(57)【要約】【課題】回転式円形ブレードを使用するＥＤＭデバイスを提供すること。【解決手段】放電加工（ＥＤＭ）デバイス（１００）は、円形ブレード（１０２）と、円形ブレード（１０２）に連結された、円形ブレード（１０２）を回転させるモータ（１０４）と、円形ブレード（１０２）及び被加工物（１１０）に動作可能に連結された放電制御系（１０６）とを含む。放電制御系（１０６）は、放電加工を使用して回転式円形ブレード（１０２）に被加工物（１１０）を切削させる。デバイス（１００）によって、ＥＤＭを使用して材料の大きな塊を除去することが可能になって、部品を作成するのに必要な切削の数、時間、及びエネルギーが最小限に抑えられる。【選択図】  図１
2010274411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電加工（ＥＤＭ）デバイス（１００）であって、
円形ブレード（１０２）と、
円形ブレード（１０２）に連結された、円形ブレード（１０２）を回転させるモータ（１０４）と、
円形ブレード（１０２）及び被加工物（１１０）に動作可能に連結された、放電加工を使用して回転式円形ブレード（１０２）に被加工物（１１０）を切削させる放電制御系（１０６）と
を備えてなるデバイス。
【請求項２】
円形ブレード（１０２）及び被加工物（１１０）の少なくとも一方を、円形ブレード（１０２）及び被加工物（１１０）の他方に対して三次元で移動させる自在移動系（１３２）（１３０）をさらに備えてなる、請求項１記載のＥＤＭデバイス。
【請求項３】
円形ブレード（１０２）をモータ（１０４）に連結する駆動スピンドル（１６０）であって、テーパー面（１６６）（２５２）を有する開口部（１６８）を含む駆動スピンドル（１６０）と、
放電制御系（１０６）に電気的に連結された電気接続器であって、テーパー面（１６６）（２５２）と噛合して係合する外表面（１６６）（２５２）を含む接触器と
をさらに備えてなる、請求項１記載のＥＤＭデバイス。
【請求項４】
円形ブレード（１０２）の磨耗を検出する磨耗センサ（１３６）をさらに備えてなる、請求項１記載のＥＤＭデバイス。
【請求項５】
回転式円形ブレード（１０２）と被加工物（１１０）との間の界面（２５２）に機械加工流体（１４２）を送達する流体ノズルをさらに備えてなる、請求項１記載のＥＤＭデバイス。
【請求項６】
円形ブレード（１０２）がほぼ平面であり、円形ブレード（１０２）の外周縁部（１４６）が被加工物（１１０）を切削する、請求項１記載のＥＤＭデバイス。
【請求項７】
円形ブレード（１０２）が、ほぼ平面のベース（３７２）を有する皿形（３７０）と、平面のベース（３７２）からほぼ垂直に延在する円筒状のリム（３７４）とを有し、円筒状のリム（３７４）の面削り末端縁部（３７６）が被加工物（１１０）を切削する、請求項１記載のＥＤＭデバイス。
【請求項８】
円形ブレード（１０２）が、
円形ブレードの面（２５２）にある、第１の厚さを有する陥凹区域（２５０）と、
半径方向寸法と第１の厚さよりも厚い第２の厚さとを有する外周縁部（１４６）と、
陥凹区域（２５０）から外周縁部（１４６）を通り抜ける複数の流体通路（１８２）（２５４）と
を含んでなる、請求項１記載のＥＤＭデバイス。
【請求項９】
複数の流体通路（１８２）（２５４）がそれぞれ第１の厚さを有する、請求項８記載のＥＤＭデバイス。
【請求項１０】
複数の流体流路（１８２）（２５４）がそれぞれ、円形ブレード（１０２）の中心に対して半径方向以外の方向に延在する、請求項８記載のＥＤＭデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広義には放電加工（ＥＤＭ）に関する。具体的には、本発明は、回転式円形ブレードを使用するＥＤＭデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
高抵抗性のニッケル合金（例えば、インコネル）など、機械加工が困難な金属又は合金は、メーカーにとっての継続的な課題である。それらの金属は他の合金よりも硬く強靭なので、従来の機械加工が困難である。従来のもの以外の方策としては、レーザー加工、電解加工、及び放電加工が挙げられるが、それらのいくつかは比較的低速であり、大きなエネルギー消費を必要とし、他の課題が提示される。ＥＤＭ型彫りは、少量のこれら材料から様々な構造を作るのに使用されてきた。ＥＤＭ型彫りは、典型的には、炭化水素系オイルなどの流体のタンクに被加工物を入れることを伴う。被加工物の所望形状の鏡像を有するダイ電極は、ラムによって被加工物に近接するように駆動され、次に、ダイ電極と被加工物との間のギャップに電気パルスが繰り返し印加されて、材料を被加工物から精密に除去する放電が引き起こされる。ＥＤＭ型彫りは、高い切削力及び硬い工具を使用することなく、機械加工が困難な金属又は合金を加工する能力を有し、それによって、従来の機械加工技術よりもプロセスの費用効率が高くなり、負担が少なくなる。ＥＤＭ型彫りはこれらの合金を機械加工する魅力的なプロセスであるが、現在は、多数の課題によってその用途が限定されている。
【０００３】
他のいくつかのＥＤＭに基づく方策は、回転式研削面工具を用いる。ＥＤＭに基づく方策のいずれかによる１つの課題は、材料が粒子の形態で除去される点であり、それによってプロセスが非常に低速になる。ワイヤに基づくＥＤＭも用いられるが、翼形部の凹面形態など、三次元形状の一部の複雑な部品を形成することができない。ワイヤの破損を防ぐため、ワイヤ電極への電力入力は制限され、それによって、切削速度は不十分な速度に制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６５６６６２３号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様は、円形ブレードと、円形ブレードに連結された、円形ブレードを回転させるモータと、円形ブレード及び被加工物に動作可能に連結された、放電加工を使用して回転式円形ブレードによって被加工物を切削させる放電制御系とを備えてなる、放電加工（ＥＤＭ）デバイスを提供する。
【０００６】
本発明の第２の態様は、ほぼ平面であって外周縁部を有する円形ブレードと、円形ブレードに連結された、円形ブレードを回転させるモータと、円形ブレード及び被加工物に動作可能に連結された、放電加工を使用して回転式円形ブレードの外周縁部によって被加工物を切削させる放電制御系と、円形ブレード及び被加工物の一方を他方に対して三次元で移動させる自在移動系（universal movement system）とを備えてなる、放電加工（ＥＤＭ）デバイスを提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態による円形ブレードを使用する放電加工（ＥＤＭ）デバイスの概略図である。
【図２】本発明の一実施形態による円形ブレードの正面図及び側面図である。
【図３Ａ】本発明の第２の実施形態による円形ブレードの正面図及び側面図である。
【図３Ｂ】本発明の代替の第２の実施形態による円形ブレードの正面図及び側面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態による円形ブレードの正面図及び側面図である。
【図５Ａ】円形ブレードの様々な実施形態を使用して機械加工された被加工物の斜視図である。
【図５Ｂ】円形ブレードの様々な実施形態を使用して機械加工された被加工物の斜視図である。
【図６】本発明によるＥＤＭデバイスの様々な用途を示す図である。
【図７】本発明によるＥＤＭデバイスの様々な用途を示す図である。
【図８】本発明によるＥＤＭデバイスの様々な用途を示す図である。
【図９】本発明によるＥＤＭデバイスの様々な用途を示す図である。
【図１０】本発明によるＥＤＭデバイスの様々な用途を示す図である。
【図１１】本発明によるＥＤＭデバイスの様々な用途を示す図である。
【図１２】本発明によるＥＤＭデバイスの様々な用途を示す図である。
【図１３】本発明によるＥＤＭデバイスの様々な用途を示す図である。
【図１４】本発明によるＥＤＭデバイスの様々な用途を示す図である。
【図１５】本発明によるＥＤＭデバイスの様々な用途を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図面を参照すると、図１は、本発明の実施形態による放電加工（ＥＤＭ）デバイス１００の概略図を示す。ＥＤＭデバイス１００は、円形ブレード１０２と、円形ブレード１０２に連結された、ブレードを回転させるモータ１０４と、円形ブレード１０２及び被加工物１１０に動作可能に連結された放電制御系１０６とを含む。被加工物１１０は最終製品へと形作られるあらゆる原料部品を含んでもよい。例えば、被加工物１１０はニッケル系合金を含んでもよい。本明細書に記載するように、放電制御系１０６は、放電加工を使用して、例えば円形ブレード１０２と被加工物１１０との間の電極間空間の内部での頻繁な放電を使用して、回転式円形ブレード１０２に被加工物１１０を切削させる。より具体的には、モータ１０４は、例えば毎分約４００回転を超える高速で、円形ブレード１０２を回転させる。同時に、放電制御系１０６は、負の極性を有する電圧／電流を円形ブレード１０２に、正の極性を有する電圧／電流を被加工物１１０に生じさせる。この極性設定は、機械加工流体１４２（本明細書の別の箇所に記載）と併せて、約３マイクロ秒よりも短い短放電パルスをもたらす。制御系１０６はまた、この極性設定を反転させて、すなわち円形ブレード１０２を正の極性に接続し、被加工物１１０を負の極性に接続して、オイルの誘電性と３マイクロ秒よりも長い長放電パルスとに適合させてもよい。円形ブレード１０２が回転すると、被加工物１１０から材料を除去することができる放電が、円形ブレード１０２によって形成される切溝又はスロット１１２内に作り出される。すなわち、円形ブレード１０２は切溝１１２の形態の切れ目を形成する。合致する２つの切溝が作られた後にＶ字形の材料区画１２０が除去された後の、切溝１１２が示されていることに留意されたい。この場合、従来の切削プロセスに見られるような被加工物１１０の分割ではなく、材料の塊、すなわちＶ字形の材料区画１２０が作成される。円形ブレード１０２は平滑な周縁を備えた導電性電極である。材料の除去は、高温での頻繁な放電中に行われるので、機械的切削を伴わない。
【０００９】
ＥＤＭデバイス１００はまた、被加工物１１０に対して三次元で円形ブレード１０２を移動させる自在移動系１３０、及び／又は回転式円形ブレード１０２に対して三次元で被加工物１１０を移動させる自在移動系１３２を含んでもよい。並進運動に加えて、被加工物１１０は、自在移動系１３０の制御下で固定の線又は軸線を中心にして旋回することができる。自在移動系１３０はまた、被加工物１１０の表面に関して可変の角度で切削ブレード１０２を傾けて、斜めの切溝を被加工物１１０に切り込むことができる。２つの向かい合う傾いた切削によって、図１に示されるようなＶ字形の材料区画１２０が除去される。切削ブレード１０２はｙ軸に沿って移動するが、ｙ軸を中心にして旋回して、被加工物１００の表面に勾配を作ってもよい。また、被加工物１１０の表面に対する勾配を作る前に、ブレードマウント１５０がｚ軸を中心にして旋回して、円形ブレード１０２に平行なｘ−ｙ面の方向に沿って被加工物１１０を移動させることができる。自在移動系（複数可）１３０、１３２は、円形ブレード１０２及び／又は被加工物１１０を三次元以上で移動させ旋回させる、すなわち、様々な切削を可能にする４軸以上の運動制御が実施される、必須のモータ、センサ、ロボティクス、ハードウェア／ソフトウェアなどを有する、計算機数値制御（ＣＮＣ）下の現在既知の又は今後開発されるあらゆる系を含んでもよい。
【００１０】
円形ブレード１０２は動作の間に消費される。ブレードの磨耗による切削深さの低減を防ぐため、円形ブレードの磨耗を検出する磨耗センサ１３６が設けられてもよい。磨耗は、不十分な寸法まで減少していくブレードの直径の形態、又は他の損傷の形態、例えば壊れた周面をとることがある。磨耗センサ１３６は、レーザー、赤外線、誘導、接触など、非接触センサの形態をとってもよい。磨耗センサ１３６は、自在移動系（複数可）１３０、１３２に電気的に連結されてもよいので、ブレード及び／又は被加工物１１０の移動を調節して、ブレード１０２の磨耗を補償することができる。同様に、磨耗センサ１３６は、放電制御系１０６に電気的に連結されてもよいので、円形ブレード１０２に印加される電圧／電流を調節して、ブレード１０２の磨耗を補償することができる。例えば、被加工物１１０へのブレード１０２の送り込みを増加して、そうでなければ低減される切削深さを相殺してもよい。
【００１１】
ＥＤＭデバイス１００はまた、回転式円形ブレード１０２と被加工物１１０との間の界面に、機械加工流体１４２を、例えば炭化水素系オイル又は水性の誘電性流体を送達する流体ノズル（複数可）１４０を含む。当該分野では知られているように、機械加工流体１４２は、中でも、被加工物１１０から除去された材料の粒子を除去し、被加工物１１０及び円形ブレード１０２を冷却し、放電加工のための適正な雰囲気を、例えば高温プラズマを作り出すのを支援するように材料を供給する役割を果たす。あらゆる適切なポンプ装置が、機械加工流体１４２を流体ノズル（複数可）１４０に送達するのに用いられてもよい。機械加工流体１４２は、再使用のため、被加工物１１０の下方にある作業台及びタンク（図示なし）内に捕捉されてもよい。使用済みの流体は、微粒子を除去するためにフィルタ処理され、機械加工流体１４２が水性誘電体を含む場合は脱イオンされる。
【００１２】
図１及び２に示されるように、一実施形態では、円形ブレード１０２はほぼ平面であり、円形ブレード１０２の外周縁部１４６が被加工物１１０を切削する。図２は、円形ブレード１０２の正面図（左側）及び側面図（右側）の両方を示す。図３Ａ及び３Ｂは両方とも、円形ブレード２０２の別の実施形態の正面図（左側）及び側面図（中央）を示す。この実施形態では、円形ブレード２０２は、その面２５２に陥凹区域２５０を含む。陥凹区域２５０は第１の厚さＴ１を有する（図３Ａ〜３Ｂの中央）。外周縁部１４６は、半径方向寸法Ｒ１（図３Ａ〜３Ｂの左側）と、第１の厚さＴ１よりも厚い第２の厚さＴ２（図３Ａ〜３Ｂの中央）とを有し、それによって陥凹区域２５０を形成している。陥凹区域２５０から外周縁部１４６を通り抜ける、複数の流体通路２５４（図３Ａ〜３Ｂの左側）が設けられてもよい。複数の流体通路２５４はそれぞれ第１の厚さＴ１を有してもよい。さらに示されるように、複数の流体通路２５４はそれぞれ、円形ブレード２０２の中心Ｃに対して半径方向以外の方向に延在してもよい。しかし、流体通路２５４は様々な異なる位置を有してもよいことが理解される。動作の際、外周縁部１４６が機械加工流体１４２（図１）（例えば、誘電性流体）に浸漬され、円形ブレード２０２が時計方向に回転すると、通路２５４が新しい機械加工流体１４２を外周縁部１４６に向かって駆動して、円形ブレード２０２と被加工物１１０との間の放電ギャップを洗い流す。駆動力は、高速回転中の機械加工流体１４２の遠心効果によってもたらされ、機械加工流体１４２は陥凹区域２５０から来る。代替実施形態では、円形ブレード１０２の外周縁部１４６は機械加工流体１４２に浸漬されてもよい。
【００１３】
図３Ａはまた、円形ブレード２０２をモータ１０４（図１）の出力軸１６１と機械的に連結するのに使用される駆動スピンドル１６０を示す。出力軸１６１は、既知のやり方で駆動スピンドル１６０の周囲に固定して連結されてもよい。放電制御系１０６（図１）に電気的に連結される電気接触器（electrical contactor）１６２は、駆動スピンドル１６０と噛合し、円形ブレード２０２の中心Ｃに電流を伝導して放電を引き起こす。接触器１６２は、高密度グラファイト又は他の消耗導電材料から作られてもよい。図示される実施形態では、駆動スピンドル１６０は、テーパー面、例えば、ほぼ凸面、円錐、又は切頭円錐形を有する開口部１６８を含む。接触器１６２は、開口部１６８のテーパー面、例えば、ほぼ円錐又は切頭円錐形と噛合する外表面１６６を有する。接触器１６２は、駆動スピンドル１６０に機械的に接続されず、また、モータ１０４の出力軸１６１の中心穴１７０を介して固定されてもよい。動作の際、駆動スピンドル１６０が接触器１６２を中心にして高速で回転すると、接触器は駆動スピンドルに接触する。接触器１６２は、電源との静電接続をもたらすように固定される。接触器１６２は、磨耗を最小限にする最低摩擦速度を達成するように、円形ブレード２０２の中心Ｃ付近に位置付けられる。接触器の外表面と駆動スピンドル１６０の開口部１６８との間の摩擦によって、接触器１６２は磨耗する。この状況に対処するため、テーパー面に加えて、接触器１６２は、例えば、ばね１６４によって開口部１６８に向かって付勢されて、動作中の連続的な接触が確保されてもよい。したがって、接触器１６２が磨耗し小さくなるにつれて、接触器１６２は開口部１６８内へとさらに移動し、それによって、駆動スピンドル１６０と接触器１６２との間の接触が維持され、接触器の寿命が伸びる。上述の機能を提供するため、テーパー面を噛合させる特定の実施例について記載してきたが、他の噛合形状が可能であってもよいことが理解される。さらに、ブレードに電流を送達しながら円形ブレードを回転させることができる、他のあらゆる構造が本発明の範囲内で考慮される。例えば、駆動スピンドル１６０及び接触器１６２は、円形ブレード２０２の図示とは反対の側から取り付けることもでき、それによってより広い空間が得られる。接触面積をより大きくして電流容量を高めるため、ブレード１０２の両側に１つずつ、２つの接触器１６２を使用することができる。
【００１４】
別の代替実施形態では、図３Ｂに示されるように、機械加工流体１４２（図１のみ）は、回転式駆動スピンドル１６０を通って延在する複数の通路１８２を介して供給されてもよい。通路１８２は、駆動スピンドル１６０、接触器１６２、及び出力軸１６１を通って延在する中央の静的な流体導管１８０から延在し、そこを介して機械加工流体を通路１８２に送達することができる。通路１８２は、駆動スピンドル１６０内で円周方向に離間してもよい。電気的接触が作られる開口部１６８への流体漏れを防ぐため、静的な導管１８０と駆動スピンドル１６０との間に封止Ｏリング１８４が挿入されてもよい。洗浄強度を外部から付加するため、ノズル１４０（図１）も図３Ａ〜３Ｂの実施形態に適用されてもよい。円形ブレードの図３Ａ〜３Ｂの実施形態によって示されているが、図３Ａ〜３Ｂの教示は、本明細書に記載する円形ブレードの他のいずれかの実施形態でも用いられてもよい。
【００１５】
図４は、ブレードが、ほぼ平面のベース３７２を有する皿形３７０と、平面のベースからほぼ垂直に延在する円筒状のリム３７４とを有する、円形ブレード３０２の別の実施形態を示す。このやり方では、円筒状のリム３７４の面削り末端縁部（facing end edge）３７６が被加工物１１０を切削する。図５Ａ〜５Ｂは、円形ブレード３０２の一例の適用を示す。図５Ａは、ほぼ平面である円形ブレード１０２、２０２（それぞれ、図２及び３）を使用する被加工物１１０への第１の切削３８０を示す。図５Ｂは、この場合は半円の区画を被加工物から除去する、円形ブレード３０２を使用する同じ被加工物への第２の切削３８２を示す。図５Ａ〜５Ｂでは完全に合致するように示されるが、切削のある程度のミスアラインメントが許容できることがある。円形ブレード３０２によって、大きなキャビティ壁を含む任意の開いた被加工物の側から切削に臨むことが可能になる。
【００１６】
本明細書に記載する円形ブレード１０２、２０２、３０２のいずれも、異なる直径をそれぞれ有する一組の円形ブレードの一部として提供されてもよい。このやり方では、異なるサイズの切削を行うことができる。
【００１７】
図６〜１３は、円形ブレード１０２、２０２、３０２の様々な用途を示す。図６〜７は、円形ブレードを使用するＥＤＭデバイス１００（図１）をどのように使用して、繰り返され、合致する、角度を付けた切削を使用してフライス削りなどの機械加工を行って、被加工物１１０の次第に小さくなる区画を徐々に除去することができるかを示す。図６は、ＥＤＭデバイスを使用する異なるフライス削りプロセスを示す。従来のＥＤＭは、余分な原料を分解して微粒子にしなければならない。対照的に、ＥＤＭデバイス１００は、より大きな塊の形態で材料を除去して、エネルギー効率が改善された高い除去速度をもたらす。材料がより大きな塊の形で除去されれば、微粒子の場合よりも消費されるエネルギーは少なくなる。除去される塊が、機械的フライス削り又は丸削りプロセスによるものなどの切削チップよりもはるかに厚い場合、ＥＤＭに基づくフライス削りプロセスは、機械的な加工プロセスよりも高速かつ高効率でもある。被加工物１１０がインコネルなどの超合金から作られている場合、これらの硬質材料を用いる機械的切削は非常に困難になるので、金属の除去速度における利点はより一層明白である。
【００１８】
図７は、図６を向上させた方法を示す。最初に、除去速度を最大限にするため、大きなフライス削り工程が行われる。続いて、目標面が近付くにつれてフライス削り工程は徐々に低減されて、より平滑な表面は最終目標面により近付く。これらのプロセスは、高い除去速度並びに高いプロセス効率を目的とした荒削り向けであることに留意されたい。最終的な表面の要件に達するため、仕上げプロセスがこれに続く。図８は、ＥＤＭデバイス１００をどのように使用して、繰り返され、合致する、角度を付けた切削を使用して被加工物１１０に溝４００を形成して、被加工物１１０の次第に小さくなる区画を徐々に除去することができるかを示す。新規な方法によって広範囲に原料が取り除かれた後、全体的な生産性及び効率は依然としてはるかに高いまま、より低速の従来の機械加工によって最終仕上げ工程が行われてもよい。ＥＤＭデバイス１００は、被加工物を半分に分割するのではなく、余分な金属をできるだけ高速で除去するのに使用されることに留意されたい。
【００１９】
図９は、ＥＤＭデバイス１００と材料除去の上述の方法とをどのように使用して、二次元空間において実質的に湾曲した表面４０２を作成することができるかを示し、図１０は、ＥＤＭデバイス１００をどのように使用して、繰り返される、角度を付けた切削を使用して被加工物１１０の区画を迅速に除去して、湾曲面４０２を実質的に丸み付けられた表面４０４に変化させることができるかを示す。このやり方では、湾曲面はより全体的に三次元の表面になる。従来のＥＤＭが適用された場合、エネルギー消費がより大きくより低速のプロセスで、除去された塊を粉砕して微粒子にしなければならない。特に、従来の機械加工プロセスは、エネルギー消費がより大きくより多数のツールパスによって、除去された材料を粉砕して多数の薄い金属チップにすることを必要とする。表面４０２、４０４はそれぞれ、はるかに低速かつ低効率である従来の仕上げ削りを必要とすることがある。
【００２０】
図１１は、ＥＤＭデバイス１００をどのように使用して、漸進的に小さくなる隣接したスロットを被加工物１１０に繰り返し作って、ほぼ半球形の開口部４０６を形成することができるかを示す。このプロセスは、最小のブレード（複数可）が半球形のキャビティ４０６の底部に適合する、漸進的に小さくなる円形ブレードを使用することを必要とする。図１２は、ＥＤＭデバイス１００をどのように使用して、繰り返され、合致する、角度を付けた切削を使用して被加工物１１０に湾曲した溝４１０を形成して、被加工物１１０の次第に小さくなる区画を低速で除去することができるかを示す。そのプロセスにおける最終仕上げ工程は、従来の機械加工によって行われてもよい。やはり、ＥＤＭデバイス１００は、目標面に精密に達するように、通常の仕上げプロセスによる高い材料除去速度及び効率をもたらす。図１３は、ＥＤＭデバイス１００がどのようにして、ブレードを方向付けるために、自在移動系（複数可）１３０、１３２を使用して、湾曲した切削４１２を形成することができるかを示す。この場合、円形ブレード１０２、２０２は傾けられず、すなわち被加工物１１０に垂直であるが、そうでなければ様々な切削深さは不可能である。
【００２１】
特に、硬質の被加工物材料を用いて機械加工すべき質量が大きいとき、粗い形状をより高速で生成するように、ＥＤＭデバイス１００を使用して、より少数の切削又はパスによって実質的にいかなる複雑な部品も作成することができる。３つの異なる種類の切削方法を適用して、材料を最大限除去するため、タービン動翼などの複雑な幾何学形状に適応することができる。図１３に示されるように、第１の方法は、ブレードが被加工物表面に対して垂直に設定される直線切削である。ブレードは、被加工物に真直ぐに切り込み、次にブレードの側面に沿って横方向に前進して、被加工物表面に直角な切溝を形成する。回転ブレードが前進するにつれて、目標の被加工物プロファイルに沿うように切削深さは変動することができる。図１に示されるように、第２の方法は、ブレードが被加工物表面に対して傾けられる傾斜切削（tilt cutting）である。自在制御系１３０及び１３２の制御下で、円形ブレード１０２、２０２は、ブレードの側面に沿って被加工物に切り込む。ブレードがある深さだけ被加工物に切り込んだ後、被加工物は、傾けられた回転するブレードに向かって真直ぐ送り込まれて、深さが一定の傾いた切溝が形成される。この場合、切削深さは変化することができない。
【００２２】
図５に示されるように、第３の方法は、円形ブレード３０２を使用して被加工物１１０が開放側から切り込まれる側面切削を含む。この場合、円形ブレード３０２のリムは、ほぼ凹面の被加工物表面プロファイルを作成することができる。これら３つの方法の最適な組み合わせを適用して、最少数の切削を使用し、目標の被加工物にできるだけ近付けることによって、未加工の被加工物から余分な材料が除去される。長方形又は円筒状の棒材を所与として、切削の組み合わせ及び戦略は、被加工物の限界を侵すことなくできる限り大きな塊を除去するように設計される。被加工物の目標限界に近付くように、より小さな塊を後で除去することができる。これらのより小さな切削は低速なので、高い生産性のために低減することができる。大きな材料を除去した後、通常は既知の技術である後に続く仕上げプロセスのため、粗い形状が形成される。従来の仕上げプロセスよりも依然として高速である限り、次第に小さくなる切削を続けて最終寸法に徐々に近付けることができる。結果的に、減少し続ける塊又はチップのサイズのため、従来の機械加工プロセスはより高速になる。この時点で、本明細書に記載の方法は停止され、製品を完成させるために従来の機械加工が実施される。
【００２３】
図１４Ａ〜１４Ｄは、ＥＤＭデバイス１００を使用する多数の切削、及び本明細書に記載する切削方法を使用する、タービンブレード５００（図面において明るい陰影で示される）の形成を示す。この図では、被加工物１１０は棒材を含む。破線５０５は、動翼の凸側にある隆起を示す。図１４Ａは、棒材の被加工物１１０に部分的に入り込んでいる、２つの水平な（図示されるように）直線の切削Ａ、Ｂを示す。直線の切削は、翼上の底面プロファイルに沿うように切削深さが変動する。図１４Ｂは、直線の切削Ａ、Ｂ（図１４Ａ）と合致する４つの角度を付けた切削１〜４を示す。角度を付けた、又は傾けられた切削１及び２は、隆起５０５を横切る切削Ａの垂直側に合致するように２つの底面を生成する。他方で、角度を付けた切削３及び４は、隆起５０５を横切る切削Ｂの垂直側に合致するように同じことを行う。切削１は翼の隆起５０５の上方で切削２に合致し、切削３も隆起５０５の上方で切削４に合致する。材料の４つのブロックが被加工物１１０から除去される。次に、図１４Ｃは、中央部の材料をさらに除去するための、さらなる４つの角度を付けた切削５、６、７、及び８を示す。切削５による底面は中央で切削７による底面に合致し、切削６による底面は中央で切削８による底面に合致する。さらに２つの材料のブロックが除去される。この時点で、さらなる機械加工及び仕上げのため、凸面の翼形部の粗い形状がすでに生成されている。図１４Ｄは、角度を付けた切削１〜８によって残された隆起を平らにするための、さらなる４つの側面切削Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、及びＩＶを示す。切削Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、及びＩＶは、通常は不要であるが、さらなる機械加工及び仕上げの作業を低減する助けとなる。
【００２４】
図１５は、さらなる機械加工及び／又は仕上げのための、見込み代原料（allowance stock）の層を含む大まかに機械加工された翼形部表面を示す。金属の８〜１０個のブロックを除去した後で大まかにかつ迅速に生成される、結果として得られた表面は、目標の翼形部表面に緊密に近似している。従来の処理を使用すると、これらのブロックを切削して多数の薄いチップにしなければならず、より長い時間とエネルギーがかかる。翼形部表面に残された線は、切削Ａ、Ｂ、Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、及びＩＶの結果である。同じ戦略を、ただし恐らくは切削の異なる組み合わせを用いて、翼形部５００の他の面並びにダブテールなどに適用することができる。やはり、ＥＤＭデバイス１００は、最小限の時間及びエネルギーの負担で、大きな原料を迅速にかつ効率的に除去する。被加工物１１０及びブレードマウント１５０の必要な並進運動に加えて、図１に示されるように、これらの異なる切削のために被加工物及びブレードを所望の調整で設定するため、被加工物１１０及びマウント１５０を旋回させることも必要なことがある。
【００２５】
用語「第１の」、「第２の」などは、本明細書では、いかなる順序、量、又は重要度も表すものではなく、むしろ１つの要素を別の要素と区別するために使用され、用語「ａ」、「ａｎ」は、本明細書では、量の限定を表すものではなく、むしろ参照した品目が少なくとも１つ存在することを表す。量と関連して使用される修飾語句「約」は、提示される値を包含するものであり、文脈によって解釈される意味を有する（例えば、特定量の測定と関連する誤差の程度を含む）。用語「（複数可）」は、本明細書では、それが修飾する用語の単数及び複数の両方を含み、それによって、その用語の１つ以上を含むものとする（例えば、金属（複数可）は１つ以上の金属を含む）。本明細書に開示される範囲は包括的であり、独立に組み合わせ可能である（例えば、「約２５重量％以下、又はより具体的には、約５重量％〜約２０重量％」の範囲は、「約５重量％〜約２５重量％」の範囲の端点とすべての中間値とを包含する）。
【００２６】
様々な実施形態を本明細書に記載しているが、要素の様々な組み合わせ、変形、又は改善が当業者によって行われてもよく、またそれらは本発明の範囲内にあることが、明細書から理解されるであろう。それに加えて、特定の状況又は材料に適応するように、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、本発明の教示に対して多くの修正が行われてもよい。したがって、本発明は、本発明を実施するために考えられる最良の形態として開示する特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、添付の請求項の範囲内にあるすべての実施形態を含むものとする。
【符号の説明】
【００２７】
１００  デバイス
１０２  円形ブレード
１０４  モータ
１０６  制御系
１１０  被加工物
１１２  スロット
１２０  材料区画
１３０  移動系
１３２  自在移動系
１３６  磨耗センサ
１４０  流体ノズル
１４２  機械加工流体
１４６  周縁部
１５０  ブレードマウント
１６０  スピンドル
１６１  出力軸
１６２  電気接触器
１６６  表面
１６８  開口部
１８２  通路
１８４  封止Ｏリング
２５０  陥凹区域
２５２  面
２５４  通路
３７０  皿形
３７２  平面のベース
３７４  円筒状のリム
３７６  末端縁部
３８２  第２の切削
４０２  湾曲面
４０４  丸み付けされた表面
５００  タービンブレード
５０５  破線
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図８】
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【図１２】
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【図１３】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１４】
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【図１５】
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