JP5901777B2 - 放電加工方法および電極ガイド位置設定装置 - Google Patents

Description

本発明は、電極ガイドを用いてワークを放電加工する放電加工方法および電極ガイド位置を設定する電極ガイド位置設定装置に関する。

従来より、ワークの近傍で電極を支持する電極ガイドを有する放電加工機が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の放電加工機では、電極ガイドの下端面から所定長（５０ｍｍ）だけ突出した電極の先端をワーク表面に当接させる。その後、電極ガイドを固定したまま、電極を上記所定長よりも僅かに短い長さ（４９．５ｍｍ）だけ上昇させる。さらに、電極ガイドと電極を、上記長さよりも僅かに短い長さ（４９ｍｍ）だけ降下させる。これにより、電極の先端が電極ガイドの下端面から所定量（０．５ｍｍ）突出した状態で、ワーク表面から所定量（１ｍｍ）離れた位置に、電極ガイドを位置決めする。

しかしながら、上記特許文献１記載の位置決め方法では、ワークの姿勢を考慮せずに、電極ガイドがワーク表面から所定量離れた位置に位置決めされるため、例えば傾斜したワークの表面に孔加工を施す場合に、電極ガイドがワーク表面に干渉するおそれがある。

特許第４０８７２５９号公報

本発明は、上下方向に延在する棒状の電極と、電極の上端部を支持する電極ホルダと、電極ホルダの下方に、電極ホルダに対し上下方向に相対移動可能に配置され、電極を昇降可能としながら電極の下端部周面を支持する電極ガイドとを有する放電加工機によりワークを放電加工する放電加工方法であって、加工姿勢に配置されたワークモデルとワークモデル上の加工点を通るモデル上の軸線に沿って配置された電極ガイドモデルとを含む放電加工機の３次元モデルを生成し、軸線に沿って電極ガイドモデルをワークモデルに接近させたときの、電極ガイドモデルがワークモデルに干渉し始める干渉開始位置を演算し、干渉開始位置を起点として、電極ガイドモデルを軸線に沿ってワークモデルから離れる方向に所定量移動させた位置を電極ガイド位置として設定し、電極ガイドを電極ガイド位置に位置決めした状態で、電極ホルダの下降により電極をワーク表面に向けて下降し、ワークを放電加工することを特徴とする。

また、本発明は、上下方向に延在する棒状の電極の上端部を支持する電極ホルダの下方に、電極ホルダに対し上下方向に相対移動可能に配置された電極ガイドであって、電極を昇降可能としながら電極の下端部周面を支持する電極ガイドの位置を設定する電極ガイド位置設定装置であって、加工姿勢に配置されたワークモデルとワークモデル上の加工点を通るモデル上の軸線に沿って配置された電極ガイドモデルとを含む放電加工機の３次元モデルを取得するモデル取得部と、モデル取得部で取得された３次元モデルに基づき、軸線に沿って電極ガイドモデルをワークモデルに接近させたときの、電極ガイドモデルがワークモデルに干渉し始める干渉開始位置を演算する演算部と、演算部で演算された干渉開始位置を起点として、電極ガイドモデルを軸線に沿ってワークモデルから離れる方向に所定量移動させた位置を電極ガイド位置として設定する設定部とを備えることを特徴とする。

本発明の実施形態に係る放電加工方法が適用される放電加工機の要部構成を概略的に示す正面図である。 本発明が適用されるワークの一例であるタービンブレードの斜視図である。 図２のIII-III線断面図である。 図１の放電加工機によるワークの加工動作を示す図である。 図１の要部拡大図である。 本発明の実施形態に係る電極ガイド位置設定装置の要部構成を示すブロック図である。 図６の表示部に表示される表示画像の一例を示す図である。 図６の電極ガイド位置設定装置で実行される処理の一例を示すフローチャートである。 図８の処理を説明する図である。 本発明の実施形態に係る液面変更装置の概略構成を示す図である。

以下、図１〜図１０を参照して、本発明による放電加工方法の実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る放電加工方法が適用される放電加工機１００の要部構成を概略的に示す正面図である。なお、以下では、便宜上、図示のように直交３軸方向（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向）を、それぞれ左右方向、前後方向、上下方向と定義し、この定義に従い各部の構成を説明する。

図１において、基台となるベッド１の後部にはコラム２が立設されている。コラム２の上面には、Ｘスライダ３がＸ軸方向（左右方向）に移動可能に支持されている。Ｘスライダ３の上面には、ラム４がＹ軸方向（前後方向）に移動可能に支持されている。ラム４の前面には、主軸頭５がＺ軸方向（上下方向）に移動可能に支持されている。主軸頭５の底面には回転主軸６の先端部が突出され、回転主軸６の下部に電極ホルダ７が装着されている。電極ホルダ７の鉛直方向下方には、電極ガイド８が配置され、電極ガイド８は、把持アーム９の下端部に支持されている。把持アーム９は、ラム４の右側面に設けられたブラケット４ａに、上下方向に移動可能に支持されている。この把持アーム９の上下移動軸をＷ軸と定義する。

電極ホルダ７と電極ガイド８との間には、電極ホルダ７と電極ガイド８の中心を通る上下方向の軸線ＣＬ０に沿って電極１０が延在している。電極１０は、円筒形状のパイプ電極であり、その上端部は電極ホルダ７に保持されている。電極１０の下端部は、電極ガイド８を上下方向に貫通している。電極１０は、その外周面が電極ガイド８により支持され、前後左右方向の移動（振れ）を拘束されながら、電極ガイド８内を上下方向に摺動可能となっている。パイプ電極１０の内部には、例えば水などの加工液が供給され、パイプ電極１０の先端部（下端部）から加工液が噴射される。なお、加工液には、油を用いることもできる。

ベッド１の上面には、コラム２よりも前方にテーブル１１が配置されている。テーブル１１の上面には、傾斜回転テーブル装置１２が搭載されている。傾斜回転テーブル装置１２は、テーブル１１の上面から上方に突設された前後一対の支持部材１３と、前後の支持部材１３の間に、Ｙ軸方向に延在する旋回軸ＣＬｂを中心としてＢ軸方向に旋回可能に支持された傾斜部材１４と、傾斜部材１４の左端面に、旋回軸ＣＬｂに垂直な回転軸ＣＬａを中心としてＡ軸方向に回転可能に支持された回転テーブル１５とを有する。回転テーブル１５にはチャック１６が設けられ、チャック１６にワーク２０が支持されている。テーブル１１の周囲には、テーブル１１および傾斜回転テーブル装置１２の全体を囲うように昇降可能に加工槽１７が設けられている。なお、図１の１点鎖線は、加工槽１７が上昇した加工状態であり、段取り作業時等の非加工状態には、加工槽１７が実線に示すように下降する。

図示は省略するが、図１の放電加工機１００は、Ｘスライダ３を左右方向に移動させるＸ軸用駆動部と、ラム４を前後方向に移動させるＹ軸用駆動部と、主軸頭５を上下方向に移動させるＺ軸用駆動部と、軸線ＣＬ０を中心に回転主軸６を回転させる主軸駆動部と、把持アーム９を上下方向に移動させるアーム駆動部と、旋回軸ＣＬｂを介して旋回部材１４を傾斜させるＢ軸用駆動部と、回転軸ＣＬａを介して回転テーブル１５を回転させるＡ軸用駆動部とをそれぞれ有する。Ｘ軸用駆動部、Ｙ軸用駆動部、Ｚ軸用駆動部およびアーム駆動部は、例えばボールねじとボールねじを回転駆動するサーボモータにより構成され、主軸駆動部は、例えばスピンドルモータにより構成され、Ｂ軸用駆動部およびＡ軸用駆動部は、例えばＤＤ（ダイレクトドライブ）サーボモータにより構成されている。以上のＸ軸用駆動部、Ｙ軸用駆動部、Ｚ軸用駆動部、アーム駆動部、主軸駆動部、Ｂ軸用駆動部およびＡ軸用駆動部をまとめて単に駆動部３５（図６）と呼ぶこともある。駆動部３５は、ＮＣ装置４２（図６）により制御される。

以上の構成により、電極ホルダ７と電極ガイド８がワーク２０に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に相対移動可能となり、かつＢ軸方向およびＡ軸方向に相対移動可能となる。したがって、ワーク２０を所望の３次元形状に加工することができる。また、アーム駆動部による把持アーム９の昇降により、電極ホルダ７と電極ガイド８との間隔が調整可能となり、電極１０の消耗による電極１０の長さ変化に拘わらず、加工中、常に電極ホルダ７と電極ガイド８とで電極１０の上下端部を支持することができる。

ラム４の前面には、主軸頭５の上下方向のＺ軸位置を検出するリニアスケールなどの位置検出器３１が設けられている。位置検出器３１からの信号により、電極ホルダ７の位置、すなわち電極１０の上端部の位置を検出することができる。把持アーム９のブラケット４ａには、ラム４に対する把持アーム９の上下方向のＷ軸位置を検出する位置検出器３２が設けられている。位置検出器３２からの信号によりラム４に対する電極ガイド８の位置を検出することができる。

Ｚ軸位置とＷ軸位置との間には機械固有のある一定の関係（既知の値）があり、位置検出器３１，３２は、機械座標系の基準位置からの距離としてそれぞれ電極ホルダ７および電極ガイド８の位置を検出する。したがって、位置検出器３１，３２からの信号により、電極ホルダ７の下端部と電極ガイド８の上端部との間隔Ｄを算出することができる。電極ホルダ７の電極ガイド８への接近移動は、間隔Ｄが所定値Ｄ１となるまで可能であり、間隔Ｄが所定値Ｄ１以下になると接近移動を停止することで、電極ホルダ７と電極ガイド８の接触を防止している。なお、図示は省略するが、アーム９の側方には電極マガジンが設けられている。電極マガジンには、初期長さＬ０（既知）を有する交換用の複数の電極１０が保持され、主軸６と工具マガジンとの間で、不図示の交換手段により電極１０を交換可能となっている。

ワーク２０は、例えばガスタービンやジェットエンジン等に適用されるタービンブレードやベーンである。タービンブレードは、１０００℃〜１５００℃程度の高温ガスに曝されるため、耐熱性の高いニッケル合金が構成材として用いられる。このタービンブレードの表面には、タービンブレードの表面を冷却するために、冷却空気を流す冷却孔が加工される。

図２は、ワーク２０の一例であるタービンブレードの斜視図であり、図３は、図２のIII-III線断面図である。タービンブレード２０の一端部には、例えばクリスマスツリー形状の支持部２０ａが設けられている。エンジンの組立状態において、支持部２０ａは回転可能なロータの周面に取り付けられる。タービンブレード２０は、例えばロストワックス鋳造法によって形成される。

図２、３に示すように、タービンブレード２０の翼部２１の内側には、中空部２５が形成されている。翼部２１は、中空部２５に面した内表面２１ａと、高温ガスに曝される外表面２１ｂとを有する。翼部２１には、翼部２１を貫通した冷却孔２２が、翼部２１の周方向複数個所にかつ翼部２１の高さ方向（図２の矢印Ａ方向）に沿って多数形成されている。中空部２５には、ロータ側から冷却空気が供給され、冷却空気は各冷却孔２２から流出する。これにより外表面２１ｂに沿ってフィルム状の冷却空気が流れ、翼部２１が冷却される。

タービンブレードを構成するニッケル合金は難削材であり、ドリル等により冷却孔２２を穿設することは困難である。このため、本実施形態では、放電加工機１００を用いてタービンブレードに複数の冷却孔２２を加工する。冷却孔２２の加工は１箇所ずつ行う。図２における１つの冷却孔２２ａの加工が終了すると、この冷却孔２２ａに隣接する別の冷却孔２２ｂ、あるいは冷却孔２２ａに最も近い別の冷却孔２２ｃを加工する。

図４は、冷却孔２２の加工動作を概略的に示す図である。図４に示すように、冷却孔２２を加工する際には、冷却孔２２の中心軸線ＣＬ１が上下方向を向くような加工姿勢で傾斜回転テーブル装置１２によりワーク２０を保持する。さらに、加工プログラムによってＷ軸に沿った電極ガイド８の移動を指令し、電極ガイド８をワーク２０の加工開始点Ｐの上方の電極支持位置Ｂに移動する。この状態から電極ホルダ７を下方に移動して電極１０を下降し、電極１０の先端部でワーク２０を放電加工する（図４の点線）。加工中は、電極ホルダ７の下方への移動に拘わらず電極ガイド８が電極支持位置Ｂに位置決めされるように、ラム４に対して把持アーム９を固定させる。これによりワーク２０の上方で電極１０の上下端部が支持され、加工中の電極１０の振れを抑制できる。

ところで、ワーク２０を孔加工する場合、加工開始点Ｐと電極ガイド８の下端面８ａとの間の距離Ｌが長いと、加工中の電極１０の振れが大きくなる。その結果、加工精度が悪化するとともに、加工時間が長くなる。したがって、孔加工を効率よく行うためには、距離Ｌはできるだけ短い方が好ましい。なお、図４において、Ｈは、電極ガイド８の下端面８ａから上端面８ｂまでの高さ（電極ガイド８の全高）である。

図５は、図１の要部拡大図である。図５では、本実施形態の比較例として、加工開始点Ｐ（Ｐ１，Ｐ２）から上方への距離Ｌが所定値Ｌ１となるように電極ガイド８の位置（目標電極ガイド位置と呼ぶ）を設定している。なお、以降、電極ガイド８の位置は、電極ガイドの下端面８ａの位置で代表する。

図５の加工点Ｐ１においては、ワーク２０の外表面２１ｂの傾斜角が小さいため、電極ガイド８がワーク表面に干渉しない。一方、加工点Ｐ２においては、外表面２１ｂの傾斜角が大きいため、電極ガイド８がワーク表面に干渉する。このように加工開始点Ｐからの距離Ｌが一律の所定値Ｌ１となるように目標電極ガイド位置を設定したのでは、ワーク２０の加工姿勢（ワーク表面の傾斜角）が変化する場合に、電極ガイド８がワーク表面に干渉するおそれがある。これを防ぐため、本実施形態では、以下のように各冷却孔２２毎に目標電極ガイド位置を設定する。

図６は、本発明の実施形態に係る電極ガイド位置設定装置３０の要部構成を示すブロック図である。電極ガイド位置設定装置３０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成されるコンピュータであり、電極ガイド位置設定装置３０がＣＡＭ装置(Computer Aided Manufacturing Unit)４０に組み込まれている。なお、ＣＡＭ装置４０から独立して電極ガイド位置設定装置３０を構成することもできる。図６には、電極ガイド位置設定装置３０の機能を説明するために、ＣＡＤ装置(Computer Aided Design Unit)４１と、ＮＣ装置(Numerical Control Unit)４２と、放電加工機１００とが併せて示されている。

ＣＡＤ装置４１は、放電加工機１００の各部の形状データに基づき放電加工機１００の３次元モデルを生成する。ＣＡＭ装置４０は、ＣＡＤ装置４１からＣＡＤデータを取り込み、このＣＡＤデータを用いて所定の演算を行い、加工プログラムを生成する。ＮＣ装置４２は、ＣＡＭ装置４０から加工プログラムを取り込み、加工プログラムに基づいて放電加工機１００の駆動部３５に制御信号を出力し、放電加工機１００の動作を制御する。

電極ガイド位置設定装置３０には、ユーザが各種指令を入力する入力部３１と、各種情報および画像を表示する表示部３２とが接続されている。電極ガイド位置設定装置３０は、機能的構成として、ＣＡＤ装置４１からＣＡＤデータ、すなわち放電加工機１００の３次元モデルを取得するモデル取得部３６と、３次元モデルを用いて所定のシミュレーションを行うシミュレーション部３７と、シミュレーション画像を表示部３２に表示させる表示制御部３８と、シミュレーションの結果として目標電極ガイド位置を設定する設定部３９とを有する。

図７は、表示部３２に表示される表示画像の一例、とくにシミュレーション画像の一例を示す図であり、放電加工機１００の要部の３次元モデル３２０を示している。なお、図７では、便宜上、放電加工機１００の３次元モデル３２０を２次元画像（ＸＺ平面）で示しているが、実際には３次元画像で表示される。

図７に示すように、表示部３２に表示される３次元モデル３２０には、ワーク２０の形状を表すワークモデル３２１と、電極１０の形状を表す電極モデル３２２と、電極ガイド８の形状を表す電極ガイドモデル３２３と、把持アーム９の形状を表わす把持アームモデル３２４と、テーブル１１の形状を表すテーブルモデル３２５と、傾斜回転テーブル装置１２の形状を表す傾斜回転テーブル装置モデル３２６とが含まれる。これら各モデル３２１〜３２６は、ＣＡＤデータに基づき生成される。

図中、ワークモデル３２１の表面上の点Ｐａは、ワーク２０の加工点Ｐ（図４）に対応するモデル上の加工点であり、ワークモデル３２１は、加工点Ｐａを加工するための加工姿勢で表示されている。このワークモデル３２１に対応し、加工点Ｐａを通りモデル上のＺ軸に平行な軸線ＣＬａ上に、電極モデル３２２および電極ガイドモデル３２３が表示されている。なお、ワークモデル３２１は孔加工後のワーク形状（図２）を表すものであり、ワークモデル３２１には、既に冷却孔２２に対応した孔部３２１ａが形成されている。

図８は、電極ガイド位置設定装置３０のＣＰＵで実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば入力部３１の操作によりＣＡＤデータの読込み指令が入力されると開始される。

ステップＳ１では、ＣＡＤ装置４１からＣＡＤデータを読み込む。これにより、ワークモデル３２１、電極モデル３２２、電極ガイドモデル３２３、把持アームモデル３２４、テーブルモデル３２５、および傾斜回転テーブル装置モデル３２６を含む放電加工機１００の３次元モデル３２０を取得する。

ステップＳ２では、ワークモデル３２１の姿勢を設定する。この場合、まず、ワークモデル３２１の加工点Ｐａを自動認識する。例えば、ワークモデル３２１から円筒形状部を検索し、この円筒形状部が孔部３２１ａであるとして、孔部３２１ａの中心を通る軸線ＣＬａとワークモデル３２１の外表面との交点を加工点Ｐａとして設定する。次に、軸線ＣＬａがＺ軸と平行となるワークモデル３２１の姿勢を加工姿勢として、加工姿勢に対応した傾斜回転テーブルモデル３２６のＡ軸およびＢ軸の回転量を特定する。さらに、軸線ＣＬａ上の電極モデル３２２の位置から電極ホルダ７のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標を特定し、これらＡ軸、Ｂ軸、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸における各値を、加工プログラムを構成する設定値としてメモリに記憶する。

ステップＳ３では、電極ガイドモデル３２２を初期位置に設定する。初期位置は、加工点Ｐａを起点としてワークモデル３２１の表面から所定値だけ離れた軸線ＣＬａ上の位置である。所定値は、電極ガイドモデル３２３とワークモデル３２１とが干渉しない位置である。なお、初期位置におけるＺ座標を加工点Ｐａの位置に拘わらず一定としてもよい。

ステップＳ４では、電極ガイドモデル３２３を軸線ＣＬａに沿って初期位置から加工点Ｐａに向けて所定量ΔＬだけ移動させる。すなわち、電極ガイドモデル３２３をワークモデル３２１に接近させる。

ステップＳ５では、電極ガイドモデル３２３がワークモデル３２１に干渉したか否かを判定する。例えば、電極ガイドモデル３２３とワークモデル３２１との間に交点が生じたか否かを判定する。ステップＳ５が否定されるとステップＳ４に戻り、電極ガイドモデル３２３をさらにワークモデル３２１に所定量ΔＬだけ接近させる。ステップＳ５が肯定されるとステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、電極ガイドモデル３２３がワークモデル３２１に接触したと判定したときの電極ガイドモデル３２３の位置（干渉開始位置）を演算する。ワークモデル３２１の姿勢や加工点Ｐの位置によっては、把持アームモデル３２４とワークモデル３２１や、電極ガイドモデル３２３と傾斜回転テーブル装置モデル３２６や、把持アームモデル３２４と傾斜回転テーブル装置モデル３２６が最初に干渉する場合もあるが、その場合には、その位置を干渉開始位置とする。

ステップＳ７では、干渉開始位置を起点として軸線ＣＬａに沿って電極ガイドモデル３２３をワークモデル３２１から離れる方向に所定量Ｌａ（例えば３ｍｍ）だけ退避させ、退避後の電極ガイドモデル３２３の位置（Ｚ軸方向高さ）をＷ軸の値としてメモリに記憶する。これにより、加工点Ｐａに対応した目標電極ガイド位置が設定される。

以上の処理は、ワークモデル３２３の他の加工点Ｐａについても同様に実行される。これによりワーク加工時における各加工点Ｐに対応したＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ａ軸、Ｂ軸およびＷ軸の値をそれぞれ特定することができ、加工プログラムを生成することができる。この加工プログラムは、ＮＣ装置４２に出力される。ＮＣ装置４２は、駆動部３５に制御信号を出力し、ワーク加工時における電極ガイド８を目標電極ガイド位置に位置決めした状態で、電極ガイド８に対し電極ホルダ７を相対移動し、電極ホルダ７を下降する。これにより電極１０がワーク表面の加工点Ｐ（図４）に向けて下降し、ワーク２０に冷却穴２２が加工される。このとき、電極ガイド８は、冷却孔２２の加工が終わるまで、目標電極ガイド位置に位置決めされる。

電極ガイド８を、接触開始点よりも所定量Ｌａ上方の目標電極ガイド位置に位置決めされるよう制御することで、ワーク２０の加工姿勢が変化しても、電極ガイド８がワーク２０と干渉することがなく、電極ガイド８により電極１０の下端部近傍を安定的に支持することができる。Ｗ軸の値は加工プログラム（ＮＣプログラム）に設定されているので、加工プログラムの進行に伴い電極ガイド８を、ワーク表面の近傍かつワーク表面と接触しない最適な位置に迅速に移動できる。

以上の電極ガイド位置設定装置３０での処理のうち、ステップＳ１の処理はモデル取得部３６で実行され、ステップＳ２〜ステップＳ６の処理はシミュレーション部３７で実行され、ステップＳ７の処理は設定部３９で実行される。さらに、本実施形態では、表示制御部３８での処理により、シミュレーション結果を表示部３２に表示することができる。この処理は、シミュレーションと並行して、あるいはシミュレーション終了後に入力部３１からのシミュレーション表示指令により実行される。

シミュレーション結果を表示する場合、初期段階では、例えば図７に示すように、電極ガイドモデル３２３が加工点Ｐａから軸線ＣＬａに沿って所定量だけ離れた初期位置に表示される（ステップＳ３）。次に、電極ガイドモデル３２３が、モデル上のＺ軸と平行な軸線ＣＬａに沿って図７のＡ方向に徐々に移動し、電極ガイドモデル３２３がワークモデル３２１に接近する（ステップＳ４）。図９に示すように、電極ガイドモデル３２３がワークモデル３２１に干渉すると、この干渉開始位置（点線）を起点として電極ガイドモデル３２３がワークモデル３２１から離れる方向（図７のＢ方向）に軸線ＣＬａに沿って所定量Ｌａだけ移動する（ステップＳ７）。これにより電極ガイドモデル３２３が目標電極ガイド位置（実線）に位置決めされる。

シミュレーション結果を表示部３２に表示することで、ユーザは目標電極ガイド位置を容易に認識することができる。電極ガイドモデル３２３がワークモデル３２１に干渉したときに、表示部３２の表示形態（例えば電極ガイドモデル３２３の色）を変更するようにしてもよい。これによりユーザは干渉開始位置を容易に把握することができる。

本実施形態では、上下方向に延在する棒状の電極１０の上端部を支持する電極ホルダ７の下方に、電極ホルダ７に対し上下方向に相対移動可能に電極ガイド８を配置し、電極ガイド８により、電極１０を昇降可能としながら電極１０の下端部周面を支持する（図１）。この電極ガイド８のガイド位置（目標電極ガイド位置）を設定する電極ガイド位置設定装置３０は、加工姿勢に配置されたワークモデル３２１とワークモデル３２１上の加工点Ｐａを通るモデル上の軸線ＣＬａに沿って配置された電極ガイドモデル３２３とを含む放電加工機１００の３次元モデル３２０（図７）を取得するモデル取得部３６と、取得した３次元モデル３２０に基づき、軸線ＣＬａに沿って電極ガイドモデル３２３をワークモデル３２１に接近させたときの電極ガイドモデル３２３がワークモデル３２１に干渉し始める干渉開始位置（図９の点線）を演算するシミュレーション部３７と、演算された干渉開始位置を起点として、電極ガイドモデル３２３を軸線ＣＬａに沿ってワークモデル３２１から離れる方向に所定量Ｌａ移動させた位置を目標電極ガイド位置（図９の実線）として設定する設定部３９とを備える。

また、本実施形態の放電加工方法では、加工姿勢に配置されたワークモデル３２１とワークモデル上の加工点Ｐａを通るモデル上の軸線ＣＬａに沿って配置された電極ガイドモデル３２３とを含む放電加工機の３次元モデル３２０を生成し、軸線ＣＬａに沿って電極ガイドモデル３２３をワークモデル３２１に接近させたときの、電極ガイドモデル３２３がワークモデル３２１に干渉し始める干渉開始位置を演算し（ステップＳ６）、干渉開始位置を起点として、電極ガイドモデル３２３を軸線ＣＬａに沿ってワークモデル３２１から離れる方向に所定量Ｌａ移動させた位置を電極ガイド位置として設定し（ステップＳ７）、電極ガイド８をその電極ガイド位置に位置決めした状態で、電極ホルダ７の下降により電極１０をワーク表面に向けて下降し、ワーク２０を放電加工する。

このような構成によれば、ワーク２０の表面と電極ガイド８の下端面との間の距離Ｌ（図４）がワーク２０の加工姿勢に応じて変化する。したがって、電極ガイド８の位置を、電極ガイド８がワーク表面と干渉することなくワーク表面に最大限に接近した最適な位置に設定することができる。このため、ワーク２０の孔加工を効率よくかつ精度よく行うことができる。

上述しように、本実施形態では、ワーク２０の加工姿勢に応じて電極ガイド８の高さ、すなわちＷ軸の位置が変更される。このため、仮に孔加工時に加工槽１７の加工液の高さを一定とすると、目標電極ガイド位置が低位置に設定され、かつ、孔加工により電極ホルダ７が電極ガイド８に接近移動した際に、回転主軸６が加工液に浸るおそれがある。回転主軸６が加工液に浸ると、回転主軸６の内部に加工液が浸入し、故障の原因になる。回転主軸６が加工液に浸らなくても、電極ホルダ７が加工液に浸ると、加工液が周囲に飛散し、作業環境の悪化を招く。また、場合によっては、加工部が加工液に浸らない気中放電になり、加工が不安定となる。

そこで、本実施形態では、放電加工時の電極ガイド８の高さに応じて加工液の液面高さを変更する。以下、この点について説明する。

図１０は、加工液の液面高さを変更する液面変更装置５０の概略構成を示す図である。なお、図１と同一の箇所には同一の符号を付している。液面変更装置５０は、四角筒形状の加工槽１７を昇降する昇降機構５１と、液面高さを検出する液面検出器５２と、加工槽１７内に加工液を供給する加工液ポンプ５３と、加工液ポンプ５３の駆動を制御するポンプ制御部５４と、昇降機構５１の動作を制御する昇降制御部５５とを有する。加工槽１７の内周面とテーブル１１の外周面との間にはシール部５６が介装され、加工液はシール部５６の上方に貯留されている。

昇降機構５１は、加工槽１７の外周面に形成されたラック５１１と、ラック５１１に噛合するピニオン５１２と、ピニオン５１２を駆動するモータ５１３とを有し、モータ５１３の回転により加工槽１７が昇降する。なお、昇降機構５１をラックピニオン式として構成したが、昇降機構５１の構成はこれに限らない。

液面検出器５２は、加工槽１７の内周面に、加工槽１７の上端部から所定距離Ｓだけ下方に装着されている。液面検出器５２は、加工液が液面検出器５２に到達するとオンし、液面が液面検出器５２よりも下方に位置するとオフするフロートスイッチであり、液面検出器５２のオンオフにより、液面高さが加工槽１７の上端部から所定距離Ｓまで上昇したか否かを検出できる。

加工槽１７には、液面検出器５２のオン位置よりもやや上方にドレン口５７が開口されている。ドレン口５７から流出した加工液は戻り管路５８を介してタンク５９に回収される。したがって、加工液の液面高さは、ドレン口５７よりも高くならない。

ポンプ５３は、ポンプ容量を大小２段階に切替可能な可変容量ポンプであり、ポンプ容量の切替により、加工槽１７への加工液の吐出量を変更できる。なお、ポンプ５３の回転速度を高速および低速に切替可能とし、ポンプ容量を一定としたまま回転速度を切り替えることで、加工液の吐出量を変更するようにしてもよい。

ポンプ制御部５４には、ポンプ起動スイッチ（不図示）が接続されている。このポンプ起動スイッチは、段取り作業や電極１０の交換作業で加工液がタンク５９に回収され加工槽１７が下降している時にはオフされる。この場合には、ポンプ制御部５４はポンプ５３に駆動停止信号を出力し、ポンプ５３の駆動を停止する。段取り作業や電極１０の交換作業後に、加工槽１７が上昇しポンプ起動スイッチがオンされると、ポンプ制御部５４はポンプ５３に駆動信号を出力し、ポンプ５３を起動する。

ポンプ起動スイッチがオン状態のとき、ポンプ制御部５４は、液面検出器５２からの信号に応じてポンプ容量を切り替える。すなわち、液面検出器５２がオフのときは、ポンプ容量を大容量に制御し、液面検出器５２がオンすると、ポンプ容量を小容量に制御する。これにより、例えば段取り作業後に放電加工を開始する場合、液面検出器５２がオンするまでポンプ５３は大流量の加工液を吐出する。したがって、加工槽１７内に早期に必要量の加工液を供給することができ、作業効率が向上する。また、液面検出器５２がオンした後は、ポンプ５３の吐出量は減少し、放電加工中、加工槽１７に加工液を常時循環させることができる。

昇降制御部５５は、図１０に示すように、目標電極ガイド位置からドレン口５７（加工液面）までの高さが所定値Ｄｂとなるようにモータ５１３の駆動を制御する。すなわち、目標電極ガイド位置をパラメータとして、ドレン口５７の高さを目標電極ガイド位置に所定値Ｄｂを加算した値に制御する。所定値Ｄｂは、例えば電極ガイド８の全高Ｈ（図４）と等しく、あるいは全高Ｈの半分程度の値に設定する。これにより、加工液面が電極ガイド８よりも上方とならず、回転主軸６や電極ホルダ７が加工液に浸ることを防ぐことができる。また、別の表現をすると、電極ホルダ７が加工液に浸らなければよいので、電極ホルダ７の下面から電極ガイド８の下面の間に加工液面高さが位置するように加工液の供給を制御するようにしてもよい。

なお、図示は省略するが、昇降制御部５５には、放電作業の開始を指令する放電開始スイッチからの信号が入力される。昇降制御部５５は、この放電開始スイッチにより放電作業の開始が指令されると（加工状態）、上述したように目標電極ガイド位置に応じて加工槽１７を昇降制御する。一方、放電開始が指令されていない非加工状態においては、加工槽１７の昇降制御を行わず、加工槽１７内の加工液をタンク５９に回収し加工槽１７を最下部に下降したままとする。これにより段取り作業や交換作業等において、加工槽１７が邪魔にならず、作業効率が向上する。

図１０では、昇降制御部５５を独立した構成として示したが、昇降制御部５５の機能を、電極ガイド位置設定装置３０に組み込むこともできる。例えば図８の処理（ステップＳ７）で目標電極ガイド位置を設定した後に、目標電極ガイド位置に所定量Ｄｂを加算した値を目標ドレン口高さとして設定し、目標ドレン口高さを加工プログラムに含めるようにしてもよい。これにより、ＮＣ装置４２が加工プログラムに基づいてモータ５１３に制御信号を出力することとなり、加工槽１７の高さを最適に制御することができる。加工プログラムには、放電加工の開始を指令するＭコードが含まれる。したがって、Ｍコードに応じて、目標電極ガイド位置をパラメータとし、あるいは目標電極ガイド位置とは無関係に加工槽１７の高さを制御するように構成することもできる。

（変形例）
上記実施形態では、３次元モデル３２０が、ワークモデル３２１と電極モデル３２２と電極ガイドモデル３２３と把持アームモデル３２４とテーブルモデル３２５と傾斜回転テーブル装置モデル３２６とを含むようにしたが、少なくとも加工姿勢に配置されたワークモデル３２１とワークモデル３２１上の加工点Ｐａを通るモデル上の軸線ＣＬａに沿って配置された電極ガイドモデル３２３とを含むのであれば、３次元モデル３２０の構成は上述したものに限らない。この場合、ワークモデル３２１をワーク２０のみで構成するのではなく、ワーク２０を取り付ける治具やワーク２０を支持する支持部材（傾斜回転テーブル装置１２、テーブル１０等）を併せてワークモデル３２１を構成してもよい。

上記実施形態では、シミュレーション結果を表示部３２に表示するようにしたが、この構成は必須ではない。モデル取得部３６で取得された３次元モデル３２０に基づき、軸線ＣＬａに沿って電極ガイドモデル３２３をワークモデル３２１に接近させたときの、電極ガイドモデル３２３がワークモデル３２１に干渉し始める干渉開始位置を演算するのであれば、演算部としてのシミュレーション部３７の構成はいかなるものでもよい。上下方向に延在する棒状の電極１０と、電極１０の上端部を支持する電極ホルダ７と、電極ホルダ７の下方に、電極ホルダ７に対し上下方向に相対移動可能に配置され、電極１０を昇降可能としながら電極１０の下端部周面を支持する電極ガイド８とを有するのであれば、放電加工機１００の構成は上述したものに限らない。パイプ電極１０を用いたが、中実の電極を用いることもできる。

上記実施形態では、ワーク２０の一例としてタービンブレードを用いたが、他のワークを加工する場合にも本発明による放電加工方法を適用することができる。したがって、冷却孔以外を加工する場合で、ワーク２０の加工姿勢が変化する場合にも、本発明による放電加工方法を適用することができる。

本発明によれば、電極ガイドモデルをワークモデルに接近させたときの電極ガイドモデルがワークモデルに干渉し始める干渉開始位置を演算し、干渉開始位置を起点として、電極ガイドモデルをワークモデルから離れる方向に所定量移動させた位置を電極ガイド位置として設定するようにした。したがって、傾斜したワーク表面に孔加工を施す場合等であっても、電極ガイドがワーク表面に干渉することがなく、ワーク表面近傍で電極ガイドにより電極を良好に支持することができる。ここで、適切に設定した電極ガイド位置を利用し、該電極ガイド位置から所定量上方の位置に加工液面が設定されるよう加工液面高さを変更できるので、加工液面高さの設定が容易、迅速に行える。したがって、電極ホルダや回転主軸が加工液に浸ったり、逆に加工部が加工液面上に出てしまい気中放電になるという問題をなくすことができる。

７ 電極ホルダ
８ 電極ガイド
１０ 電極
２０ ワーク（タービンブレード）
３０ 電極ガイド位置設定装置
３６ モデル取得部
３７ シミュレーション部
３９ 設定部
４０ ＣＡＭ装置
４１ ＣＡＤ装置
４２ ＮＣ装置
１００ 放電加工機
Ｐａ 加工点
ＣＬａ 軸線

Claims (3)

1. 上下方向に延在する棒状の電極と、該電極の上端部を支持する電極ホルダと、該電極ホルダの下方に、前記電極ホルダに対し上下方向に相対移動可能に配置され、前記電極を昇降可能としながら前記電極の下端部周面を支持する電極ガイドとを有する放電加工機によりワークを放電加工する放電加工方法であって、
   加工姿勢に配置されたワークモデルと該ワークモデル上の加工点を通るモデル上の軸線に沿って配置された電極ガイドモデルとを含む放電加工機の３次元モデルを生成し、
   前記軸線に沿って前記電極ガイドモデルを前記ワークモデルに接近させたときの、前記電極ガイドモデルが前記ワークモデルに干渉し始める干渉開始位置を演算し、
   前記干渉開始位置を起点として、前記電極ガイドモデルを前記軸線に沿って前記ワークモデルから離れる方向に所定量移動させた位置を電極ガイド位置として設定し、
   前記電極ガイドを前記電極ガイド位置に位置決めした状態で、前記電極ホルダの下降により前記電極をワーク表面に向けて下降し、ワークを放電加工することを特徴とする放電加工方法。
2. 請求項１に記載の放電加工方法において、
   前記放電加工機は、ワークを包囲するように配置され、加工液を貯留する昇降可能な加工槽を有し、
   ワークの放電加工時の加工液面高さが前記電極ホルダの下面から前記設定した電極ガイドの下面の間の位置になるように前記加工槽に加工液を供給する放電加工方法。
3. 上下方向に延在する棒状の電極の上端部を支持する電極ホルダの下方に、前記電極ホルダに対し上下方向に相対移動可能に配置された電極ガイドであって、前記電極を昇降可能としながら前記電極の下端部周面を支持する電極ガイドの位置を設定する電極ガイド位置設定装置であって、
   加工姿勢に配置されたワークモデルと該ワークモデル上の加工点を通るモデル上の軸線に沿って配置された電極ガイドモデルとを含む放電加工機の３次元モデルを取得するモデル取得部と、
   前記モデル取得部で取得された３次元モデルに基づき、前記軸線に沿って前記電極ガイドモデルを前記ワークモデルに接近させたときの、前記電極ガイドモデルが前記ワークモデルに干渉し始める干渉開始位置を演算する演算部と、
   前記演算部で演算された干渉開始位置を起点として、前記電極ガイドモデルを前記軸線に沿って前記ワークモデルから離れる方向に所定量移動させた位置を電極ガイド位置として設定する設定部とを備えることを特徴とする電極ガイド位置設定装置。

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