JP7490011B2

JP7490011B2 - 加工液噴射装置及び加工液噴射方法

Info

Publication number: JP7490011B2
Application number: JP2022059953A
Authority: JP
Inventors: 淳宮田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2022-03-31
Filing date: 2022-03-31
Publication date: 2024-05-24
Anticipated expiration: 2042-03-31
Also published as: JP2023150718A

Description

本開示は、加工液噴射装置及び加工液噴射方法に関する。

形彫放電加工機を使用して被加工部品を加工する際、スラッジによる２次放電不具合を防ぐために効率良くスラッジを排出することが不可欠である。ここで、被加工部品は被工作物又はワークである。２次放電不具合は、加工紛に通電することにより加工部以外が溶融加工される不具合である。
従来技術において、給油装置にフレキシブルケーブルを介して噴射部を接続し、電極が装着されている可動主軸部の位置に応じて噴射部の位置を調整し、かつ、電極と被加工部品に加工液を噴射することにより、被加工部位を冷却すると共にスラッジを除去していた。ここで、噴射部はクーラントノズルから成る。この際、加工液が電極とワークとの間隙に適切に噴射されるように、噴射部において噴射位置及び噴射方向を加工前及び加工中に都度調整していた。
また、従来技術において、加工液を噴射する噴射孔は１箇所のみに設けられているためにスラッジの排出性が悪い。そのため、２次放電による不具合が生じることがあった。また、スラッジの排出が容易ではない深溝形状を被加工部位が有する場合、加工を中断してスラッジを排出するための清掃作業を実施していた。そのため、多大な加工時間を要していた。

特開平６－１３４６２５号公報

特許文献１は、加工液を噴射する噴射孔が複数存在する構成も開示している。しかしながら、当該構成には、噴射孔の位置が可動主軸部の位置の変化に連動して変化しないため、形彫放電加工機が備える可動主軸部が移動した場合において噴射孔の位置を別途調整する必要があるという課題がある。

本開示は、形彫放電加工機における加工液噴射装置であって、スラッジの排出が比較的容易であり、かつ、形彫放電加工機が備える可動主軸部が移動した場合において噴射孔の位置を別途調整する必要がない加工液噴射装置を提供することを目的とする。

本開示に係る加工液噴射装置は、
形彫放電加工機において加工液を噴射する加工液噴射装置であって、
前記形彫放電加工機が備える電極の周囲において前記電極に向けて加工液を噴射する複数の噴射孔が放射状に形成されており、前記形彫放電加工機が備える可動主軸部に連動して動く噴射部
を備える。

本開示によれば、形彫放電加工機が備える電極の周囲において電極に向けて加工液を噴射する複数の噴射孔が放射状に形成されており、複数の噴射孔から電極に向けて加工液が噴射される。また、噴射部は形彫放電加工機が備える可動主軸部に連動して動く。従って、本開示によれば、形彫放電加工機における加工液噴射装置であって、スラッジの排出が比較的容易であり、かつ、形彫放電加工機が備える可動主軸部が移動した場合において噴射孔の位置を別途調整する必要がない加工液噴射装置を提供することができる。

実施の形態１に係る形彫放電加工機１０の構成例を示す図。実施の形態１に係る加工液噴射装置１００の構成例を示す図であり、（ａ）は噴射部２１０付近の外観を示す図、（ｂ）は噴射部２１０の断面図。実施の形態１に係る加工液噴射装置１００の構成例を示す図であり、（ａ）は取り付け姿を示す図、（ｂ）は正面断面図。実施の形態１に係る加工液噴射装置１００の構成例を示す図。実施の形態１に係る給油装置３００の構成例を示す図。実施の形態１に係る加工液噴射装置１００の効果を説明する図。

実施の形態の説明及び図面において、同じ要素及び対応する要素には同じ符号を付している。同じ符号が付された要素の説明は、適宜に省略又は簡略化する。

実施の形態１．
以下、本実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１は、実施の形態に係る形彫放電加工機１０の構成例を示している。図１に示すように、形彫放電加工機１０の外観は従来の形彫放電加工機の外観と同様である。

図２は、本実施の形態に係る加工液噴射装置１００の構成例を示している。図２の（ａ）は加工中における噴射部２１０付近の外観を示している。加工液噴射装置１００は形彫放電加工機１０において加工液３１０を噴射する。形彫放電加工機１０において、噴射部２１０に形成されている複数の噴射孔２１５から形彫放電加工機１０が備える電極５０に向けて加工液３１０を噴射する方法は、加工液噴射方法に当たる。図２の（ｂ）は噴射部２１０の断面図を示している。当該断面図は、支持部２１２を２等分にする断面であって、円環形状部２１１の中心軸を通る断面により噴射部２１０を切断した様子を示している。円環形状部２１１の中心軸は、底面２１７を通る面に直交する軸であって、円環形状部２１１が形成している円相当の形状の中心を通る軸に当たる。なお、図２の（ｂ）において、説明のために正面断面図に対して加工液流入管２３０と給油装置３００と配管ホース４００とが模式的に追加されている。
図３は、本実施の形態に係る加工液噴射装置１００の構成例を示している。図３の（ａ）は、加工液噴射装置１００を形彫放電加工機１０に取り付けた様子を示している。図３の（ｂ）は、図３の（ａ）に対応する正面断面図を示している。当該正面断面図は、電極５０の中心軸を通る断面の様子を示している。
図４は、本実施の形態に係る加工液噴射装置１００の構成例を示している。
図５は、本実施の形態に係る給油装置３００の構成例を示している。
以下、図２から図５を用いて加工液噴射装置１００を説明する。
形彫放電加工機１０は、図４に示すように、可動主軸部１１及び可動主軸部１２と、可動主軸部１２に着脱可能に装着された電極ホルダ５１と、電極ホルダ５１に装着された電極５０と、給油装置３００と、液受け部６００とから構成される。可動主軸部１１はＸ軸方向及びＹ軸方向に可動する。可動主軸部１２はＺ軸方向に可動する。液受け部６００に設けられたホース６５０は給油装置３００の油流入口に接続される。
加工液噴射装置１００は、加工液噴射治具２００と、給油装置３００が備える吐出孔３０５に取り付けられた配管ホース４００とから構成される。

加工液噴射治具２００は、電極ホルダ５１を装着した形彫放電加工機１０の可動主軸部１２に取り付けられる。加工液噴射治具２００は、噴射部２１０と、取付部２２０とを備える。
噴射部２１０は、円環形状部２１１と支持部２１２とから構成される。円環形状部２１１及び支持部２１２は一体的に構成されている。
円環形状部２１１は円環形状を成している。円環形状部２１１の環状内面２１６は、間隙を有して電極５０の周囲を囲んでいる。円環形状部２１１には、複数の噴射孔２１５が形成されている。噴射孔２１５は、噴射孔２１５ａ及び噴射孔２１５ｂの総称である。噴射孔２１５ａは、環状内面２１６に設けられており、また、上側噴射孔とも呼ばれる。噴射孔２１５ｂは、底面２１７に設けられており、また、下側噴射孔とも呼ばれる。
支持部２１２は、円環形状部２１１に取り付けられており、円環形状部２１１を支持する。
取付部２２０は、噴射部２１０を可動主軸部１２に取り付ける。この際、取付部２２０に支持部２１２が締結される。支持部２１２と取付部２２０とが締結される位置を変更することにより、円環形状部２１１の鉛直方向における位置を変更することができてもよい。取付部２２０は、形彫放電加工機１０が備える可動主軸部１２に着脱可能に取り付けられてもよい。取付部２２０を可動主軸部１２に取り付ける際に磁力が利用されてもよい。
噴射部２１０と取付部２２０とは、具体例として、可動主軸部１２に負荷を与えない比重を有する樹脂材料を用いて、３Ｄ（３－Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）プリンタによる樹脂の一体成型によって形成される。
支持部２１２の一部である取付部側面２１３には、加工液流入孔２１４が形成されている。
加工液流入孔２１４には、加工液流入孔２１４に合う加工液流入管２３０が着脱可能に取り付けられる。
加工液流入管２３０は、配管ホース４００を通じて吐出孔３０５に接続される。加工液流入管２３０には配管ホース４００を介在して給油装置３００から加工液３１０が供給される。即ち、加工液流入管２３０には加工液３１０が流入する。加工液３１０は加工油とも呼ばれる。
配管ホース４００は、具体例としてフレキシブルケーブルである。

ここで、加工液３１０が給油装置３００によって回収される処理を説明する。まず、噴射孔２１５から噴射された加工液３１０はワーク５００の被加工部位に噴射される。次に、ワーク５００の被加工部位から溢れだした加工液３１０は液受け部６００で回収される。次に、液受け部６００で回収された加工液３１０はホース６５０及び吸入孔３０６を通って設備内タンク３０１に回収される。次に、設備内タンク３０１に回収された加工液３１０は、フィルター３０２によって濾過された後に給油装置３００のポンプ動作により吐出孔３０５から吐出される。ワーク５００は被加工部品である。図２の（ａ）は、加工液３１０が複数の噴射孔２１５からワーク５００の加工部位に噴射されている様子を示している。
給油装置３００には加工液３１０が格納されている。給油装置３００は、ポンプにより吸い上げて加工液３１０を設備内タンク３０１から回収する。また、設備内タンク３０１には、回収した加工液３１０を循環させて加工粉等の不純物を濾過するフィルター３０２が設けられている。

噴射部２１０は、図３の（ａ）に示すように電極５０の周囲に配置される。噴射部２１０において、図２の（ｂ）に示すように、環状内面２１６と、底面２１７とのそれぞれに複数の噴射孔２１５が円周上に放射状に形成されている。噴射部２１０は、形彫放電加工機１０が備える電極ホルダ５１に連動して動く。
環状内面２１６は、電極ホルダ５１を囲む領域であり、円環形状部２１１の面のうち電極５０に対向する面である。
環状外面２４１は、円環形状部２１１の面のうち環状内面２１６に対向する面である。
底面２１７は、円環形状部２１１の面のうち鉛直方向における底面である。
上面２４２は、円環形状部２１１の面のうち鉛直方向における上面である。
形彫放電加工機１０が備える電極５０の周囲において、複数の噴射孔２１５の各々から電極５０に向けて加工液３１０が噴射される。複数の噴射孔２１５は、複数の上側噴射孔と、複数の下側噴射孔とから成ってもよい。環状内面２１６において、複数の上側噴射孔は電極５０の周囲に放射状に形成されている。底面２１７において、複数の下側噴射孔が電極５０の周囲に放射状に形成されている。複数の上側噴射孔の各々が加工液３１０を噴射する方向と中心軸９１０とが成す角度は４０度以上６０度以下である。中心軸９１０は、円環形状部２１１の中心軸であり、可動主軸部１２の軸線と同軸であり、電極５０の中心軸と同軸である。複数の下側噴射孔の各々が加工液３１０を噴射する方向と中心軸９１０とが成す角度は２０度以上４０度以下である。
噴射孔２１５の断面の形状は、具体例として、円形、矩形、又はその他の多角形状である。噴射孔２１５の断面における直径又は短辺の長さは、２ｍｍから７ｍｍ程度の間で適宜設定される。各噴射孔２１５の断面は、各噴射孔２１５における加工液３１０が噴射される方向に直交する面である。
環状内面２１６において、環状内面２１６の円周に沿って８箇所に均等に噴射孔２１５が配置されていることが好ましい。即ち、複数の上側噴射孔の数は８個であり、複数の上側噴射孔は、環状内面２１６に等間隔に形成されていることが好ましい。また、各噴射孔２１５は、電極下部５２の外周面を向いて電極５０の周囲に形成されていることが好ましい。
底面２１７において、底面２１７の円周に沿って８箇所に均等に噴射孔２１５が配置されていることが好ましい。即ち、複数の下側噴射孔の数は８個であり、複数の下側噴射孔は、底面２１７に等間隔に形成されていることが好ましい。また、各噴射孔２１５は、狭幅の深溝形状が形成される被加工部位を向いて形成されていることが好ましい。被加工部位は、ワーク５００のうち形彫放電加工機１０によって加工されている部分である。

噴射部２１０において、図２の（ｂ）に示すように、各噴射孔２１５がそれぞれ加工液流入孔２１４に連通するように分岐した流路を形成する加工液流路２１８が一体的に形成されている。即ち、噴射部２１０の内部には複数の流路が形成されており、複数の噴射孔２１５の各々は複数の流路のいずれかと接続している。また、支持部２１２の内部には、加工液３１０の流路が形成されている。噴射部２１０の内部において、加工液流入管２３０から支持部２１２の内部を介して噴射部２１０の内部に流入した加工液３１０は、複数の流路に従って複数に分岐する。加工液流路２１８は、環状外面２４１と環状内面２１６と上面２４２と底面２１７とによって囲まれている領域に形成されている環状の空洞である。図２の（ｂ）に示すように、加工液流路２１８の断面において環状内周面２４３が中心軸９１０に対し傾斜している。環状内周面２４３は、加工液流路２１８の壁面のうち環状内面２１６の裏側の面である。即ち、法線９２０と中心軸９１０とが成す角度であるφは鋭角である。ここで、法線９２０は、接線９１１に対する法線であって、中心軸９１０との交点を有する法線である。接線９１１は、環状内周面２４３に対する接線であって、中心軸９１０との交点を有する接線である。
図２の（ｂ）に示すように、各噴射孔２１５の流路中心軸は中心軸９１０に対して傾いている。また、噴射孔２１５ａの流路中心軸と、噴射孔２１５ｂの流路中心軸とは互いに異なる傾斜角を成す。噴射孔２１５の流路中心軸は噴射孔２１５から加工液３１０が噴射される方向を示す。各流路中心軸が成す傾斜角は、各流路中心軸と、中心軸９１０とが成す角度である。各噴射孔２１５の流路は、各噴射孔２１５から加工液３１０が噴射される角度を定める。図２の（ｂ）において、噴射孔２１５ａの流路中心軸と円環形状部２１１の中心軸とが成す角度であるθ_１は４５度であり、噴射孔２１５ｂの流路中心軸と円環形状部２１１の中心軸とが成す角度であるθ_２は３０度である。噴射孔２１５ａの流路中心軸と円環形状部２１１の中心軸とが成す角度は、噴射孔２１５ｂの流路中心軸と円環形状部２１１の中心軸とが成す角度よりも大きい。なお、複数の噴射孔２１５ａの各噴射孔２１５ａの傾斜角は一定ではなくてもよい。複数の噴射孔２１５ｂの各噴射孔２１５ｂの傾斜角は一定ではなくてもよい。また、環状内面２１６の法線と中心軸９１０とは直交し、環状外面２４１の法線と中心軸９１０とは直交する。
これにより、噴射部２１０に設けられた全１６か所の噴射孔２１５は、電極５０の軸線に沿って互いに異なる少なくとも２つの高さから、電極５０の周囲及び被加工部位に向かって加工液３１０を噴射する。そのため、図２の（ａ）に示すように大流量の加工液３１０が噴流となって加工溝内に侵入する。その結果、図３の（ｂ）に示すように、加工溝内面に乱流が生じるとともに、加工溝内の底部から上部まで間断なく加工液３１０が循環対流することにより、スラッジが加工溝内に溜まることなく排出される。

取付部２２０において、ＸＹ方向の端部に、当たり面２２２が形成された端面が設けられている。Ｘ方向及びＹ方向は図３の（ａ）に示されている。また、取付部２２０には磁石２２４が取り付けられている。磁石２２４は、具体例としてオンオフマグネットである。取付部２２０は、磁石２２４により可動主軸部１２に比較的容易に着脱可能に取り付けられる。取付部２２０は、具体例として、オンオフマグネットのオンオフ操作によりワンタッチで可動主軸部１２に取り付けることによって固定することが可能である。

噴射部２１０のワーク５００に対する相対的な位置であって、電極ホルダ５１の軸方向における高さ位置は調整穴２１９によって調整可能である。具体的には、支持部２１２が有する複数の調整穴２１９のいずれか数か所のいずれかと、取付部２２０が有する複数の調整穴２２３のいずれか数か所のいずれかとを共に貫通する複数の締結ボルト２２１の取り付け位置を変えることにより、噴射部２１０の高さを比較的容易に調整可能である。
加工液噴射治具２００は、取付部２２０によって可動主軸部１２に固定されている。そのため、電極５０が鉛直方向上下に移動しても、加工液噴射治具２００は電極５０に連動して動かない。このため、前述の構成によれば複数個のワーク５００の連続加工を安定的に実施することができる。

形彫放電加工において、電極５０へのパルス通電により、電極５０とワーク５００の被加工部位との間でパルス放電を起こし、加工液３１０の中で放電を生じさせる。この際、ワーク５００の被加工部位が局所的に６０００℃から７０００℃の高温となり、その結果、加工液３１０の中において気泡の爆発が生じることにより、被加工部位の表面が溶け、また、溶融部分が飛散除去される。そして、放電時間に応じて数μｍ単位で徐々に溝形状が形成され、形成された溝形状は掘り下げられる。
このとき、加工液噴射治具２００を用いて複数の噴射孔２１５から電極５０と被加工部位とに加工液３１０の噴流を当てることにより、溝の形成時に発生するスラッジの溝表面への付着を抑制しながら、高精度な加工寸法の溝を従来に比して短時間で加工することができる。
なお、図３の（ｂ）は、円筒形状である溝を形成するために、加工時間に応じて溝内の底面方向に円筒形状である電極５０を数μｍ単位で移動させている状態を例示している。本例に限らず、電極５０の形状を円環状とすることにより、幅が数ｍｍである円環形状の溝を数μｍの寸法精度で形成することが好適に可能である。また、電極５０の形状は、多角形状であってもよく、多角形状よりもさらに複雑な形状であってもよい。

＊＊＊実施の形態１の効果の説明＊＊＊
図６は、本実施の形態の効果を説明する図であり、従来技術である加工液噴射装置１１０を示している。加工液噴射装置１１０では、１つのクーラントノズルのみを用いて加工液３１０を噴射する。従って、加工液３１０が一方向からのみ噴射されるため、加工溝において、スラッジは、加工液３１０の噴射地点の反対側に移動する。また、加工液３１０の流量が足りないため、製品と電極５０の間に滞留しているスラッジが排出されない。
一方、本実施の形態によれば、複数の噴射孔２１５が電極５０の周囲に加工液３１０を十分な流量で噴射するため、スラッジは加工溝から排出される。従って、本実施の形態によれば、スラッジが被加工部位に溜まりにくいため、２次放電のリスクを減らすことができ、形彫放電加工機１０に発生する不具合のリスクを減らすことができる。また、２次放電を予防するための清掃作業を減らすことができるため、加工時間を大幅に減らすことができる。具体例として、ある加工の１回あたりの加工時間は、従来技術を用いた場合において０．４時間であったが、本実施の形態を用いた場合において０．１時間であった。

また、加工液噴射装置１１０において、電極ホルダ５１がＺ軸方向、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向の少なくともいずれかに動く度に噴射部のノズルと電極５０との位置関係が変わるため、加工液３１０の噴射によりスラッジを安定的に除去することができない。
一方、本実施の形態によれば、噴射部２１０は取付部２２０を介して可動主軸部１２に取り付けられている。従って、本実施の形態によれば、可動主軸部１１及び可動主軸部１２が動いた場合に電極ホルダ５１に連動して噴射部２１０が動くため、噴射部２１０と電極５０との位置関係は電極ホルダ５１が動くことによっては変わらない。

＊＊＊他の実施の形態＊＊＊
実施の形態１について説明したが、本実施の形態のうち、複数の部分を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、本実施の形態を部分的に実施しても構わない。その他、本実施の形態は、必要に応じて種々の変更がなされても構わず、全体としてあるいは部分的に、どのように組み合わせて実施されても構わない。
なお、前述した実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本開示と、その適用物と、用途の範囲とを制限することを意図するものではない。説明した手順は適宜変更されてもよい。

１０形彫放電加工機、１１，１２可動主軸部、５０電極、５１電極ホルダ、５２電極下部、１００，１１０加工液噴射装置、２００加工液噴射治具、２１０噴射部、２１１円環形状部、２１２支持部、２１３取付部側面、２１４加工液流入孔、２１５，２１５ａ，２１５ｂ噴射孔、２１６環状内面、２１７底面、２１８加工液流路、２１９調整穴、２２０取付部、２２１締結ボルト、２２２当たり面、２２３調整穴、２２４磁石、２３０加工液流入管、２４１環状外面、２４２上面、２４３環状内周面、３００給油装置、３０１設備内タンク、３０２フィルター、３０５吐出孔、３０６吸入孔、３１０加工液、４００配管ホース、５００ワーク、６００液受け部、６５０ホース、９１０中心軸、９１１接線、９２０法線。

Claims

形彫放電加工機において加工液を噴射する加工液噴射装置であって、
前記形彫放電加工機が備える電極の周囲において前記電極に向けて加工液を噴射する複数の噴射孔が放射状に形成されており、前記形彫放電加工機が備える可動主軸部に連動して動く噴射部
を備える加工液噴射装置であって、
前記噴射部は、前記電極の周囲を囲む円環形状部を備え、
前記複数の噴射孔は、複数の上側噴射孔と、複数の下側噴射孔とから成り、
前記円環形状部の前記電極に対向する環状内面には、前記複数の上側噴射孔が前記電極の周囲に放射状に形成されており、
前記円環形状部の鉛直方向における底面には、前記複数の下側噴射孔が前記電極の周囲に放射状に形成されている加工液噴射装置。
前記複数の噴射孔の各々が加工液を噴射する方向は、前記電極の中心軸に対して傾いている請求項１に記載の加工液噴射装置。
前記複数の上側噴射孔の各々が加工液を噴射する方向と、前記円環形状部の中心軸とが成す角度は４０度以上６０度以下であり、
前記複数の下側噴射孔の各々が加工液を噴射する方向と、前記円環形状部の中心軸とが成す角度は２０度以上４０度以下である請求項１又は２に記載の加工液噴射装置。
前記複数の上側噴射孔の数は８個であり、
前記複数の上側噴射孔は、前記環状内面に等間隔に形成されており、
前記複数の下側噴射孔の数は８個であり、
前記複数の下側噴射孔は、前記底面に等間隔に形成されている請求項１から３のいずれか１項に記載の加工液噴射装置。
前記噴射部は前記円環形状部を支持する支持部を備え、
前記加工液噴射装置は、さらに、
前記支持部が締結される取付部
を備え、
前記取付部は、前記形彫放電加工機が備える可動主軸部に着脱可能に取り付けられている請求項１から４のいずれか１項に記載の加工液噴射装置。
前記取付部は、磁力により前記可動主軸部に着脱可能に取り付けられている請求項５に記載の加工液噴射装置。
前記支持部と前記取付部とが締結される位置を変更することにより、前記円環形状部の鉛直方向における位置を変更することができる請求項５又は６に記載の加工液噴射装置。
前記噴射部の内部には複数の流路が形成されており、
前記複数の噴射孔の各々は前記複数の流路のいずれかと接続しており、
前記支持部の内部には、加工液の流路が形成されており、
前記支持部には、加工液が流入する加工液流入管が着脱可能に取り付けられており、
前記噴射部の内部において、前記加工液流入管から前記支持部の内部を介して前記噴射部の内部に流入した加工液は、前記複数の流路に従って複数に分岐する請求項５から７のいずれか１項に記載の加工液噴射装置。
形彫放電加工機において、噴射部に形成されている複数の噴射孔から前記形彫放電加工機が備える電極に向けて加工液を噴射する加工液噴射方法であって、
前記複数の噴射孔は、前記電極の周囲に放射状に形成されており、
前記噴射部は、前記形彫放電加工機が備える可動主軸部に連動して動く加工液噴射方法であって、
前記噴射部は、前記電極の周囲を囲む円環形状部を備え、
前記複数の噴射孔は、複数の上側噴射孔と、複数の下側噴射孔とから成り、
前記円環形状部の前記電極に対向する環状内面には、前記複数の上側噴射孔が前記電極の周囲に放射状に形成されており、
前記円環形状部の鉛直方向における底面には、前記複数の下側噴射孔が前記電極の周囲に放射状に形成されている加工液噴射方法。