(57)【要約】【課題】加工物に少なくとも１つの穴を穿孔するための方法であって、加工物の望ましくない壁損傷を実質的に防止し得る方法を提供すること。【解決手段】本願発明の方法は、液体から形成される機械加工用ジェットによって加工物１２の前壁セクションに少なくとも１つの穴を穿孔するために使用される。必要に応じて液体に研磨材が混合される。穿孔方向に見て、前壁セクションは加工物の後壁セクションの前に配置され、後壁セクションは前壁セクションから所定の距離に中間空間を介して配設される。穴は、前壁セクションにパルス状に衝当する機械加工用ジェットによって少なくとも部分的に穿孔される。このパルス状ジェットは、液体及び／又は研磨材の前壁セクションに対する衝当の反復的中断によって生成される。【選択図】図２
2014162001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体から形成される機械加工用ジェットによって加工物（１２）の前壁セクション内に少なくとも１つの穴（１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）を穿孔するための方法であって、必要に応じて研磨材が前記液体に混合され、前記前壁セクションが前記穿孔方向に見て前記加工物の後壁セクションの前に配置され、前記後壁セクションが前記前壁セクションから所定の距離に中間空間を経て配設される方法において、
前記穴（１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）は、前記前壁セクションにパルス状に衝当する機械加工用ジェットによって少なくとも部分的に穿孔され、前記パルス状機械加工ジェットは、前記液体及び／又は前記研磨材の前記前壁セクションに対する衝当の反復的中断によって生成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記機械加工用ジェットが前記前壁セクションを貫通する時間がセンサ手段（７，８，９）によって検出される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記穴（１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）の形状は、前記機械加工用ジェットが前記前壁セクションを貫通した時より後に、前記パルス状機械加工ジェットを使用してリワークされ、リワークするためのパルス数が、好ましくは２０未満、より好ましくは１５未満、最も好ましくは１０未満である請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記前壁セクションと前記後壁セクションとの間の前記中間空間（１２ａ）が、好ましくは前記機械加工用ジェットを生成するためにも使用される自由流動性保護剤で充填され、前記中間空間（１２ａ）内の前記保護剤は、好ましくは、前記機械加工用ジェットが前記前壁セクションを貫通した時に前記穴（１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）から流れ出るように加圧される請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記穴を通る前記保護剤の流量及び／又は前記保護剤が前記穴を出た時に有する流れ形状が、前記穿孔された穴（１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）の品質を解析するために評価される請求項４に記載の方法。
【請求項６】
穿孔される穴の長さＬに応じて、前記穴（１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）全体がパルス状機械加工用ジェットを使用して穿孔され、又は前記穴の長さＬの第１の部分が前記前壁セクションに持続的に衝当する機械加工ジェットによって穿孔され且つ前記穴の長さＬの第２の部分が前記前壁セクションにパルス状に衝当する機械加工ジェットによって穿孔される請求項１から５までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記研磨材の前記前壁セクションへの衝当は、前記機械加工用ジェットが前記前壁セクションに持続的に衝当する穿孔フェーズ中に１回又は複数回中断されて、前記穿孔された穴に集まった研磨材が押出される請求項６に記載の方法。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか一項に記載の方法を実施することができる機械加工用装置であって、加工物（１２）内に穴（１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）を穿孔するための動作中、前記機械加工用装置が、少なくとも１つの機械加工用ジェットを生成し、液体及び研磨材から形成される機械加工用ジェットは、前記加工物に連続して衝当する連続モードと、前記液体及び／又は前記研磨材の前記加工物（１２）に対する衝当が中断されるように前記機械加工用ジェットがパルス駆動されるパルス状モードとの間で切換わることができ、前記機械加工用装置が、プログラムを備えたコントローラ（３）を有し、前記プログラムの実行中に前記方法が実施可能である機械加工用装置。
【請求項９】
前記加工物（１２）に自由流動性保護剤を充填するための充填デバイス（２６）を有する請求項８に記載の機械加工用装置。
【請求項１０】
前記機械加工用ジェットが前記加工物（１２）の壁を貫通した時を検出するためのセンサ手段（７，８，９）を有し、前記センサ手段が、好ましくは、固体内、液体内、及び／又は空気内の振動を検出するように構成され、特に好ましくは前記センサ手段が、音響放出センサ及び／又はマイクロフォン、特に水中マイクロフォンを含む請求項８又は９に記載の機械加工用装置。
【請求項１１】
研磨材を給送するための給送デバイス（４０，４０’）を有し、前記給送デバイス（４０，４０’）は、研磨材の給送された量（ＱＡ）を決定するための手段（４９）、及び／又は前記機械加工用ジェットに対する混合を中断するために研磨材が導かれ得るバイパス・チャネル（４６ｂ，５２）を含む請求項８から１０までのいずれか一項に記載の機械加工用装置。
【請求項１２】
前記バイパス・チャネル（４６ｂ）が２つの位置の間で前後に移動でき、且つ／又は研磨材を放出するために出口（４２ｂ）に接続される請求項１１に記載の機械加工用装置。
【請求項１３】
動作中に前記機械加工用ジェットが出る機械加工用ヘッド（１０）及び前記加工物（１２）を保持するための保持ヘッド（２２）を含む保持デバイスを有し、前記機械加工用ヘッド及び前記保持ヘッドが並進方式及び回転方式で互いに対して可動であり、好ましくは３つの並進軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に沿う運動及び少なくとも２つの回転軸（Ｂ，Ｃ，Ｄ）周りの運動が可能である請求項８から１２までのいずれか一項に記載の機械加工用装置。
【請求項１４】
コンピュータ・プログラムであって、請求項８から１３までのいずれか一項に記載の装置上での前記コンピュータ・プログラムの実行中に、請求項１から７までのいずれか一項に記載の方法が実施されるコンピュータ・プログラム。
【請求項１５】
データ・キャリアであって、請求項１４に記載のコンピュータ・プログラムが記憶されるデータ・キャリア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工物内に少なくとも１つの穴を穿孔するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
加工物内に穿孔することは、とりわけ加工物が１つ又は複数のキャビティを有するとき、或いは一般的に言えば前後にオフセットして配列される壁セクションを有するときに難しい。後壁セクションは、例えば穿孔方向に見ると前壁セクションの穿孔にとって障害となる。更に、前壁セクションにおいて貫通が行われるとき、後壁セクションに対する損傷を防止する対策が講じられなければならない。穿孔するのが難しい加工物としては、例えば冷却のために複数の穴が設けられるタービン・ブレードの形態が存在する。
【０００３】
レーザ又は電気放電機械加工によってこうした加工物内に穴を穿孔することが知られている（例えば米国特許第７，０４１，９３３号明細書参照）。これらの方法は、材料消失が熱発生により起こり、敏感な層に対する望ましくない損傷をもたらす場合があるという欠点を有する。電気放電機械加工は、導電性加工物のために使用され得るだけであるという更なる欠点を有する。
【０００４】
知られている代替法には、穿孔のための液体機械加工用ジェットを使用するという代替法がある。このタイプの機械加工は、穿孔中に熱が全く発生せず、非導電性加工物もまた機械加工され得るという利点を有する。穿孔中に機械加工用ジェットがそこから出る機械加工用ヘッドを、加工物のキャビティ内に導入し、内部から外に穴を穿孔することが欧州特許出願公開第１４０８１９６Ａ２号から知られている。この方法は、加工物及び穴の特別な形状に対してのみ使用できるという欠点を有する。例えば、キャビティが機械加工用ヘッドにとってアクセス可能でないとき、及び／又は、穿孔方向が加工物表面に垂直に向くとき、穿孔は特に可能でない。
【０００５】
米国特許第４，９５５，１６４号明細書から、加工物に持続的に作用する研磨ジェットによって穴を穿孔するための方法が知られている。そのため、ジェットが加工物を貫通するときに正確にジェットの衝撃を抑えることが難しい。
【０００６】
超音波発生器が使用されて、純水から形成される機械加工用ジェット内にキャビテーション・バブルを生成する方法が国際公開第９２／１３６７９号パンフレットに開示される。開示される方法は、望ましくない損傷を防止するよう加工物に穴を穿孔するのに適さない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７，０４１，９３３号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第１４０８１９６Ａ２号
【特許文献３】米国特許第４，９５５，１６４号明細書
【特許文献４】国際公開第９２／１３６７９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
液体機械加工用ジェットによって、前後に配設された壁セクションを有する加工物に少なくとも１つの穴を穿孔するための方法を提供することが本発明の目的であり、この方法は、種々の加工物幾何形状のために使用され、また、望ましくない壁損傷を実質的に防止し得る。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成する方法は、請求項１に提供される。残りの請求項は、方法の好ましい実施例、方法がそれによって実施され得る機械加工用装置、コンピュータ・プログラム、及びデータ・キャリアを提供する。
【００１０】
請求項１による方法では、穴は、前壁セクションにパルス状に衝当する機械加工用ジェットによって少なくとも部分的に穿孔される。
【００１１】
これは、穴の経済的な穿孔を可能にする。パルス状機械加工用ジェットによって貫通が行われる場合、穿孔は、タイミング良く停止されることができ、穿孔方向に見たときに、穿孔先の壁セクションの背後に配列される壁セクションに対する損傷が、実質的に回避される。更に、加工物の外側から内部を指し示す穿孔方向が可能であるため、方法は、種々の加工物幾何形状及び穿孔方向について使用され得る。
【００１２】
好ましくは、穴は、液体及び研磨材を使用することによって少なくとも部分的に穿孔されるように生成される。
【００１３】
壁損傷のリスクを更に一層減少させるために、自由流動性保護剤が、加工物を充填するために好ましくは使用され、且つ／又は、機械加工用ジェットが前壁セクションを貫通する時間を検出するためにセンサ手段が使用される。
【００１４】
本発明は、図を参照して例示的な実施例に基づいて以降で述べられる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】穴を穿孔するための装置の斜視図である。
【図２】図１の部分切断詳細図である。
【図３】図２の詳細図である。
【図４】図１による装置のための給送デバイスの一変形例の部分切断正面図である。
【図５】図１による装置で使用され得る分岐部の側面図である。
【図６】加工物としてのタービン・ブレードの一実例の断面図である。
【図７】図１による装置で使用される、異なるプロセス・パラメータ及びセンサの異なる測定信号の経時的進行を示す図である。
【図８】穴を穿孔するための方法のフローの一実例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、加工物を機械加工するための装置を示し、その装置は、機械加工用デバイス１と、操作デバイス２と、制御キャビネット３と、ポンプ・デバイス４とを備える。
【００１７】
機械加工デバイス１は、機械加工用ジェットが動作中にそこから出る機械加工用ヘッド１０及び加工物１２を保持するための保持デバイス１１を備える。例示的な本実施例では、機械加工デバイス１は、研磨材を含むか又は含まない液体でできた機械加工用ジェットを生成するように構成される。例えば、水は、液体として適し、研磨材は、例えば砂である。液体例えばオイル等の他の媒体も可能である。更に、機械加工用ジェットの効率を改善するために、液体に、１つ又は複数の添加物、例えばポリマーを添加することが考えられる。
【００１８】
機械加工デバイス１は、ベイスン（盆地状区域）１ｂを更に備え、ベイスン１ｂは、壁１ａによって境界を付けられ、ベイスン１ｂ内で、加工物１２と共に保持デバイス１１が配設され、機械加工ヘッド１０がベイスン１ｂ内に突出する。
【００１９】
操作デバイス２は、キーボード、モニタ、及び／又はポインティング・デバイス等の、情報を出力及び／又は入力するためのユニットを備える。制御キャビネット３は、コントローラを備え、コントローラは、データを処理し、機械加工デバイス１を動作させるための制御信号を生成するための手段を含む。コントローラは、プログラムを装備し、プログラムの実行中に、加工物１２内に穴を穿孔するための以下に述べる方法が実施され得る。コントローラは、例えばＣＮＣコントローラの形態で設計される。
【００２０】
ポンプ・デバイス４は、水又は別の媒体等の液体を、高圧下で機械加工ヘッド１０に伝導させるように構成される。
【００２１】
機械加工ヘッド１０は、幾つかの軸線内を移動し得る。例示的な本実施例では、それは５軸である。このために、機械加工ヘッド１０は、ブリッジ１３を含み、ブリッジ１３は、Ｙ軸に移動することができ、ブリッジ１３上にキャリア１５が配設される。壁１ａ上に配設されるレール１４は、例えばブリッジ１３を変位させるために使用される。キャリア１５は、機械加工ヘッド１０を運搬し、Ｘ軸に、したがって、Ｙ軸に対して横方向にブリッジ１３に沿って変位され得る。
【００２２】
図２の詳細図が示すように、機械加工ヘッド１０は、Ｚ軸に、したがってＸ軸に対して横方向に変位され得るようにキャリア上に保持される。機械加工ヘッド１０は、２つの回転軸Ｂ及びＣの周りに回転可能に更に搭載される。回転軸Ｃは、ここで、Ｚ軸の方向に延在する。２つの軸Ｂ及びＣは、互いに関して或る角度で変位する。その角度は、装置の適用目的に適合し、４５°と９０°との間の範囲にあるとすることができる。キャリア１５上に配設された駆動ユニット１７は、機械加工ヘッド１０をＺ軸、Ｂ軸、及びＣ軸に移動させるために使用される。駆動ユニット１７は、回転ヘッド１７ａを備え、回転ヘッド１７ａは、Ｃ軸の周りに回転されることができ、また、斜め端部を有する。この端部は、回転部１７ｂを備え、回転部１７ｂは、Ｂ軸の周りに回転されることができ、回転部１７ｂ上に、機械加工ヘッド１０が保持される。
【００２３】
更に、研磨材を添加するための給送デバイス４０及び測定デバイス１９が、キャリア１５上に配設される。
【００２４】
測定デバイス１９は、加工物１２を測定するために使用され、例えば測定用レーザを含む。測定デバイス１９は、測定ヘッド１９ａを含み、測定ヘッド１９ａは、ここでは、Ｚ軸に平行である軸Ｚ１に沿って変位され、Ｚ１軸に対して横方向に配設された回転軸Ａの周りに回転され得るように、キャリア１５上に配設される。
【００２５】
処理の前に、加工物表面の正確な位置は、例えば、加工物１２の製造様式のせいで、例えば加工物１２が鋳物として生産されている場合、及び／又はチャッキングの結果として、依然として未定義である場合がある。測定デバイス１９を使用して、加工物１２の輪郭が検出されるため、機械加工ヘッド１０は、加工物表面に対して精密に位置決めされ、穴は、加工物１２の所望の場所に穿孔され得る。
【００２６】
保持デバイス１１は、ここでは、チャック２１を含み、チャック２１内で、加工物１２を保持するためのアダプタ部２２がチャッキングされる。保持デバイス１１は、加工物１２が回転され得る回転軸Ｄを有する。
【００２７】
装置は、ここでは、１つ又は複数のキャビティを備える、或いは一般的に言えば壁セクションであって、前後にオフセットして配設される壁セクションを備える加工物１２内に穴を穿孔するために特に設計される。保持デバイス１１は、保護剤としての液体を導入するためのポート２６を含み、加工物１２は、その液体を機械加工中に充填される。好ましくは、水等の同じ液体が、機械加工用ジェット及び保護剤のために使用される。シールのために、加工物１２の自由端は、適したシールを備えるフランジ２７を備える。弁手段２８は、例えばフランジ２７上に設けられ、加工物１２が保護剤を充填されると、加工物１２がベント（通気）されることを可能にする。更に、弁手段２８は、保護剤の圧力ｐが或る閾値を超えると、保護剤が加工物１２から逃げ得るように設計され得る。このため、弁手段２８は、圧力制御弁を含む。
【００２８】
センサ手段７、８、９は、プロセスを監視するために設けられる。これらのセンサは、特に機械加工用ジェットが加工物１２の壁を貫通する時間が検出され得るように設計される。
【００２９】
ここで使用されるセンサ手段は、加工物１２内の保護剤の圧力ｐを測定するための圧力センサ７、及び、液体保護剤中を伝搬する音がそれによって検出され得る音響変換器９を含む。使用される保護剤が水である場合、音響変換器９は、例えば水中マイクロフォンの形態で設計される。図２によれば、センサ７及び９は、アダプタ部２２に配置される。しかし、センサを、圧力及び音を測定するために他の場所に同様に配設することができる。音響変換器９は、適切な設計の弁手段２８によって動作中に過剰の圧力負荷から保護され得る。
【００３０】
センサ手段は、加工物１２の外側に、例えば図２に示すように保持デバイス１１上に配置されるセンサ８を更に含む。しかし、センサはまた、機械加工デバイス１の異なる場所に配設され得る。
【００３１】
機械加工中、構造伝達雑音が機械要素内で生成され、振動をもたらす。そのため、音響放出センサが、例えばセンサ８として適する。
【００３２】
機械加工用ジェットが、高速で機械加工ヘッド１０を出るため、測定可能な雑音が同様に生成され空気中を伝搬する。そのため、付加的に又は代替的に、センサ８としてマイクロフォンを使用することもまた可能である。
【００３３】
機械加工用ジェットが、穿孔中に加工物１２の壁を貫通すると、センサ手段７、８、９によって供給される測定信号が、著しく変化する（以下の図７に関する説明を参照）。
【００３４】
図３に同様に示すように、機械加工用ジェットをスイッチオン及びスイッチオフするための高圧弁３１が、機械加工ヘッド１０の入口側端部に配置される。この弁は、入口３２を含み、その入口３２内に、ポンプ・デバイス４が、高圧ライン（図示せず）を介して高圧下で液体を導入する。機械加工ヘッド１０上に設置される作動デバイス３３は、高圧弁３１を切換えるために使用される。
【００３５】
機械加工ヘッド１０は、この実例では回転可能に搭載される。高圧ラインは、ヘリカル高圧ライン及び機械加工ヘッド１０が固定ポンプ・デバイス４に対して旋回されることを可能にする回転継手等の従来のコンポーネントによって入口３２に結合される。
【００３６】
機械加工ジェットを形成するために、機械加工ヘッド１０は、コリメーションチューブ３５を更に備え、コリメーションチューブ３５は、導入された液体を誘導し、その液体の流れを安定させるために使用され、またコリメーションチューブ３５は、中間部３６によってフォーカシングチューブ３７に接続される。圧力エネルギーを運動エネルギーに変換するためのノズル、及び、入口コネクタ３８が研磨材を供給するために通じている混合チャンバは、中間部３６内に配置される。フォーカシングチューブ３７は、研磨材を加速させ、液体又は液体／研磨材を整列させ集中させるために使用される。
【００３７】
給送デバイス４０もまた、図３から明らかである。給送デバイス４０は、研磨材を格納するための容器４１、及び、ライン４３を介して中間部３６上の入口コネクタ３８に接続される給送出口４２ａを有する調量デバイス４２を備える。
【００３８】
調量デバイス４２は、給送出口４２ａを出る研磨材の量ＱＡ（例えば、グラム／分の単位）が、制御された方法で設定されることを可能にするように構成される。この実例では、調量デバイス４２は、短い時間ｔＵで、２つの状態、ゼロに等しいＱＡとゼロより大きいＱＡとの間で切換えが行われ得るように設計される。調量デバイス４２は、研磨材が、ＱＡ＞０の状態で一定のＱＡで給送出口４２ａを出るように特に構成される。切換え時間ｔＵは、通常、１０〜２００ミリ秒の範囲、好ましくは、２０〜１００ミリ秒の範囲にある。
【００３９】
例示的な本実施例では、調量デバイス４２は、コンベア・ベルト４８であって、図３で点状に示され、回転し、駆動され得る、コンベア・ベルト４８と、入口４５であって、好ましくは、テーパ付き壁によって境界を付けられる入口４５と、図３で点状に示される２つのチャネル４６ａ及び４６ｂを備える摺動部４６と、ドレイン４２ｂとを含む。調量デバイス４２は、量ＱＡを決定するように設計される測定手段４９を更に含む。測定手段４９は、スケールとして役立ち、このために、例えば歪ゲージを備える。この歪ゲージは、斜めに延在するため、コンベア・ベルト４８から落ちる研磨材は、摺動部４６に落ち続けることができる。歪ゲージは、歪ゲージ上に落ちる研磨材の量に応じて変形し、対応する測定信号を供給する。
【００４０】
摺動部４６は、矢印４７で示すように、２つの変位位置の間で入口４５に対して前後に変位され得る。摺動部４６の変位は、例えば、電気駆動又は圧縮空気によって実施される。
【００４１】
摺動部４６の１つの変位位置では、給送出口４２ａに通じるチャネル４６ａが入口４５に接続される。動作中、コンベア・ベルト４８によって搬送される研磨材は、重力の結果として入口４５に落ち、ライン４３を介して機械加工ヘッド１０に達し、最終的に、液体に混合される。摺動部４６の他の変位位置では、ドレイン４２ｂに通じるチャネル４６ｂが、入口４５に接続されるため、送出される研磨材は、ドレイン４２ｂを介して外側に達し、ベイスン１ｂ内に落ちる。そのため、チャネル４６ｂは、バイパス・チャネルとして働く。任意選択で、研磨材を収集容器に伝導するために、ドレイン４２ｂをラインに接続することができる。
【００４２】
摺動部４６の並進運動に対する代替法として、摺動部４６が２つの位置の間で前後に、容器４１に対して回転できるように調量デバイス４２を設計することも考えられる。
【００４３】
可動の摺動部４６の使用は、短い時間ｔＵで２つの位置の間で前後に切換えることが可能であり、コンベア・ベルト４８が、持続的に運転状態のままになるため、ＱＡの変動が回避され、液体に混合される研磨材が、ライン４３を介して機械加工ヘッド１０までできる限り均等に搬送されるという利点を有する。
【００４４】
より簡単な実施例では、摺動部４６を、ドレイン４２ｂと共に同様になしで済ますことができるため、機械加工ヘッド１０に対する研磨材の供給は、例えばコンベア・ベルト４８を停止させることによって中断される。
【００４５】
調量デバイス４２の他の実施例が、研磨材の供給を選択的に可能にし中断させるために同様に考えられる。
【００４６】
例えば、調量デバイス４２は、研磨材の調整可能な容積送出を可能にするデバイスを含み得る。このために、例えば、回転中にチャネルを通して研磨材を伝導させる駆動可能な回転部が設けられる。負圧によって研磨材を引寄せる且つ／又は方向転換させることが同様に考えられる。
【００４７】
図４は、給送デバイス４０’の一変形を示し、空気ダクト５２によって交差されるチャネル５１を有する公差部５０が、図３の摺動部４６の代わりに設けられる。空気ダクト５２の２つの端部は、ライン５３ａ、５３ｂに接続されて、必要に応じてドレイン４２ｂ内に負圧を生成させる。
【００４８】
混合する状態では、研磨材は、入口４５からチャネル５１を介して給送入口４２ａに向かって、次に、ライン４３を介して機械加工ヘッド１０に向かって進む。混合が中断されるべきである場合、負圧が空気ダクト５２内に生成されるため、研磨材は、給送入口４２ａにもはや伝導されず、空気ダクト５２の下側端を通りドレイン４２ｂに、次に、ライン５３ｂを通って引寄せられる。そのため、空気ダクト５２は、バイパス・チャネルとして働く。
【００４９】
任意選択で、機械加工ヘッド１０からの液体がライン４３を上に戻り、したがって、研磨材が湿潤されるときに調量デバイス４２が詰まることを防止する対策が講じられる。
【００５０】
図５は、例えば、こうした詰まりを防止するために使用され、ライン４３内に設置される分岐部６０を示す。分岐部６０は、入口６１ａを有し、入口６２ａ及び出口６２ｂを有する補助チャネル６２内に通じるチャネル６１を備える。例えば、入口６１ａは、調量デバイス４２の給送入口４２ａに接続される。出口６２ｂは、機械加工ヘッド１０に接続される。空気等のプロセスガスを供給するためのラインは、入口６２ａに接続される。補助出口６２ｃは、補助チャネル６２内に延びる。プロセスガスの圧力は、動作中に、出口６２ｂに放出されるより多くのプロセスガスが入口６２ａを通って供給されるように設定される。そのため、プロセスガスの一部分は、補助出口６２ｃから流れ出る。
【００５１】
入口６２ａを介して供給されるプロセスガスは、機械加工動作をサポートするように調節され得る。例えば、プロセスガスは、考えられる最低の水分レベルを有するように調節され、したがって、研磨材による詰まりが防止される。
【００５２】
機械加工ヘッド１０から戻るように流れる液体がそれによって検出され得るセンサ６３もまた、補助チャネル６２内に配設される。センサ６３は、例えば容量性センサとして設計される。
【００５３】
通常動作中、研磨材は、給送デバイス４０から入口６１ａ並びにチャネル６１及び６２を介して出口６２ｂに向かって、次に、機械加工ヘッド１０に向かって進む。そのため、ここで逆流が起こる場合、液体は、出口６２ｂを通って補助チャネル６２に向かって進み、補助チャネル６２で、液体がセンサ６３によって検出される。この場合、装置の動作が中断され、ユーザは、逆流の原因をなくし得る。
【００５４】
加工物に穴を穿孔するための方法が以降で述べられる。
【００５５】
機械加工される加工物１２は、互いから或る距離で且つ穿孔方向に見ていると考えると前後に配設される少なくとも２つの壁セクションを備える。穴が第１の壁セクションに穿孔されると、第２の壁得セクションは、穿孔方向に見ていると考えると第１の壁セクションの背後に位置する。機械加工用ジェットが第１の壁セクションを貫通すると、ジェットが第２の壁セクションに衝当し、それにより、第２の壁セクションを損傷することが一般に回避されるべきである。
【００５６】
図６は、穿孔穴１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを介して外側表面に接続される複数のキャビティ１２ａを有する生産された加工物１２の一実例を示す。この実例では、加工物１２は、高い動作温度について使用可能であるタービン・ブレードである。穴１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを設けることによって、タービン・ブレードを冷却するために、空気が、高圧で噴出され得る。見てわかるように、穴は、内壁セクションの非常に近くで終わるため（穴１２ｂを参照）、そこで、損傷のリスクが特に高い。更に、穴は、円柱でない形状（例えば、外側表面に向かって幅広化される一方の端部を有する穴１２ｃを参照）、且つ／又は、長い長さを有し得る（穴１２ｄを参照）。
【００５７】
以降で述べる方法では、穿孔される穴は、例えば図６に示すように設計され得る。
【００５８】
穿孔する場合、装置は、機械加工用ジェットが、連続的に（以降で、「連続モード」と呼ばれる）又はパルス状に（以降で、「パルス式モード」と呼ばれる）加工物に選択的に作用するよう動作する。連続モードでは、機械加工用ジェットは、機械加工ヘッド１０を持続的に出て加工物１２上に達し、研磨材は、機械加工用ジェットに連続して混合される。そのため、研磨性液体ジェットは、加工物１２に連続して作用する。パルス式モードでは、液体だけでできた機械加工用ジェットだけが加工物に衝当するように研磨材の混合が反復的に中断され、又は、加工物に対する機械加工用ジェット全体の衝当が反復的に中断される。
【００５９】
図７は、以下のパラメータの経時間的進行の一実例を示す。パラメータとは、
Ｔ（例えば、ミリメートルの単位）：
依然として穿孔される穴の深さ；最初に、Ｔは、貫通Ｔ＝０のときに穿孔される穴の総合長Ｌに対応する；
Ｑ（例えば、リットル／分の単位）：
機械加工ヘッド１０を出る液体の体積流量；
ＱＡ（例えば、グラム／分の単位）：
単位時間当たりに機械加工ヘッド１０を出る研磨材の量；
Ｕ１（例えば、ボルト又はアンペアの単位）：
センサ８によって供給される、測定された構造伝達雑音についてのセンサ信号に対応する；
Ｕ２（例えば、ボルト又はアンペアの単位）：
センサ７によって供給される、液体保護剤における音響放出についてのセンサ信号に対応する；
Ｕ３（例えば、ボルト又はアンペアの単位）：
センサ９によって供給される、液体保護剤の圧力についてのセンサ信号に対応する
である。
【００６０】
異なる時間ｔ０、ｔ１、ｔ２、…、ｔ２４が、各時間軸ｔ上でマーク付けされる。図７は、進行全体を示すのではなく、時間軸は、ｔ８とｔ９との間で中断される。この時間間隔中、各進行は、例えば、それ以前の又はそれ以降の時間間隔と類似する。
【００６１】
穿孔プロセスは、時間ｔ０にて開始する。ここで示す実例における機械加工は、穿孔される穴の総合長Ｌの或る部分に穿孔深さが達するまで、連続モードで最初に実施される。機械加工は、次に、パルス式モードで継続する。これは、時間ｔ４で開始する図７による実例の場合に当てはまる。Ｌのサイズに応じて、総合長Ｌがパルス式モードで穿孔されるように、機械加工を同様に実施することができる。これは、わずか２ｍｍ、好ましくはわずか１ｍｍ、及び／又は、少なくとも８ｍｍ、好ましくは少なくとも１０ｍｍの場合に通常当てはまる。Ｌが、１ｍｍと１０ｍｍとの間、好ましくは２ｍｍと８ｍｍとの間である中間範囲では、総合長Ｌの或る部分が連続モードで穿孔され、総合長Ｌの或る部分がパルス式モードで穿孔されるように機械加工を実施することができる。
【００６２】
連続モード内で研磨材の供給を中断することも考えられる。例えば、穿孔される穴の深さに応じて、研磨材が、機械加工用ジェットによって進められるその結果の穿孔端上に集まることが可能である。これは、クッション作用を有し得るため、機械加工用ジェットは、エネルギーが減少した状態で加工物に衝当する。集まったこの研磨材を穿孔端から外に送出するために、連続モード中に研磨材の供給を１回又は複数回中断することが可能であり、その結果、そのときまでに穿孔された穴は、もっぱら液体によって洗い流される。図７では、曲線ＱＡにおけるこの中断は、時間間隔ｔ２〜ｔ３内で実例として示される。
【００６３】
パルス式モードでは、機械加工用ジェット全体が又は研磨材の供給だけが、断続的にスイッチオフされる。後者は、先に説明したように、集まった研磨材を穿孔される穴から洗い流すために必要である場合がある。図７による実例では、時間間隔ｔ１０〜ｔ１３の間の研磨材の供給の中断が見られる。
【００６４】
穿孔中のパルス式モードは、パルス幅（例えば、ｔ１２〜ｔ１３の時間間隔）がパルス間の時間間隔（例えば、ｔ１３〜ｔ１４の時間間隔）より小さくなるように設計される。通常、パルスの継続時間は、８０〜２００ミリ秒の範囲にあり、一方、パルス間の中断の持続時間は、５０〜１２０ミリ秒の範囲にある。
【００６５】
機械加工用ジェットが、ここで加工物の壁を貫通すると、センサ手段７、８、９によって供給される測定信号が、著しく変化する。図７による実例では、これは、時間ｔ１７の直後に当てはまり、それぞれの信号Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３は、かなり減少又は増加する。機械加工は、その後、中断され、以降で、穴は、機械加工用ジェットの或る所定の数のパルスによって機械加工されるだけである。図７による実例では、これらは３パルスである。適用目的に応じて、その数は、多いか又は少ないとすることができる。これらの後続のパルスは、穴の出口開口が所望の最終径まで幅広化されることを保証する。個々のパルスの長さは、好ましくは、貫通する前のパルスの長さより、再整形中に短くなるよう選択される。図７では、例えば、これは、時間間隔ｔ１３〜ｔ１４が、好ましくは時間間隔ｔ１９〜ｔ２０より長いことを意味する。最後に、穿孔動作が終了し、それは、図７による実例では、時間ｔ２４においてである。
【００６６】
図７による実例では、パラメータＱは、常に同じレベルに到達するが、ＱＡは時間と共に減少する。穿孔の間のＱ及び／又はＱＡについて他のレベルを設定することが可能である。
【００６７】
制御された方法で穿孔を実施することができるように、例えば深さ及び形状等の穿孔される穴のパラメータからプロセス・パラメータを決定する数学的モデルが、例えば使用される。こうしたプロセス・パラメータは、例えば、厚さ等の材料サイズ及び組成、穿孔されるそれぞれの穴の長さＬ、加工物表面の位置座標についての測定値、穿孔深さＴの関数としてのＱ及びＱＡの量、ポンプ・デバイス４によって送出される液体の圧力、連続モードからパルス式モードへ移行が行われる時間（図７による実例では、これは時間ｔ４である）、穿孔穴が、機械加工用ジェットだけによって洗い流される時間（図７による実例では、ｔ２とｔ３との間、また、ｔ１１とｔ１２との間）、パルスの幅及びパルスレート、貫通後のパルスの数（図７による実例では、３パルス）、加工物がそれによって充填される保護剤の圧力である。別のプロセス・パラメータはまた、加工物の表面に機械加工用ジェットが衝当する角度αとすることができる。この角度αが、同じ穴の穿孔中に変動することも可能である。例えば、図７の穴１２ｃの場合、機械加工用ジェットは、最初に、或る程度平らに、次に、急峻に位置決めされて、穴の残りの部分を穿孔するためにジェットが最終角度に設定される前に、外側表面の近くで幅広化部を形作る。
【００６８】
数学的モデルは、例えば、加工物に試験穴を穿孔することによって得られた測定結果に基づいて生成され得る。
【００６９】
方法の１つの継続部では、加工物のキャビティは、水等の液体の形態の保護剤を充填される。機械加工用ジェットが、ここで壁セクションを貫通すると、液体保護剤によって衝撃緩和されるため、機械加工用ジェットは、穿孔方向に見ていると考えると、穴の背後に配設された壁セクションにエネルギーが減少した状態で衝当する。そのため、この壁セクションは、損傷から保護される。
【００７０】
キャビティに通じる外側開口は、加工物の充填のためにシールされるため、保護剤は、少なくとも１つの給送ラインを介してキャビティ内に圧送され得る。例えば図１では、フランジ２７が、シール作用を提供するために使用され、ポート２６が、保護剤を導入するために使用される。
【００７１】
第１の穴が穿孔された後、保護剤は第１の穴を出る。図１による実例では、この剤は、ベイスン１ｂに集まり、循環する様式で加工物を通して圧送される。
【００７２】
穴が、貫通後に個々のパルスによって再整形される場合、パルス間のそれぞれの時間間隔は、通常、個々のパルスの長さより長くなるよう選択される。（図７による実例では、ｔ２０〜ｔ２１の中断の時間間隔は、ｔ１９〜ｔ２０のパルス長より長い。）そのため、保護剤に対する１つのパルスの作用は、次のパルスについてのやはり最適な衝撃緩和作用を、保護剤ができる限り大幅に有するように低下していることが達成される。中断はまた、好ましくは、弁手段２８の圧力制御弁の開口の可能性がある場合、次のパルスが始動される前にこの弁が再び閉鎖するように選択される。
【００７３】
方法の１つの継続部では、穿孔済み穴から出る保護剤の瞬時流量は、穿孔済み穴の品質を評価するために使用され得る。例えば、穿孔される穴の所望の寸法を使用して、予想される、ポンプを通る保護剤の流量ＱＳ（例えば、リットル／分の単位）を決定することが可能である。瞬時流量は、流量計によって決定され得る。この流量が、予想される値ＱＳとかなり異なる場合、特にかなり小さい場合、穴が所定の寸法を持たず、したがって、リワークされる必要があるとすることができると結論付けられる。貫通後に保護剤がそれを持った状態で穴を出るジェットの形状を、例えば任意選択でレーザ（例えば、測定デバイス１９のレーザ）又はカメラによって評価することも考えられる。例えば、穴が小さ過ぎる場合、ジェットは、予想されるほど加工物表面から遠くに発射しないことになる。
【００７４】
保護剤の流量に基づく品質制御は、加工物に複数の穴を穿孔するときに特に役立つ。その理由は、穿孔後の全ての穴の複雑な測定をなしで済ますことができるからである。
【００７５】
図８は、方法のフローの一実例を示し、複数の穴が、加工物としてのタービン・ブレードに穿孔され、穴は複数の列で配設される。個々の方法ステップ１００、１０１、１０２等は、以降でより詳細に述べられる。分岐１１１、１２３、及び１３３にて、判定に応答して、Ｙは「はい（Ｙｅｓ）」を示し、Ｎは「いいえ（Ｎｏ）」を示す。
【００７６】
１００：シールを含むタービン・ブレードは、保護剤の充填を可能にするように調製され、
１０１：保持デバイス１１にチャッキングされる。
１０２：タービン・ブレードは、測定デバイス１９によって測定される。こうして、例えば、座標の原点に対するブレード表面の瞬時位置座標が決定されて、穴の穿孔のための所望の場所に機械加工ヘッドを精密に位置決めできる。
１０３：現在チャッキングされているタービン・ブレードに所望の場所の穴を提供するために、ステップ１０２で得られたデータに従って、プログラムが生成及び／又は適合される。
１０４：タービン・ブレードは、自由流動性保護剤を充填される。図２による実例では、これは、ポート２６を介しまたチャック２１を通して行われる。
１０５：保護剤が漏洩しないように、タービン・ブレードがシールされているかどうかチェックされる。
１０６：保護剤は、圧力ｐを使用して加圧される。
弁２８は、ベントのために開口する。
１０７：圧力ｐを監視するための手段が設定される。
１０８：給送デバイス４０は、研磨剤が機械加工ヘッド１０に向かって進むことができない位置に配置される。図３による実例では、摺動部４６は、バイパス・チャネル４６ｂが入口４５に接続される位置に配置される。
１０９：コンベア・ベルト４４がスイッチオンされる。
１１０：研磨材の流量が監視され、
１１１：流量が許容可能である、すなわち、一定であるかどうかという趣旨でチェックされる。これが当てはまらない場合（「Ｎ」を有する分岐）、
１１２：フォールト（エラー）が存在し、ユーザがこれを取り除く。他の場合（「Ｙ」を有する分岐）、
１１３：プロセスは、継続を許可される。
１１４：機械加工ヘッド２０は、穿孔位置に移動し、機械加工用ジェットが所望の角度で加工物表面に衝当できるように配向される。
１１５：センサ手段７、８、９がスイッチオンされる。
１１６：高圧を生成するためのポンプ・デバイス４がスイッチオンされる。
１１７：ポンプ・デバイス４によって送出される液体の圧力が、設定され監視される。
１１８：高圧弁３１が開口する。
１１９：穿孔動作が、プロセス仕様に従って始動される。
１２０：研磨剤が機械加工ヘッド１０に向かって進むように調量デバイス４２が設定される。
１２１：穿孔される穴長に応じて、穿孔が、連続モードで実施されるか又はパルス駆動が実施される。図３による実例では、パルス式モードは、摺動部４６を移動させることによって及び／又は高圧弁３１を作動させることによって実施される。
１２２：１回目の穿孔動作が、計算された時間に終了する。
１２３：壁を通る貫通がまだ起こっていないことを保証するために、穿孔動作が連続してチェックされる。貫通が予想されるより早く起こる場合（分岐１２３ａ）、
１２４：機械加工用ジェットの高速シャット・ダウンが実施される。
他の場合（「Ｙ」を有する分岐）、
１２５：貫通が検出されるまで、穿孔がパルス式モードで継続する。
１２６：穿孔された穴は、少数のパルスを使用して整形される。
１２７：任意選択で、穴は、例えば更なるパルスを使用して更に機械加工される。プロセス仕様がこれを必要とする場合及び／又は穴の形状の評価が所望の品質をまだ示さない場合、
１２８：次の穴を穿孔するために、加工物上の次の場所への移動が起こり、それにより、
１２９：プロセスは、ステップ１０８で再始動する。
１３０：同じ行内の穴が穿孔されるまで、ステップ１０８〜１２９が反復される。
１３１：保護剤の圧力ｐが設定され、穿孔される穴の行を通る保護剤の流量が、測定され、予想値と比較される。代替法として又は更に、
１３２：保護剤が、ジェットの形態でそれぞれの穴をそこまでの高さで出る高さが測定され、予想値と比較される。測定は、例えばレーザを備える測定デバイス１９を使用して実施される。
１３３：ステップ１３１又は１３２の比較が許容誤差内にあるかどうかがチェックされる。いいえの場合（「Ｎ」を有する分岐）、
１３４：問題の穴は不良であり、更なるパルスを使用してリワークされる。任意選択で、プロセスは、例えばステップ１０３のプログラムに適合することによって適合される。測定結果が許容誤差範囲内にある場合（「Ｙ」を有する分岐）、
１３５：次の行が穿孔される。
１３６：穿孔プロセスは、所望の穴が全て穿孔されるまで反復される。
１３７：加工物１２は、例えば研磨剤を取除くために洗浄される。
１３８：穿孔済み穴は、再び、穴を通る保護剤の流量を測定し、これを予想値と比較することによって最終検査を受ける。
【００７７】
多数の変更が、特許請求の範囲によって規定される本発明の保護範囲から逸脱することなく、上記説明から当業者にとって利用可能である。
【００７８】
上述した例示的な実施例では、例えば、機械加工ヘッド１０は、複数軸上で移動することができ、一方、保持デバイス１１は、１つ回転軸の周りに回転できるだけである。適用目的に応じて、機械加工ヘッドと加工物との間の相対的運動を可能にするために、機械加工ヘッド及び保持デバイスがその周りに移動できる軸の数が異なる場合がある。一変形では、例えば、機械加工ヘッド１０は、固定方式で配列されることができ、一方、保持デバイスは、複数の軸の周りに、例えば３つの並進軸及び２つの回転軸の周りに可動である。保持デバイスは、例えばロボット・アームとして設計され得る。
【００７９】
上述した例示的な実施例では、加工物１２は、水平に配向される。装置はまた、加工物１２が、異なる位置で保持される、例えば同様に垂直に延在するように設計され得る。
【００８０】
図２による実例は、貫通を検出するための３つのセンサ７、８、９を示す。こうして、測定における冗長性が達成される。センサの数はまた、異なる場合があり、１つ、２つ、又は３つ以上で有り得る。
【００８１】
上述した例示的な実施例では、穿孔済み穴を通る保護剤の流量は、穴の品質を評価するために使用される。異なる媒体を使用することも考えられる。例えば、空気が、それぞれの穴を通して伝導され、その流量が記録され得る。理論値からの乖離が測定される場合、穴の最小径等の穴の形状が、所望の寸法に対応しない。穴は、適切にリワークされ得る。
【符号の説明】
【００８２】
１  機械加工デバイス
１ａ  壁
３  コントローラ（制御キャビネット）
４  ポンプ・デバイス
７、８、９、６３  センサ
１０  機械加工ヘッド
１１  保持デバイス
１２  加工物
１２ａ  中間空間
１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ  穴
１３  ブリッジ
１４  レール
１５  キャリア
１７  駆動ユニット
１７ａ  回転ヘッド
１７ｂ  回転部
１９  測定デバイス
１９ａ  測定ヘッド
２１  チャック
２２  保持ヘッド
２６  充填デバイス（液体導入ポート）
２７  フランジ
２８  弁手段
３２、４５、６１ａ、６２ａ  入口
３３  作動デバイス
３５  コリメーションチューブ
３６  中間部
３７  フォーカシングチューブ
３８  入口コネクタ
４０、４０’  給送デバイス
４１  容器
４２  調量デバイス
４２ａ  給送出口
４３、５３ａ、５３ｂ  ライン
４２ｂ  ドレイン
４６  摺動部
４６ａ、４６ｂ、５２  バイパス手段
４８  コンベア・ベルト
４９  給送量決定手段（測定手段）
５０  交差部
５２  空気ダクト
６０  分岐部
６１、６２  チャネル
６２ｂ、６２ｃ  出口
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ  回転軸
Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｚ１  並進軸
【図１】
2014162001.tif 000003
【図２】
2014162001.tif 000004
【図３】
2014162001.tif 000005
【図４】
2014162001.tif 000006
【図５】
2014162001.tif 000007
【図６】
2014162001.tif 000008
【図７】
2014162001.tif 000009
【図８】
2014162001.tif 000010
【外国語明細書】
2014162001000001.pdf