JP5951019B2 - 放電加工用電極の交換判定装置および交換判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、放電加工機に用いられる電極の交換の要否を判定する放電加工用電極の交換判定装置および交換判定方法に関する。

従来より、放電加工機によりワークに細孔を加工する際に、放電加工用電極の消耗比と加工深さ（ワークの板厚）とを考慮して、電極の交換の要否を判定するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、予め設定された電極の消耗比と加工深さとから加工に必要とされる必要電極長を算出するとともに、電極長検出手段により現在の電極長さを検出し、必要電極長が電極長さよりも長い場合に、電極の交換が必要であるとして、放電加工工程への移行を停止する。

しかしながら、タービンブレード等をワークとして用いる場合、加工箇所におけるワークの板厚は一定であるとは限らない。したがって、上記特許文献１記載の装置のように予め設定された加工深さに基づいて必要電極長を算出したのでは、電極交換の要否を精度よく判定することができない。また、安全をみて電極の消耗比を大きめに設定し、まだ電極が使えるのに交換してしまうという無駄もあった。

特許第３００７９１１号公報

本発明は、ワークに連続して複数の貫通孔を順次放電加工する際に、電極の交換の要否を判定する放電加工用電極の交換判定装置であって、電極の残存長さを検出する電極長検出手段と、貫通穴を形成する作業において放電が開始したことを検出し、放電が開始した時の電極の位置である放電開始位置を検出する放電開始位置検出手段と、貫通穴を形成する作業において電極がワークを貫通したことを検出し、電極がワークを貫通した時の電極の位置である貫通位置を検出する貫通位置検出手段と、放電開始位置検出手段により検出された直近の放電開始位置と貫通位置検出手段により検出された直近の貫通位置との差である前記電極の消耗量を含んだ実質送り量に基づき、次の貫通孔の加工に必要な電極の必要長さを設定する必要長設定手段と、電極長検出手段により検出された残存長さと必要長設定手段により設定された必要長さとを比較して、電極交換の要否を判定する判定手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明は、ワークに連続して複数の貫通孔を順次放電加工する際に、電極の交換の要否を判定する放電加工用電極の交換判定方法であって、電極の残存長さを検出し、貫通穴を形成する工程において放電が開始したことを検出し、放電が開始した時の電極の位置である放電開始位置を検出し、貫通穴を形成する工程において電極がワークを貫通したことを検出し、電極がワークを貫通した時の電極の位置である貫通位置を検出し、検出された直近の放電開始位置と検出された直近の貫通位置との差である前記電極の消耗量を含んだ実質送り量に基づき、次の貫通孔の加工に必要な電極の必要長さを設定し、検出された残存長さと設定された必要長さとを比較して、電極交換の要否を判定することを特徴とする。

本発明の第１の実施形態に係る電極交換判定装置を有す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４の要部拡大図である。 本発明の第１の実施形態に係る電極交換判定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る電極交換判定装置を構成する制御部で実行される処理の一例を示すフローチャートである。 パイプ電極が下降を開始してからの経過時間とパイプ電極とワークとの間の平均加工電圧との関係を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る電極交換判定装置による効果を説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係る電極交換判定装置を構成する制御部で実行される主要な処理の一例を示すフローチャートである。

−第１の実施形態−
以下、図１〜図９を参照して、本発明による放電加工用電極の交換判定装置の第１の実施形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る電極交換判定装置を有する放電加工機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。パイプ電極１０の下端部は、電極ガイド８を上下方向に貫通している。パイプ電極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を左右方向に移動するＸ軸用駆動部と、ラム４を前後方向に移動するＹ軸用駆動部と、主軸頭５を上下方向に移動するＺ軸用駆動部と、軸線ＣＬ０を中心に回転主軸６を回転する主軸駆動部と、把持アーム９を上下方向に移動するアーム駆動部と、揺動軸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を回転する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、制御部３０（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、パイプ電極１０の消耗によるパイプ電極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とでパイプ電極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、すなわちパイプ電極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）があるので、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。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パイプ電極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パイプ電極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（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。

図２、３に示すように、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、翼部２１の内側に、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。冷却孔２２の中心軸線ＣＬ１に沿った翼部２１の板厚ｔは一定ではなく、図３に示すように場所によって異なる。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の加工動作を示す図であり、図５は、図４の要部拡大図である。図４，５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、電極ガイド８の下端面８ａが加工開始点Ｐから所定距離Ｄ１だけ上方の電極支持位置Ａに位置するように、加工プログラムによってＷ軸を指令する。そして、電極ホルダ７と電極ガイド８との相対位置を固定したまま電極ホルダ７を移動する。このとき、電極ガイド８の下端面から突出するパイプ電極１０の下端面１０ａの突出量が所定値Ｄ２（＜Ｄ１）に設定される。

なお、所定値Ｄ２は、０でもよく、０より小さくてもよい。所定値Ｄ２が０より小さい場合、パイプ電極１０の下端面１０ａが電極ガイド８の下端面８ａよりも上方に位置するが、その場合には、電極ガイド８からパイプ電極１０が抜けないように下端面８ａ，１０ａ間の距離が電極ガイド８の長さＤ３よりも小さければよい。以上の状態を、加工準備状態と呼ぶ。

次に、加工準備状態から電極ホルダ７を下方に移動してパイプ電極１０を下降し、パイプ電極１０の先端部でワーク２０を放電加工する（図４，５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Ａに保持されるように、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の上方でパイプ電極１０の上下端部が支持され、加工中のパイプ電極１０の振れを抑制できる。放電加工時には、冷却孔２２の加工に伴いパイプ電極１０は消耗するので、適切なタイミングでパイプ電極１０を交換する必要がある。この交換時期を判定するため、本実施形態では、以下のように電極交換判定装置を構成する。

図６は、第１の実施形態に係る電極交換判定装置の構成を示すブロック図である。図６の制御部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。制御部３０には、電極ホルダ７のＺ軸位置を検出する位置検出器３１（図１）と、電極ガイド８のＷ軸位置を検出する位置検出器３２（図１）と、加工プログラムや各種設定値が入力される入力部３３と、パイプ電極１０とワーク２０との間の極間電圧を検出する電圧検出部３４と、ワーク２０に対して主軸６を相対移動する駆動部３５（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）と、電極交換判定に関する各種情報を表示する表示部３６とが接続されている。制御部３０は、位置検出器３１、３２と入力部３３と電圧検出器３４からの信号に基づき所定の処理を実行し、駆動部３５および表示部３６に制御信号を出力する。

図７は、第１の実施形態に係る制御部３０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３３の操作により、加工開始指令が入力されると開始され、個々の冷却孔２２を加工する度に繰り返される。すなわち、図６は単一の冷却孔２２の加工に対応しており、図７の処理を繰り返すことで、互いに隣接する冷却孔２２が順次加工される。

ステップＳ１では、加工プログラムに従い駆動部３５に制御信号を出力し、ワーク２０の位置姿勢、電極ホルダ７の位置、および電極ガイド８の位置を加工準備状態（図４，５）にセットする。すなわち、ワーク２０を加工姿勢に保持するとともに、電極ガイド８とワーク２０間の距離を一定に保ったまま、パイプ電極１０の上下端部を保持した状態で、電極ガイド８の下端面８ａが加工開始点Ｐから所定距離Ｄ１だけ上方の電極支持位置Ａに位置するように電極ホルダ７と電極ガイド８を一体に移動する。

ステップＳ２では、パイプ電極１０にパルス電圧を印加するとともに、駆動部３５（Ｚ軸用駆動部、アーム駆動部、主軸用駆動部）に制御信号を出力し、電極ガイド８を電極支持位置Ａに保持したまま、パイプ電極１０を所定回転数で回転させながら加工開始点Ｐに向けて下降させる。併せて、パイプ電極１０の先端部から加工液を噴出させる。

ステップＳ３では、パイプ電極１０とワーク２０との間で放電が開始したか否かを判定する。この判定は、電圧検出部３４によって検出された極間電圧の平均値（平均加工電圧Ｖ）が、予め定められた閾値Ｖ１よりも小さくなったか否かを判定することにより行う。この場合、制御部３０が電圧検出部３４からの信号を例えば２ｍｓｅｃ毎に読み込み、直近の所定時間（例えば１秒）内のデータを平均化し、これを平均加工電圧Ｖとする。ステップＳ３が肯定されるとステップＳ４に進み、否定されるとステップＳ２に戻る。

ステップＳ４では、位置検出器３１からの信号を読み込み、放電開始と判定された時点における電極ホルダ７のＺ軸位置を、放電開始位置としてメモリに記憶する。

ステップＳ５では、電極長さＬ１を設定する。回転主軸６には、最初、既知の初期長さＬ０（例えば３００ｍｍ）を有する新品のパイプ電極１０が手動または電極交換装置によって装着される。電極長さＬ１は、電極ホルダ７の下端からパイプ電極１０の下端面１０ａまでの距離である。この電極長さＬ１は、最初は、初期長さＬ０に設定される。新品のパイプ電極１０を用いてｎ個目の冷却孔２２を加工するときの電極長さＬ１の設定は、以下のようにして行う。すなわち、前回の処理においてｎ−１個目の冷却孔２２を加工したときの放電開始位置がＺ_ｎ−１であり、今回の処理でｎ個目の冷却孔２２を加工するときの放電開始位置がＺ_ｎであるとき、放電開始位置の変化量ΔＺはＺ_ｎ−Ｚ_ｎ−１となる。この変化量ΔＺを、前回の処理で求めた電極長さＬ１から減算し（Ｌ１−ΔＺ）、これを新たな電極長さＬ１として設定する。なお、新品のパイプ電極１０を用いて初めて冷却孔２２を加工したときの放電開始位置（初期放電開始位置Ｚ１）をメモリに記憶しておき、ｎ個目の冷却孔２２を加工するときの放電開始位置Ｚ_ｎと初期放電開始位置Ｚ１との差ΔＺ（＝Ｚ１−Ｚ_ｎ）を、パイプ電極１０の所期長さＬ０から減算し（Ｌ０−ΔＺ）、これを新たな電極長さＬ１として設定するようにしてもよい。

ステップＳ６では、加工プログラムに従って駆動部３５を制御し、ワーク２０に所望の形状の冷却孔２２を加工する。冷却孔２２の加工時には、パイプ電極１０が徐々に下降する。

ステップＳ７では、パイプ電極１０がワーク２０を貫通したか否かを判定する。この判定は、電圧検出部３４によって検出された極間電圧の平均値（平均加工電圧Ｖ）が、予め定められた閾値Ｖ２よりも大きくなったか否かを判定することにより行う。ステップＳ７が肯定されるとステップＳ８に進み、否定されるとステップＳ６に戻る。なお、以下では、便宜上、閾値Ｖ２が閾値Ｖ１と同一の値であるとして説明するが、Ｖ２とＶ１が互いに異なった値であってもよい。Ｖ１とＶ２は実験により予め適正値を求めておく。

ステップＳ８では、駆動部３５に制御信号を出力し、パイプ電極１０の下降を停止する。本実施形態では、電圧検出部３４からの信号を短い周期（２ｓｅｃ毎）で取り込んでいるため、ワーク２０（翼部２１）の貫通後、即座にパイプ電極１０を停止することができ、翼部２１の内表面２１ａからのパイプ電極１０の突出量を最小限に抑えることができる。

ステップＳ９では、位置検出器３１からの信号を読み込み、ワーク貫通と判定された時点における電極ホルダ７のＺ軸位置を、貫通位置（放電終了位置）としてメモリに記憶する。

ステップＳ１０では、メモリに記憶された放電開始位置（ステップＳ４）から貫通位置（ステップＳ９）を減算して、放電開始から放電終了までに要したパイプ電極１０の送り量Ｅ（これを実質送り量Ｅと呼ぶ）を算出する。実質送り量Ｅには、ワーク２０の板厚ｔと、パイプ電極１０の消耗量Ｆ（電極消耗量）とが含まれる。電極消耗量Ｆは、板厚ｔと予め定めた電極消耗比αとを乗じることによって求まり、実質送り量Ｅは次式(I)で表される。
Ｅ＝ｔ（１＋α） (I)

なお、厳密にいうと、実質送り量Ｅには、ワーク貫通位置からのパイプ電極１０の送り量、すなわち内表面２１ａからのパイプ電極１０の突出量も含まれるが、本実施形態では、貫通検知後にパイプ電極１０の下降をすぐに停止させるため（ステップＳ８）、これを０とみなすことができる。電極消耗比αは、種々の条件によって変化するが、本実施形態では、実験的に求めた平均的な値を予め設定しておく。

ステップＳ１１では、ステップＳ５の電極長さＬ１から電極消耗量Ｆ（＝ｔα）を減算し、パイプ電極１０の残存長さＬａを算出する。この場合、まず、上式(I)から板厚ｔを求め、その板厚ｔに電極消耗比αを乗じて電極消耗量Ｆを算出する。次いで、電極長さＬ１から電極消耗量Ｆを減算し、残存長さＬａを算出する。

ステップＳ１２では、パイプ電極１０がワーク２０の加工開始点Ｐよりも余裕をもって上方に位置するように駆動部３５（Ｚ軸用駆動部）に制御信号を出力し、電極ホルダ７、つまりパイプ電極１０を上昇させる。電極ホルダ７の上昇量を、実質送り量Ｅよりも電極消耗量Ｆ分だけ小さくする。これにより、図５の実線に示すようにパイプ電極１０は電極ガイド８の下端面８ａから所定量Ｄ２だけ突出する。

ステップＳ１３では、次の冷却孔２２を加工するのに必要なパイプ電極１０の長さ（必要長さＬｂ）を算出する。必要長さＬｂは、電極ホルダ７と電極ガイド８とが干渉せずにパイプ電極１０を安定的に保持するのに最低限必要なパイプ電極１０の長さ（最小必要長さ）を予め定めておき、この最小必要長さにステップＳ１０の実質送り量Ｅを加算することによって求められる。実質送り量Ｅを用いて必要長さＬｂを求めるのは、今回加工した冷却孔２２と次回加工する冷却孔２２とは隣接しており、板厚ｔの変化は小さいと考えられ、次の冷却孔２２を加工する際にも今回と同一の実質送り量Ｅが必要になると仮定するためである。なお、パイプ電極１０の最小必要長さを、所定のマージンを含むような値に設定してもよい。パイプ電極１０の最小必要長さは、電極ホルダ７と電極ガイド８との最小間隔（例えば５ｍｍ）と、電極ガイド８の長さＤ３（例えば３０ｍｍ）と、電極ガイド８からの突出量Ｄ２（例えば１０ｍｍ）の和（例えば４５ｍｍ）である。

ステップＳ１４では、パイプ電極１０の残存長さＬａが、パイプ電極１０の必要長さＬｂ以上（Ｌａ≧Ｌｂ）であるか否かを判定する。ステップＳ１４が肯定されるとステップＳ１５に進み、否定されるとステップＳ１６に進む。

ステップＳ１５では、パイプ電極１０が次の冷却孔２２を加工するのに十分な長さを有しているとして、次の冷却孔２２の加工を許可する。この場合、次の冷却孔２２の加工開始点Ｐに対し、上述したのと同様の処理を繰り返す。一方、ステップＳ１６では、パイプ電極１０の長さが十分ではなく、電極交換が必要であるとして、次の冷却孔２２の加工を禁止する。この場合、工具マガジンから新品のパイプ電極１０を取り出して回転主軸６に付け替える処理（電極交換処理）を行う。

第１の実施形態の動作をまとめると次のようになる。以下では、図２の冷却孔２２ａを加工した後、これに隣接する冷却孔２２ｂを加工する動作について説明する。まず、長さが既知の新品のパイプ電極１０を冷却孔２２ａの加工開始点Ｐ（第１の加工開始点）の上方に位置させるとともに、電極ガイド８を電極支持位置Ａに移動する（ステップＳ１）。次いで、パイプ電極１０にパルス電圧を印加しながらパイプ電極１０を下降し、パイプ電極１０をワーク表面の加工開始点Ｐに接近させる（ステップＳ２）。

図８は、パイプ電極１０が下降を開始してからの経過時間Ｔと平均加工電圧Ｖとの関係を示す図である。時点Ｔ０でパイプ電極１０が下降を開始してから放電が開始されるまでは、平均加工電圧Ｖは閾値Ｖ１よりも大きい。時点Ｔ１で放電が開始されると、平均加工電圧Ｖは閾値Ｖ１よりも小さくなり、以降、放電が終了するまでＶ＜Ｖ１の状態が続く。このときの電極ホルダ７のＺ軸位置（放電開始位置）は、メモリに記憶され（ステップＳ４）、この放電開始位置を用いて電極長さＬ１が求められ、設定される（ステップＳ５）。なお、新品のパイプ電極１０を用いてｎ個目の冷却孔２２を加工するときには、ステップＳ５で、ｎ−１個目の冷却孔２２を加工したときの放電開始位置Ｚ_ｎ−１と今回の放電開始位置Ｚ_ｎとの差ΔＺ（＝Ｚ_ｎ−Ｚ_ｎ−１）を、ｎ−１個目の冷却孔２２を加工したときに求められた電極長さＬ１から減算し（Ｌ１−ΔＺ）、これを新たな電極長さＬ１として設定する。

その後、時点Ｔ２でパイプ電極１０がワーク２０を貫通すると、平均加工電圧Ｖは閾値Ｖ２（＝Ｖ１）よりも大きくなり、Ｖ＞Ｖ２が検出されるとパイプ電極１０の下降が停止する（ステップＳ８）。このときの電極ホルダ７のＺ軸位置（貫通位置）は、メモリに記憶される（ステップＳ９）。この場合、電圧検出部３４からの信号は短い周期（２ｍｓｅｃ）で読み込まれるため、パイプ電極１０はワーク貫通後に即座に停止することができる。したがって、図９に示すように、パイプ電極１０に対向するワーク２０の中空部側の内表面２１ａ（Ａ部）が誤って放電加工されることを防止できる。

パイプ電極１０がワーク２０を貫通すると、パイプ電極１０は加工開始点Ｐよりも上方に移動する（ステップＳ１２）。このとき、放電開始位置から貫通位置を減算した実質送り量Ｅが算出される（ステップＳ１０）とともに、実質送り量Ｅから電極消耗量Ｆが算出され、加工開始時の電極長さＬ１から電極消耗量Ｆを減算したパイプ電極１０の残存長さＬａが算出される（ステップＳ１１）。さらに、次の冷却孔２２ｂの加工のために実質送り量Ｅと同一のパイプ電極１０の送り量が必要であると仮定し、冷却孔２２ｂの加工に必要なパイプ電極１０の必要長さＬｂが算出される（ステップＳ１３）。残存長さＬａが必要長さＬｂ以上であるときは、パイプ電極１０の長さが十分であるとして、次の冷却孔２２ｂの加工動作に移行する（ステップＳ１５）。残存長さＬａが必要長さＬｂ未満であるときは、パイプ電極１０の長さが不足するとして、次の冷却孔２２ｂの加工動作に移行せずに、パイプ電極１０を交換する。

以上の第１の実施形態によれば、電圧検出部３４からの信号によりパイプ電極１０の放電開始位置と貫通位置をそれぞれ検出するとともに（ステップＳ４，ステップＳ９）、放電加工開始時の電極長さＬ１から電極消耗量Ｆを減算してパイプ電極１０の残存長さＬａを検出するようにした（ステップＳ１１）。さらに、放電開始位置と貫通位置との差（実質送り量Ｅ）に基づき、次の貫通孔２２の加工に必要なパイプ電極１０の必要長さＬｂを設定し（ステップＳ１３）、残存長さＬａと必要長さＬｂとを比較して、パイプ電極１０の交換の要否を判定するようにした（ステップＳ１４）。すなわち、次の冷却孔２２を加工する場合に今回と同一の実質送り量Ｅが必要であるとしてパイプ電極１０の必要長さＬｂを算出し、この必要長さＬｂに基づき、パイプ電極１０の交換の要否を判定するようにした。したがって、実質送り量Ｅはワーク２０の板厚ｔに拘わらずに求められるため、ワーク２０の板厚ｔが変化する場合であっても、電極交換の要否を精度よく判定することができる。

−第２の実施形態−
図１０を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。なお、以下では第１の実施形態との相違点を主に説明する。第２の実施形態が第１の実施形態と異なるのは、制御部３０における処理である。すなわち、第１の実施形態では、ワーク２０の貫通を検出するまでパイプ電極１０を下降するようにしたが、第２の実施形態では、電極ホルダ７と電極ガイド８との間隔Ｄ（図１）が所定値Ｄ０以下になると、パイプ電極１０の下降動作を停止させる。

図１０は、第２の実施形態に係る制御部３０で実行される処理の一例を示すフローチャートであり、図７と相違する部分を主に示している。なお、図１０において、図７と同一の処理については同一の符号を付している。図１０に示すように、ステップＳ６で冷却孔２２の加工の処理を開始すると、ステップＳ２１に進み、位置検出器３１，３２からの信号に基づき、電極ホルダ７と電極ガイド８の間隔Ｄを算出する。ステップＳ２２では、算出された間隔Ｄが予め定めた所定値Ｄ０以下か否かを判定する。この判定は、電極ホルダ７と電極ガイド８との干渉（衝突）の有無を判定するものであり、所定値Ｄ０は少なくとも０より大きい値、例えば５ｍｍに設定される。ステップＳ２２が否定されるとステップＳ７に進み、以降、図７と同様の処理を行う。

一方、ステップＳ２２が肯定されるとステップＳ２３に進み、駆動部３５に制御信号を出力し、パイプ電極１０の下降を停止する。ステップＳ２４では、パイプ電極１０がワーク２０の加工開始点Ｐよりも上方に位置するように駆動部３５（Ｚ軸用駆動部）に制御信号を出力し、電極ホルダ７を上昇させる。次いで、ステップＳ１６で、パイプ電極１０の長さが十分ではなく、電極交換が必要であるとして、次の冷却孔２２の加工を禁止する。

第２の実施形態では、電極ホルダ７と電極ガイド８の間隔Ｄが所定値Ｄ０以下になると、電極ホルダ７の下降を停止するようにしたので、加工開始点Ｐにおけるワーク２０の板厚ｔが急激に増加した場合等においても、電極ホルダ７と電極ガイド８の衝突を防止することができる。すなわち、前回の加工時におけるワーク２０の板厚ｔよりも今回の加工時におけるワーク２０の板厚ｔが急激に増加すると、ワーク貫通までに要するパイプ電極２０の実質送り量Ｅが増大し、ワーク貫通を検出する前に、電極ホルダ７と電極ガイド８とが衝突するおそれがある。この点、本実施形態では、両者の間隔Ｄが所定値Ｄ０以下になると電極ホルダ７の下降を強制的に停止するので、電極ホルダ７と電極ガイド８との衝突を防止できる。

−変形例−
上記実施形態では、電圧検出部３４により検出された極間電圧Ｖに応じて放電開始位置と貫通位置を検出するようにしたが、放電開始位置検出手段および貫通位置検出手段の構成はこれに限らない。例えば、極間電圧Ｖはパイプ電極１０の送り速度と相関関係を有するため、送り速度を検出することで放電開始位置および貫通位置を検出することもできる。上記実施形態では、制御部３０での処理により、放電加工開始時の電極長さＬ１から電極消耗量Ｆを減算してパイプ電極１０の残存長さＬａを求めるようにしたが、電極長検出手段の構成はこれに限らない。

放電開始位置と貫通位置との差（実質送り量Ｅ）に基づいて、次の貫通孔２２の加工に必要なパイプ電極１０の必要長さＬｂを求めるのであれば、必要長設定手段（制御部３０）の構成はいかなるものでもよい。例えば、直前の冷却孔２２の加工時に得られた実質送り量Ｅの値を用いる代わりに、直近の複数個（例えば５個）の冷却孔２２の加工時にそれぞれ得られた実質送り量Ｅの平均値を用いるようにしてもよい。制御部３０での処理により、パイプ電極１０の残存長さＬａと必要長さＬｂとの大小に応じて電極交換の要否を判定するようにしたが、残存長さＬａと必要長さＬｂとを比較するのであれば、判定手段による判定は、単純な大小の判定でなくてもよい。

上記実施形態では、パイプ電極１０の基端部を電極ホルダ７で保持し、パイプ電極１０の先端部を、電極ホルダ７に対してパイプ電極１０の長さ方向に相対移動可能な電極ガイド８で保持するようにしたが、第１保持部および第２保持部の構成はこれに限らない。位置検出器３１，３２により電極ホルダ７と電極ガイド８の間隔を算出するようにしたが、間隔検出手段はいかなるものでもよい。放電開始後に、電極ホルダ７と電極ガイド８の間隔Ｄが所定値Ｄ０以下になると、制御部３０での処理により、電極ホルダ７の下降を停止するようにしたが、放電加工動作を停止させるための放電停止手段の構成は上述したものに限らない。

上記実施形態では、パイプ電極１０の残存長さＬａと必要長さＬｂとの比較により電極交換が必要と判定されると、制御部３０での処理により次の冷却孔を加工する工程（次加工工程）への移行を禁止するようにしたが、放電制御手段の構成はこれに限らない。例えば次加工工程への移行を禁止する際に、表示部３６に警報を出力するようにしてもよい。上記実施形態では、パイプ形状の電極１０を用いたが、長手方向に延在する電極の形状はパイプ形状以外であってもよい。電加工機１００の構成も上述したものに限らない。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、複数の貫通孔２２を加工することが必要なワークであれば、他のワークを加工する場合にも本発明による交換判定装置を適用することができる。また、貫通孔を１つだけ加工するワークが複数個あり、ワークを次々に交換して貫通孔を順次放電加工する場合にも、本発明による交換判定装置を適用することができる。

上記実施の形態では、ワーク２０に複数の貫通孔２２を順次放電加工する電極（パイプ電極）１０の交換の要否を判定する放電加工用電極の交換判定方法について説明した。すなわち、電極１０の残存長さＬａを検出し、放電開始時の電極１０の位置である放電開始位置を検出し、ワーク貫通時の電極１０の位置である貫通位置を検出し、検出された放電開始位置と検出された貫通位置との差に基づき、次の貫通孔２２の加工に必要な電極１０の必要長さＬｂを設定し、検出された残存長さＬａと設定された必要長さＬｂとを比較して、電極交換の要否を判定するようにした。この場合、電極１０の位置には、電極１０と相関関係を有するもの（電極ホルダ７等）の位置も含む。

本発明によれば、直近の貫通孔の実データである放電開始位置と貫通位置との差に基づいて次の貫通孔の加工に必要な電極の必要長さを設定し、この必要長さを用いて電極交換の要否を判定するようにしたので、ワークの板厚の変化に拘わらず、電極交換の要否を精度よく判定することができる。特に、加工状態（安定、不安定の程度）、加工深さ、加工液圧によって通常は電極消耗量が変化するが、本発明は直近のデータを用いているので、これらの諸条件がほぼ同一であり、電極交換の要否を精度よく無駄なく判定することができる。また、１つの貫通孔の加工前と加工後に電極長さを測定して電極消耗量を検出する方法と比べ、サイクル時間を大幅に短縮することができる。

７ 電極ホルダ
８ 電極ガイド
１０ パイプ電極
２０ ワーク（タービンブレード）
２２ 冷却孔
３０ 制御部
３１，３２ 位置検出器
３４ 電圧検出部
３５ 駆動部
Ｌａ 残存長さ
Ｌｂ 必要長さ

Claims (5)

1. ワークに連続して複数の貫通孔を順次放電加工する際に、電極の交換の要否を判定する放電加工用電極の交換判定装置であって、
   前記電極の残存長さを検出する電極長検出手段と、
   貫通穴を形成する作業において放電が開始したことを検出し、放電が開始した時の前記電極の位置である放電開始位置を検出する放電開始位置検出手段と、
   貫通穴を形成する作業において前記電極がワークを貫通したことを検出し、前記電極がワークを貫通した時の前記電極の位置である貫通位置を検出する貫通位置検出手段と、
   前記放電開始位置検出手段により検出された直近の放電開始位置と前記貫通位置検出手段により検出された直近の貫通位置との差である前記電極の消耗量を含んだ実質送り量に基づき、次の貫通孔の加工に必要な前記電極の必要長さを設定する必要長設定手段と、
   前記電極長検出手段により検出された残存長さと前記必要長設定手段により設定された必要長さとを比較して、電極交換の要否を判定する判定手段とを備えることを特徴とする放電加工用電極の交換判定装置。
2. 請求項１に記載の放電加工用電極の交換判定装置において、
   前記電極の基端部を保持する第１保持部と、
   前記第１保持部に対して前記電極の長さ方向に相対移動可能に設けられ、前記電極の先端部を保持する第２保持部と、
   前記第１保持部と前記第２保持部との間隔を検出する間隔検出手段と、
   放電開始後に、前記間隔検出手段により検出された間隔が所定値以下になると、放電加工動作を停止させる放電停止手段とをさらに備える放電加工用電極の交換判定装置。
3. 請求項１または２に記載の放電加工用電極の交換判定装置において、
   前記貫通位置検出手段は、前記電極と前記ワークとの間の極間電圧を検出し、前記極間電圧が所定値を越えたときの前記電極の位置を前記貫通位置として検出する放電加工用電極の交換判定装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の放電加工用電極の交換判定装置において、
   前記判定手段により電極交換が不要と判定されると、次の貫通孔を加工するための次加工工程への移行を許可し、前記判定手段により電極交換が必要と判定されると、前記次加工工程への移行を禁止する放電制御手段をさらに備える放電加工用電極の交換判定装置。
5. ワークに連続して複数の貫通孔を順次放電加工する際に、電極の交換の要否を判定する放電加工用電極の交換判定方法であって、
   前記電極の残存長さを検出し、
   貫通穴を形成する工程において放電が開始したことを検出し、放電が開始した時の前記電極の位置である放電開始位置を検出し、
   貫通穴を形成する工程において前記電極がワークを貫通したことを検出し、前記電極がワークを貫通した時の前記電極の位置である貫通位置を検出し、
   検出された直近の放電開始位置と検出された直近の貫通位置との差である前記電極の消耗量を含んだ実質送り量に基づき、次の貫通孔の加工に必要な前記電極の必要長さを設定し、
   検出された前記残存長さと設定された前記必要長さとを比較して、電極交換の要否を判定することを特徴とする放電加工用電極の交換判定方法。

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