螺着してある。
【００３８】
コレット９１の軸心には、前記パイプ電極３７が挿通可能な挿通穴９１ｈを備えており、コレット９１の体部には複数のスリット（図示省略）が軸方向に設けてあると共に、下端外周面には、前記の袋ナット９３の貫通穴９１ｔのテーパ部に係合するテーパ面９３ｔが形成してある。
【００３９】
上記構成の電極ホルダ３９において、パイプ電極３７を外筒８９の貫通穴８９ｈよりコレット９１の挿通穴９１ｈに挿通し、袋ナット９３を締めることにより、パイプ電極３７を電極ホルダ３９に装着固定することができる。
【００４０】
図４に示すように、前記Ｚ軸スピンドルユニット４１のスピンドル１１１の下端部にはチャック１１３が設けてある。スピンドル１１１はパイプ状であって、このスピンドル１１１内には環状のピストン部材１１５が上下動可能に嵌入してある。
【００４１】
そして、このピストン部材は１１５はスピンドル１１１に内装した圧縮コイルばね１１７により常に下方向へ付勢されており、ピストン部材１１５の外周面にはシールリング１１９が設けてある。さらに前記ピストン部材１１５の下面には、前記電極ホルダ３９の上端面に当接可能なシールリング１２１が設けてある。
【００４２】
前記スピンドル１１１の下端部外周には、円筒形のボール保持体１２３が螺着固定してあり、このボール保持体１２３の下部付近には、軸中心から放射状に配置した複数のボール保持穴１２５が設けてある。そして、このボール保持穴１２５内には、前記電極ホルダ３９のボール係合用の周溝８９ｇに係脱自在のボール１２７が径方向に若干量だけ移動可能に保持されている。
【００４３】
前記ボール保持体１２３の外周には、前記ボール１２７を軸中心方向へ押圧した状態と、押圧を解除した状態とに切り換え自在のスライドリング１２９が上下動可能に嵌合してある。またボール保持体１２３の下部外周には、スライドリング１２９がボール保持体１２３から落下するのを阻止するためのストッパー部材１３１ａと、スライドリング１２９が上方向へ移動したときの上限位置を規制するためのストッパー部材１３１ｂが設けてある。
【００４４】
また、前記スライドリング１２９の下部には、スライドリング１２９が上限位置に移動したときに、前記ボール１２７がボール保持体１２３から外周方向へ移動可能にすると共に、ボール保持体１２３から離脱しないようにボールに係合するボール係合穴１３３が設けてある。
【００４５】
なお、ストッパー部材１３１（ａ、ｂ）には、金属製のスナップリングまたはゴム製のシールリング等を使用することができる。
【００４６】
上記構成のチャック１１３に前記電極ホルダ３９を装着する場合には、図示しないスライドリング昇降手段により、スライドリング１２９を上限位置へ移動させた状態において、電極ホルダ３９の頭部をボール保持体１２３内部に挿入すれば、電極ホルダ３９の頭部に係合したボール１２７は、ボール係合穴１３３の方へ移動するので、電極ホルダ３９の頭部が前記ピストン部材１１５に当接する位置まで挿入することができる。
【００４７】
ピストン部材１１５に当接した後、さらに電極ホルダ３９のボール係合用の周溝８９ｇがボール１２７に係合する位置まで押し上げた状態において、電極ホルダ３９の頭部がスピンドル１１１の下端部に当接して停止する。
【００４８】
この状態において、前記スライドリング１２９を前記スライドリング昇降手段により下限位置に下げることにより、ボール１２７がボール係合用の周溝８９ｇに押圧付勢されて、ボール係合用の周溝８９ｇとボール１２７との係合がロック状態となる。
【００４９】
前記電極ホルダ３９を外す場合には、前記スライドリング１２９を上限位置へ移動させれば、ボール係合用の周溝８９ｇとボール１２７との係合が解除され、電極ホルダ３９を下方へ引き抜くことができる。
【００５０】
なお、前記パイプ電極３７に対しては、加工液（純水）を供給する加工液供給手段（図示省略）が設けてある。
【００５１】
上記構成の細穴放電加工装置１により、細穴の上部に上方向に開放する漏斗状部分を有し、該漏斗状部分の加工面積が前記細穴部の加工面積に対して極端に大きく変化する形状の放電加工方法について説明する。
【００５２】
図５〜図７は、平坦な表面に対して斜めに貫通する細穴２０１の上部に上方に開いた角錐状の形状穴２０３を有するワーク２０５の一例を示したものである。
【００５３】
図８〜図１０は、前記ワーク２０５の形状穴２０３に本願発明の放電加工方法による形状加工を行う場合の形状加工経路を説明する図である。
【００５４】
図９は、図８のＡ部をＸＺ平面で切った図で、図８の加工領域Ａ部のＸ軸方向の形状加工経路における放電加工時のプログラム経路２０７と放電加工時の電極消耗量Ｅとの関係を示すものである。なお、プログラム経路２０７は形状穴２０３の内側を通る電極の中心座標を基準にしたものである。
【００５５】
すなわち、放電加工時に放電した場合の電極消耗量補正プログラム経路２０７は、点Ｐ１、Ｐ２間は、点Ｐ１、Ｐ２を通り、勾配がＥ／｜Ｐ０−Ｐ２｜の右下がりの直線である。Ｐ２、Ｐ３間は、次の加工を行うためにＺ軸方向に切込み量ΔＺだけ降下し、そして、Ｐ３、Ｐ４間は、勾配がＥ／｜Ｐ０−Ｐ２｜の左下がりの直線となっている。以下、図９に示すような同様な経路をとるものである。
【００５６】
上述のＥは放電時の電極消耗量であり、一般に、電極消耗率（質量比）＝「電極消耗量／ワーク加工量」、または、電極消耗率（長さの比）＝「電極消耗長さ／ワーク加工深さ」等で示されるものである。
【００５７】
図１０は、前記図８に示した形状加工経路のＡ部とＢ部を立体的な模式図的に示した図である。
【００５８】
図８に示すワーク２０５の形状穴２０３を加工する場合、最初に加工される部分はワーク２０５上部のＡ部であり、次いでＢ、Ｃ、Ｄ部の順に加工がなされる。
【００５９】
上述のＡ部とは、ワーク２０５の形状穴２０３の場合、この形状穴２０３をＺ軸に直交するＸＹ平面で切断したときの横断面が「コの字」形になる部分で、かつＹ軸方向の加工面の長さが、加工時に使用するパイプ電極３７の直径の１／２未満となるＺ軸方向の範囲である。また、Ｂ部とは、前記横断面が「コの字」形の部分で、かつＹ軸方向の加工面の長さが、加工時に使用するパイプ電極３７の直径の１／２以上電極径未満となるＺ軸方向の範囲である。
【００６０】
Ｃ部は前記形状穴２０３の横断面が「ロの字」形なる部分で、かつＹ軸方向の加工面の長さが、加工時に使用するパイプ電極３７の直径以上となるＺ軸方向の範囲である。また、Ｄ部は前記形状穴２０３を貫通してワークの裏面に達するパイプ電極３７で加工される細穴部分である。
【００６１】
図１０に示すように、上述の形状穴２０３を加工する時のプログラム経路（破線で示してある）と実加工経路（実線で示してある）の関係について説明する。
【００６２】
前記横断面のＸ軸方向の一辺を加工するプログラム経路において、前記電極がＡ部の直上にあるときは放電時の電極消耗量を見込んでＰ１、Ｐ２点を通る直線からなるプログラム経路２０７となるが、放電開始前なので電極消耗量の補正が行われず、実加工経路２１１はＸ軸に平行なＰ１、Ｐ２’点を結んだ水平な経路となる。すなわち、無放電状態なのでＺ軸は下降しない。
【００６３】
前述のプログラム経路２０７がＰ２点にに達したとき、その前の実加工経路２１１では無放電状態でＺ軸の下降がなかったので、プログラム経路のＰ３点を次の加工開始点とはせずに、Ｐ３点をＺ軸の上方向のＰ３’点に補正する。すなわち、Ｐ２’点からＺ軸下方に切込み量ΔＺ’分だけ下降した位置がＰ３’点が次の加工開始点になるようにプログラム経路２０７を補正する。
【００６４】
Ｐ３’からＰ４点までの間に放電がなくＰ４点に達して放電が開始されたとする。このとき、Ｐ３’からＰ４点までの間は無放電状態なので、電極消耗量分のＺ軸補正は行われれず、実加工経路２１３はＸ軸に平行に移動することになる。
【００６５】
次いで、Ｐ４点からの実加工経路２１５は、Ｐ３’、Ｐ６点を通る電極消耗量分を補正したプログラム経路２１７に平行に移動する。すなわち、放電開始位置であるＰ４点からは、電極消耗量分を補正する実加工経路２１５を移動する。
【００６６】
実加工経路のＰ５点、すなわち、前記形状穴２０３のＸ軸方向の左端に到達した位置において、次の実加工経路２１９の開始点Ｐ６点まで、Ｚ軸方向に切込み量ΔＺ分だけ降下する。
【００６７】
前記Ｐ４点から放電状態に移行したので、Ｐ６点−Ｐ７点間の実加工経路２１９、Ｐ８点−Ｐ９点間の実加工経路２２１は、電極消耗量分を補正するプログラム経路と同一の経路を移動する。なお、次の加工開始点に移行するＰ５、Ｐ６点間およびＰ７、Ｐ８点間においてはＺ軸方向の切込みΔＺが行われる。
【００６８】
次いで、図８に示す形状穴２０３の横断面が「コの字」となるＢ部の加工を行う場合の実加工経路を説明する。
【００６９】
Ｐ９点とＰ１０点の間は、ワーク２０５のＹ軸方向の加工面を加工する実加工経路２２３であって、この実加工経路２２３は加工面に沿ってＹ軸方向に移動する。
【００７０】
Ｐ１０点からＺ軸方向へ切込み量ΔＺ’分を下降して次の加工開始位置であるＰ１１点へ移動し、Ｐ１１点から前記Ｙ軸方向の加工面に沿ってＹ軸方向にＰ１２点まで電極消耗量分の補正を考慮したプログラム経路２２７を移動する様にプログラム経路が用意されている。
【００７１】
しかしながら、例えばＰ１１点で無放電状態となった場合には、Ｚ軸方向の電極消耗量分の補正が行われず、Ｐ１１点からＰ１２点の移動中にはＺ軸方向の補正が行われない。
【００７２】
その結果、実加工経路はＰ１１とＰ１２’を通るＹ軸方向に平行な実加工経路２２５を移動する。すなわち、次の実加工経路２２９のの加工開始点は予定されていたＰ１２点からＰ１２’点に変更されることになる。
【００７３】
Ｐ１２’以後において、無放電状態となることがなく放電加工が実行される場合には、以後のプログラム経路と実加工経路（２３１、２３３、２３５）とは同一となる。
【００７４】
Ｃ部の放電加工時においても、前記Ｂ部と同様なプログラム経路に従って放電加工が実行される。すなわち、制御装置（図示省略）が放電加工中の放電状態を常時監視していて、無放電状態にあると判別した場合にはプログラム経路における電極消耗量分の補正を行わず、放電状態にあると判別した場合にはプログラム経路における電極消耗量分の補正を行う加工が行われるものである。
【００７５】
Ｄ部の放電加工は、従来の細穴放電加工と同様な穴加工が行われるものであり、前述の形状穴２０３の加工が終了した後に実施される。
【００７６】
なお、上述の切込み量ΔＺは、放電時におけるＺ軸方向の送り込み時に発生する電極消耗量と、次の加工を行うための切り込み量とを合わせたものである。また、無放電状態のときは前記切込み量ΔＺから電極消耗量分を差し引いた、切込み量のΔＺ’のみとなる（ΔＺ’＜ΔＺ）。
【００７７】
図１１〜１３は、断面形状が異なる多数の冷却空気流出用の細穴Ｈ１、Ｈ２を備えた空冷タービンブレードＴＢの説明図であり、このような空冷タービンブレードＴＢの断面形状が異なる細穴Ｈ１、Ｈ２の加工に、本願発明の細穴放電加工方法および装置を使用することにより効率的で精度の高い加工を行うことができる。
【００７８】
冷却空気流出用の細穴Ｈ１、Ｈ２は、タービンブレードＴＢの上面側に漏斗状の形状穴Ｆ１、Ｆ２を有し、冷却空気ＣＧをタービンブレード内部から外部表面に沿って噴出させることにより冷却を行うものである。なおタービンブレードＴＢの表面には高温のガスＧが流れている。
【符号の説明】
【００７９】
１ 細穴放電加工装置
３ 基台
５ Ｙ軸テーブル
７ 受け皿
９ 石定盤
１１ ブラケット部材
１１ａ 水平底部
１１ｂ Ｂ軸取付部
１３ 加工液
１５ 加工槽
１７ ターンテーブル装置
１９ Ｂ軸回転軸
２１ ターンテーブル
２５(a,b) 支柱
２７ 梁部材
３１ 蛇腹
３３ Ｘ軸キャリッジ
３５ Ｗ軸スライド
３５ｅ 係合部
３６ Ｗ軸送りねじ
３７ パイプ電極
３９ 電極ホルダ
４１ Ｚ軸スピンドルユニット
４３ ガイド部材
４４ Ｚ軸送りねじ
４６ ナット部材
１１１ スピンドル
７３ 電極ガイドユニット
８１ 電極ガイド
８３ 漏斗部材
８５ ポスト
８６ 電極マガジンに
８７ 電極交換装置
８９ 外筒
８９ｃ コレット嵌入穴
８９ｈ 貫通穴
８９ｇ 周溝
８９ｆ フランジ
９１ コレット
９１ｈ 挿通穴
９１ｔ 貫通穴
９３ 袋ナット
９３ｔ テーパ面
１１１ スピンドル
１１３ チャック
１１５ ピストン部材
１１７ 圧縮コイルばね
１１９、１２１ シールリング
１２３ ボール保持体
１２５ ボール保持穴
１２７ ボール
１２９ スライドリング
１３１（ａ、ｂ） ストッパー部材
１３３ ボール係合穴
２０１ 細穴
２０３ 形状穴
２０５ ワーク
２０７、２０９、２１７、２２７ プログラム経路
２１１、２１３、２１５、２１９、２２１、２２３、２２５、２２９ 実加工経路
ＴＢ 空冷タービンブレード
ＣＧ 冷却空気
Ｅ 電極消耗量
Ｆ１、Ｆ２ 形状穴
Ｇ 高温ガス
Ｈ１、Ｈ２ 細穴
ＭＳ スピンドルモータ
ＭＹ Ｙ軸駆動モータ
ＭＷ Ｗ軸駆動モータ
ＭＺ Ｚ軸駆動モータ
Ｗ ワーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細穴放電加工方法および装置に関し、より詳細には、水中でパイプ電極を使用し、制御装置の制御の下に前記加工電極と被加工物のＸＹＺ軸方向の３次元位置を相対的に位置制御して前記被加工物の形状穴の放電加工を行う細穴放電加工方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、被加工物に複雑な形状穴加工を行う放電加工方法として、加工面積が小さい細穴部の加工を棒状電極で加工した後で、加工面積が大きい部分を総型型彫り加工電極で加工する方法（例えば特許文献１）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０１８４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上述の文献に記載の方法は、細穴部の加工面積に対して加工面積が大きく変化する部分を有する形状穴を有する放電加工方法であって、加工面積が小さい細穴部の加工を棒状電極で加工した後、加工面積が大きい部分を総型型彫り加工電極で加工することを特徴とするものであり、高価な総型型彫り加工電極が必要であり、かつまた１個の総型型彫り電極で加工できる穴数は１〜３個程度が限界である。
【０００５】
そのため、多数の形状加工部を有する被加工物の加工を行う場合には、一個の製品を製作するのに、総型型彫り用の加工電極が多量に必要となり加工コストが増大する。また、一個の製品を製作する間の電極の交換頻度が大くなるため総加工時間が長くなることは避けられない。かつまた、総型型彫り用の電極は加工中に生じる加工屑の排出が悪いため加工速度が上げられないという特性があり、これも総加工時間が長くなり加工コストを増大させる要因となっている。
【０００６】
本発明は上述の如き問題を解決するためになされたものであり、本発明の課題は、加工電極が安価でかつ一個の製品を製作する間における加工電極の交換が不要であり総加工時間を短縮できるパイプ電極を用いた形状加工部の細穴放電加工方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決する手段として請求項１に記載の放電加工方法は、水中でパイプ電極を使用し、制御装置の制御の下に前記電極と被加工物のＸＹＺ軸方向の３次元位置を相対的に位置制御して前記被加工物の形状の異なる断面形状部の形状穴加工を行う放電加工方法において、前記電極がプログラムされた形状加工経路に沿っての放電加工中に、前記電極と被加工物との間が無放電状態にあるか放電状態にあるかを判別し、放電状態である場合には前記プログラムされた放電加工経路に対して電極消耗量を考慮したＺ軸方向の切込みの自動補正を行い、無放電状態にある場合には前記プログラムされた放電加工経路に対して電極消耗量を考慮したＺ軸方向の切込みの自動補正を行わないことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２に記載の細穴放電加工方法は、請求項１に記載の細穴放電加工方法において、前記形状穴のＸＹ平面による断面形状において、前記形状加工経路のＹ軸方向の形状加工経路の長さが前記電極径の１／２未満の場合は、Ｘ軸方向の直線形状加工経路とＺ軸方向の切込み加工を行い、前記Ｙ軸方向の形状加工経路の長さが前記電極径の１／２以上電極径未満の場合には、Ｘ軸方向とＹ軸方向からなるコの字状形状加工経路とＺ軸方向の切込み加工を行い、前記Ｙ軸方向の形状加工経路の長さが前記電極径以上の場合には、ロの字状形状加工経路とＺ軸方向の切込み加工を行うことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３に記載の細穴放電加工装置は、水中でパイプ電極を使用し、制御装置の制御の下に前記電極と被加工物のＸＹＺ軸方向の３次元位置を相対的に位置制御して前記被加工物の形状の異なる断面形状部の形状穴加工を行う放電加工装置にして、前記電極がプログラムされた形状加工経路に沿っての放電加工中に、前記電極と被加工物との間が無放電状態にあるか放電状態にあるかを判別し、放電状態である場合には前記プログラムされた放電加工経路に対して電極消耗量を考慮したＺ軸方向の切込みの自動補正を行い、無放電状態にある場合には前記プログラムされた放電加工経路に対して電極消耗量を考慮したＺ軸方向の切込みの自動補正を行わないことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４に記載の細穴放電加工装置は、請求項３に記載の細穴放電加工装置において、前記形状穴のＸＹ平面による断面形状において、前記形状加工経路のＹ軸方向の形状加工経路の長さが前記電極径の１／２未満の場合は、Ｘ軸方向の直線形状加工経路とＺ軸方向の切込み加工を行い、前記Ｙ軸方向の形状加工経路の長さが前記電極径の１／２以上電極径未満の場合には、Ｘ軸方向とＹ軸方向からなるコの字状形状加工経路とＺ軸方向の切込み加工を行い、前記Ｙ軸方向の形状加工経路の長さが電極径以上の場合には、ロの字状形状加工経路とＺ軸方向の切込み加工を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明の細穴放電加工方法および装置によれば、形状穴部の加工と貫通穴部の加工とを同一の電極で行うので電極コストが安価であり、かつ加工電極の交換を行なわずに多数の形状穴加工を行うことができるので加工コストを低減することができる。また、横断面形状が開放した形状穴部の形状加工を、Ｘ軸方向の直線形状加工経路と、コの字状形状加工経路とロの字状形状加工経路とからなる形状加工プログラムを用いることにより加工効率を向上させることができる。また、同一の形状加工プログラムを使用して、タービンブレードなどの形状の異なる断面形状部の形状穴加工を行うことができるので加工のプログラムの作成が容易となった。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本願発明に係る細穴放電加工装置の説明図（正面図）。
【図２】パイプ電極による形状穴加工時の説明図。
【図３】電極ホルダ３９の説明図。
【図４】電極ホルダ３９を装着するチャックの説明図。
【図５】平坦な表面に対して斜めに貫通する細穴上部に角錐状の形状穴有するワークの一例。
【図６】図５の上面図。
【図７】図５の左側面図。
【図８】角錐状の形状穴に形状加工を行う場合の形状加工経路の説明図。
【図９】図８の加工領域Ａ部のＸ軸方向の形状加工経路における放電加工時のプログラム経路と放電加工時の電極消耗量Ｅとの関係を示す図。
【図１０】本願発明の放電加工方法による形状加工を行う場合の形状加工経路の説明図。
【図１１】細穴上部に漏斗状部分を有する多数の穴を備えたタービンブレードＴＢの説明図。
【図１２】図１１のＣ−Ｃ断面図。
【図１３】図１１のＤ−Ｄ断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面によって説明する。
【００１４】
図１は本発明に係る６軸制御（X,Y,W,Z,A,B）の細穴放電加工装置の一実施の形態を示したものである。さて、図１を参照するに、総括的に示す細穴放電加工装置１の基台３上には、図示省略の駆動手段及びＹ軸駆動モータＭＹによりＹ軸方向に移動位置決め可能なＹ軸テーブル５が設けてある。
【００１５】
前記Ｙ軸テーブル５には受け皿７を一体的に固定して設け、この受け皿７上に絶縁体である石定盤９を設けると共に、この石定盤９上にＬ字形のブラケット部材１１が一体的に設けてある。
【００１６】
上述のブラケット部材１１上には、電気伝導度の小さい純水などの加工液１３を入れるための加工槽１５が取り付てあり、この加工槽１５内にワークＷを固定するためのチルト可能な公知のターンテーブル装置１７が設けてある（例えば、特開２００２−３０７２４８号公報）。
【００１７】
上述のターンテーブル装置１７は、Ｚ軸（図１の上下方向）に平行な軸心を回転中心とするＡ軸と、Ａ軸に直交（Ｙ軸に平行）する軸心を回転中心とするＢ軸（チルト軸）とを備えている。
【００１８】
上述のＢ軸駆動部としてのＢ軸回転軸１９は、前記Ｌ字形ブラケット部材１１の水平底部１１ａから前記加工槽１５の後側（図１において右側）の壁面に沿って上方に延伸するＢ軸取付部１１ｂに回転自在に軸支してある。このＢ軸回転軸１９は前記加工槽１５の後側壁面を貫通して加工槽１５内部のほぼ中央部まで延伸させて設けてある。
【００１９】
前記Ｂ軸回転軸１９の左端の上部には、減速機（図示省略）を介してターンテーブル２１が回転可能に取付けてある。Ｂ軸回転軸１９の回転駆動は前記加工槽１５の外部に設けたＢ軸駆動モータ（図示省略）で行われ、またターンテーブル２１の回転駆動は、Ｂ軸回転軸１９の軸心に沿って設けた外部に開口した「めくら穴」（図示省略）を介してＡ軸駆動モータ（図示省略）により回転駆動ができるように設けてある。
【００２０】
前記ターンテーブル２１の裏面には、環状の通電リング（図示省略）が設けてあり、ターンテーブル２１はこの通電リングを介して放電電源（図示省略）に接続してある。
【００２１】
上記構成において、制御装置（図示省略）の制御の下にＡ軸駆動モータ（図示省略）を適宜に回転駆動させれば、ターンテーブル２１をＡ軸中心に適宜な角度回転させることができる。
【００２２】
また、同様にＢ軸駆動モータ（図示省略）を適宜に正転または逆転駆動させれば、ターンテーブル２１をＢ軸を中心に時計方向または反時計方向へチルト（Tilt；傾斜）させることができる。さらに、前記Ｙ軸駆動モータＭＹを適宜に回転駆動することにより、ターンテーブル２１をＹ軸方向の任意の位置に位置決めすることができる。
【００２３】
前記加工槽１５の後方（図１において右方）の前記基台３上には、図１を前側（図１において左側）から見て左右に立設した一対の支柱２５(a,b)と、この一対の支柱２５(a,b)の上部に水平に懸架した梁部材２７からなる門型フレームが設けてある。
【００２４】
門型フレームの梁部材２７には、蛇腹３１に保護されたＸ軸ガイドレール（図示省略）が設けてあり、このＸ軸ガイドレールにＸ軸駆動モータＭＸ（図示省略）に駆動されるＸ軸キャリッジ３３が前記Ｙ軸に直交するＸ軸方向に移動位置決め自在に設けてある。
【００２５】
また、前記Ｘ軸キャリッジ３３には、上下に延伸した円筒状のＷ軸スライド３５に一体的に設けた係合部３５ｅが前記Ｚ軸に平行なＷ軸に沿って昇降自在に係合してある。そして、このＷ軸スライド３５は、このＷ軸スライド３５の上端部に設けたＷ軸駆動モータＭＷにより回転駆動されるＷ軸送りねじ３６に螺合するナット部材３８を介してＷ軸の任意の位置に位置決め可能に設けてある。
【００２６】
上述のＷ軸スライド３５には、パイプ電極３７を装着した電極ホルダ３９を備えたＺ軸スピンドルユニット４１がガイド部材４３を介してＺ軸方向に昇降自在に係合してある（図２参照）。
【００２７】
図１、図２を参照するに、前記Ｚ軸スピンドルユニット４１は、前記Ｗ軸スライド３５の上端部に設けたＺ軸駆動モータＭＺにより回転駆動されるＺ軸送りねじ４４に螺合するナット部材４６を介して、前記Ｗ軸スライド３５に対して相対的にＺ軸方向の任意の位置へ移動位置決め可能に設けてある。
【００２８】
また、Ｚ軸スピンドルユニット４１の上部に設けたスピンドルモータＭＳにより、Ｚ軸スピンドルユニット４１のスピンドル１１１（図４参照）が回転駆動自在に設けてある。
【００２９】
前記Ｗ軸スライド３５の下端部には、電極ガイドユニット７３の端部が着脱可能に設けてあり、その他端部には前記パイプ電極３７が摺動自在に挿通係合する下方向（Ｚ軸方向）へ延伸した電極ガイド８１が設けてある。
【００３０】
さらに、前記電極ガイド８１の直上位置において、前記パイプ電極３７をガイドすると共にパイプ電極３７を挿入するためのテーパを有する漏斗部材８３が設けてある。
【００３１】
再度図１を参照するに、加工槽１５の前方位置に立設したポスト８５の上端部に電極交換装置８７が設けてある。電極交換装置８７には、前記電極ホルダ３９に装着された複数のパイプ電極３７が電極マガジンに８６に保持されている。
【００３２】
なお、上述の電極交換装置８７には、本願出願人の出願である特開平８−２９０３３２号公報に記載の如き電極交換装置を使用することができるのでその構成については詳細の説明は省略する。
【００３３】
上記構成において、前記制御装置（図示省略）の制御の下に前記Ｗ軸駆動モータＭＷを適宜に回転駆動すれば、前記Ｗ軸スライド３５をＺ軸上の適宜な位置へ位置決めすることができる。すなわち、パイプ電極３７をＺ軸方向にガイドする電極ガイド８１をＺ軸上の適宜な位置へ位置決めすることができる。
【００３４】
また、Ｚ軸駆動モータＭＺにより電極ホルダ３９に保持されたパイプ電極３７をＺ軸の任意の位置へ移動位置決めできる。
【００３５】
また、前記Ｘ軸キャリッジ３３はＸ軸駆動モータＭＸ（図示省略）によりＸ軸の任意の位置へ位置決めできるので、パイプ電極３７をワークＷのＸ、Ｙ座標上の任意の位置へ移動位置決めすることが可能であり、また、ワークＷをＡ、Ｂ軸に回転できるので、ワークＷの上面の他に底面以外の任意の位置へも位置決めすることが可能である。
【００３６】
図３、図４は、前記電極ホルダ３９とチャック１１３の構成を示した図であり、図３に示す電極ホルダ３９は、筒状の外筒８９を有し、この外筒８９の軸心には、純水などの加工液１３が流通可能な貫通穴８９ｈが設けてあると共に、貫通穴８９より大径のコレット嵌入穴８９ｃが貫通穴８９ｈの下側に設けてある。
【００３７】
前記外筒８９の外周には、ボール係合用の周溝８９ｇが形成してある。さらに周溝８９ｇの下には、位置決め用のフランジ８９ｆが形成してあり下端部にはコレット９１を締め付け固定するための袋ナット９３が着脱可能に螺着してある。
【００３８】
コレット９１の軸心には、前記パイプ電極３７が挿通可能な挿通穴９１ｈを備えており、コレット９１の体部には複数のスリット（図示省略）が軸方向に設けてあると共に、下端外周面には、前記の袋ナット９３の貫通穴９１ｔのテーパ部に係合するテーパ面９３ｔが形成してある。
【００３９】
上記構成の電極ホルダ３９において、パイプ電極３７を外筒８９の貫通穴８９ｈよりコレット９１の挿通穴９１ｈに挿通し、袋ナット９３を締めることにより、パイプ電極３７を電極ホルダ３９に装着固定することができる。
【００４０】
図４に示すように、前記Ｚ軸スピンドルユニット４１のスピンドル１１１の下端部にはチャック１１３が設けてある。スピンドル１１１はパイプ状であって、このスピンドル１１１内には環状のピストン部材１１５が上下動可能に嵌入してある。
【００４１】
そして、このピストン部材は１１５はスピンドル１１１に内装した圧縮コイルばね１１７により常に下方向へ付勢されており、ピストン部材１１５の外周面にはシールリング１１９が設けてある。さらに前記ピストン部材１１５の下面には、前記電極ホルダ３９の上端面に当接可能なシールリング１２１が設けてある。
【００４２】
前記スピンドル１１１の下端部外周には、円筒形のボール保持体１２３が螺着固定してあり、このボール保持体１２３の下部付近には、軸中心から放射状に配置した複数のボール保持穴１２５が設けてある。そして、このボール保持穴１２５内には、前記電極ホルダ３９のボール係合用の周溝８９ｇに係脱自在のボール１２７が径方向に若干量だけ移動可能に保持されている。
【００４３】
前記ボール保持体１２３の外周には、前記ボール１２７を軸中心方向へ押圧した状態と、押圧を解除した状態とに切り換え自在のスライドリング１２９が上下動可能に嵌合してある。またボール保持体１２３の下部外周には、スライドリング１２９がボール保持体１２３から落下するのを阻止するためのストッパー部材１３１ａと、スライドリング１２９が上方向へ移動したときの上限位置を規制するためのストッパー部材１３１ｂが設けてある。
【００４４】
また、前記スライドリング１２９の下部には、スライドリング１２９が上限位置に移動したときに、前記ボール１２７がボール保持体１２３から外周方向へ移動可能にすると共に、ボール保持体１２３から離脱しないようにボールに係合するボール係合穴１３３が設けてある。
【００４５】
なお、ストッパー部材１３１（ａ、ｂ）には、金属製のスナップリングまたはゴム製のシールリング等を使用することができる。
【００４６】
上記構成のチャック１１３に前記電極ホルダ３９を装着する場合には、図示しないスライドリング昇降手段により、スライドリング１２９を上限位置へ移動させた状態において、電極ホルダ３９の頭部をボール保持体１２３内部に挿入すれば、電極ホルダ３９の頭部に係合したボール１２７は、ボール係合穴１３３の方へ移動するので、電極ホルダ３９の頭部が前記ピストン部材１１５に当接する位置まで挿入することができる。
【００４７】
ピストン部材１１５に当接した後、さらに電極ホルダ３９のボール係合用の周溝８９ｇがボール１２７に係合する位置まで押し上げた状態において、電極ホルダ３９の頭部がスピンドル１１１の下端部に当接して停止する。
【００４８】
この状態において、前記スライドリング１２９を前記スライドリング昇降手段により下限位置に下げることにより、ボール１２７がボール係合用の周溝８９ｇに押圧付勢されて、ボール係合用の周溝８９ｇとボール１２７との係合がロック状態となる。
【００４９】
前記電極ホルダ３９を外す場合には、前記スライドリング１２９を上限位置へ移動させれば、ボール係合用の周溝８９ｇとボール１２７との係合が解除され、電極ホルダ３９を下方へ引き抜くことができる。
【００５０】
なお、前記パイプ電極３７に対しては、加工液（純水）を供給する加工液供給手段（図示省略）が設けてある。
【００５１】
上記構成の細穴放電加工装置１により、細穴の上部に上方向に開放する漏斗状部分を有し、該漏斗状部分の加工面積が前記細穴部の加工面積に対して極端に大きく変化する形状の放電加工方法について説明する。
【００５２】
図５〜図７は、平坦な表面に対して斜めに貫通する細穴２０１の上部に上方に開いた角錐状の形状穴２０３を有するワーク２０５の一例を示したものである。
【００５３】
図８〜図１０は、前記ワーク２０５の形状穴２０３に本願発明の放電加工方法による形状加工を行う場合の形状加工経路を説明する図である。
【００５４】
図９は、図８のＡ部をＸＺ平面で切った図で、図８の加工領域Ａ部のＸ軸方向の形状加工経路における放電加工時のプログラム経路２０７と放電加工時の電極消耗量Ｅとの関係を示すものである。なお、プログラム経路２０７は形状穴２０３の内側を通る電極の中心座標を基準にしたものである。
【００５５】
すなわち、放電加工時に放電した場合の電極消耗量補正プログラム経路２０７は、点Ｐ１、Ｐ２間は、点Ｐ１、Ｐ２を通り、勾配がＥ／｜Ｐ０−Ｐ２｜の右下がりの直線である。Ｐ２、Ｐ３間は、次の加工を行うためにＺ軸方向に切込み量ΔＺだけ降下し、そして、Ｐ３、Ｐ４間は、勾配がＥ／｜Ｐ０−Ｐ２｜の左下がりの直線となっている。以下、図９に示すような同様な経路をとるものである。
【００５６】
上述のＥは放電時の電極消耗量であり、一般に、電極消耗率（質量比）＝「電極消耗量／ワーク加工量」、または、電極消耗率（長さの比）＝「電極消耗長さ／ワーク加工深さ」等で示されるものである。
【００５７】
図１０は、前記図８に示した形状加工経路のＡ部とＢ部を立体的な模式図的に示した図である。
【００５８】
図８に示すワーク２０５の形状穴２０３を加工する場合、最初に加工される部分はワーク２０５上部のＡ部であり、次いでＢ、Ｃ、Ｄ部の順に加工がなされる。
【００５９】
上述のＡ部とは、ワーク２０５の形状穴２０３の場合、この形状穴２０３をＺ軸に直交するＸＹ平面で切断したときの横断面が「コの字」形になる部分で、かつＹ軸方向の加工面の長さが、加工時に使用するパイプ電極３７の直径の１／２未満となるＺ軸方向の範囲である。また、Ｂ部とは、前記横断面が「コの字」形の部分で、かつＹ軸方向の加工面の長さが、加工時に使用するパイプ電極３７の直径の１／２以上電極径未満となるＺ軸方向の範囲である。
【００６０】
Ｃ部は前記形状穴２０３の横断面が「ロの字」形なる部分で、かつＹ軸方向の加工面の長さが、加工時に使用するパイプ電極３７の直径以上となるＺ軸方向の範囲である。また、Ｄ部は前記形状穴２０３を貫通してワークの裏面に達するパイプ電極３７で加工される細穴部分である。
【００６１】
図１０に示すように、上述の形状穴２０３を加工する時のプログラム経路（破線で示してある）と実加工経路（実線で示してある）の関係について説明する。
【００６２】
前記横断面のＸ軸方向の一辺を加工するプログラム経路において、前記電極がＡ部の直上にあるときは放電時の電極消耗量を見込んでＰ１、Ｐ２点を通る直線からなるプログラム経路２０７となるが、放電開始前なので電極消耗量の補正が行われず、実加工経路２１１はＸ軸に平行なＰ１、Ｐ２’点を結んだ水平な経路となる。すなわち、無放電状態なのでＺ軸は下降しない。
【００６３】
前述のプログラム経路２０７がＰ２点にに達したとき、その前の実加工経路２１１では無放電状態でＺ軸の下降がなかったので、プログラム経路のＰ３点を次の加工開始点とはせずに、Ｐ３点をＺ軸の上方向のＰ３’点に補正する。すなわち、Ｐ２’点からＺ軸下方に切込み量ΔＺ’分だけ下降した位置がＰ３’点が次の加工開始点になるようにプログラム経路２０７を補正する。
【００６４】
Ｐ３’からＰ４点までの間に放電がなくＰ４点に達して放電が開始されたとする。このとき、Ｐ３’からＰ４点までの間は無放電状態なので、電極消耗量分のＺ軸補正は行われれず、実加工経路２１３はＸ軸に平行に移動することになる。
【００６５】
次いで、Ｐ４点からの実加工経路２１５は、Ｐ３’、Ｐ６点を通る電極消耗量分を補正したプログラム経路２１７に平行に移動する。すなわち、放電開始位置であるＰ４点からは、電極消耗量分を補正する実加工経路２１５を移動する。
【００６６】
実加工経路のＰ５点、すなわち、前記形状穴２０３のＸ軸方向の左端に到達した位置において、次の実加工経路２１９の開始点Ｐ６点まで、Ｚ軸方向に切込み量ΔＺ分だけ降下する。
【００６７】
前記Ｐ４点から放電状態に移行したので、Ｐ６点−Ｐ７点間の実加工経路２１９、Ｐ８点−Ｐ９点間の実加工経路２２１は、電極消耗量分を補正するプログラム経路と同一の経路を移動する。なお、次の加工開始点に移行するＰ５、Ｐ６点間およびＰ７、Ｐ８点間においてはＺ軸方向の切込みΔＺが行われる。
【００６８】
次いで、図８に示す形状穴２０３の横断面が「コの字」となるＢ部の加工を行う場合の実加工経路を説明する。
【００６９】
Ｐ９点とＰ１０点の間は、ワーク２０５のＹ軸方向の加工面を加工する実加工経路２２３であって、この実加工経路２２３は加工面に沿ってＹ軸方向に移動する。
【００７０】
Ｐ１０点からＺ軸方向へ切込み量ΔＺ’分を下降して次の加工開始位置であるＰ１１点へ移動し、Ｐ１１点から前記Ｙ軸方向の加工面に沿ってＹ軸方向にＰ１２点まで電極消耗量分の補正を考慮したプログラム経路２２７を移動する様にプログラム経路が用意されている。
【００７１】
しかしながら、例えばＰ１１点で無放電状態となった場合には、Ｚ軸方向の電極消耗量分の補正が行われず、Ｐ１１点からＰ１２点の移動中にはＺ軸方向の補正が行われない。
【００７２】
その結果、実加工経路はＰ１１とＰ１２’を通るＹ軸方向に平行な実加工経路２２５を移動する。すなわち、次の実加工経路２２９のの加工開始点は予定されていたＰ１２点からＰ１２’点に変更されることになる。
【００７３】
Ｐ１２’以後において、無放電状態となることがなく放電加工が実行される場合には、以後のプログラム経路と実加工経路（２３１、２３３、２３５）とは同一となる。
【００７４】
Ｃ部の放電加工時においても、前記Ｂ部と同様なプログラム経路に従って放電加工が実行される。すなわち、制御装置（図示省略）が放電加工中の放電状態を常時監視していて、無放電状態にあると判別した場合にはプログラム経路における電極消耗量分の補正を行わず、放電状態にあると判別した場合にはプログラム経路における電極消耗量分の補正を行う加工が行われるものである。
【００７５】
Ｄ部の放電加工は、従来の細穴放電加工と同様な穴加工が行われるものであり、前述の形状穴２０３の加工が終了した後に実施される。
【００７６】
なお、上述の切込み量ΔＺは、放電時におけるＺ軸方向の送り込み時に発生する電極消耗量と、次の加工を行うための切り込み量とを合わせたものである。また、無放電状態のときは前記切込み量ΔＺから電極消耗量分を差し引いた、切込み量のΔＺ’のみとなる（ΔＺ’＜ΔＺ）。
【００７７】
図１１〜１３は、断面形状が異なる多数の冷却空気流出用の細穴Ｈ１、Ｈ２を備えた空冷タービンブレードＴＢの説明図であり、このような空冷タービンブレードＴＢの断面形状が異なる細穴Ｈ１、Ｈ２の加工に、本願発明の細穴放電加工方法および装置を使用することにより効率的で精度の高い加工を行うことができる。
【００７８】
冷却空気流出用の細穴Ｈ１、Ｈ２は、タービンブレードＴＢの上面側に漏斗状の形状穴Ｆ１、Ｆ２を有し、冷却空気ＣＧをタービンブレード内部から外部表面に沿って噴出させることにより冷却を行うものである。なおタービンブレードＴＢの表面には高温のガスＧが流れている。
【符号の説明】
【００７９】
１ 細穴放電加工装置
３ 基台
５ Ｙ軸テーブル
７ 受け皿
９ 石定盤
１１ ブラケット部材
１１ａ 水平底部
１１ｂ Ｂ軸取付部
１３ 加工液
１５ 加工槽
１７ ターンテーブル装置
１９ Ｂ軸回転軸
２１ ターンテーブル
２５(a,b) 支柱
２７ 梁部材
３１ 蛇腹
３３ Ｘ軸キャリッジ
３５ Ｗ軸スライド
３５ｅ 係合部
３６ Ｗ軸送りねじ
３７ パイプ電極
３９ 電極ホルダ
４１ Ｚ軸スピンドルユニット
４３ ガイド部材
４４ Ｚ軸送りねじ
４６ ナット部材
１１１ スピンドル
７３ 電極ガイドユニット
８１ 電極ガイド
８３ 漏斗部材
８５ ポスト
８６ 電極マガジンに
８７ 電極交換装置
８９ 外筒
８９ｃ コレット嵌入穴
８９ｈ 貫通穴
８９ｇ 周溝
８９ｆ フランジ
９１ コレット
９１ｈ 挿通穴
９１ｔ 貫通穴
９３ 袋ナット
９３ｔ テーパ面
１１１ スピンドル
１１３ チャック
１１５ ピストン部材
１１７ 圧縮コイルばね
１１９、１２１ シールリング
１２３ ボール保持体
１２５ ボール保持穴
１２７ ボール
１２９ スライドリング
１３１（ａ、ｂ） ストッパー部材
１３３ ボール係合穴
２０１ 細穴
２０３ 形状穴
２０５ ワーク
２０７、２０９、２１７、２２７ プログラム経路
２１１、２１３、２１５、２１９、２２１、２２３、２２５、２２９ 実加工経路
ＴＢ 空冷タービンブレード
ＣＧ 冷却空気
Ｅ 電極消耗量
Ｆ１、Ｆ２ 形状穴
Ｇ 高温ガス
Ｈ１、Ｈ２ 細穴
ＭＳ スピンドルモータ
ＭＹ Ｙ軸駆動モータ
ＭＷ Ｗ軸駆動モータ
ＭＺ Ｚ軸駆動モータ
Ｗ ワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中でパイプ電極を使用し、制御装置の制御の下に前記電極と被加工物のＸＹＺ軸方向の３次元位置を相対的に位置制御して前記被加工物の形状の異なる断面形状部の形状穴加工を行う放電加工方法において、前記電極がプログラムされた形状加工経路に沿っての放電加工中に、前記電極と被加工物との間が無放電状態にあるか放電状態にあるかを判別し、放電状態である場合には前記プログラムされた放電加工経路に対して電極消耗量を考慮したＺ軸方向の切込みの自動補正を行い、無放電状態にある場合には前記プログラムされた放電加工経路に対して電極消耗量を考慮したＺ軸方向の切込みの自動補正を行わないことを特徴とする細穴放電加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載の細穴放電加工方法において、前記形状穴のＸＹ平面による断面形状において、前記形状加工経路のＹ軸方向の形状加工経路の長さが前記電極径の１／２未満の場合は、Ｘ軸方向の直線形状加工経路とＺ軸方向の切込み加工を行い、前記Ｙ軸方向の形状加工経路の長さが前記電極径の１／２以上電極径未満の場合には、Ｘ軸方向とＹ軸方向からなるコの字状形状加工経路とＺ軸方向の切込み加工を行い、前記Ｙ軸方向の形状加工経路の長さが前記電極径以上の場合には、ロの字状形状加工経路とＺ軸方向の切込み加工を行うことを特徴とする細穴放電加工方法。
【請求項３】
水中でパイプ電極を使用し、制御装置の制御の下に前記電極と被加工物のＸＹＺ軸方向の３次元位置を相対的に位置制御して前記被加工物の形状の異なる断面形状部の形状穴加工を行う放電加工装置にして、前記電極がプログラムされた形状加工経路に沿っての放電加工中に、前記電極と被加工物との間が無放電状態にあるか放電状態にあるかを判別し、放電状態である場合には前記プログラムされた放電加工経路に対して電極消耗量を考慮したＺ軸方向の切込みの自動補正を行い、無放電状態にある場合には前記プログラムされた放電加工経路に対して電極消耗量を考慮したＺ軸方向の切込みの自動補正を行わないことを特徴とする細穴放電加工装置。
【請求項４】
請求項３に記載の細穴放電加工装置において、前記形状穴のＸＹ平面による断面形状において、前記形状加工経路のＹ軸方向の形状加工経路の長さが前記電極径の１／２未満の場合は、Ｘ軸方向の直線形状加工経路とＺ軸方向の切込み加工を行い、前記Ｙ軸方向の形状加工経路の長さが前記電極径の１／２以上電極径未満の場合には、Ｘ軸方向とＹ軸方向からなるコの字状形状加工経路とＺ軸方向の切込み加工を行い、前記Ｙ軸方向の形状加工経路の長さが電極径以上の場合には、ロの字状形状加工経路とＺ軸方向の切込み加工を行うことを特徴とする細穴放電加工装置。
【請求項１】
水中でパイプ電極を使用し、制御装置の制御の下に前記電極と被加工物のＸＹＺ軸方向の３次元位置を相対的に位置制御して前記被加工物の形状の異なる断面形状部の形状穴加工を行う放電加工方法において、前記電極がプログラムされた形状加工経路に沿っての放電加工中に、前記電極と被加工物との間が無放電状態にあるか放電状態にあるかを判別し、放電状態である場合には前記プログラムされた放電加工経路に対して電極消耗量を考慮したＺ軸方向の切込みの自動補正を行い、無放電状態にある場合には前記プログラムされた放電加工経路に対して電極消耗量を考慮したＺ軸方向の切込みの自動補正を行わないことを特徴とする細穴放電加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載の細穴放電加工方法において、前記形状穴のＸＹ平面による断面形状において、前記形状加工経路のＹ軸方向の形状加工経路の長さが前記電極径の１／２未満の場合は、Ｘ軸方向の直線形状加工経路とＺ軸方向の切込み加工を行い、前記Ｙ軸方向の形状加工経路の長さが前記電極径の１／２以上電極径未満の場合には、Ｘ軸方向とＹ軸方向からなるコの字状形状加工経路とＺ軸方向の切込み加工を行い、前記Ｙ軸方向の形状加工経路の長さが前記電極径以上の場合には、ロの字状形状加工経路とＺ軸方向の切込み加工を行うことを特徴とする細穴放電加工方法。
【請求項３】
水中でパイプ電極を使用し、制御装置の制御の下に前記電極と被加工物のＸＹＺ軸方向の３次元位置を相対的に位置制御して前記被加工物の形状の異なる断面形状部の形状穴加工を行う放電加工装置にして、前記電極がプログラムされた形状加工経路に沿っての放電加工中に、前記電極と被加工物との間が無放電状態にあるか放電状態にあるかを判別し、放電状態である場合には前記プログラムされた放電加工経路に対して電極消耗量を考慮したＺ軸方向の切込みの自動補正を行い、無放電状態にある場合には前記プログラムされた放電加工経路に対して電極消耗量を考慮したＺ軸方向の切込みの自動補正を行わないことを特徴とする細穴放電加工装置。
【請求項４】
請求項３に記載の細穴放電加工装置において、前記形状穴のＸＹ平面による断面形状において、前記形状加工経路のＹ軸方向の形状加工経路の長さが前記電極径の１／２未満の場合は、Ｘ軸方向の直線形状加工経路とＺ軸方向の切込み加工を行い、前記Ｙ軸方向の形状加工経路の長さが前記電極径の１／２以上電極径未満の場合には、Ｘ軸方向とＹ軸方向からなるコの字状形状加工経路とＺ軸方向の切込み加工を行い、前記Ｙ軸方向の形状加工経路の長さが電極径以上の場合には、ロの字状形状加工経路とＺ軸方向の切込み加工を行うことを特徴とする細穴放電加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２５３４５（Ｐ２０１１−２５３４５Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７２９６４（Ｐ２００９−１７２９６４）
【出願日】平成２１年７月２４日（２００９．７．２４）
【出願人】（０００１２８４２９）株式会社エレニックス (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２４日（２００９．７．２４）
【出願人】（０００１２８４２９）株式会社エレニックス (9)
【Ｆターム（参考）】
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