JP4041299B2

JP4041299B2 - Electric discharge machining method and electric discharge machine

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Publication number: JP4041299B2
Application number: JP2001310795A
Authority: JP
Inventors: 宣洋中島
Original assignee: Sodick Co Ltd
Current assignee: Sodick Co Ltd
Priority date: 2001-10-09
Filing date: 2001-10-09
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2021-10-09
Also published as: JP2003117734A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、細管、細線、または細棒状等の細くて長い軸状電極を用い、該軸状電極を中心軸または該中心軸に平行な軸の廻りに回転させた状態で、被加工体と放電間隙を介して相対向させ、該放電間隙に加工液等の加工媒体を流通介在させた状態で、両者間に間歇的な電圧パルスを印加して繰り返し放電パルスを発生させると共に、両者間に対向方向の、または対向方向および該対向方向と直角な平面方向の相対的な加工送りを与えて被加工体に穴または所定若しくは何等かのキャビティを加工形成する放電加工方法および放電加工機に関し、特に回転軸状電極の回転による振れにより加工穴等の寸法、精度等が低下することが無いようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
斯種の放電加工は、通常軸状電極として、外径がφ０．１ｍｍ程度からφ３ｍｍ程度で、長さが３００ｍｍ程度以内の円柱状のパイプ電極、または線状乃至は棒状電極を用い、前記パイプ電極の場合には、水系または油系の加工液を１．９６ＭＰａ（２０ｋｇｆ／ｃｍ^２）以上の高圧で中空部を通して先端開口部の放電間隙に供給して加工が行われ、そしてその放電が分散して発生することにより安定に加工が行なわれ、加工屑を含む加工液の排出が円滑に行れるように、軸状電極に数１０００回転以内程度の回転が付与されている。そして近時には、細深穴の加工だけでなく、電極外径に対してはるかに大きい寸法の何等かのキャビティの加工成形を、軸方向の対向方向と、該対向方向と直角な水平方向の加工送り、即ち、軸方向の送りに対して揺動運動とか、輪郭線形状に沿う並進運動の加工送りを組み合わせ併用することによって実現される創成加工も盛んになってきており、特に外形寸法がφ１ｍｍ程度以内の軸状電極による微細高精度加工の需要が増大してきている。
【０００３】
この加工の加工進行の態様を側断面より見ると、穴加工の場合は図９に、何等かのキャビティの創成加工の場合は図８に夫々示すが如くである。即ち、図８および図９において、１１は前記回転軸状電極、３０は被加工体で、１６が電極１１の先端を挿通し、被加工体３０の表面に近接した位置で位置決めする電極ガイドである。そして両図は、何れも被加工体３０の上面から加工を開始してある程度加工時間が経過したときのもので、図８の創成加工の場合には、前記電極１１と電極ガイド１６は、実線図のもの（左側）と仮想の破線図（右側）とで示すように、被加工体３０表面上の水平方向の位置は、加工するキャビティの輪郭形状に応じて相対的に移動するが、表面上からの離隔した高さ位置には、一定の固定した位置であるから、軸状電極１１の電極ガイド１６からの下方への突出長さは、加工時間と共に大きくなって行くものである。
【０００４】
ところで、之等の軸状電極１１は、外周の偏奇消耗対策上や加工穴の真円度保持上、および前述加工中の短絡防止や加工屑等の排出能向上対策上等から、通常軸を中心とする回転、例えば１０００ｒｐｍ、が与えられた状態で加工が進行せしめられていることから、加工の進行と共に電極ガイド１６から先端突出長さが長くなる電極先端の回転振れ量は、一般的に言って増大し、加工穴やキャビティの側面３０Ａは逆テーパに拡大することになる。
【０００５】
図１０乃至図１２は、径の異なる軸状電極１１の電極ガイド１６からの突出長さ０．５ｍｍを基準として、１ｍｍから全長２０ｍｍまで、各１ｍｍと２ｍｍ毎、突出長さを長くして行ったときの電極先端の径方向の回転振れ量（μｍ）を測定した特性曲線図で、電極材料はＣｕ（またはＣｕＷ）の中実細棒状材で、図１０はφ０．２ｍｍ、図１１はφ０．３ｍｍ、また図１２はφ０．５ｍｍのものの各実測例である。即ち、同一径の電極でも、各電極により、また電極ガイド１６との組み合わせや位置決め等により、前記電極突出長さに対する先端振れ量の特性は微妙に相違するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そして、前記図９の穴加工の場合は、加工済穴部分の関係で、電極先端の回転振れ量が、前述図１０乃至１２のものより抑制されて小さくなることもあるが、図８の創成加工の場合には、電極側面の片側乃至は半分以上が開放空間となっているところから、前述図１０乃至図１２に夫々を示した振れ量の逆テーパの加工となり、これが金型の場合には成形樹脂等の離形の問題が生じる。
【０００７】
この問題を解決するための従来の手法としては、電極１と被加工体３０間の対向方向と、直角方向の平面上における相対的移動である所謂揺動加工機能を利用するか、或いは輪郭線軌跡を加工途中で変更することなどが行なわれていたが、加工効率が悪く、また輪郭加工プログラムの修正の工数が増えるなどの問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
回転手段を有する加工ヘッドに軸状電極を装着して被加工体と相対向させ、前記回転する軸状電極の先端側を被加工体の表面に近接した位置で電極ガイドに案内させて位置決めし、対向間隙に加工液を供給介在させた状態で両者間に間歇的な電圧パルスを印加し、繰り返し放電を発生させると共に、対向方向の、または対向および該対向方向と直角な平面方向の相対的な加工送りを与えて被加工体に穴または所定のキャビティを加工する放電加工方法において、
加工機のコラムに前記電極ガイドを保持するＷ軸スライダを、また、該Ｗ軸スライダに前記加工ヘッドを保持するＺ軸スライダを、案内、バランサを含む送り機構、および各駆動源のモータとの組み合わせからなる夫々の昇降軸送り機構を介して夫々独立に軸送り可能に取り付けるとともに、前記コラムに対するＷ軸スライダの昇降軸方向の位置と、また、該Ｗ軸に対するＺ軸スライダの昇降軸方向の位置とを夫々検出する位置検出装置を夫々に設けておき、
加工開始前に、前記軸状電極の先端を、加工すべき加工穴またはキャビティイの前記対向方向の深さと同じ長さ前記電極ガイドから突出させた状態に設定しておいて、前記電極を所定回転数で回転させ、前記軸状電極の先端の回転振れ量を測定して加工プログラムを修正しておき、この修正プログラムにより加工を開始した後は、前記軸状電極先端の電極ガイドからの突出長さが、前記設定長さを維持しつつ加工が進行するように、前記Ｗ軸とＺ軸の位置検出装置からのフィードバックされる各検出位置信号によりＷ軸の位置を連続的に制御しつつ加工を進行させる放電加工方法とすることにより達成される。
【０００９】
また、前述の本発明の目的は、（２）前記回転軸状電極先端の前記電極ガイドから突出長さである前記所定長が、前記加工すべき加工穴またはキャビティの前記対向方向の深さと略同一の長さである前記（１）記載の放電加工方法とすることにより達成される。
【００１０】
また、前述の本発明の目的は、（３）前記軸状電極または交換装着された新しい軸状電極による目的とする穴またはキャビティの加工開始に際し、前記軸状電極の先端を前記穴またはキャビティの所要加工深さに応ずる長さ電極ガイドから挿通突出させると共に所定回転数で回転させ、この軸状電極先端の回転振れ量を前記被加工体設置テーブル上に設置した測定装置によって測定し、この測定振れ量に応じて加工プログラムを修正する前記（１）、または（２）に記載の放電加工方法とすることにより達成される。
【００１１】
また、前述の本発明の目的は、（４）回転手段を有する加工ヘッドに軸状電極を装着して被加工体と相対向させ、対向間隙に加工液を供給介在させた状態で両者間に間歇的な電圧パルスを印加し、繰り返し放電を発生させると共に、対向方向の、または対向方向および対向方向と直角な平面方向の相対的な加工送りを与えて被加工体に穴または所定のキャビティを加工する放電加工機において、
前記加工機のコラムにＷ軸スライダを、また該Ｗ軸スライダにＺ軸スライダを、夫々同種、同一または別異のものであってもよい案内、バランサを含む送り機構、および駆動源のモータとの組み合わせからなる夫々の昇降軸送り機構を介して取り付け、前記加工ヘッドを前記Ｚ軸スライダに取り付ける一方で、該加工ヘッドに装着された軸状電極の先端側を被加工体に近い位置で挿通案内して位置決めする電極ガイドを前記Ｗ軸スライダの下方に取り付けて保持させ、前記コラムに対するＷ軸スライダの昇降軸方向の位置を、また該Ｗ軸スライダに対するＺ軸スライダの昇降軸方向の位置を検出する夫々同種、同一、または別異のものであってもよい位置検出装置を夫々設け、前記軸状電極先端の前記電極ガイドからの突出長さを加工すべき穴またはキャビティの前記対向方向の深さに応じた所定値に設定し、前記Ｗ軸スライダのコラムに対する昇降軸位置と、前記Ｚ軸スライダのＷ軸位置に対する昇降軸位置とを前記各位置検出装置の検出位置フィードバック信号によって前記所定値に保つよう制御する制御装置を設けてなる放電加工機とすることにより達成される。
【００１２】
また、前述の本発明の目的は、（５）前記Ｚ軸スライダをＷ軸スライダに取り付け保持させる昇降軸送り機構の案内が直線案内装置、バランサを含む送り機構がエアバランサ装置または高圧ガスダンパ、そして駆動源のモータがリニアモータである前記（４）に記載の放電加工機とすることにより達成される。
【００１３】
また、前述の本発明の目的は、（６）前記Ｚ軸スライダとＷ軸スライダ間の相対向する面に取り付けられた前記リニアモータが、永久磁石片を移動方向に列設した軟磁性材からなる磁石板と、ヨーク鉄芯と巻回励磁コイルからなる電磁石とを間隙を置いて相対向配置したものである前記（５）に記載の放電加工機とすることにより達成される。
【００１４】
また、前述の本発明の目的は、（７）前記Ｗ軸スライダとコラムに取り付け保持させる昇降軸送り機構の案内が直線案内装置、バランサを含む送り機構が必要に応じて設けられるカウンタバランサとナットがＷ軸に固着されたボールねじ、そして駆動源のモータが回転出力軸を前記ボールねじに連結した回転形の交流サーボモータである前記（４）、（５）、または（６）に記載の放電加工機とすることにより達成される。
【００１５】
また、前述の本発明の目的は、（８）前記Ｗ軸スライダに対するＺ軸スライダの昇降軸方向の位置検出装置が、両者間に取り付けられるリニアスケールとセンサとの組み合わせからなる直線位置検出装置である前記（４）、（５）、（６）、または（７）に記載の放電加工機とすることにより達成される。
【００１６】
また、前述の本発明の目的は、（９）前記コラムに対するＷ軸スライダの昇降軸方向の位置検出装置が、前記交流サーボモータの回転軸に連結されたロータリィエンコーダである前記（７）、または（８）に記載の放電加工機とすることにより達成される。
【００１７】
また、前述の本発明の目的は、（１０）前記被加工体を設置する加工テーブル上に、前記軸状電極先端の軸方向と直角な平面方向の回転振れ量を測定する測定装置を並設した前記（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、または（９）に記載の放電加工機とすることにより達成される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１に於いて、軸状電極１１は、図示しない加工ヘッドに回転駆動されるように設けられた電極ホルダ１２に取り付けられ、後述する図示しない昇降制御可能なＷ軸に取り付けられたガイド支持体下端のガイドホルダ１７に保持された電極ガイド１６に挿通して位置決めし、被加工体３０表面の加工開始位置と相対向する。
【００１９】
軸状電極１１が、電極１１、または電極１１が取り付けられた電極ホルダ１２ごと新しいものと交換して取り付けられ、次の加工に際し、電極１１先端の電極ガイド１６からの挿通長さ位置が設定されたとき、または、次の加工に際し、前の加工に対し電極ガイド１６の軸状電極１１に対する軸方向の挿通位置決め位置が変化するか変更設定されたとき、回転による電極１１先端部の中心軸に対する径方法の振れ量を、被加工体３０を設置した加工テーブル３１に並置した測定装置３２により測定する。
【００２０】
前記測定装置３２としては、例えば図示するように、断面３２Ａ、３２Ｂとして示した内径Ｄの測定リング電極を備え、電極ガイド１６から先端を、所望最大加工深さ（Ｈｍａｘ）に応じて所定長挿通して突出させた外径ｄの軸状電極１１の垂下先端を、リング電極３２Ａ、３２Ｂの中に位置させ、必要に応じて軸状電極１１の中心位置出しをして中心に位置させ、所定の回転数の回転をさせ、これをリング電極の中心を通る水平一軸方向に移動させてする接触感知により、往復移動させたときの計測移動距離をＤａとすると、回転による振れ量を含む電極１１の見掛けの外径ｄｘは、ｄｘ＝Ｄ−Ｄａで、振れ量△ｄは、△ｄ＝（ｄｘ−ｄ）／２となり、振れ量△ｄを検知することができる。
【００２１】
なお、図中１７Ａは、ガイドホルダ１７の下端面、またはガイドホルダ１７の下端面から所定長突出して取り付けられた電極ガイド１６の下端面に設けた接触感知の電極で、該電極１７Ａに、ガイド１６またはホルダ１７の降下移動で、測定リング電極３２Ａ、３２Ｂと接触感知させることにより、電極ガイド１６のＷ軸高さ座標位置を検知して、軸状電極１１の電極ガイド１６からの挿通突出長さの調整設定、および引き上げての図示状態での振れ量測定位置への自動設定、そして当然ながら放電加工を開始する際の、電極ガイド１６の被加工体３０上面上からの所定離隔位置への自動設定の移動も可能となる。
【００２２】
前記測定装置３２は、例えば、次のような構成のものとすることができる。装置３２の上面に各水平方向の直交２軸方向に隔離して平行に相対向し、同期した中心に対する近接と開離移動が可能なバー電極３２Ａ、３２Ｂを有し、相対移動により両バー電極３２Ａ、３２Ｂの中央位置に挿設された軸状電極１１に対し、該電極１１との間に接触検知電圧が印加されたバー電極３２Ａ、３２Ｂが同期して近接移動し、両バー電極３２Ａ、３２Ｂの接触検知が均衡した位置で、先端振れ量の検知測定が行なわれる。そして、好ましくは、さらに前記近接移動と直交する方向の振れ量の検知測定を行ない、この検出した振れ量の信号または情報により加工プログラムや加工軌跡を修正または変更し、また場合によっては、電極１１先端の電極ガイド１６からの挿通突出長さを変更または調整し、また更に必要ならば、軸状電極１１の中心軸位置座標を修正するが如くである。
【００２３】
前記のように構成され加工に供される軸状電極１１は、電極ガイド１６からの挿通突出長さを同一に設定するものとして、同一種類の同一径の電極であっても、電極毎に振れ量が相違することがあるのに対し、一旦加工ヘッドに電極ホルダ１２等を介して取り付けた軸状電極１１に於いては、電極１１の加工による消耗により、電極ガイド１６の電極１１軸方向の位置が移動したとしても、電極１１先端の電極ガイド１６から挿通突出長さを一定にしておくかぎり、電極１１先端の回転振れ量がほぼ一定に保たれることが判った。
【００２４】
これを図２の創成加工と図３の穴加工の場合につき説明する。軸状電極１１の先端が、被加工体３０上面から図示の位置１１−１迄加工して掘り進んだとき、電極ガイド位置１６は、位置１６−１にあり、電極ガイド位置１６−１と電極先端の位置１１−１迄の長さＬ１は、前述加工の開始に際して、加工すべき穴またはキャビティの加工深さと、電極１１の電極ガイド１６からの突出長さ（加工可能な深さ）と振れ量との関係とから設定した前記突出長さと同一の値で、この長さを保った状態に制御して加工が進められて来ているのである。
【００２５】
そしてこのことは、更に加工を進行させて電極１１の先端が位置１１−２まで加工して掘り進んできたときも同様で、電極ガイド１６は位置１６−２にあり、この時のガイド位置１６−２と電極先端の位置１１−２迄の長さＬ２は、Ｌ２＝Ｌ１の関係に保たれており、従って更に目的とする加工深さの、電極１１の先端が位置１１−３に掘り進んで到達する迄同様にして加工は継続して行なわれるものである。
【００２６】
以上の結果、加工して形成された穴またはキャビティの側壁または側面は、穴径が電極１１径と振れ量の２倍との和と同等程度以内である以上、電極１１の振れまたは振れ量には無関係のテーパ度のない鉛直な面３０Ｂに加工形成され、目的とする寸法、形状精度の穴またはキャビティの加工が目的通りに行なわれるようになるものである。
【００２７】
図４、図５、及び図６は、本発明放電加工方法の実施に使用して好適な放電加工機の１実施例の加工ヘッド廻りの構成を説明するための各部分図であって、カバーを取り外した状態で示した正面図、一部切り欠き側面図、および図５Ｘ−Ｘ線横断矢視図である。１は図示しないベッド上の後方中央部に立てられたコラムの上方前方部分を示しているもので、前方に迫り出した中空状の加工ヘッド取り付け部をなしている。この取り付け部に後述する加工ヘッド部が、ベッド上の前方に配置され、被加工体３０を取り付けた加工テーブル３１を収納する上方開放の加工槽と鉛直Ｚ軸方向に相対向させるように取り付けられている。
【００２８】
２はコラム１項部の前端部にブラケットを介して取り付けられたＷ軸サーボモータ、３は同じくＷ軸スライダで、該スライダ３はコラム１の前面に水平方向に２条が間隔を置いて鉛直Ｗ軸方向に沿って取り付けられた直線案内装置のＷ軸レール４Ａと、スライダ３の背面に取り付けられた前記レール４Ａに嵌り合うＷ軸ガイド４Ｂとにより、鉛直なＷ軸に沿って直線に移動するように案内保持されている。しかして前記Ｗ軸スライダ３の前面側には、Ｚ軸ユニット等を装架するための、中空柱状で、比較的長尺のＷ軸スライダ本体３Ａが一体に固着して設けられている。そして、このＷ軸スライダ３の背面と対向するコラム１前面の前記一対のＷ軸レール４Ａ間には、前記スライダ３の背面ほぼ中央部に後方へ突出するように設けられた送り軸のナット２Ａが、前記モータ２の回転軸に連結され鉛直下方に垂下して設けられる送り軸の回転軸２Ｂに螺合していて、前記Ｗ軸スライダ３は直線案内装置４に沿って移動し位置決めされる。また、前記Ｗ軸スライダ３、またはスライダ本体３Ａの設置位置は、前記モータ２の回転軸に連結したロータリイエンコーダ２Ｃ、または、図示しないコラム１とスライダ３とに設けられるリニアスケールとセンサとから成る直線位置検出装置により検出され、図示しない表示装置によって表示される。
【００２９】
前記Ｗ軸スライダ本体３Ａの下端には、後述する電極ガイド１６が備えられており、この電極ガイド１６を被加工体３０の上面に対して所定の開離状態から加工に伴って順次に近接させるために、前記Ｗ軸スライダ３の軸移動が制御される。細穴等の放電加工の終了時には、電極ガイド１６が被加工体３０の上面に殆ど接触する位置迄降下して来るようにＷ軸スライダ３が制御送りで位置決めされる。このＷ軸サーボモーター２は、所望の位置で停止制御することにより、Ｗ軸スライダ３をその位置に保持することもできる。
【００３０】
１６は、細径の軸状電極１１の先端を挿通して所定長さ突出させ、被加工体３０の上面から所定隔離した位置で挿通案内して位置決めする電極ガイドで、ガイドホルダ１７に着脱変換可能に取り付けられており、該ガイドホルダ１７は、前記Ｗ軸スライダ３、３Ａに固定保持されたガイド配置体１８に位置調整可能に取り付けられるようにしてある。
【００３１】
７は、前記軸状電極１１を取り付けた加工ヘッド部を搭載して鉛直方向に加工送りするＺ軸スライダで、該Ｚ軸スライダ７は、前記Ｗ軸スライダ３がコラム１前面に対して装架されるのと同様に、Ｗ軸スライダ３の前面に水平方向に間隔を置いて鉛直平行に設けた直線案内装置８のＺ軸レール８Ａに、Ｚ軸スライダ７の背面側に設けたＺ軸ガイド８Ｂを嵌め合わせて鉛直なＺ軸方向にＺ軸スライダ７が直線に移動するように装架され、この状態でＺ軸スライダ７は、後述するようにガスダンパ５を介してＷ軸スライダ本体３Ａに支持されて前記の加工送り装置となるものである。
【００３２】
前記Ｚ軸スライダ７の背面とＷ軸スライダ３の前面とには、前者を可動子９Ａ、後者を固定子９Ｂとして前者をＺ軸に直線に移動送りするリニアモータ９が設けられてあって、図示の場合、Ｗ軸スライダ本体３Ａの前面、幅方向の中央部分に設けられた固定子９Ｂヨーク磁石板には、短冊板状の永久磁石片９Ｃが所定個数移動Ｚ軸方向に接着等して取り付けられており、これに対向するＺ軸スライダ７の部分には窓７Ｂが形成されていて、該窓７Ｂには、所定寸法、形状の積層硅素鋼板等からなる磁極を移動Ｚ軸方向に所定個数間隔を置いて形成し、該磁極に励磁コイルを単巻きまたは複巻き等により巻回して配置した電磁石形に形成した電機子鉄芯の可動子９Ａが嵌め込み固設されている。図示の固定子９Ｂと可動子９Ａのと組み合わせから成る永久磁石形のリニア交流同期モータが設けられたＺ軸スライダ７は、前記固定子となるＷ軸スライダ３、３Ａに対し可動子として高応答、高加減速でＺ軸に駆動されることになる。このリニアモータ９による駆動制御送りに対し、Ｗ軸スライダ３、３Ａの制御現在位置に対するＺ軸スライダ７の位置は、前記両スライダ３、７に設けられるリニアスケール２０Ａとセンサ２０Ｂとの組み合わせから成る直線位置検出装置２０によって検出され、駆動装置にフィードバックされている。
【００３３】
１０は、前記Ｚ軸スライダ７の下端部近くに取り付けられた加工ヘッドの取り付け台で、該取り付け台１０には、図示の場合、細径の長尺パイプ電極１１を予め取り付けたパイプ電極ホルダ１２を着脱する電極取付装置１３を回転伝達機構１４Ａと絶縁部１０Ａとを介して取り付けると共に、前記回転伝達機構１４Ａを介して前記電極ホルダ１２を回転させる回転モータ１４が設けられている状態を示している。前記パイプ電極１１に電極取付装置１３内通路を介して高圧力の加工液を供給する加工液供給手段が図示では省略したホースを介して接続口１５に接続されている。そして、同様に、前記回転モータ１４に対する配線、リニアモータ９の電磁石可動子９Ａに対する配線と冷却配管、パイプ電極１１に対する放電加工電源の接続リード線や通電ブラシ、および前述Ｚ軸スライダ７の位置検出装置２０やＷ軸サーボモータ２の配線等は省略されているものである。
【００３４】
５は、前記Ｗ軸スライダ本体３Ａの下部に、図示の場合ピストンロッド５Ａの先端を固定ピン５Ｈによりを固定して設けた高圧力のガスダンパで、上に押し上げられるシリンダ５Ｂの他端頂部に適宜の連結杆６を介して、Ｚ軸スライダ７のステム７Ａが連結され、該Ｚ軸スライダ７はガスダンパ５を介してＷ軸スライダ３またはスライダ本体３Ａに保持されていることになる。このように、Ｗ軸スライダ３は、高負荷を負担しているところから、該Ｗ軸スライダ３を重力に抗してコラム１に保持される重錘等を含むカウンタバランサ１Ａを設けることは好ましいが、本発明の実施におけるＷ軸の位置制御は精度を必要とするが、格別高応答である必要はないので、前記カウンタバランサ１Ａは、必須要件ではない。
【００３５】
軸状電極１１を取り付けた加工ヘッド部を搭載するＺ軸スライダ７のユニット全体は、リニアモータ９による駆動送りに対して慣性質量となり、さらにリニアモータ９の磁気吸引力やダンパ５および直線案内部８の摩擦抵抗も作用しているので、前記慣性質量となる部分は、出来るだけ小型、軽量に、そして更に、小比重体により、例えば、前記スライダ７と台１０とをＡｌ２Ｏ３系のセラミックスまたはＳｉ３Ｎ４やＳｉＣ等の非酸化物系のセラミックス、或いは、Ａｌ合金系やＭｇ合金系の軽量合金製のもの、または炭素繊維強化プラスチック製のものを用いるのが好ましい。
【００３６】
図７の（Ａ）は、高圧ガスダンパの構造を説明する説明図、（Ｂ）は、ガスダンパの全長（ｍｍ）に対するガス反力、即ち発生推力（ｋｇ）の特性図の例を示すものである。図に於いて、ピストンロッド５Ａのシリンダ５Ｂ内側端部に固設されたピストン５Ｃは、図示の状態に於いて、シリンダ５Ｂ内を、ピストン５Ｃ上部のＡ室と下部のＢ室とに分離しているが、前記ピストン５ＣにはＡ室とＢ室とを繋ぐ小孔５Ｄが明けられていて、Ａ、Ｂ室のガス流体、例えば通常高圧のＮ２（窒素）ガスと僅かな量の油５Ｅが封入されていて、ピストン５ＣのＡ室側の受圧面積とＢ室側のピストンロッド５Ｂ断面積を除く受圧面積との差によりＡ室側よりピストン５Ｃが押圧され、ピストンロッド５Ａがシリンダ５Ｂから伸長する方向に推力を付与される。なお、５Ｆはシール、５Ｇはロッドガイドである。
【００３７】
ガスダンパ５の全長が外力によって伸縮するときには、高圧の窒素ガスは、小孔５Ｃを通過して一方の室からもう一方の室に移動する。そして、ガスダンパ５の全長が最大であるときのガス室の容積は、全長が最小であるときの容積より大きい。それで図７（Ｂ）のように推力は若干変化する。上記のようなガスダンパ５は、そのロッド５Ａのストロークの中間位置での推力（図７（Ｂ）の×印）が、Ｚ軸スライダ７および加工ヘッド部の全重量（慣性質量）に等しいものが選定される。
【００３８】
こうすることにより、前記図４〜６の放電加工機において、Ｚ軸スライダ７がそのストロークの如何なる位置にあっても、該Ｚ軸スライダユニットは略等しいカウンタバランス力を受けるので、軸状電極１１の消耗長さに関係なく、全ストローク位置において、サーボ制御送り条件を変更することなく均一な加工状態を得ることができる。
また、以上説明の放電加工機は、微細軸状電極を使用する細穴加工や創成加工による微小キャビティ加工の専用機であるから、前記Ｚ軸スライダユニット部分の慣性質量は、微細径の軸状電極１１が、交換等して新しい時と、加工の用に供して消耗した交換前の時とに僅かな差しかなく、その差は、設けられるガスダンパ５の推力に対しても充分小さいので、加工中のＺ軸スライダユニットに対するカウンタバランス力の作用効果の変化は少なく、この面からも加工状態は均一を保ち得る。
【００３９】
以上図示説明の、微細軸状電極を使用する放電加工機によれば、Ｚ軸スライダユニットには、整合したカウンタバランス力が与えられる。従って細穴等を放電加工中の軸状電極１１と被加工体３０との間の加工間隙のサーボ送り制御において、リニアモータ９によるＺ軸スライダユニット部の高応答、高加減速のサーボ制御送りは、通常数μｍから数１０μｍ以内の微動的移動送りの高周波的繰り返しであるから、リニアモータ９の作動特性を殆ど損なうことなく作動させることができ、細穴等の放電加工を性能高く行なわせることができる。なお、前記Ｚ軸スライダユニットをＺ軸スライダに軸送り駆動するリニアモータとしては、図示実施例の所謂片面励磁構造のものに替え、前記磁気吸引力をキャンセルする両面励磁構造のリニアモータを用いる構成とすることができる。
【００４０】
以上によれば、Ｗ軸スライダ３をコラム１に対して昇降軸送りする機構の案内は、レール４Ａとガイド４Ｂとの組み合わせからなる直線案内装置４、バランサを含む送り機構は、前述省略可能なカウンタバランサ１Ａおよびナット２Ａと回転軸２Ｂとの組み合わせから成るボールねじ、および駆動源のモータは、Ｗ軸サーボモータ２が夫々対応することになる。そして同様に、Ｚ軸スライダ７をＷ軸スライダ本体３Ａに対して昇降軸送りする機構の案内は、レール８Ａとガイド８Ｂとの組み合わせからなる直線案内装置８、バランサを含む送り機構は、高圧ガスダンパ５のみで前述Ｗ軸のボールねじに対応するものはなく、そして駆動源のモータは、送り機構としての役を一部担う可動子９Ａと固定子９Ｂとの組み合わせから成るリニアモータ９が対応する。
【００４１】
この場合、Ｚ軸スライダ７の駆動源のモータとしては、Ｗ軸スライダ３側のそれのように回転形のサーボモータを使用して、バランサを含む送り機構にボールねじを設けるように構成しても良い。しかしＺ軸のスライダ７の駆動源のモータとしてリニアモータ９を使用する場合には、そのバランサを含む送り機構のバランサとしては、図示説明した高圧ガスダンパ５、より好ましくは精密レギュレータを有する圧力気体供給源とシリンダとピストンとピストンロッドから成る所謂エアバランサを使用するのが良い。また、前記Ｗ軸とＺ軸の各位置検出装置２Ｃ、２０としては、Ｚ軸スライダ７の駆動源のモータが、図示説明のようなリニアモータ９である場合には、直線位置検出装置２０とするのが望ましく、またＷ軸スライダ３側のロータリエンコーダ２Ｃに代えて直線位置検出装置とすれば、より精密級のものとすることができる。
【００４２】
なお、図示および説明では省略してあるが、図２や図８の所謂創成加工には、軸状電極１１と被加工体３０間に、軸方向と直角方向の揺動や輪郭線等を含み、加工プログラムに依る相対的加工送りを直角平面２軸方向に与える送り機構とその制御装置等が設けられているものであること当然である。
【００４３】
そして、本発明に依れば、使用するために用意した軸状電極１１の回転振れ特性が、前述図１０〜１２に示したものであったとすると、例えば、図１０のφ０．２ｍｍの電極を使用する場合、電極ガイド１６からの電極１１先端の突出長さを約１２ｍｍに設定し、この電極ガイド１６からの電極先端の突出長さを一定に保つようにＷ軸スライダ７を送り制御しつつ加工を行なうようにすると、加工穴等の外郭寸法は、水平方向の各片側に、電極１１半径よりも、最大で約２０μｍ拡大する（なお、放電間隙長はここでは無視している）ことになる。このため加工の開始に先立って、加工プログラムまたは加工軌跡制御手段等を修正または調整等をする比較的簡単な操作処理で、目的とする精度の加工を確実に行なえるようになる。勿論、この場合、貫通または底つき状態で加工する穴の深さや、創成加工のキャビティの最も深い部分の深さは、各約１０〜１２ｍｍ程度またはそれ以内のものの加工とすることが望ましく、加工穴の径も最も小さくて約φ０．２３ｍｍ程度となるものである。
【００４４】
また、前記軸状電極１１は、加工に供されるのに伴って消耗し、電極長さが短くなるので、加工中に前述のように電極１１先端の電極ガイド１６からの突出長さを設定された所定値に一定に保つには、制御操作が必要となる。
先ず加工開始時には、Ｚ軸昇降軸送り機構の操作により降下させて電極１１先端と被加工体３０表面の所定部位とを接触乃至は近接放電させて検知し、当該位置または微小距離引き上げ離隔させて停止させる。この時のＺ軸スライダ７のＷ軸スライダ３に対する位置検出２０による検出位置と、前記Ｗ軸スライダ３のコラム１に対する位置検出装置２Ｃによる検出位置とから電極１１先端の位置を知ることが出来、該電極１１先端の位置に対して電極ガイド１６を所定の指令により設定すべき突出長さ位置に来るようにＷ軸昇降軸送り機構を作動させてＷ軸スライダ３を、位置検出装置２Ｃが指令位置合致信号を検知フィードバックして来る迄昇降移動させる。
【００４５】
加工が開始された加工中は、前記加工開始時の各Ｗ軸およびＺ軸スライダ３、７の設定位置や、電極１１先端の接触等検知位置を基準として制御が行なわれる。先ずＺ軸昇降軸送り機構は、電極１１先端および先端外周廻りと被加工体３０間の対向加工間隙を、正常な間歇放電の繰り返しが維持されるように高応答で維持制御するものであるが、後述する電極１１消耗の如何にかかわらず、加工終了の電極送り込み位置の決定には、Ｗ軸スライダ３の送り量が補正されたＺ軸スライダ７の送り量に関する位置検出装置２０の位置信号と、加工終了時までの電極１１消耗の信号も検知されているものである。
【００４６】
しかして、加工が開始されて加工中は、前述加工開始時の電極１１先端位置（通常被加工体３０表面位置）を基準として、所定単位時間毎の、各種の設定加工条件やその加工期間に於ける加工状態等から演算等によって求められる加工深さと、電極消耗長さとの和である電極１１の加工送り込み長さに応じて、Ｗ軸スライダ３、即ち電極ガイド１６は下降送りされ、電極１１先端の電極ガイド１６からの突出長さは一定に保たれるのである。
【００４７】
被加工体３０に対する独立した多数の穴の加工の場合には、各穴の加工の開始に際し、消耗した電極１１先端の位置を正確に検知することが出来るが、前述創成加工のような場合には、水平方向の位置に所定輪郭線等に沿って移動する加工などもあって、電極１１先端位置や既加工済キャビティの加工深さ等の検知や制御を難しくしないよう、例えば所定期間毎に、電極１１の消耗長さまたは電極１１先端位置および加工穴やキャビティ所定位置の深さを検出監視し、必要に応じて警報するサンプリング・タイムや手段を講じておくのが望ましい。
【００４８】
以上詳述したように、本発明によれば、細径の回転軸状電極による穴または創成加工等によるキャビティの加工を、回転電極の振れを一定の状態に保って加工を進め得るので、加工穴等が逆テーパに加工成形されることがなくなり、予定した寸法でテーパの無い加工が目的通りに行なわれるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の放電加工方法を説明するための電極、被加工体部分の説明図。
【図２】本発明の放電加工方法を創成加工によるキャビティ加工に適用した場合の説明図。
【図３】本発明の放電加工方法を穴加工に適用した場合の説明図。
【図４】本発明の放電加工方法の実施に好適な放電加工機の加工ヘッド廻りの構成説明図。
【図５】図４に同じく、部分の一部切り欠き側面図。
【図６】図４に同じく、図５のＸ―Ｘ線断面矢視図。
【図７】（Ａ）は一実施例ガスダンパの構造を説明するための断面説明図。
（Ｂ）は、（Ａ）一実施例の具体例の作動特性曲線図。
【図８】従来例の放電加工方法による創成加工の場合の問題点を説明するための説明図。
【図９】従来例の放電加工方法による穴加工の場合の問題点を説明するための説明図。
【図１０】軸状電極の回転による振れ特性を測定した特性図。
【図１１】図１０とは異径の軸状電極の回転振れ特性図。
【図１２】図１１とさらに異径のものの特性図。
【符号の説明】
１：コラム
１Ａ：カウンタバランサ
２：Ｗ軸サーボモータ
２Ｃ：回転形位置検出装置
３：Ｗ軸スライダ
３Ａ：Ｗ軸スライダ本体
４、８：Ｗ軸とＺ軸の直線案内
４Ａ、８Ａ：Ｗ軸とＺ軸の直線案内のレール
４Ｂ、８Ｂ：Ｗ軸とＺ軸の直線案内のガイド
５：ガスダンパ
５Ａ：ピストンロッド
５Ｂ：シリンダ
５Ｃ：ピストン
５Ｄ：小孔
５Ｅ：油
５Ｆ：シール
５Ｇ：ロッドガイド
６：連結杆
７：Ｚ軸スライダ
７ａ：ステム
９：リニアモータ
９Ａ：電磁石側可動子
９Ｂ：磁石片側固定子
１０：加工ヘッド取り付け台
１１：パイプ電極
１２：電極ホルダ
１３：電極取付装置
１４：回転モータ
１５：頂部
１６：電極ガイド
１７：ガイドホルダ
１８：ガイド支持体
２０：直線位置検出装置
３０：被加工体
３１：テーブル
３２：測定装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention uses a thin and long axial electrode such as a thin tube, a thin wire, or a thin rod, and the axial electrode is rotated around a central axis or an axis parallel to the central axis. While facing each other through a discharge gap and with a working medium such as a machining fluid circulated in the discharge gap, an intermittent voltage pulse is applied between the two to generate a discharge pulse repeatedly. The present invention relates to an electric discharge machining method and an electric discharge machine for machining a hole or a predetermined or some cavity in a workpiece by giving a relative machining feed in the opposite direction or in a plane direction perpendicular to the opposite direction and the opposite direction. In particular, the size, accuracy, etc., of the processing hole and the like are not reduced by the vibration caused by the rotation of the rotating shaft electrode.
[0002]
[Prior art]
This type of electrical discharge machining uses a cylindrical pipe electrode or a linear or rod-like electrode having an outer diameter of about φ0.1 mm to about φ3 mm and a length of about 300 mm or less as a normal electrode. In the case of an electrode, a water-based or oil-based machining fluid is 1.96 MPa (20 kgf / cm²) Processing is performed by supplying the discharge gap at the tip opening through the hollow portion at a high pressure as described above, and the discharge is dispersed and generated, so that the processing is stably performed, and the discharge of the processing liquid including processing waste is performed. In order to perform smoothly, the shaft-like electrode is given a rotation of about several thousand rotations. In recent years, not only the processing of deep holes, but also the processing of any cavity with a dimension much larger than the outer diameter of the electrode, the processing in the axial direction and the horizontal direction perpendicular to the opposing direction. Creation, which is realized by combining the feed, that is, the feed movement in the axial direction and the machining feed of the translational movement along the contour line shape, is also becoming popular, especially the outer dimension is φ1mm The demand for fine high-precision machining with axial electrodes within a range is increasing.
[0003]
When the processing progress of this processing is viewed from the side cross section, it is as shown in FIG. 9 in the case of drilling and in FIG. 8 in the case of creation of any cavity. 8 and 9, 11 is the rotating shaft electrode, 30 is a workpiece, 16 is an electrode guide that is inserted at the tip of the electrode 11 and positioned at a position close to the surface of the workpiece 30. is there. In both figures, the machining is started from the upper surface of the workpiece 30 and the machining time has passed to some extent. In the case of the creation process of FIG. 8, the electrode 11 and the electrode guide 16 are shown as solid lines. As shown in the figure (left side) and a virtual broken line diagram (right side), the horizontal position on the surface of the workpiece 30 moves relatively according to the contour shape of the cavity to be processed. Since the height position separated from the top is a fixed position, the protruding length of the axial electrode 11 from the electrode guide 16 is increased with the processing time.
[0004]
By the way, the shaft-like electrode 11 has a normal shaft in order to prevent uneven wear on the outer periphery, to maintain the roundness of the machining hole, and to prevent short circuit during the above-described machining and to improve the discharge ability of machining scraps. Since the machining is progressing in a state where a center rotation, for example, 1000 rpm, is given, the amount of rotational deflection at the tip of the electrode where the tip protrusion length increases from the electrode guide 16 as the machining progresses is generally In other words, the processing hole and the side surface 30A of the cavity expand to a reverse taper.
[0005]
10 to 12 are carried out by increasing the protruding length by 1 mm and 2 mm from 1 mm to the total length of 20 mm with reference to the protruding length of 0.5 mm from the electrode guide 16 of the axial electrode 11 having different diameters. FIG. 10 is a solid thin rod-shaped material of Cu (or CuW), FIG. 10 is φ0.2 mm, and FIG. 11 is φ0. .3 mm and FIG. 12 are actual measurement examples of φ0.5 mm. That is, even with an electrode having the same diameter, the characteristics of the tip deflection amount with respect to the electrode protruding length are slightly different depending on each electrode, combination with the electrode guide 16, positioning, and the like.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of the hole machining shown in FIG. 9, the rotational runout amount at the electrode tip may be suppressed and become smaller than that shown in FIGS. In the case of machining, since one side or more than half of the side surface of the electrode is an open space, the machining of the reverse taper with the deflection shown in FIGS. 10 to 12 is performed. However, there is a problem of mold release of molded resin.
[0007]
As a conventional method for solving this problem, a so-called oscillating machining function that is a relative movement on a plane in a direction perpendicular to the opposing direction between the electrode 1 and the workpiece 30 is used, or a contour line is used. Although the locus was changed during the machining, there was a problem that the machining efficiency was low and the number of steps for correcting the contour machining program increased.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
An axial electrode is mounted on a machining head having a rotating means so as to face the workpiece, and the tip side of the rotating axial electrode is guided by an electrode guide at a position close to the surface of the workpiece and positioned. In the state where the working fluid is supplied to the opposing gap, an intermittent voltage pulse is applied between the two to repeatedly generate a discharge, and the relative direction in the opposing direction or in the opposite direction and in the plane direction perpendicular to the opposing direction. In an electric discharge machining method for machining a hole or a predetermined cavity in a workpiece by giving a simple machining feed,
A W-axis slider that holds the electrode guide on a column of a processing machine, and a Z-axis slider that holds the processing head on the W-axis slider, a guide, a feed mechanism including a balancer, and a motor of each drive source It is attached so as to be able to independently feed the shaft via each lifting shaft feeding mechanism composed of a combination, and the position of the W-axis slider in the lifting shaft direction with respect to the column, and the lifting shaft direction of the Z-axis slider with respect to the W-axis. A position detecting device for detecting each position is provided for each,
Before starting the machining, the tip of the axial electrode is set to protrude from the electrode guide for the same length as the machining hole to be machined or the depth of the cavity in the facing direction, The machining program is corrected by rotating at the number of revolutions and measuring the amount of rotational deflection at the tip of the shaft electrode. After machining is started by this modification program, the tip of the shaft electrode protrudes from the electrode guide. While controlling the position of the W-axis continuously by the detection position signals fed back from the position detection devices of the W-axis and the Z-axis so that the processing proceeds while maintaining the set length. Progress processingThis is achieved by using an electric discharge machining method.
[0009]
The object of the present invention is as follows. (2) The predetermined length, which is a length protruding from the electrode guide at the tip of the rotating shaft electrode, is substantially equal to the depth of the processing hole or cavity to be processed in the facing direction. This is achieved by using the electric discharge machining method according to (1), which has the same length.
[0010]
In addition, the object of the present invention is as follows: (3) When starting the processing of a target hole or cavity by the shaft electrode or a new shaft electrode that has been replaced, the tip of the shaft electrode is placed at the end of the hole or cavity. The length corresponding to the required machining depth is inserted and protruded from the electrode guide and rotated at a predetermined number of revolutions, and the amount of rotational deflection at the tip of the shaft electrode is measured by a measuring device installed on the workpiece installation table. This is achieved by using the electric discharge machining method according to the above (1) or (2) in which the machining program is corrected according to the amount of deflection.
[0011]
The object of the present invention is as follows. (4) A processing head having a rotating means is fitted with a shaft-like electrode so as to face the workpiece, and a working fluid is supplied between the opposing gaps. An intermittent voltage pulse is applied to repeatedly generate a discharge, and a relative machining feed in the opposite direction, or in the plane direction perpendicular to the opposite direction and the opposite direction, is given to form a hole or a predetermined cavity in the workpiece. In electrical discharge machine to process,
A W-axis slider in the column of the processing machine, and a Z-axis slider in the W-axis slider, a guide that may be of the same type, the same or different, a feed mechanism including a balancer, and a drive source motor; Are attached via respective lift shaft feeding mechanisms composed of a combination of the above, and the machining head is attached to the Z-axis slider, while the tip side of the axial electrode mounted on the machining head is inserted at a position close to the workpiece. An electrode guide for guiding and positioning is attached and held below the W-axis slider, and the position of the W-axis slider in the up-and-down axis direction with respect to the column and the position of the Z-axis slider in the up-and-down axis direction with respect to the W-axis slider. Position detection devices that may be the same, the same, or different from each other are provided, and the protruding length of the tip of the axial electrode from the electrode guide should be processed. Alternatively, it is set to a predetermined value corresponding to the depth of the cavity in the facing direction, and the vertical axis position with respect to the column of the W-axis slider and the vertical axis position with respect to the W-axis position of the Z-axis slider are This is achieved by providing an electric discharge machine provided with a control device for controlling the detected position feedback signal so as to maintain the predetermined value.
[0012]
Further, the object of the present invention is as follows. (5) A linear guide device is used as a guide for a lifting shaft feed mechanism for attaching and holding the Z-axis slider to a W-axis slider, a feed mechanism including a balancer is an air balancer device or a high-pressure gas damper, and This is achieved by using the electric discharge machine according to the above (4), in which the drive source motor is a linear motor.
[0013]
The object of the present invention is as follows. (6) The linear motor mounted on the opposing surfaces between the Z-axis slider and the W-axis slider is formed of a soft magnetic material in which permanent magnet pieces are arranged in the moving direction. This is achieved by using the electric discharge machine as described in (5) above, in which a magnet plate and an electromagnet made of a yoke iron core and a wound excitation coil are arranged opposite to each other with a gap therebetween.
[0014]
Further, the object of the present invention is as follows: (7) A counter balancer and a nut in which a guide mechanism of a lifting shaft feed mechanism which is attached and held on the W-axis slider and column is provided as necessary, and a feed mechanism including a balancer is provided. Is a ball screw fixed to the W axis, and the motor of the drive source is a rotary AC servo motor having a rotation output shaft connected to the ball screw. (4), (5) or (6) This is achieved by using an electric discharge machine.
[0015]
The object of the present invention described above is (8) a linear position detecting device in which the position detecting device in the vertical axis direction of the Z-axis slider with respect to the W-axis slider is a combination of a linear scale and a sensor attached between them. This is achieved by using the electric discharge machine according to (4), (5), (6), or (7).
[0016]
Further, the object of the present invention is as follows: (9) The position detection device in the vertical axis direction of the W-axis slider with respect to the column is a rotary encoder connected to the rotary shaft of the AC servomotor. Or it is achieved by using the electric discharge machine according to (8).
[0017]
Further, the object of the present invention is as follows: (10) A measuring device for measuring the amount of rotational runout in a plane direction perpendicular to the axial direction of the tip of the axial electrode is arranged on the processing table on which the workpiece is installed. This is achieved by using the electric discharge machine according to (4), (5), (6), (7), (8), or (9).
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In FIG. 1, a shaft electrode 11 is attached to an electrode holder 12 provided so as to be rotationally driven by a machining head (not shown), and a guide support attached to a W axis (not shown) capable of raising and lowering control. The electrode guide 16 held by the lower end guide holder 17 is inserted and positioned, and is opposed to the machining start position on the surface of the workpiece 30.
[0019]
The shaft electrode 11 is attached by replacing the electrode 11 or the electrode holder 12 to which the electrode 11 is attached with a new one, and the insertion length position from the electrode guide 16 at the tip of the electrode 11 is set in the next processing. Or when the axial positioning of the electrode guide 16 with respect to the axial electrode 11 changes or is changed with respect to the previous processing in the next processing, with respect to the central axis of the tip of the electrode 11 due to rotation The amount of deflection of the diameter method is measured by a measuring device 32 juxtaposed on a processing table 31 on which the workpiece 30 is installed.
[0020]
As the measuring device 32, for example, as shown in the figure, a measuring ring electrode having an inner diameter D shown as a cross section 32A, 32B is provided, and the tip from the electrode guide 16 is inserted for a predetermined length according to a desired maximum processing depth (Hmax). The drooping tip of the axial electrode 11 having the outer diameter d thus projected is positioned in the ring electrodes 32A and 32B, the center of the axial electrode 11 is positioned as necessary, and is positioned at the center. The electrode 11 including the amount of shake due to rotation is Da, where Da is the measured movement distance when the reciprocating movement is performed by contact sensing in which the rotation is performed in the horizontal uniaxial direction passing through the center of the ring electrode. The apparent outer diameter dx is dx = D−Da, and the shake amount Δd is Δd = (dx−d) / 2, and the shake amount Δd can be detected.
[0021]
In the figure, reference numeral 17A denotes a contact sensing electrode provided on the lower end surface of the guide holder 17 or the lower end surface of the electrode guide 16 mounted so as to protrude from the lower end surface of the guide holder 17 by a predetermined length. 16 or the holder 17 is moved downward to detect contact with the measurement ring electrodes 32A and 32B, thereby detecting the W-axis height coordinate position of the electrode guide 16 and inserting the projecting length of the axial electrode 11 from the electrode guide 16. The height adjustment setting, the automatic setting to the shake amount measurement position in the illustrated state after being pulled up, and of course, when the electric discharge machining is started, the electrode guide 16 is moved to the predetermined separation position from the upper surface of the workpiece 30. Automatic setting movement is also possible.
[0022]
The measuring device 32 may be configured as follows, for example. The upper surface of the apparatus 32 has bar electrodes 32A and 32B that are opposed to each other in parallel in the two orthogonal directions in the horizontal direction and are capable of moving toward and away from the synchronized center. The bar electrodes 32A and 32B to which a contact detection voltage is applied are moved in synchronism with the shaft-like electrode 11 inserted at the center position of the bars 32A and 32B in synchronization with each other. The tip deflection amount is detected and measured at a position where the contact detection of 32B is balanced. Further, preferably, the vibration amount is detected and measured in the direction orthogonal to the proximity movement, and the machining program and the machining trajectory are corrected or changed based on the detected vibration amount signal or information. The insertion protrusion length from the electrode guide 16 at the tip is changed or adjusted, and if necessary, the center axis position coordinate of the shaft electrode 11 is corrected.
[0023]
The shaft-like electrode 11 configured and used for processing is set to have the same length of insertion and protrusion from the electrode guide 16, and even if it is an electrode of the same type and the same diameter, the shaft-like electrode 11 sways for each electrode. Whereas the amount may differ, in the axial electrode 11 once attached to the machining head via the electrode holder 12 or the like, the electrode guide 16 in the axial direction of the electrode 11 due to consumption due to machining of the electrode 11. It has been found that even if the position is moved, the amount of rotational deflection at the tip of the electrode 11 can be kept substantially constant as long as the length of insertion protrusion from the electrode guide 16 at the tip of the electrode 11 is kept constant.
[0024]
This will be described in the case of the creation process of FIG. 2 and the hole process of FIG. When the tip of the shaft electrode 11 is machined from the upper surface of the workpiece 30 to the position 11-1 shown in the figure, the electrode guide position 16 is at the position 16-1, and the electrode guide position 16-1 and the electrode The length L1 up to the position 11-1 of the tip is the fluctuation of the processing depth of the hole or cavity to be processed and the protruding length of the electrode 11 from the electrode guide 16 (processable depth) at the start of the above processing. The processing is proceeding with the same value as the protrusion length set based on the relationship with the amount, while maintaining this length.
[0025]
This also applies to the case where the processing further proceeds and the tip of the electrode 11 has been processed and dug up to the position 11-2, and the electrode guide 16 is at the position 16-2. -2 and the length L2 of the electrode tip to the position 11-2 are maintained in the relationship of L2 = L1, and therefore the tip of the electrode 11 having a desired processing depth is further dug to the position 11-3. The processing is continued in the same manner until it is reached.
[0026]
As a result, the side wall or the side surface of the hole or cavity formed by processing has a deflection or deflection amount of the electrode 11 as long as the hole diameter is within about the same as the sum of the diameter of the electrode 11 and twice the deflection amount. Is formed on a vertical surface 30B having no irrelevant taper degree, and a hole or cavity having a desired size and shape accuracy is processed as intended.
[0027]
4, 5, and 6 are partial views for explaining a configuration around a machining head of an embodiment of an electric discharge machine suitable for use in carrying out the electric discharge machining method of the present invention. FIG. 5 is a front view, a partially cutaway side view, and a cross-sectional view taken along the line X-X of FIG. Reference numeral 1 denotes an upper front portion of a column which is set up at a rear center portion on a bed (not shown), and forms a hollow processing head mounting portion protruding forward. A processing head portion, which will be described later, is disposed on the mounting portion in front of the bed so as to be opposed to the upwardly open processing tank for storing the processing table 31 to which the workpiece 30 is attached in the vertical Z-axis direction. ing.
[0028]
Reference numeral 2 denotes a W-axis servo motor attached to the front end portion of the first column portion via a bracket. Reference numeral 3 denotes a W-axis slider. The slider 3 is vertically arranged on the front surface of the column 1 with two strips spaced horizontally. Moves linearly along the vertical W axis by the W axis rail 4A of the linear guide device attached along the W axis direction and the W axis guide 4B fitted to the rail 4A attached to the back surface of the slider 3. The guide is held to do. Thus, on the front side of the W-axis slider 3, a hollow columnar and relatively long W-axis slider main body 3A for mounting a Z-axis unit or the like is integrally fixed. A feed shaft nut 2A is provided between the pair of W-axis rails 4A on the front surface of the column 1 facing the back surface of the W-axis slider 3 so as to protrude rearward substantially at the center of the back surface of the slider 3. However, the W-axis slider 3 is moved and positioned along the linear guide device 4 and is screwed to a rotation shaft 2B of a feed shaft that is connected to the rotation shaft of the motor 2 and is suspended vertically downward. . The installation position of the W-axis slider 3 or the slider body 3A is determined from a rotary encoder 2C connected to the rotating shaft of the motor 2 or a linear scale and a sensor provided on the column 1 and the slider 3 (not shown). And is displayed by a display device (not shown).
[0029]
An electrode guide 16 to be described later is provided at the lower end of the W-axis slider main body 3A, and the electrode guide 16 is sequentially brought closer to the upper surface of the workpiece 30 from a predetermined open state with processing. Therefore, the axial movement of the W-axis slider 3 is controlled. At the end of electric discharge machining such as a narrow hole, the W-axis slider 3 is positioned by control feed so that the electrode guide 16 is lowered to a position where it almost contacts the upper surface of the workpiece 30. The W-axis servomotor 2 can also hold the W-axis slider 3 at that position by performing stop control at a desired position.
[0030]
Reference numeral 16 denotes an electrode guide which is inserted into the guide holder 17 and is inserted and guided at a position separated from the upper surface of the workpiece 30 by inserting the tip of the small-diameter shaft electrode 11 and projecting a predetermined length. The guide holder 17 is attached to the guide arrangement body 18 fixedly held by the W-axis sliders 3 and 3A so that the position thereof can be adjusted.
[0031]
A Z-axis slider 7 is mounted with a machining head portion to which the shaft-like electrode 11 is attached and is fed in a vertical direction. The Z-axis slider 7 has the W-axis slider 3 mounted on the front surface of the column 1. In the same manner as described above, the Z-axis guide provided on the back side of the Z-axis slider 7 is provided on the Z-axis rail 8A of the linear guide device 8 provided in the front surface of the W-axis slider 3 in the horizontal direction with a space in the horizontal direction. 8B is fitted so that the Z-axis slider 7 moves linearly in the vertical Z-axis direction. In this state, the Z-axis slider 7 is attached to the W-axis slider main body 3A via the gas damper 5 as will be described later. It is supported and becomes the processing feed device.
[0032]
A linear motor 9 is provided on the back surface of the Z-axis slider 7 and the front surface of the W-axis slider 3 to move the former linearly along the Z-axis, with the former as a mover 9A and the latter as a stator 9B. In the case shown in the drawing, a rectangular plate-like permanent magnet piece 9C is adhered to the stator 9B yoke magnet plate provided at the front surface of the W-axis slider main body 3A and in the center in the width direction by a predetermined number of pieces in the Z-axis direction. A window 7B is formed in a portion of the Z-axis slider 7 that is attached to the window 7B, and a magnetic pole made of laminated silicon steel sheet having a predetermined size and shape is predetermined in the moving Z-axis direction. An armature iron core movable element 9A formed in an electromagnet shape, which is formed at an interval of the number and arranged by winding an exciting coil by single winding or multiple winding around the magnetic pole, is fixedly fitted. The Z-axis slider 7 provided with a permanent magnet type linear AC synchronous motor composed of a combination of the illustrated stator 9B and mover 9A has a high response as a mover to the W-axis sliders 3 and 3A serving as the stator. Then, it is driven to the Z axis with high acceleration / deceleration. With respect to the drive control feed by the linear motor 9, the position of the Z-axis slider 7 relative to the current control position of the W-axis sliders 3 and 3A is a combination of a linear scale 20A and a sensor 20B provided on the sliders 3 and 7. It is detected by the linear position detection device 20 and fed back to the drive device.
[0033]
Reference numeral 10 denotes a processing head mounting base mounted near the lower end of the Z-axis slider 7, and in the case shown in the drawing, a pipe electrode holder 12 to which a long pipe electrode 11 having a small diameter is attached in advance. The electrode attachment device 13 for attaching and detaching the electrode is attached via the rotation transmission mechanism 14A and the insulating portion 10A, and the rotation motor 14 for rotating the electrode holder 12 via the rotation transmission mechanism 14A is shown. Yes. A machining fluid supply means for supplying a high pressure machining fluid to the pipe electrode 11 via a passage in the electrode attachment device 13 is connected to the connection port 15 via a hose not shown in the drawing. Similarly, the wiring for the rotary motor 14, the wiring for the electromagnet 9A of the linear motor 9 and the cooling pipe, the connection lead wire and the energizing brush of the electric discharge machining power source for the pipe electrode 11, and the position detection of the Z-axis slider 7 are performed. The wiring of the device 20 and the W-axis servomotor 2 is omitted.
[0034]
A high-pressure gas damper 5 is provided at the lower part of the W-axis slider body 3A, with the tip of the piston rod 5A fixed by a fixing pin 5H in the case of illustration, and is appropriately placed on the top of the other end of the cylinder 5B pushed up. The stem 7 A of the Z-axis slider 7 is connected via the connecting rod 6, and the Z-axis slider 7 is held by the W-axis slider 3 or the slider body 3 A via the gas damper 5. Thus, since the W-axis slider 3 bears a high load, it is preferable to provide the counter balancer 1A including a weight or the like that is held by the column 1 against the gravity of the W-axis slider 3. However, although the position control of the W axis in the implementation of the present invention requires accuracy, the counter balancer 1A is not an essential requirement because it does not need to have a particularly high response.
[0035]
The entire unit of the Z-axis slider 7 on which the machining head portion to which the shaft-like electrode 11 is mounted is inertial mass with respect to the drive feed by the linear motor 9, and further, the magnetic attraction force of the linear motor 9, the damper 5 and the linear guide portion. Since the frictional resistance of 8 also acts, the portion that becomes the inertial mass is made as small and light as possible, and further, for example, the slider 7 and the base 10 are made of Al2O3 ceramics or Si3N4 by a small specific gravity body. It is preferable to use non-oxide ceramics such as aluminum or SiC, light alloys made of Al alloys or Mg alloys, or carbon fiber reinforced plastics.
[0036]
FIG. 7A is an explanatory diagram for explaining the structure of a high-pressure gas damper, and FIG. 7B shows an example of a characteristic diagram of a gas reaction force against a total length (mm) of the gas damper, that is, a generated thrust (kg). . In the figure, the piston 5C fixed to the inner end of the cylinder 5B of the piston rod 5A separates the inside of the cylinder 5B into an A chamber above the piston 5C and a B chamber below the piston 5C. However, the piston 5C has a small hole 5D connecting the A chamber and the B chamber, and a gas fluid in the A and B chambers, for example, a normal high-pressure N2 (nitrogen) gas and a small amount of oil 5E. The piston 5C is pressed from the A chamber side by the difference between the pressure receiving area on the A chamber side of the piston 5C and the pressure receiving area excluding the cross-sectional area of the piston rod 5B on the B chamber side, and the piston rod 5A is removed from the cylinder 5B. Thrust is applied in the extending direction. 5F is a seal, and 5G is a rod guide.
[0037]
When the entire length of the gas damper 5 is expanded and contracted by an external force, the high-pressure nitrogen gas moves from one chamber to the other chamber through the small hole 5C. The volume of the gas chamber when the total length of the gas damper 5 is maximum is larger than the volume when the total length is minimum. Therefore, the thrust changes slightly as shown in FIG. The gas damper 5 as described above is such that the thrust at the middle position of the stroke of the rod 5A (marked by X in FIG. 7B) is equal to the total weight (inertial mass) of the Z-axis slider 7 and the machining head portion. Selected.
[0038]
Thus, in the electric discharge machine shown in FIGS. 4 to 6, the Z-axis slider unit receives substantially the same counter balance force regardless of the position of the Z-axis slider 7 in its stroke. Regardless of the length of wear, a uniform machining state can be obtained at all stroke positions without changing the servo control feed conditions.
In addition, since the electric discharge machine described above is a dedicated machine for microcavity machining by fine hole machining and creation machining using a fine axial electrode, the inertial mass of the Z-axis slider unit portion is an axial shape with a fine diameter. There is a slight difference between the time when the electrode 11 is new after replacement, etc., and the time before replacement when the electrode 11 is consumed for processing, and the difference is sufficiently small with respect to the thrust of the gas damper 5 provided. There is little change in the effect of the counter balance force on the Z-axis slider unit during machining, and the machining state can be kept uniform from this surface.
[0039]
As described above, according to the electric discharge machine using the fine shaft-like electrode, the Z-axis slider unit is provided with a matched counter balance force. Therefore, in the servo feed control of the machining gap between the shaft electrode 11 and the workpiece 30 during the electric discharge machining of the narrow hole etc., the servo control feed of the Z-axis slider unit portion by the linear motor 9 with high response and high acceleration / deceleration. Is usually a high-frequency repetition of micro-dynamic movement feed within a few μm to a few tens μm, so that it can be operated with almost no loss of the operating characteristics of the linear motor 9, and high-performance electric discharge machining such as fine holes is performed. be able to. The linear motor that drives the Z-axis slider unit to the Z-axis slider is replaced with a so-called single-side excitation structure in the illustrated embodiment, and a double-side excitation structure linear motor that cancels the magnetic attractive force is used. It can be.
[0040]
According to the above, the guide of the mechanism that feeds the W-axis slider 3 to the column 1 with respect to the column 1 can be omitted for the linear guide device 4 composed of the combination of the rail 4A and the guide 4B and the feed mechanism including the balancer. The W-axis servomotor 2 corresponds to the counterbalancer 1A, the ball screw composed of the combination of the nut 2A and the rotating shaft 2B, and the motor of the driving source. Similarly, the guide of the mechanism for feeding the Z-axis slider 7 to the W-axis slider main body 3A is a linear guide device 8 comprising a combination of a rail 8A and a guide 8B, and the feed mechanism including the balancer is a high-pressure gas damper. 5 does not correspond to the above-mentioned W-axis ball screw, and the motor of the drive source corresponds to a linear motor 9 composed of a combination of a mover 9A and a stator 9B partially serving as a feed mechanism. .
[0041]
In this case, as the motor of the drive source of the Z-axis slider 7, a rotary servo motor like that on the W-axis slider 3 side is used, and a ball screw is provided on the feed mechanism including the balancer. Also good. However, when the linear motor 9 is used as the motor of the drive source of the Z-axis slider 7, the balancer of the feed mechanism including the balancer is a high pressure gas damper 5, more preferably a pressure gas supply having a precision regulator. A so-called air balancer consisting of a source, a cylinder, a piston and a piston rod may be used. The W-axis and Z-axis position detection devices 2C and 20 are the same as the linear position detection device 20 in the case where the drive motor of the Z-axis slider 7 is a linear motor 9 as shown in the figure. It is desirable to use a linear position detection device instead of the rotary encoder 2C on the W-axis slider 3 side.
[0042]
Although not shown in the drawings and description, the so-called creation processing in FIG. 2 and FIG. 8 includes oscillations, contour lines, and the like in the direction perpendicular to the axial direction between the shaft electrode 11 and the workpiece 30. Needless to say, a feed mechanism for giving a relative machining feed according to the machining program in the direction of the two axes of the right-angle plane, its control device, and the like are provided.
[0043]
According to the present invention, if the rotational runout characteristic of the shaft-shaped electrode 11 prepared for use is the one shown in FIGS. 10 to 12, for example, the electrode of φ0.2 mm in FIG. When used, the protruding length of the electrode 11 tip from the electrode guide 16 is set to about 12 mm, and the W-axis slider 7 is fed and controlled so as to keep the protruding length of the electrode tip from the electrode guide 16 constant. When processing is performed, the outer dimensions of the processing holes and the like are expanded by about 20 μm at the maximum from the radius of the electrode 11 on each side in the horizontal direction (note that the discharge gap length is ignored here). Become. For this reason, prior to the start of machining, machining with a target accuracy can be reliably performed by a relatively simple operation process of correcting or adjusting a machining program or machining locus control means. Of course, in this case, it is desirable that the depth of the hole to be machined in the through or bottomed state and the depth of the deepest part of the cavity of the creation process should be about 10 to 12 mm or less. The diameter of the hole is the smallest and is about φ0.23 mm.
[0044]
Further, the axial electrode 11 is consumed as it is processed, and the electrode length is shortened. Therefore, the protruding length from the electrode guide 16 at the tip of the electrode 11 is set during processing as described above. In order to keep the predetermined value constant, a control operation is required.
First, at the start of machining, it is lowered by operating the Z-axis raising / lowering axis feed mechanism, and the tip of the electrode 11 and a predetermined portion of the surface of the workpiece 30 are detected by contact or proximity discharge, and the position or a minute distance is lifted and separated. Stop. At this time, the position of the tip of the electrode 11 can be known from the detection position by the position detection 20 of the Z-axis slider 7 with respect to the W-axis slider 3 and the detection position by the position detection device 2C with respect to the column 1 of the W-axis slider 3. The position detection device 2C commands the W-axis slider 3 by operating the W-axis lifting / lowering axis feed mechanism so that the electrode guide 16 is positioned at the protruding length position to be set by a predetermined command with respect to the position of the tip of the electrode 11. Move up and down until the position match signal is detected and fed back.
[0045]
During the machining that has been started, the control is performed based on the set positions of the W-axis and Z-axis sliders 3 and 7 at the start of the machining and the detection positions such as the contact of the tip of the electrode 11. First, the Z-axis lifting axis feed mechanism maintains and controls the opposing machining gap between the tip of the electrode 11 and the outer periphery of the tip and the workpiece 30 with high response so that normal intermittent discharge is maintained. Regardless of the consumption of the electrode 11 to be described later, the electrode feed position at the end of processing is determined by the position signal of the position detection device 20 regarding the feed amount of the Z-axis slider 7 with the feed amount of the W-axis slider 3 corrected. The signal of consumption of the electrode 11 until the end of processing is also detected.
[0046]
Thus, during processing after processing is started, various set processing conditions and processing periods for each predetermined unit time are set with reference to the tip position of the electrode 11 at the start of processing (normally the surface position of the workpiece 30). The W-axis slider 3, that is, the electrode guide 16 is moved downward according to the machining feed length of the electrode 11, which is the sum of the machining depth obtained by calculation or the like from the machining state in the machining state and the electrode consumption length. The protruding length from the electrode guide 16 at the tip is kept constant.
[0047]
In the case of processing a large number of independent holes in the workpiece 30, the position of the worn electrode 11 tip can be accurately detected at the start of processing of each hole. In order not to make it difficult to detect and control the tip position of the electrode 11 and the processing depth of the already processed cavity, for example, at a predetermined period, there is processing that moves along a predetermined contour line or the like in a horizontal position. It is desirable to take a sampling time and means for detecting and monitoring the wear length of the electrode 11 or the position of the tip of the electrode 11 and the depth of the machining hole or the predetermined position of the cavity, and alarming if necessary.
[0048]
As described above in detail, according to the present invention, the processing of the cavity by the hole or creation processing by the small-diameter rotating shaft electrode can be performed while maintaining the deflection of the rotating electrode in a constant state. Holes and the like are not processed to have a reverse taper, and processing without a taper with a predetermined dimension is performed as intended.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view of an electrode and a workpiece part for explaining the electric discharge machining method of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram when the electric discharge machining method of the present invention is applied to cavity machining by creation machining.
FIG. 3 is an explanatory diagram when the electric discharge machining method of the present invention is applied to drilling.
FIG. 4 is a configuration explanatory view around a machining head of an electric discharge machine suitable for carrying out the electric discharge machining method of the present invention.
FIG. 5 is a partially cutaway side view of the part, similar to FIG. 4;
6 is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 5 similarly to FIG. 4;
FIG. 7A is a cross-sectional explanatory view for explaining the structure of a gas damper according to an embodiment.
(B) is an operation characteristic curve diagram of a specific example of one embodiment (A).
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a problem in the case of generating machining by an electric discharge machining method of a conventional example.
FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining a problem in the case of drilling by a conventional electric discharge machining method.
FIG. 10 is a characteristic diagram in which a shake characteristic due to rotation of a shaft electrode is measured.
11 is a rotational vibration characteristic diagram of a shaft electrode having a diameter different from that of FIG.
FIG. 12 is a characteristic diagram of a different diameter from FIG.
[Explanation of symbols]
1: Column
1A: Counter balancer
2: W-axis servo motor
2C: Rotary position detector
3: W-axis slider
3A: W-axis slider body
4, 8: W-axis and Z-axis linear guide
4A, 8A: W-axis and Z-axis linear guide rails
4B, 8B: W-axis and Z-axis linear guides
5: Gas damper
5A: Piston rod
5B: Cylinder
5C: Piston
5D: Small hole
5E: Oil
5F: Seal
5G: Rod guide
6: Linkage
7: Z-axis slider
7a: stem
9: Linear motor
9A: Electromagnet side mover
9B: Magnet one side stator
10: Processing head mounting base
11: Pipe electrode
12: Electrode holder
13: Electrode mounting device
14: Rotary motor
15: Top
16: Electrode guide
17: Guide holder
18: Guide support
20: Linear position detection device
30: Work piece
31: Table
32: Measuring device

Claims

回転手段を有する加工ヘッドに軸状電極を装着して被加工体と相対向させ、前記回転する軸状電極の先端側を被加工体の表面に近接した位置で電極ガイドに案内させて位置決めし、対向間隙に加工液を供給介在させた状態で両者間に間歇的な電圧パルスを印加し、繰り返し放電を発生させると共に、対向方向の、または対向および該対向方向と直角な平面方向の相対的な加工送りを与えて被加工体に穴または所定のキャビティを加工する放電加工方法において、
加工機のコラムに前記電極ガイドを保持するＷ軸スライダを、また、該Ｗ軸スライダに前記加工ヘッドを保持するＺ軸スライダを、案内、バランサを含む送り機構、および各駆動源のモータとの組み合わせからなる夫々の昇降軸送り機構を介して夫々独立に軸送り可能に取り付けるとともに、前記コラムに対するＷ軸スライダの昇降軸方向の位置と、また、該Ｗ軸に対するＺ軸スライダの昇降軸方向の位置とを夫々検出する位置検出装置を夫々に設けておき、
加工開始前に、前記軸状電極の先端を、加工すべき加工穴またはキャビティイの前記対向方向の深さと同じ長さ前記電極ガイドから突出させた状態に設定しておいて、前記電極を所定回転数で回転させ、前記軸状電極の先端の回転振れ量を測定して加工プログラムを修正しておき、この修正プログラムにより加工を開始した後は、前記軸状電極先端の電極ガイドからの突出長さが、前記設定長さを維持しつつ加工が進行するように、前記Ｗ軸とＺ軸の位置検出装置からのフィードバックされる各検出位置信号によりＷ軸の位置を連続的に制御しつつ加工を進行させることを特徴とする放電加工方法。 An axial electrode is mounted on a machining head having a rotating means so as to face the workpiece, and the tip side of the rotating axial electrode is guided by an electrode guide at a position close to the surface of the workpiece and positioned. In the state where the working fluid is supplied to the opposing gap, an intermittent voltage pulse is applied between the two to repeatedly generate a discharge, and the relative direction in the opposing direction or in the opposite direction and in the plane direction perpendicular to the opposing direction. In an electric discharge machining method for machining a hole or a predetermined cavity in a workpiece by giving a simple machining feed,
A W-axis slider that holds the electrode guide on a column of a processing machine, and a Z-axis slider that holds the processing head on the W-axis slider, a guide, a feed mechanism including a balancer, and a motor of each drive source It is attached so as to be able to independently feed the shaft via each lifting shaft feeding mechanism composed of a combination, and the position of the W-axis slider in the lifting shaft direction with respect to the column, and the lifting shaft direction of the Z-axis slider with respect to the W-axis. A position detecting device for detecting each position is provided for each,
Before starting the machining, the tip of the axial electrode is set to protrude from the electrode guide for the same length as the machining hole to be machined or the depth of the cavity in the facing direction, The machining program is corrected by rotating at the number of revolutions and measuring the amount of rotational deflection at the tip of the shaft electrode. After machining is started by this modification program, the tip of the shaft electrode protrudes from the electrode guide. While controlling the position of the W-axis continuously by the detection position signals fed back from the position detection devices of the W-axis and the Z-axis so that the processing proceeds while maintaining the set length. An electrical discharge machining method characterized by causing machining to proceed.