(57)【要約】  電気機械加工システムは、少なくとも１つの操縦可能な電極（１００）を含む。操縦可能な電極は、ピッチ軸、ヨー軸、およびロール軸に関連する６自由度を容易にするように構成された電極位置決め機構（１０２）を含む。３つの軸は、互いに実質的に垂直である。電極位置決め機構は、第１の端部と、第１の端部に結合された回転可能な電極先端（１３６）とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの操縦可能な電極（１００、２０６）であって、
ピッチ軸、ヨー軸、およびロール軸に関連する６自由度を容易にするように構成された電極位置決め機構（１０２、２０２、３０２）を備え、前記３つの軸は、互いに実質的に垂直であり、前記電極位置決め機構（１０２、２０２、３０２）は、第１の端部（１３７）と、
前記第１の端部（１３７）に結合された回転可能な電極先端（１３６、３０８）とを備える少なくとも１つの操縦可能な電極（１００、２０６）
を備える、電気機械加工システム。
【請求項２】
前記回転可能な電極先端（１３６、３０８）が、タングステン合金を含む、請求項１に記載の電気機械加工システム。
【請求項３】
前記回転可能な電極先端（１３６、３０８）が、５００アンペアを超える電流を伝達するように構成される、請求項１に記載の電気機械加工システム。
【請求項４】
前記電気機械加工システムが、
放電加工（ＥＤＭ）、
電気化学放電加工（ＥＣＤＭ）、および
高速電気浸食（ＨＳＥＥ）
の少なくとも１つを使用する、請求項１に記載の電気機械加工システム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの操縦可能な電極（１００、２０６）が、前記第１の端部（１３７）に対向する第２の端部（１３８）を備え、前記第２の端部（１３８）が、
少なくとも１つの電極位置決め機構駆動デバイスと、
少なくとも１つの回転可能な電極先端駆動デバイスとを備える、請求項１に記載の電気機械加工システム。
【請求項６】
前記電極位置決め機構（１０２、２０２、３０２）が、
前記第２の端部（１３８）から前記第１の端部（１３７）に延びる複数の可撓性スプラインセグメント（１０４）と、
前記複数の可撓性スプラインセグメント（１０４）に結合された少なくとも１つの継手機構（１１０）と、
前記少なくとも１つの継手機構（１１０）に結合された少なくとも１つのトラス部材（１１４）と
を備える、請求項５に記載の電気機械加工システム。
【請求項７】
前記電極位置決め機構（１０２、２０２、３０２）が、
前記第２の端部（１３８）から前記第１の端部（１３７）に延びる少なくとも１つの流体フラッシング導管と、
前記少なくとも１つのトラス部材（１１４）に結合され、前記少なくとも１つの電極位置決め機構駆動デバイスに結合された少なくとも１つのリードスクリュセグメント（１２０）と、
前記少なくとも１つの継手機構（１１０）と螺合する少なくとも１つのナットベアリング（１３０）と
をさらに備える、請求項６に記載の電気機械加工システム。
【請求項８】
前記電極位置決め機構（１０２、２０２、３０２）が、前記複数の可撓性スプラインセグメント（１０４）の少なくとも一部分の上に延びる可撓性外側シース（３５０）をさらに備える、請求項７に記載の電気機械加工システム。
【請求項９】
前記電極位置決め機構（１０２、２０２、３０２）が、
第１の部分（３１４）、および前記第１の部分（３１４）に近接する第２の部分（３１８）と、
前記第１の部分（３１４）から前記第２の部分（３１８）に延びる少なくとも１つの可撓性シャフト（３３２、３３６）と、
前記少なくとも１つの可撓性シャフト（３３２、３３６）に結合された少なくとも１つのギア（３４０、３４２）と、
前記少なくとも１つのギア（３４０、３４２）に動作可能に結合され、前記第１の部分（３１４）を前記第２の部分（３１８）に旋回可能に結合する少なくとも１つの車軸（３２８）と
を備える少なくとも１つの電極位置決め継手機構（３１２）を備える、請求項５に記載の電気機械加工システム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの電極位置決め継手機構（３１２）が、
前記第１の部分（３１４）から前記第２の部分（３１８）に延びる少なくとも１つの流体フラッシング導管と、
前記第１の部分（３１４）から前記第２の部分（３１８）に延びる少なくとも１つの引張ケーブル（３３８）と
をさらに備える、請求項９に記載の電気機械加工システム。
【請求項１１】
前記可撓性シャフト（３３２、３３６）が、前記回転可能な電極先端（１３６、３０８）に結合され、回転を前記回転可能な電極先端（１３６、３０８）に誘発し、５００アンペアを超える電流を前記回転可能な電極先端（１３６、３０８）に伝達するように構成される、請求項９に記載の電気機械加工システム。
【請求項１２】
電極位置決め機構（１０２、２０２、３０２）と、前記電極位置決め機構（１０２、２０２、３０２）に結合された回転可能な電極先端（１３６、３０８）とを含む少なくとも１つの操縦可能な電極（１００、２０６）を含む電気機械加工システムを使用して物体を製造する方法であって、
ピッチ方向、ヨー方向、およびロール方向の少なくとも１つにおいて前記物体を通る所定の通過経路を介して前記電極位置決め機構（１０２、２０２、３０２）を作動させることと、
前記電極先端（１３６、３０８）を回転させることを含む、前記物体の少なくとも一部分を前記所定の通過経路に沿って除去することと
を含む、方法。
【請求項１３】
前記電極位置決め機構（１０２、２０２、３０２）を作動させることが、前記物体内の前記回転電極先端（１３６、３０８）の位置を調節することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記電極位置決め機構（１０２、２０２、３０２）を作動させることが、平行運動学を介して前記電極位置決め機構（１０２、２０２、３０２）の形状および配向の１つまたは複数を動的に変更することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記物体の少なくとも一部分を除去することが、５００アンペアを超える電流を前記回転電極先端（１３６、３０８）を通して伝達することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
流体を前記回転電極先端（１３６、３０８）によって除去された物体材料に向かって注入し、それによって、前記溶融した物体材料を前記電極先端（１３６、３０８）から洗い流すことをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記物体を通る所定の通過経路を介して前記電極位置決め機構（１０２、２０２、３０２）を作動させることが、圧縮機インペラ（２０４）を超合金から製造することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
所定の通過経路を介して前記電極位置決め機構（１０２、２０２、３０２）を作動させることが、穿孔およびポケット加工の１つを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記電気機械加工システムが、複数の前記操縦可能な電極（１００、２０６））を含む並列製造システム（２００）であり、所定の通過経路を介して前記電極位置決め機構（１０２、２０２、３０２）を作動させることが、複数の電極位置決め機構（１０２、２０２、３０２）を複数の所定の通過経路を介して実質的に同時に作動させることを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
複数の操縦可能な電極（１００、２０６）を備え、前記複数の操縦可能な電極（１００、２０６）の各操縦可能な電極（１００、２０６）は、
ピッチ軸、ヨー軸、およびロール軸に関連する６自由度を容易にするように構成された電極位置決め機構（１０２、２０２、３０２）を備え、前記３つの軸は、互いに実質的に垂直であり、前記電極位置決め機構（１０２、２０２、３０２）は、第１の端部（１３７）と、
前記第１の端部（１３７）に結合された回転可能な電極先端（１３６、３０８）と、
少なくとも１つのコントローラ（５３２）であって、
前記各操縦可能な電極（１００、２０６）の形状および配向、ならびに
前記各操縦可能な電極（１００、２０６）を通って伝達される電流の値の１つまたは複数を動的に変更するように構成され、それによって、材料を物体から前記物体を通る複数の所定の通過経路を介して実質的に同時に除去する少なくとも１つのコントローラ（５３２）と
を備える、並列製造システム（２００）。
【請求項２１】
前記複数の操縦可能な電極（１００、２０６）の各操縦可能な電極（１００、２０６）が、５００アンペアを超える電流を伝達するように構成される、請求項２０に記載の並列製造システム（２００）。
【請求項２２】
前記並列製造システム（２００）が、
放電加工（ＥＤＭ）、
電気化学放電加工（ＥＣＤＭ）、および
高速電気浸食（ＨＳＥＥ）
の少なくとも１つを使用する、請求項２０に記載の並列製造システム（２００）。
【請求項２３】
前記電極位置決め機構（１０２、２０２、３０２）が、
前記第１の端部（１３７）に対向する第２の端部（１３８）と、
前記第２の端部（１３８）から前記第１の端部（１３７）に延びる複数の可撓性スプラインセグメント（１０４）と、
前記複数の可撓性スプラインセグメント（１０４）に結合された少なくとも１つの継手機構（１１０）と、
前記少なくとも１つの継手機構（１１０）に結合された少なくとも１つのトラス部材（１１４）と
を備える、請求項２０に記載の並列製造システム（２００）。
【請求項２４】
前記電極位置決め機構（１０２、２０２、３０２）が、
前記第２の端部（１３８）から前記第１の端部（１３７）に延びる少なくとも１つの流体フラッシング導管と、
前記回転可能な電極先端（１３６、３０８）に結合された少なくとも１つの電極先端駆動デバイスと、
前記少なくとも１つのトラス部材（１１４）に結合され、前記少なくとも１つの電極位置決め機構駆動デバイスに結合された少なくとも１つのリードスクリュセグメント（１２０）と、
前記少なくとも１つの継手機構（１１０）と螺合する少なくとも１つのナットベアリング（１３０）と
をさらに備える、請求項２３に記載の並列製造システム（２００）。
【請求項２５】
前記電極位置決め機構（１０２、２０２、３０２）が、前記複数の可撓性スプラインセグメント（１０４）の少なくとも一部分の上に延びる可撓性外側シース（３５０）をさらに備える、請求項２４に記載の並列製造システム（２００）。
【請求項２６】
前記電極位置決め機構（１０２、２０２、３０２）が、
第１の部分（３１４）、および前記第１の部分（３１４）に近接する第２の部分（３１８）と、
前記第１の部分（３１４）から前記第２の部分（３１８）に延びる少なくとも１つの可撓性シャフト（３３２、３３６）と、
前記少なくとも１つの可撓性シャフト（３３２、３３６）に結合された少なくとも１つのギア（３４０、３４２）と、
前記少なくとも１つのギア（３４０、３４２）に動作可能に結合され、前記第１の部分（３１４）を前記第２の部分（３１８）に旋回可能に結合する少なくとも１つの車軸（３２８）と
を備える少なくとも１つの電極位置決め継手機構（３１２）を備える、請求項２０に記載の並列製造システム（２００）。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの電極位置決め継手機構（３１２）が、
前記第１の部分（３１４）から前記第２の部分（３１８）に延びる少なくとも１つの流体フラッシング導管と、
前記第１の部分（３１４）から前記第２の部分（３１８）に延びる少なくとも１つの引張ケーブル（３３８）と
をさらに備える、請求項２６に記載の並列製造システム（２００）。
【請求項２８】
前記可撓性シャフト（３３２、３３６）が、前記回転可能な電極先端（１３６、３０８）に結合され、回転を前記回転可能な電極先端（１３６、３０８）に誘発し、５００アンペアを超える電流を前記回転可能な電極先端（１３６、３０８）に伝達するように構成される、請求項２６に記載の並列製造システム（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械加工および製造システム、ならびにその動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本開示の分野は、一般に、機械加工および製造システムに関し、より具体的には、電気機械加工システムおよび大規模並列製造システム用の操縦可能な電極に関する。
【０００３】
少なくともいくつかの公知の現代機械は、構成要素、例えば、限定はしないが、非常に減法的なバルク材料除去により単一の金属片から製造され、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）フライス盤のような公知の機械加工プロセスを使用する精密材料除去を経たガスタービンエンジン用の圧縮機インペラを含む。ＣＮＣフライス盤は、典型的には、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ソフトウェアでプログラムされたコンピュータによりガイドされるカーバイド切断ブレードを使用する。さらに、これらの公知の現代機械の多くは、軽量で強固であり、かつ高い動作温度に耐える超合金から機械の構成要素の少なくとも一部を製造することで、従来のものよりも高い性能を達成し、それによって、そのような構成要素の耐用年数は１０年を超える。これらの超合金は、オーステナイトニッケル−クロム基超合金、すなわち、標準の機械加工／フライス機器および方法を使用して切断および機械加工することが困難なＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）などの材料を含む。したがって、ＣＮＣフライス盤のようなデバイスを使用する従来の削り取り方法は、カーバイド切断ブレードの耐用年数を維持するために実質的に速度が遅くなっている。このような減速は、構成要素の製造時間を延ばし、製造コストを上昇させる。いくつかの公知の機械加工システムでは、そのカーバイド切断ブレードを放電ヘッドに置き換えて、構成要素製造プロセスを加速させている。
【０００４】
上述したように、構成要素製造プロセスのバルク材料除去部分が完了すると、より精密な材料除去方法を使用して、しばしば複雑かつ固有の三次元（３Ｄ）構成および幾何学的形状、例えば、内部流体通路を画定し、構成要素の動作効率を高める。この第２のステップにより、構成要素に関連する製造時間および経費がさらにかかる。さらに、これらの公知の構成要素の多くは、サイズが大きく、例えば、いくつかのインペラは、２．５メートル（ｍ）（８．２フィート（ｆｔ））の直径である。したがって、構成要素のサイズ、超合金の強化された硬度、および要求される精密仕上げの組合せにより、これらの公知の構成要素の多くは、製造に数週間かかってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２０１７／０５８６２３Ａ１号
【発明の概要】
【０００６】
一態様では、電気機械加工システムが提供される。電気機械加工システムは、少なくとも１つの操縦可能な電極を含む。各操縦可能な電極は、ピッチ軸、ヨー軸、およびロール軸に関連する６自由度を容易にするように構成された電極位置決め機構を含む。３つの軸は、互いに実質的に垂直である。電極位置決め機構は、第１の端部と、第１の端部に結合された回転可能な電極先端とを含む。
【０００７】
さらなる態様では、物体を製造する方法が提供される。方法は、電極位置決め機構と、電極位置決め機構に結合された回転可能な電極先端とを含む少なくとも１つの操縦可能な電極を含む電気機械加工システムを使用することを含む。方法はまた、ピッチ方向、ヨー方向、およびロール方向の少なくとも１つにおいて物体を通る所定の通過経路を介して電極位置決め機構を作動させることを含む。方法は、電極先端を回転させることを含む、物体の少なくとも一部分を所定の通過経路に沿って除去することをさらに含む。
【０００８】
別の態様では、並列製造システムが提供される。並列製造システムは、複数の操縦可能な電極を含む。複数の操縦可能な電極の各操縦可能な電極は、ピッチ軸、ヨー軸、およびロール軸に関連する６自由度を容易にするように構成された電極位置決め機構を含む。３つの軸は、互いに実質的に垂直である。電極位置決め機構は、第１の端部と、第１の端部に結合された回転可能な電極先端とを含む。電極位置決め機構はまた、各操縦可能な電極の形状および配向、ならびに各操縦可能な電極を通って伝達される電流の値の１つまたは複数を動的に変更するように構成された少なくとも１つのコントローラを含み、それによって、材料を物体から物体を通る複数の所定の通過経路を介して実質的に同時に除去する。
【０００９】
本開示のこれらの、ならびに他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的な操縦可能な電極の一部分の概略図である。
【図２】図１に示す操縦可能な電極と共に使用することができる例示的なフレームセグメントの概略図である。
【図３】図１に示す複数の操縦可能な電極を使用することができる例示的な大規模並列製造システムの概略側面図である。
【図４】内部で製造される例示的なインペラを有する図３に示す大規模並列製造システムの概略斜視図である。
【図５】図４に両方を示す、内部にインペラを有する大規模並列製造システムの概略底面図である。
【図６】図３と図４の両方に示す、大規模並列製造システムの一部分内に配置されたインペラの概略斜視図である。
【図７】図３〜図５に示す大規模並列製造システムと共に使用することができる操縦可能な電極位置決めシステムの概略斜視図である。
【図８】図７に示す操縦可能な電極位置決めシステムの半透明図である。
【図９】図８に示す領域９に沿った図７および図８に示す、操縦可能な電極位置決めシステムと共に使用することができる電極位置決め継手機構の半透明斜視図である。
【図１０】図７および図８に示す領域１０／１１に沿った操縦可能な電極位置決めシステムの例示的な電極先端部分の切欠き斜視図である。
【図１１】図１０に示す電極先端部分の半透明斜視図である。
【図１２】図１０および図１１に示す電極先端部分と共に使用することができる例示的な回転可能な電極先端の概略斜視図である。
【図１３】図７および図８に示す操縦可能な電極位置決めシステムの部分の上側サーボモータハウジング、下側サーボモータハウジング、および電力送達システムの半透明斜視図である。
【図１４】図７、図８、および図１３に示す操縦可能な電極と共に使用することができるスリップリングアセンブリの分解概略図である。
【図１５】図３〜図５に示す大規模並列製造システムと共に使用することができる代替の操縦可能な電極位置決めシステムの概略斜視図である。
【００１１】
特に明記しない限り、本明細書において提供される図面は、本開示の実施形態の特徴を図示するものである。これらの特徴は、本開示の１つまたは複数の実施形態を含む多種多様なシステムで適用できると考えられる。したがって、図面は、本明細書に開示される実施形態の実施のために必要とされる当業者に知られているすべての従来の特徴を含むものではない。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の明細書および特許請求の範囲において、いくつかの用語に言及するが、それらは以下の意味を有すると規定する。
【００１３】
単数形「１つの（ａ、ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、文脈が特に明確に指示しない限り、複数の言及を含む。
【００１４】
「任意の」または「任意に」は、後で述べられる事象または状況が、起こる場合も起こらない場合もあることを意味し、この記述は、その事象が起こる事例と、起こらない事例とを含むことを意味する。
【００１５】
本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用される、近似する文言は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動できる任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似する文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに本明細書および特許請求の範囲を通して、範囲の限定は組合せおよび／または置き換えが可能であり、文脈および文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含されるすべての部分範囲を含む。
【００１６】
本明細書で使用する場合、「プロセッサ」および「コンピュータ」という用語および関連する用語、例えば、「処理デバイス」、「コンピューティングデバイス」、および「コントローラ」は、従来技術においてコンピュータと呼ばれているそれらの集積回路に限定されず、広く、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路、および他のプログラム可能な回路を意味し、これらの用語は、本明細書において互換的に用いられる。本明細書で説明する実施形態では、メモリは、限定はしないが、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などのコンピュータ可読媒体、およびフラッシュメモリなどのコンピュータ可読不揮発性媒体を含むことができる。あるいは、フロッピーディスク、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気ディスク（ＭＯＤ）、および／またはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）もまた、使用することができる。また、本明細書で説明する実施形態では、追加の入力チャネルは、限定はしないが、マウスおよびキーボードなどのオペレータインターフェースに関係するコンピュータ周辺機器であってもよい。あるいは、例えば、限定はしないが、スキャナを含むことができる他のコンピュータ周辺機器も使用することができる。さらに、例示的な実施形態では、追加の出力チャネルは、限定はしないが、オペレータインターフェースモニタを含むことができる。
【００１７】
さらに、本明細書で使用する場合、「ソフトウェア」および「ファームウェア」という用語は、互換可能であり、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、クライアント、およびサーバによって実行するための、メモリ内の任意のコンピュータプログラム記憶装置を含む。
【００１８】
本明細書で使用する場合、「非一時的コンピュータ可読媒体」という用語は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュールおよびサブモジュール、または任意のデバイスの他のデータなどの情報の短期的および長期的記憶のための任意の技術の方法で実施される、任意の有形のコンピュータに基づくデバイスを表すことを意図している。したがって、本明細書で説明する方法は、限定はしないが、記憶デバイスおよび／またはメモリデバイスを含む、有形の非一時的コンピュータ可読媒体で具現化された実行可能命令として符号化することができる。このような命令は、プロセッサによって実行された場合に、プロセッサに本明細書で説明する方法の少なくとも一部分を実行させる。さらに、本明細書で使用する場合、「非一時的コンピュータ可読媒体」という用語は、すべての有形のコンピュータ可読媒体を含み、これらは非一時的コンピュータ記憶デバイスを含むが、これに限定されるものではなく、揮発性および不揮発性媒体、ならびにファームウェア、物理および仮想記憶装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなどの取り外し可能および取り外し不可能な媒体、ならびにネットワークもしくはインターネットなどの他の任意の他のデジタルソース、ならびにこれまでに開発されたデジタル手段を含むが、これらに限定されるものではなく、一時的な伝播する信号がその唯一の例外である。
【００１９】
さらに、本明細書で使用する場合、「リアルタイム」という用語は、関連する事象が発生する時、所定のデータを測定および収集する時、データを処理する時、ならびに事象および環境に対するシステム応答の時の少なくとも１つを意味する。本明細書で説明する実施形態では、これらの作動および事象は、実質的に同時に起こる。
【００２０】
さらに、本明細書で使用する場合、「電気機械加工」という用語は、バルク材料除去を必要とする製造プロセスの少なくとも一部分、例えば、限定はしないが、圧縮機インペラ製造としてのワークピース材料の除去に影響を与えるように、機械的方法ではなく、電気エネルギーをワークピースに適用することを意味する。電気機械加工の例は、限定はしないが、放電加工（ＥＤＭ）、電気化学放電加工（ＥＣＤＭ）（電気化学加工（ＥＣＭ）とＥＤＭとのハイブリッド組合せ）、および高速電気浸食（ＨＳＥＥ）を含む。ＨＳＥＥプロセスの一例は、限定はしないが、Ｇｅｎｅｒａｌ  ＥｌｅｃｔｒｉｃのＢｌｕｅＡｒｃ（商標）である。
【００２１】
本明細書に開示される電気機械加工システムおよび大規模並列製造システム用の操縦可能な電極は、圧縮機インペラのような複雑な構成要素の製造の大幅な加速を容易にする。具体的には、本明細書に開示される操縦可能な電極は、電極の位置および配向を動的に変えることを容易にする。より具体的には、電極が超合金材料を貫通すると、関連する電極位置決め、すなわち、アーム機構の屈曲が作動継手を介して直列に結合された複数のリンクを介して実行され、それによって、ロボットアームの平行運動学を介して三次元空間における６自由度を活用する。このように、操縦可能な電極は、実質的に任意の角度に対して通路および屈曲を構成要素内に形成することを容易にする。また、電極は、５００アンペア（ａｍｐ）を超えて搬送するように構成され、それによって、粗加工プロセス中の材料除去の迅速性が向上する。さらに、操縦可能な電極の先端は、回転可能であり、それによって、材料除去の速度をさらに増加させる。可撓性電極アーム機構は、不注意な材料除去を伴うことなく、ワークピースからのバルク材料除去のための回転可能な電極先端の十分に正確な位置決めを容易にする所定の剛性を有する。
【００２２】
さらに、操縦可能な電極は、コンピュータによって制御可能であり、それにより操縦可能な電極は、異なる構成および幾何学的形状を有する多数の構成要素に容易に適合可能である。このように、本明細書で説明する電気機械加工システムは、制御可能な電気機械加工穿孔およびポケット加工を容易にする。また、２つの独立したサーボモータ、すなわち、ロボットアームの湾曲を動作させるための１つのサーボモータと、電極を回転させる第２のサーボモータとの使用は、アームおよびシステムの残りの部分的なエンドエフェクタの変更によって容易になり、本明細書で説明する実施形態は、他の（手動の）機械加工プロセス、例えば、インペラベーンの内部壁の研磨、光学式、渦電流式、およびＸ線を含む表面検査方法に適用することができる。また、大規模並列製造システムは、複数の操縦可能な電極を使用し、それにより電気機械加工は、例えば、穿孔およびポケット加工によってインペラのすべてのベーンに同時に展開され、それによって、そのようなインペラの粗加工プロセスの製造時間をさらに短縮する。例えば、限定はしないが、現在の３週間ではなく約２〜３日でインペラを仕上げ加工するのに必要な材料の約９０％を除去することにより、２．５メートルの直径のインペラをブランクのワークピースから製造することができる。
【００２３】
図１は、例示的な操縦可能な電極１００の一部分の概略図である。操縦可能な電極１００は、実質的に中実のブロック形成された物体、すなわち、ワークピースと呼ばれるブランクの物体からのバルク材料除去を容易にし、ワークピースは、限定はしないが、ニッケル基（例えば、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ（登録商標）およびＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標））、コバルト基、鉄基、およびチタン基などの超合金から形成される。このようなバルク材料除去は、非常に高い電流で、すなわち、操縦可能な電極１００を通過してワークピースを電気的に侵食する約２００アンペア（ａｍｐ）〜約２０００ａｍｐの範囲で、１つまたは複数の電気機械加工プロセスによって積極的に達成される。このような積極的なバルク材料除去は、最終製品に似た概略形状の物体、例えば、限定はしないが、ポンプインペラを適時に形成することを容易にし、続いて、概略形状の物体は、最終的な製造のためにより精密な機械加工プロセスに移される。本明細書で使用する場合、「電気機械加工システム」という用語は、１つまたは複数の操縦可能な電極１００を含むシステムである。したがって、電気機械加工システムは、１つの操縦可能な電極１００で画定することができる。
【００２４】
例示的な実施形態では、操縦可能な電極１００は、操縦可能な電極１００の平行運動学を活用して操縦可能な電極１００を三次元空間の６自由度で操作するように構成されたロボットアームをエミュレートする電極位置決め機構１０２を含む。電極位置決め機構１０２は、可撓性の平行運動学的フレーム構造１０６を画定するように配置された複数の短い可撓性スプラインセグメント１０４を含む。各スプラインセグメント１０４は、断面プロファイルが実質的に正方形である。あるいは、短い可撓性スプラインセグメント１０４は、限定はしないが、管状を含む、本明細書で説明する操縦可能な電極１００および電極位置決め機構１０２の動作を可能にする任意の形状および断面プロファイルを有する。可撓性外側シース（図示せず）が、スプラインセグメント１０４上に延びる。
【００２５】
また、例示的な実施形態では、フレーム構造１０６は、実質的に長方形のプロファイルと実質的に台形のプロファイルとの間を、運動学的運動によって遷移する構成を画定する４つのフレームストリング１０８を含む。あるいは、フレーム構造１０６は、本明細書で説明する操縦可能な電極１００、電極位置決め機構１０２、および運動学的フレーム構造１０６の動作を可能にする任意の数のフレームストリング１０８を含む。各スプラインセグメント１０４は、可撓性継手機構１１０を介して少なくとも１つの隣接するスプラインセグメント１０４に結合される。対向する可撓性継手機構１１０の間に延びる関連するスプラインセグメント１０４の各組は、実質的に四辺形のフレームセグメント１１２を画定する。４つのフレームセグメント１１２が、図１に示されている（明確にするために、２つのみが符号付けされている）。あるいは、電極位置決め機構１０２は、本明細書で説明する操縦可能な電極１００、電極位置決め機構１０２、および運動学的フレーム構造１０６の動作を可能にする任意の数の四辺形のフレームセグメント１１２を含む。
【００２６】
図２は、操縦可能な電極１００と共に使用することができる１つの例示的なフレームセグメント１１２の概略図である。各フレームセグメント１１２は、４つのスプラインセグメント１０４を含む。各フレームセグメント１１２はまた、スプラインセグメント１０４の第１の対１１１とスプラインセグメント１０４の第２の対１１３との間に斜めに延びるトラス部材１１４を含む。トラス部材１１４は、実質的に平行な２つのトラスバー１１６を含み、トラスクロス部材１１８が、可撓性継手機構１１０を介してトラスバー１１６とスプラインセグメント１０４の第１の対１１１の両方に結合される。
【００２７】
図１および図２を参照すると、電極位置決め機構１０２はまた、各フレームセグメント１１２を通って長手方向に延びる複数のリードスクリュセグメント１２０を含む。各リードスクリュセグメント１２０は、本明細書で説明する操縦可能な電極１００、電極位置決め機構１０２、および運動学的フレーム構造１０６の動作を可能にする所定のねじピッチを有するねじ１２２を含む。リードスクリュセグメント１２０は、短い可撓性カプラ１２４を介して電極位置決め機構１０２の長手方向長さに沿って隣接するリードスクリュセグメント１２０に結合され、運動学的フレーム構造１０６を通って延びるリードスクリュ機構１２６を画定する。各可撓性カプラ１２４は、各可撓性継手機構１１０に近接して配置され、運動学的フレーム構造１０６の屈曲によりリードスクリュ機構１２６の屈曲を容易にする。
【００２８】
また、例示的な実施形態では、各可撓性継手機構１１０は、トラス部材１１４をスプラインセグメント１０４の第１の対１１１に旋回可能に結合する継手ベアリング１２８を含む。継手ベアリング１２８は、トラスクロス部材１１８およびトラスバー１１６を通り、スプラインセグメント１０４の第１の対１１１に延びる。いくつかの実施形態では、可撓性継手機構１１０は、限定はしないが、ドングリナット、シャフトキャップ、およびコッタピン（いずれも図示せず）などで継手ベアリング１２８を所定位置に固定する機械的結合デバイスを含む。
【００２９】
さらに、例示的な実施形態では、トラス部材１１４は、限定はしないが、継手ベアリング１２８と同様のデバイス（図示せず）を含むデバイスを介してトラスバー１１６に旋回可能に結合されたナットベアリング１３０を含む。また、ナットベアリング１３０は、各ナットベアリング１３０が関連するリードスクリュセグメント１２０のねじ１２２を乗り越えるように、ねじ１２２と噛み合ってねじ係合するように構成されたねじ（図示せず）を含む。
【００３０】
図１を参照すると、操縦可能な電極１００は、少なくとも１つの電極位置決め機構駆動デバイス、すなわち、リードスクリュ機構１２６に駆動結合されたリードスクリュサーボモータ１３２を含む。リードスクリュサーボモータ１３２は、シュラウド１３４内に保護的に収容され、可逆的である。さらに、操縦可能な電極１００は、回転可能な電極先端１３６（以下にさらに説明する）を含む。したがって、フレームストリング１０８およびリードスクリュ機構１２６は、サーボモータ１３２から電極先端１３６に延びる。電極位置決め機構１０２は、回転可能な電極先端１３６に結合された第１の端部１３７と、リードスクリュサーボモータ１３２に結合された第２の端部１３８とを含む。可撓性外側シース（図示せず）は、第１の端部１３７から第２の端部１３８へとスプラインセグメント１０４上に延びる。
【００３１】
例示的な実施形態では、電極位置決め機構１０２（アーム）は、ＸＺ平面における断面において約７５ミリメートル（ｍｍ）（２．９５インチ（ｉｎ））であり、リードスクリュセグメント１２０は、約３ｍｍ（０．１２ｉｎ）の直径であり、回転可能な電極先端１３６は、約３０〜４０ｍｍ（１．１８ｉｎ〜１．５７ｉｎ）の直径である。あるいは、電極位置決め機構１０２、リードスクリュセグメント１２０、および回転可能な電極先端１３６は、本明細書で説明する操縦可能な電極１００の動作を可能にする任意の寸法を有してもよく、例えば、限定はしないが、電極位置決め機構１０２は、より小さい機械加工作業のために５ｍｍ〜１０ｍｍ（０．２ｉｎ〜０．４ｉｎ）の直径である。
【００３２】
動作中、図１および図２を再び参照すると、操縦可能な電極１００は、非常に高い電流で、すなわち、操縦可能な電極１００を通過して回転可能な電極先端１３６に伝達され、ワークピースを電気的に侵食する約２００アンペア（ａｍｐ）〜約２０００ａｍｐの範囲で、ワークピース（図１および図２には示されていない）からのバルク材料除去を行う。このような積極的なバルク材料除去は、最終製品に似た概略形状の物体、例えば、限定はしないが、ポンプインペラを適時に形成することを容易にし、続いて、概略形状の物体は、最終的な製造のためにより精密な機械加工プロセスに移される。本明細書における操縦可能な電極１００の説明をさらに容易にするために、ピッチ軸、すなわち、ｘ軸、ロール軸、すなわち、ｙ軸、およびヨー軸、すなわち、ｚ軸を有する座標系１４０が示されており、各軸は、他の２つの軸に直交する。参考までに、リードスクリュサーボモータ１３２は、ｙ軸に対して鋭角θに配向されて示されている。いくつかの実施形態では、角度θは、約４５度である。回転可能な電極先端１３６は、以下でさらに説明するように、方向矢印１４２で示すように回転する。
【００３３】
具体的には、動作中、リードスクリュサーボモータ１３２は、リードスクリュ機構１２６において回転運動を誘発するように電気的に付勢される。このような回転運動は、可逆的である。各リードスクリュセグメント１２０が回転すると、関連するナットベアリング１３０は、リードスクリュセグメント１２０のねじ１２２に沿ってｙ軸に少なくとも部分的に平行な方向にスライドする。リードスクリュセグメント１２０に沿ったナットベアリング１３０のそのような移動は、ｘ軸およびｙ軸によって画定されるｘ−ｙ平面におけるトラス部材１１４の残りの旋回並進１４４を誘発する。より具体的には、ナットベアリング１３０が図２の右側にスライドすると、スプラインセグメント１０４の第１の対１１１は、スプラインセグメント１０４の第２の対１１３に向かって並進する。逆に、ナットベアリングが図２の左側にスライドすると、スプラインセグメント１０４の第１の対１１１は、スプラインセグメント１０４の第２の対１１３から離れる方向に並進する。図１を参照すると、スプラインセグメント１０４のこのような並進は、関連する可撓性継手機構１１０に対する個々の各フレームセグメント１１２の並進１４６をもたらす。もたらされる各並進１４６の合計により、回転可能な電極先端１３６の並進１４８が生じる。
【００３４】
また、動作中、並進１４４、１４６、１４８の寸法の値は、各フレームセグメント１１２の長さ、各トラス部材１１４の長さ、関連するリードスクリュセグメント１２０に沿った各ナットベアリング１３０の許容移動長さ、ならびに各リードスクリュセグメント１２０およびナットベアリング１３０のねじピッチに依存する。いくつかの実施形態では、リードスクリュセグメント１２０のいくつかは、その上のナットベアリング１３０の移動を制限する移動ストッパを含む。また、いくつかの実施形態では、各フレームセグメント１１２およびリードスクリュセグメント１２０は、実質的に同様の大きさの並進を容易にするために、実質的に同様の長さおよびねじピッチを有する。あるいは、いくつかの実施形態では、各フレームセグメント１１２およびリードスクリュセグメント１２０は、異なる大きさの並進を容易にするために、異なる長さおよび／またはねじピッチを有する。
【００３５】
図３は、複数の操縦可能な電極位置決め機構２０２を使用することができる例示的な大規模並列製造システム２００の概略側面図である。図３は、製造施設内の大規模並列製造システム２００の構成を実質的に表しており、床（図示せず）は、ｘ軸に実質的に平行である。図４は、内部で製造される例示的なインペラ２０４を有する大規模並列製造システム２００の概略斜視図である。図５は、内部にインペラ２０４を有する大規模並列製造システム２００の概略底面図である。図６は、大規模並列製造システム２００の一部分内に配置されたインペラ２０４の概略斜視図である。
【００３６】
例示的な実施形態では、大規模並列製造システム２００は、１５〜２０の操縦可能な電極位置決め機構２０２（１７個が示されているが、１つのみが図３には符号付けされており、１つの部分のみが図４および図５の各々には符号付けされている）を含む二重リング多電極電気機械加工システムである。各操縦可能な電極位置決め機構２０２は、１５〜２０の可撓性の操縦可能な電極２０６（１７個が示されているが、２つのみが図３、図４、および図５の各々には符号付けされている）の１つを操作してインペラ２０４を部分的に形成する。あるいは、大規模並列製造システム２００は、限定はしないが、単一の操縦可能な電極位置決め機構２０２を含む、本明細書で説明する大規模並列製造システム２００の動作を可能にする任意の数の操縦可能な電極位置決め機構２０２を含む。このように、大規模並列製造システム２００は、多種多様な機械加工作業のために完全にスケーラブルである。あるいは、操縦可能な電極位置決め機構２０２ではなく、いくつかの実施形態では、大規模並列製造システム２００は、複数の電極位置決め機構１０２（図１に示す）を含む。
【００３７】
また、例示的な実施形態では、各操縦可能な電極位置決め機構２０２は、２つの部分、すなわち、第１の部分２０８と、第２の部分２１０とを有する。一般に、第１の部分２０８は、操縦可能な電極１００と実質的に同様である。しかし、第１の部分は、１〜４つのサーボモータ駆動デバイス、すなわち、２１２（図３、図４、および図５に示す２つ）を含む。第２の部分２１０は、ｙ軸に実質的に平行であり、１つの駆動デバイス、すなわち、サーボモータ２１４を含む。あるいは、第１の部分２０８および第２の部分２１０は、それぞれ、本明細書で説明する操縦可能な電極位置決め機構２０２の動作を可能にする任意の数のサーボモータ２１２および２１４を有する。サーボモータ２１２および２１４は、可逆的である。操縦可能な電極位置決め機構２０２の第２の部分２１０はまた、サーボモータ２１４に動作可能に結合された位置決めシリンダ２１６を含む。サーボモータ２１４および位置決めシリンダ２１６は、限定はしないが、ギヤードドライブ、油圧、および空気圧を含む、本明細書で説明する操縦可能な電極位置決め機構２０２および大規模並列製造システム２００の動作を可能にする任意のタイプの電気機械システムを少なくとも部分的に画定する。第２の部分２１０はまた、一対のダウエル型結合デバイス２２０を介して第１の部分２０８に結合された位置決めロッド２１８を含む。第２の部分２１０は、ロッド２１８の長さをｙ軸寸法に調整することによって第１の部分２０８を所定の範囲の円弧に沿って位置決めする。
【００３８】
さらに、例示的な実施形態では、大規模並列製造システム２００は、支持ガイドリング２２４を画定する複数の支持ガイド部材２２２を含む。大規模並列製造システム２００はまた、操縦可能な電極位置決め機構２０２の第２の部分２１０を支持する電極支持リング２２６を含む。支持ガイドリング２２４および電極支持リング２２６は、システム２００の「二重リング」記述の理由である。各電極２０６の電極支持ブラケット２２８（図６に１つのみ示す）が、電極支持リング２２６に結合される。
【００３９】
動作中、大規模並列製造システム２００は、放電加工（ＥＤＭ）、電気化学放電加工（ＥＣＤＭ）、および高速電気浸食（ＨＳＥＥ）の少なくとも１つを使用する。このように、ブランクのワークピース（図示せず）は、本明細書で説明するシステム２００の動作を可能にする任意の手段を介して大規模並列製造システム２００に固定される。１つまたは複数の可撓性の操縦可能な電極２０６は、非常に高い電流、すなわち、各操縦可能な電極２０６を通過してワークピースを電気的に侵食する約２００ａｍｐ〜約２０００ａｍｐの範囲を使用し、それによって、最終製品に似た概略形状の物体、例えば、限定はしないが、ポンプインペラが形成されるまで、ワークピースからのバルク材料除去を行う。
【００４０】
また、動作中、第２の部分２１０は、ｙ軸に対する関連する電極２０６の位置決めを調節する。第１の部分２０８は、操縦可能な電極１００（図１および図２に示す）について説明したのと実質的に同様の方法で、ｘ軸およびｚ軸に対する電極２０６の位置決めを調節する。このように、各操縦可能な電極位置決め機構２０２は、所定の通過経路に沿ってワークピースの少なくとも一部分を除去することによって、６自由度を活用して、すなわち、ピッチ方向、ロール方向、およびヨー方向（ぞれぞれｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸）の少なくとも１つにおいてワークピースを通る所定の通過経路を介して関連する操縦可能な電極２０６を作動させる。
【００４１】
さらに、動作中、各電極位置決め機構２０２は、所定の通過経路を介して穿孔およびポケット加工を行いながら関連する操縦可能な電極２０６を作動させ、穿孔は、本明細書で使用する場合、実質的に一貫したボア孔直径を有するボア孔を画定するために、所定の距離だけ単一の孔をワークピース内にボーリングすることを説明する。このようなボア孔は、典型的には、座標系１４０のｘ、ｙ、およびｚ軸の少なくとも１つに対して湾曲している。対照的に、ポケット加工は、本明細書で使用する場合、限定はしないが、螺旋経路を含む材料除去パターンを介して層の間に少なくとも１つの段差を割り当てて材料を層ごとに除去すること、すなわち、中心の作業から開始して外側、または外側の作業から開始して内側へと、穿孔と平行し、限定はしないが、軸方向、螺旋状、ジグザグ、または穿孔点を含むプランジ法を使用して次の機械加工層に移行することを説明する。例えば、電極２０６は、１〜３ミリメートル、ワークピースを貫通し、次いで完全に引き抜かれ、次に、第１の貫通部の周囲に対して半径方向にシフトされ、それによりその後の貫通部が少なくとも部分的に重なり合ってワークピースにポケットを画定するように、第１の貫通部を画定する材料の一部分を除去する別の貫通部が形成される。
【００４２】
さらに、動作中、各電極位置決め機構２０２は、実質的に同時にいくつかの機械加工動作における実質的に同様の材料除去運動によって、実質的に同時に他の機械加工動作における異なる材料除去運動によって、および実質的に同時にいくつかの他の機械加工動作における類似のおよび異種の材料除去運動のいくつかの組合せにおいて、関連する操縦可能な電極２０６を作動させる。例示的な実施形態では、同時に１７個の電極すべてを使用することによってただ１つの電極２０６を使用する任意の態様が利用可能である。このように、インペラ２０４の半径方向の対称性は、座標系１４０の３つの軸Ｘ、Ｙ、およびＺを通る複数のアーム制御の任意の組合せによって製造中に画定される。
【００４３】
図７は、大規模並列製造システム２００（図３〜図５に示す）と共に使用することができる操縦可能な電極位置決めシステム３００の概略斜視図である。図８は、操縦可能な電極位置決めシステム３００の半透明図である。操縦可能な電極１００と操縦可能な電極位置決めシステム３００との間の顕著な構成の違いは、本明細書で説明する大規模並列製造システム２００の動作を可能にするために適応される。操縦可能な電極位置決めシステム３００は、実質的にロボットアームとして動作する電極位置決め機構３０２を含む。操縦可能な電極位置決めシステム３００はまた、電極位置決め機構３０２の制御、すなわち、屈曲のために上側サーボモータハウジング３０４を含む。操縦可能な電極位置決めシステム３００はさらに、回転可能な電極先端３０８を回転可能に駆動するための下側サーボモータハウジング３０６を含む。操縦可能な電極位置決めシステム３００はまた、電力送達システム３１０を含む。電極位置決め機構３０２、上側サーボモータハウジング３０４、下側サーボモータハウジング３０６、回転可能な電極先端３０８、および電力送達システム３１０の各々については、以下でさらに説明する。回転可能な電極先端３０８に近接する電極位置決め機構３０２の部分は、第１の端部１３７（図１に示す）と同等である。同様に、電力送達システム３１０に近接する電極位置決め機構３０２の部分は、第２の端部１３８（図１に示す）と同等である。
【００４４】
例示的な実施形態では、電極位置決め機構３０２（アーム）は、約７５ｍｍ（２．９５（ｉｎ））の直径であり、回転可能な電極先端３０８は、約２５〜２６ｍｍ（１．００ｉｎ）の直径である。あるいは、電極位置決め機構３０２および回転可能な電極先端３０８は、本明細書で説明する電極位置決め機構３０２の動作を可能にする任意の寸法を有してもよく、例えば、限定はしないが、電極位置決め機構３０２は、より小さい機械加工作業のために５ｍｍ〜１０ｍｍ（０．２ｉｎ〜０．４ｉｎ）の直径である。
【００４５】
図９は、操縦可能な電極位置決めシステム３００（図７および図８に示す）の一部分、具体的には、電極位置決め機構３０２、より具体的には、領域９（図８に示す）に沿った電極位置決め継手機構３１２の半透明斜視図である。例示的な実施形態では、電極位置決め機構３０２は、４つの継手機構３１２を含む。あるいは、電極位置決め機構３０２は、本明細書で説明する操縦可能な電極位置決めシステム３００および電極位置決め機構３０２の動作を可能にする任意の数の継手機構３１２を含む。
【００４６】
電極位置決め継手機構３１２は、第１の管３１６を含む第１の部分３１４と、第２の管３２０を含む第２の部分３１８とを含む。第１の管３１６および第２の管３２０は、継手機構３１２の可撓性を低下させる接触の可能性を低減するために、互いに所定の距離だけ離間されている。第１の管３１６は、第１の長さＬ１を有し、第２の管３２０は、第２の長さＬ２を有する。いくつかの実施形態では、第１の長さＬ１および第２の長さＬ２は、継手機構３１２の各々について実質的に同様の値を有する。他の実施形態では、第１の長さＬ１および第２の長さＬ２は、継手機構３１２の各々について異なる値を有し、例えば、電力送達システム３１０から回転可能な電極先端３０８までの連続的な継手機構３１２は、徐々に小さくなる値を有する。
【００４７】
第１の部分３１４は、限定はしないが、摩擦嵌め、長手方向ストッパ、キー付き構成要素、接着剤、および締結用ハードウェア（いずれも図示せず）を含む機構によって第１の管３１６の固定を容易にする少なくとも１つの構造部材３２２を含む。第２の部分３１８は、限定はしないが、摩擦嵌め、長手方向ストッパ、キー付き構成要素、接着剤、および締結用ハードウェア（いずれも図示せず）を含む機構によって第２の管３２０の固定を容易にする第１の構造部材３２４および第２の構造部材３２６を含む。第１の構造部材３２４および第２の構造部材３２６は、構造部材３２２と同様であり、１つの違いは、部材３２４および３２６が車軸３２８を介して旋回可能であることである。第１の部分３１４はまた、第１の部分３１４を第２の部分３１８に旋回可能に結合する車軸３２８を受け入れるスリーブ３３０を含む。
【００４８】
電極位置決め継手機構３１２はまた、電極先端３０８（図７および図８に示す）の回転のための可撓性シャフト３３２を含む。例示的な実施形態では、可撓性シャフト３３２は、約３ｍｍ（０．１２ｉｎ）の直径である。あるいは、可撓性シャフト３３２は、本明細書で説明する電極位置決め継手機構３１２の動作を可能にする任意の直径を有する。可撓性シャフト３３２は、非常に高い電流を、すなわち、ワークピースを電気的に侵食する約２００アンペア（ａｍｐ）〜約２０００ａｍｐの範囲で伝達する。電極先端３０８が回転するので、可撓性シャフト３３２もまた、回転矢印３３４で示すように先端３０８と共に回転する。電極位置決め継手機構３１２は、電極位置決め継手機構３１２を屈曲させるための複数の可撓性シャフト３３６（１つのみ図示）をさらに含む。電極位置決め継手機構３１２はまた、引張ケーブル３３８を含み、油圧シリンダ（図９には図示せず）が引張ケーブル３３８を引っ張って滑らかな運動を容易にし、部分３１４と３１８との間のバックラッシュの可能性を著しく低減するので、運動範囲全体にわたって電極位置決め機構３０２の剛性を向上させる。電極位置決め機構３０２の所定の剛性は、不注意な材料除去を伴うことなく、ワークピースからのバルク材料除去のための回転可能な電極先端３０８の十分に正確な位置決めを容易にする。電極位置決め継手機構３１２は、双方向回転矢印３４４で示すように回転することによって電極位置決め継手機構３１２を屈曲させ、および屈曲させないために、可撓性シャフト３３６および車軸３２８に動作可能に結合されたウォームギア３４０および回転ギア３４２をさらに含む。可撓性シャフト３３６、ウォームギア３４０、回転ギア３４２、および車軸３２８は、電極位置決めシステム１０２のリードスクリュセグメント１２０およびトラス部材１１４（いずれも図２に示す）と実質的に同様の効果をもたらす。電極位置決め継手機構３１２はまた、可撓性シャフト３３２および引張ケーブル３３８のガイドされた屈曲を容易にする複数のワッシャ３４６を含む。
【００４９】
図７および図８を再び参照すると、電極位置決め機構３０２は、可撓性外側シース３５０（図８に半透明で示す）を含む。可撓性外側シース３５０が製造されることで、誘電フラッシング流体、例えば、限定はしないが、約０．６メガパスカル（ＭＰａ）（６バール、８７ポンド／平方インチ（ｐｓｉ））〜約１ＭＰａ（１０バール、１４５ｐｓｉ）の包括的範囲を有する圧力の脱イオン水３５２（図９に示す）の流れ、および約１０リットル／分（ｌｐｍ）（２．６４ガロン／分（ｇｐｍ））〜約２０ｌｐｍ（５．２８ｇｐｍ）の包括的範囲を有する流量を容易にする。このように、可撓性外側シース３５０は、電極位置決め機構３０２を流体フラッシング導管として動作させるのを容易にする。例示的な実施形態では、可撓性外側シース３５０は、半径方向内側管（図示せず）と、半径方向内側管上に延びる半径方向外側保護カバー（図示せず）とを含む。半径方向内側管は、限定はしないが、ナイロン強化ビニルおよびゴムを含む、本明細書で説明する電極位置決め機構３０２の動作を可能にする任意の材料から製造される。半径方向外側保護カバーは、限定はしないが、編組ステンレス鋼などの金属材料を含む、本明細書で説明する電極位置決め機構３０２の動作を可能にする任意の材料から製造される。操縦可能な電極位置決め機構３０２は、上述のフラッシング水流３５２を容易にするようにサイズ決めされた外径Ｄを有する。上述したように、Ｄは、約７５ｍｍ（２．９５インチ（ｉｎ））である。図１を参照すると、可撓性外側シース３５０（図１には図示せず）は、第２の端部１３８から第１の端部１３７に延びる。
【００５０】
図１０は、領域１０／１１（図７および図８に示す）に沿った操縦可能な電極位置決めシステム３００の例示的な電極先端部分３６０の切欠き斜視図である。図１１は、電極先端部分３６０の半透明斜視図である。電極先端部分３６０は、スリーブ３３０の少なくとも一部分と、スリーブ３３０上に延びる第１の構造部材３２４の少なくとも一部分とを含む。スリーブ３３０は、複数の車軸開口部３６２を画定し、第１の構造部材３２４は、複数の車軸開口部３６４を画定し、開口部３６２と３６４の両方のセットは、車軸３２８（図９に示す）を受け入れるように位置合わせされる。電極先端部分３６０はまた、可撓性シャフト３３２に結合された回転可能なハブ３６６を含む。電極先端部分３６０はさらに、ハブ３６６に回転可能に結合された電極先端ドラム３６８を含む。例示的な実施形態では、電極先端部分３６０は、約３０〜４０ｍｍ（１．１８ｉｎ〜１．５７ｉｎ）の直径である。あるいは、電極先端部分３６０は、本明細書で説明する操縦可能な電極位置決めシステム３００の動作を可能にする任意の直径を有する。
【００５１】
電極先端ドラム３６８は、複数の締結具通路３７２および複数の流体通路３７４を画定する、ハブ３６６に回転可能に結合された電極先端ドラム流体入口フランジ３７０を含む。例示的な実施形態では、締結具通路３７２および流体通路３７４は、円周方向の位置決めに関して交互に配置される。あるいは、締結具通路３７２および流体通路３７４は、本明細書で説明する電極先端部分３６０の動作を可能にする任意の方法で配置される。締結具通路３７２は、締結具３７６を受け入れ、流体通路３７４は、フラッシング流体流３５２を通して流す。電極先端ドラム３６８は、ドラムチャンバ３８０を内部に画定するドラムシェル３７８を含む。ドラムチャンバ３８０は、流体通路３７４と流れ連通して結合され、ドラムチャンバ３８０は、フラッシング流体流３５２を内部に受け入れる。締結具３７６は、ドラムチャンバ３８０内に部分的に延びる。電極先端ドラム３６８はさらに、ハブ３６６および電極先端ドラム流体入口フランジ３７０に回転可能に結合された雄ねじカプラ３８２を含む。
【００５２】
図１２は、電極先端部分３６０（図１０および図１１に示す）と共に使用することができる例示的な回転可能な電極先端３０８の概略斜視図である。回転可能な電極先端３０８は、複数のフラッシング流体通路３８４を画定する。また、回転可能な電極先端３０８は、雌ねじカプラ３８６を含む。例示的な実施形態では、電極先端３０８は、タングステン合金から製造される。あるいは、電極先端３０８は、本明細書で説明する電極先端３０８および電極先端部分３６０の動作を可能にする任意の材料から製造される。回転可能な電極先端３０８は、約１０，０００度（℃）（華氏１８，０３２度（°Ｆ））付近の温度で動作し、約２００〜２０００ＤＣ  ａｍｐを伝達し、約１０００回転／分（ｒｐｍ）〜約１５００ｒｐｍの包括的範囲内で回転し、ワークピースからＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）のような硬化材料のバルク材料除去を実行するように構成される。
【００５３】
図１０、図１１、および図１２を参照すると、回転可能な電極先端３０８は、雌ねじカプラ３８６を雄ねじカプラ３８２にねじ込むことによって、電極先端ドラム３６８に回転可能に結合される。このような簡単なねじ接続は、動作中の電極先端３０８の迅速な交換を容易にする。
【００５４】
フラッシング水流３５２は、可撓性外側シース３５０内から流体通路３７４を通ってドラムチャンバ３８０内に流れ、次に回転可能な電極先端３０８を出てフラッシング流体通路３８４を通り、ワークピースから除去された溶融固化材料を洗い流す。実質的に固定された第１の構造部材３２４は、回転可能な電極先端ドラム流体入口フランジ３７０から分離され、実質的に固定された可撓性外側シース３５０は、回転可能な電極先端ドラム流体入口フランジ３７０から分離される。しかし、厳密な公差を使用して、フラッシング水３５２がドラムチャンバ３８０およびフラッシング流体通路３８４を通って出るのではなく電極先端部分３６０から漏れ出す可能性を低減する。
【００５５】
図１３は、（図７および図８に示す）操縦可能な電極位置決めシステム３００の上側サーボモータハウジング３０４、下側サーボモータハウジング３０６、および電力送達システム３１０の半透明斜視図である。図７、図８、および図１３を参照すると、上側サーボモータハウジング３０４は、電極位置決め機構３０２の屈曲のための可逆的な上側駆動デバイス、すなわち、サーボモータ４００を囲む。上側サーボモータハウジング３０４は、電力を上側サーボモータ４００に送るための上側サーボモータ電力ケーブル４０４を受け入れる第１の電気接続エンクロージャ４０２を含む。上側サーボモータハウジング３０４はまた、動作指令信号を上側サーボモータ４００に送るための上側サーボモータエンコーダケーブル４０８を受け入れる第２の電気接続エンクロージャ４０６を含む。上側サーボモータハウジング３０４はまた、電極位置決め機構３０２の屈曲のための運動変換デバイス４１２を介してサーボモータ４００を可撓性シャフト３３６に回転可能に結合する上側可撓性カップリング４１０を囲む。運動変換デバイス４１２は、上側可撓性カップリング４１０の可逆的な回転運動を可撓性シャフト３３６に伝達して並進させる任意のデバイスである。
【００５６】
下側サーボモータハウジング３０６は、回転可能な電極先端３０８を回転可能に駆動するための可逆的な下側駆動デバイス、すなわち、サーボモータ４１４を囲む。下側サーボモータハウジング３０６は、電力を下側サーボモータ４１４に送るための下側サーボモータ電力ケーブル４１８を受け入れる第３の電気接続エンクロージャ４１６を含む。下側サーボモータハウジング３０６はまた、動作指令信号を下側サーボモータ４１４に送るための下側サーボモータエンコーダケーブル４２２を受け入れる第４の電気接続エンクロージャ４２０を含む。下側サーボモータハウジング３０６はまた、駆動シャフト４２６を介して下側サーボモータ４１４に回転可能に結合される下側可撓性カップリング４２４を囲む。
【００５７】
図１４は、操縦可能な電極位置決めシステム３００（図７、図８、および図１３に示す）と共に使用することができるスリップリングアセンブリ４３０の分解概略図である。図７、図８、図１３、および図１４を参照すると、下側サーボモータハウジング３０６はさらに、スリップリングアセンブリ４３０を囲む。スリップリングアセンブリ４３０は、電極先端の回転のために、下側可撓性カップリング４２４および可撓性シャフト３３２に結合される。スリップリングアセンブリ４３０は、スリップリングドラム４３２を含む。スリップリングドラム４３２は、一対のドラム面４３６にあり、ドラム４３２を通って長手方向に延びる複数の締結具通路４３４を画定する。例示的な実施形態では、スリップリングドラム４３２は、ドラム４３２の全長手方向長さに延びる６つの締結具通路４３４を含む。あるいは、スリップリングドラム４３２は、本明細書で説明するスリップリングアセンブリ４３０の動作を可能にするドラム４３２内の任意の深さを有する任意の数の締結具通路４３４を有する。スリップリングドラム４３２は、内部接触表面４３８を含む。スリップリングアセンブリ４３０はまた、ローラボールベアリング４４２を受け入れるベアリングシャフトシート４４０を含む。
【００５８】
スリップリングアセンブリ４３０は、ケーブル結合部分４４４をさらに含む。ケーブル結合部分４４４は、可撓性シャフト３３２を受け入れる可撓性シャフトカプラ４４６を含む。ケーブル結合部分４４４はまた、一対の面４５２にあり、締結具ディスク４４８を通って長手方向に延びる複数の締結具通路４５０を画定する締結具ディスク４４８を含む。例示的な実施形態では、締結具ディスク４４８は、締結具ディスク４４８の全長手方向長さに延びる６つの締結具通路４５０を含み、締結具通路４３４との位置合わせを容易にする。あるいは、スリップリングドラム４３２は、本明細書で説明するスリップリングアセンブリ４３０の動作を可能にする任意の数の締結具通路４３４を有する。ケーブル結合部分４４４はさらに、可撓性ケーブル（図示せず）と接触して可撓性シャフト３３２からケーブル結合部分４４４に結合する４つのキャップスクリュ４５６を含む接触延長部４５４を含む。接触延長部４５４は、スリップリングドラム４３２の内側表面４３８と接触する。ローラボールベアリング４５８は、可撓性シャフトカプラ４４６に受け入れられる。ローラボールベアリング４４２および４５８は、スリップリングアセンブリ４３０を実質的に電気的に絶縁する。
【００５９】
再び図７、図８、および図１３を参照すると、操縦可能な電極位置決めシステム３００は、電力送達システム３１０を含む。電力送達システム３１０は、直流（ＤＣ）電源（図示せず）に結合された電流供給導体４６０（図１３には図示せず）を含む。電流供給導体４６０は、非常に高い電流を、すなわち、ワークピースを電気的に侵食する約１０ボルトＤＣ（ＶＤＣ）〜約２０ＶＤＣの範囲の電圧で、約２００アンペア（ａｍｐ）〜約２０００アンペアの範囲で伝達する。例示的な実施形態では、このような低いＤＣ電圧範囲は、操縦可能な電極位置決めシステム３００と機械加工を受けるワークピースとの間に誘発される一時的な「短絡」のためにこのような大きい電流を生成し、局所的なプラズマを生成する。電流は、調整可能なデューティサイクルおよび電流振幅でパルスされる。
【００６０】
電力送達システム３１０はまた、電気接続部４６４（図１３には図示せず）を介して電流供給導体４６０に結合されたバスバー４６２を含む。電力送達システム３１０は、複数のブラシホルダ４６６、すなわち、バスバー４６２の各側に１つのブラシホルダ４６６をさらに含む。バスバー４６２は、電流を２つのブラシホルダ４６６の各々に、実質的に同様の電圧および極性で実質的に均等に分配する。複数のブラシ（図示せず）は、スリップリングアセンブリ４３０の各ブラシホルダ４６６およびスリップリングドラム４３２に結合される。バスバー４６２、ブラシホルダ４６６、および各ブラシホルダ４６６の複数のブラシは、流れる電流密度を減少させ、近接するスリップリングドラム４３２を点火する可能性を減少させる。
【００６１】
図１５は、大規模並列製造システム２００（図３〜図５に示す）と共に使用することができる代替の操縦可能な電極位置決めシステム５００の概略斜視図である。操縦可能な電極位置決めシステム５００は、操縦可能な電極位置決めシステム３００（図７、図８、および図１３に示す）と同様であり、最も重要な違いは、代替の電力送達システム５０２に関連する。単一の電流供給導体４６０（図７および図８に示す）ではなく、操縦可能な電極位置決めシステム５００は、４つの電流供給導体５０４を含む。電流供給導体５０４は、非常に高い電流を、すなわち、各導体５０４は、ワークピースを電気的に侵食する約１０ボルトＤＣ（ＶＤＣ）〜約２０ＶＤＣの範囲の電圧で、約５０ａｍｐ〜約５００ａｍｐの範囲で伝達する。上述したように、例示的な実施形態では、このような低いＤＣ電圧範囲は、操縦可能な電極位置決めシステム３００と機械加工を受けるワークピースとの間に誘発される一時的な「短絡」のためにこのような大きい電流を生成し、局所的なプラズマを生成する。電流は、調整可能なデューティサイクルおよび電流振幅でパルスされる。導体５０４の電流は、実質的に同様の電圧および同じ極性で実質的に均等に分配される。システム５００の各側の２つの導体５０４の各々は、関連するブラシホルダ５０６のブラシ（図示せず）に直接結合される。電力送達システム５０２は、電流供給導体４６０（図７および図８に示す）を受け入れるように画定された接続開口５１０を有する代替のバスバー５０８をさらに含む。代替のバスバー５０８はまた、導体５０４のラグコネクタ５１４をバスバー５０８に結合するラグ（図示せず）を受け入れる４つの開口５１２を画定する。
【００６２】
再び図７、図８、および図１３を参照すると、操縦可能な電極位置決めシステム３００は、脱イオン水源（図示せず）と流れ連通して結合され、並進可能なフラッシング流体取付具５２２を介して操縦可能な電極位置決め機構３０２と流れ連通して結合されたフラッシング流体ホース５２０を含む。フラッシング流体ホース５２０は、約０．６ＭＰａ（６バール、８７ｐｓｉ）〜約１ＭＰａ（１０バール、１４５ｐｓｉ）の包括的範囲を有する圧力、および約１０ｌｐｍ（２．６４ｇｐｍ）〜約２０ｌｐｍ（５．２８ｇｐｍ）の包括的範囲を有する流量で脱イオン水３５２（図９に示す）を送る。
【００６３】
さらに、図７および図８を参照すると、操縦可能な電極位置決めシステム３００は、ワークピースを機械加工している間、動作中に操縦可能な電極位置決めシステム３００の制御を容易にする制御システム５３０を含む。いくつかの実施形態では、制御システム５３０は、複数の操縦可能な電極位置決めシステム３００の動作を、全体的に大規模並列製造システム２００（図３〜図５に示す）まで制御するより広いシステムである。一般に、制御システム５３０は、実質的にゼロの力をワークピースに及ぼす先端３０８を有するインペラ２０４（図６に示す）を形成するために使用されるワークピース内の回転電極先端３０８の位置決めを容易にし、すなわち、先端３０８がワークピースにちょうど接触して局所的な短絡状態をワークピース内に形成し、次に先端３０８は数ミリメートル引き離される。
【００６４】
例示的な実施形態では、制御システム５３０は、コントローラ５３２にも結合される、エンコーダ（図示せず）に結合された上側サーボモータエンコーダケーブル４０８を含む。コントローラ５３２は、上側サーボモータ４００の制御によって電極位置決め機構３０２の屈曲を制御するのに十分なアルゴリズムおよび命令でプログラムされる。同様に、制御システム５３０は、コントローラ５３２にも結合される、エンコーダ（図示せず）に結合された下側サーボモータエンコーダケーブル４２２を含む。コントローラ５３２は、下側サーボモータ４１４の制御によって回転可能な電極先端３０８を回転可能に駆動するのを制御するのに十分なアルゴリズムおよび命令でプログラムされる。いくつかの実施形態では、エンコーダは、コントローラ５３２内に、ハードウェアまたはソフトウェアの形態で埋め込まれる。制御システム５３０はまた、限定はしないが、サーボモータ４００および４１４を介して誘発されるトルク、ｒｐｍでの電極先端３０８の回転速度、電極先端３０８への電流伝達、ならびに座標系１４０に対する可撓性アームの位置を含む、複数のフィードバックデバイスを含む。このように、コントローラ５３２および制御システム５３０の残りは、大規模並列製造システム２００内の１つまたは複数の電極位置決め機構３０２の形状および配向、ならびに大規模並列製造システム２００内の１つまたは複数の電極位置決め機構３０２を介して伝達される電流の値の１つまたは複数を動的に変更し、それによって、材料を物体から物体を通る複数の所定の通過経路を介して実質的に同時に除去する。
【００６５】
図７〜図１４を参照すると、動作中、超合金、例えば、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）で作製されたブランクのワークピース（図示せず）が、大規模並列製造システム２００（図３〜図６に示す）内に配置される。１つまたは複数の電極先端３０８は、直列に、それぞれの下側サーボモータ４１４、駆動シャフト４２６、可撓性カップリング４２４、可撓性シャフト３３２、および電極先端ドラム３６８を介して回転可能に駆動される。コントローラ５３２は、下側サーボモータ４１４によって下側サーボモータエンコーダケーブル４２２を介して誘発される回転速度を、約１０００ｒｐｍ〜約１５００ｒｐｍの包括的範囲内で調節する。
【００６６】
また、動作中、電力５４０は、電源（図示せず）から、直列に、電流供給導体４６０、電気接続部４６４、バスバー４６２、ブラシホルダ４６６、ブラシ（図示せず）、スリップリングドラム４３２、内部接触表面４３８、キャップスクリュ４５６、可撓性シャフト３３２を介して回転電極先端３０８に伝達される。すなわち、約２００ａｍｐ〜約２０００ａｍｐの範囲の非常に高い電流５４０が回転電極先端３０８に伝達され、ワークピース（図示せず）を電気的に侵食してインペラ２０４を形成する。電流は、コントローラ５３２、ならびにコントローラ５３２および導体４６０に結合された電流調節デバイス（図示せず）を介して制御される。回転可能な電極先端３０８は、約１０，０００℃（１８，０３２（°Ｆ））付近の温度で動作し、約２００〜２０００ＤＣ  ａｍｐを伝達し、約１０００回転／分（ｒｐｍ）〜約１５００ｒｐｍの包括的範囲内で回転し、ワークピースからＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）のような硬化材料のバルク材料除去を実行する。
【００６７】
動作中、電極先端３０８の交換が必要な場合がある。古い回転可能な電極先端３０８は、雌ねじカプラ３８６を雄ねじカプラ３８２から外すことによって、電極先端ドラム３６８から回転可能に分離される。新たな先端３０８は、雌ねじカプラ３８６を雄ねじカプラ３８２にねじ込むことによって、電極先端ドラム３６８に回転可能に結合される。このような簡単なねじ接続は、動作中の電極先端３０８のルーチン的な迅速な交換を容易にする。
【００６８】
さらに、動作中、誘電フラッシングおよび冷却流体３５２（例示的な実施形態では、脱イオン水）は、流体源（図示せず）および流量調節デバイス（図示せず）から、直列に、フラッシング流体ホース５２０および並進可能なフラッシング流体取付具５２２を介して操縦可能な電極位置決め機構３０２に注入され、水３５２は、可撓性外側シース３５０を通って実質的に収容される、すなわち、可撓性外側シースが、流体フラッシング導管として機能する。脱イオン水３５２は、各電極位置決め継手機構３１２を介して、電極先端ドラム３６８、電極先端ドラム流体入口フランジ３７０の流体通路３７４、ドラムチャンバ３８０、フラッシング流体通路３８４、および電極先端３０８の外側を含む電極先端部分３６０へと、回転電極先端３０８によって除去された物体材料に向けて送られ、それによって、溶融した物体材料を電極先端３０８から洗い流す。流量調節デバイスおよびコントローラ５３２は、約０．６ＭＰａ（６バール、８７ｐｓｉ）〜約１ＭＰａ（１０バール、１４５ｐｓｉ）の包括的範囲を有する圧力、および約１０ｌｐｍ（２．６４ｇｐｍ）〜約２０ｌｐｍ（５．２８ｇｐｍ）の包括的範囲を有する流量で脱イオン水３５２を調節する。
【００６９】
さらに、動作中、操縦可能な電極位置決め機構３０２、すなわち、アーム機構の屈曲は、上側サーボモータエンコーダケーブル４０８を介して上側サーボモータ４００を制御するコントローラ５３２によって実行される。上側サーボモータ４００は、伸縮して可撓性シャフト３３６を弛緩させ、電極位置決め継手機構３１２を屈曲させてウォームギア３４０を回転させ、次に回転ギア３４２を回転させて電極位置決め継手機構３１２の第２の部分３１８を、各継手機構３１２の電極位置決め継手機構３１２の第１の部分３１４に対して旋回させる。各関連する電極位置決め継手機構３１２の屈曲が実行され、それによって、ロボットアームの平行運動学を介して三次元空間における６自由度を活用する。したがって、操縦可能な電極位置決めシステム３００は、電極位置決め機構３０２を作動させて実質的に任意の角度でワークピース内に通路および屈曲を形成することを容易にし、平行運動学を介して電極位置決め機構３０２の形状および配向の１つまたは複数を動的に変更する。このように、ピッチ方向、ヨー方向、およびロール方向に関してワークピース内の回転電極先端３０８の位置をワークピースを通して実質的に同時に調節することによる、複数の所定の通過経路を介した大規模並列製造システム２００の各操縦可能な電極位置決め機構３０２の作動が、穿孔とポケット加工との任意の組合せによって実行される。このような積極的なバルク材料除去は、最終製品に似た概略形状の物体、例えば、限定はしないが、ポンプインペラを適時に形成することを容易にし、続いて、概略形状の物体は、最終的な製造のためにより精密な機械加工プロセスに移される。
【００７０】
電気機械加工システムおよび大規模並列製造システム用の上述の操縦可能な電極は、圧縮機インペラのような複雑な構成要素の製造の大幅な加速を容易にする。具体的には、本明細書に開示される操縦可能な電極は、電極の位置および配向を動的に変えることを容易にする。より具体的には、電極が超合金材料を貫通すると、関連する電極アーム機構の屈曲が作動継手を介して直列に結合された複数のリンクを介して実行され、それによって、ロボットアームの平行運動学を介して三次元空間における６自由度を活用する。このように、操縦可能な電極は、実質的に任意の角度に対して通路および屈曲を構成要素内に形成することを容易にする。また、電極は、５００アンペア（ａｍｐ）を超えて搬送するように構成され、それによって、粗加工プロセス中の材料除去の迅速性が向上する。さらに、操縦可能な電極の先端は、回転可能であり、それによって、材料除去の速度をさらに増加させる。可撓性電極アーム機構は、不注意な材料除去を伴うことなく、ワークピースからのバルク材料除去のための回転可能な電極先端の十分に正確な位置決めを容易にする所定の剛性を有する。
【００７１】
さらに、操縦可能な電極は、コンピュータによって制御可能であり、それにより操縦可能な電極は、異なる構成および幾何学的形状を有する多数の構成要素に容易に適合可能である。このように、本明細書で説明する電気機械加工システムは、制御可能な電気機械加工穿孔およびポケット加工を容易にする。また、２つの独立したサーボモータ、すなわち、ロボットアームの湾曲を動作させるための１つのサーボモータと、電極を回転させる第２のサーボモータとの使用は、アームおよびシステムの残りの部分的なエンドエフェクタの変更によって容易になり、本明細書で説明する実施形態は、他の（手動の）機械加工プロセス、例えば、インペラベーンの内部壁の研磨、光学式、渦電流式、およびＸ線を含む表面検査方法に適用することができる。また、大規模並列製造システムは、複数の操縦可能な電極を使用し、それにより電気機械加工は、例えば、穿孔およびポケット加工によってインペラのすべてのベーンに同時に展開され、それによって、そのようなインペラの粗加工プロセスの製造時間をさらに短縮する。
【００７２】
本明細書で説明する方法、システム、および装置の例示的な技術的効果は、（ａ）複雑な構成要素、例えば、圧縮機インペラの製造の粗加工部分を著しく加速すること、（ｂ）穿孔およびポケット加工による材料除去を実行する際に電気機械加工用電極の位置および配向を動的に変えることを容易にし、それによって通路および屈曲を実質的に任意の角度を有する構成要素内に形成すること、（ｃ）高電流、すなわち、５００ａｍｐを超える電流を使用して材料を急速に除去すること、（ｄ）操縦可能な電極の先端を回転させ、それによって、材料除去の速度をさらに高めること、（ｅ）電極アーム機構の可撓性を十分な剛性と組み合わせ、それによって、不注意な材料除去を伴うことなく、ワークピースからのバルク材料除去のための回転可能な電極先端を正確に位置決めすること、（ｆ）操縦可能な電極システムを多種多様な構成要素のサイズ、構成、および幾何学的形状に適合させること、および（ｇ）電気機械加工穿孔が同時に展開されるように、複数の操縦可能な電極を含む大規模並列製造システムを使用して構成要素製造時間をさらに短縮すること、の少なくとも１つを含む。
【００７３】
操縦可能な電気機械加工電極システムの例示的な実施形態は、上で詳細に説明されている。操縦可能な電気機械加工電極システム、大規模並列製造システム、およびこのようなシステムを動作させる方法は、本明細書で説明する特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、システムの構成要素および／または方法のステップは、本明細書で説明する他の構成要素および／またはステップから独立してかつ別個に利用することができる。例えば、システム、装置、および方法は、操縦可能なデバイスおよび関連する能力を必要とする他のシステムと組み合わせて使用することができ、本明細書で説明する設備、システムおよび方法のみによる実施に限定されるものではない。むしろ、例示的な実施形態は、多くの他の用途、例えば、限定はしないが、光学式、渦電流式、およびＸ線を含む表面検査方法と組み合わせて実装および利用することができる。
【００７４】
本開示の様々な実施形態の特定の特徴は、一部の図面に示され、他の図面には示されていないかもしれないが、これは単に便宜上にすぎない。本開示の原理によれば、図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または特許請求することができる。
【００７５】
いくつかの実施形態は、１つまたは複数の電子またはコンピューティングデバイスの使用を含む。このようなデバイスは、典型的には、汎用中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理回路（ＰＬＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号処理（ＤＳＰ）デバイスなどのプロセッサ、処理デバイス、もしくはコントローラ、および／または本明細書で説明する機能を実行することができる任意の他の回路もしくは処理デバイスを含む。本明細書で説明する方法は、限定はしないが、記憶デバイスおよび／またはメモリデバイスを含むコンピュータ可読媒体で具現化された実行可能命令として符号化することができる。このような命令は、処理デバイスによって実行された場合に、本明細書で説明する方法の少なくとも一部を処理デバイスに実行させる。上記の例は例示的なものにすぎず、したがって、プロセッサおよび処理デバイスという用語の定義および／または意味を決して限定するものではない。
【００７６】
本明細書は、実施形態を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も実施形態を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言から相違しない構造要素を有しており、あるいは特許請求の範囲の文言から実質的に相違しない同等な構造要素を含むならば、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００７７】
１００  操縦可能な電極
１０２  電極位置決め機構、電極位置決めシステム
１０４  可撓性スプラインセグメント
１０６  フレーム構造、運動学的フレーム構造
１０８  フレームストリング
１１０  可撓性継手機構
１１１  スプラインセグメントの第１の対
１１２  フレームセグメント
１１３  スプラインセグメントの第２の対
１１４  トラス部材
１１６  トラスバー
１１８  トラスクロス部材
１２０  リードスクリュセグメント
１２２  ねじ
１２４  可撓性カプラ
１２６  リードスクリュ機構
１２８  継手ベアリング
１３０  ナットベアリング
１３２  リードスクリュサーボモータ
１３４  シュラウド
１３６  回転可能な電極先端
１３７  第１の端部
１３８  第２の端部
１４０  座標系
１４２  方向矢印
１４４  並進
１４６  並進
１４８  並進
２００  大規模並列製造システム
２０２  操縦可能な電極位置決め機構
２０４  インペラ
２０６  操縦可能な電極
２０８  第１の部分
２１０  第２の部分
２１２  サーボモータ
２１４  サーボモータ
２１６  位置決めシリンダ
２１８  位置決めロッド
２２０  ダウエル型結合デバイス
２２２  支持ガイド部材
２２４  支持ガイドリング
２２６  電極支持リング
２２８  電極支持ブラケット
３００  操縦可能な電極位置決めシステム
３０２  電極位置決め機構
３０４  上側サーボモータハウジング
３０６  下側サーボモータハウジング
３０８  回転可能な電極先端
３１０  電力送達システム
３１２  電極位置決め継手機構
３１４  第１の部分
３１６  第１の管
３１８  第２の部分
３２０  第２の管
３２２  構造部材
３２４  第１の構造部材
３２６  第２の構造部材
３２８  車軸
３３０  スリーブ
３３２  可撓性シャフト
３３４  回転矢印
３３６  可撓性シャフト
３３８  引張ケーブル
３４０  ウォームギア
３４２  回転ギア
３４４  双方向回転矢印
３４６  ワッシャ
３５０  可撓性外側シース
３５２  脱イオン水、水、フラッシング水、冷却流体、フラッシング水流、フラッシング流体流
３６０  電極先端部分
３６２  車軸開口部
３６４  車軸開口部
３６６  ハブ
３６８  電極先端ドラム
３７０  電極先端ドラム流体入口フランジ
３７２  締結具通路
３７４  流体通路
３７６  締結具
３７８  ドラムシェル
３８０  ドラムチャンバ
３８２  雄ねじカプラ
３８４  フラッシング流体通路
３８６  雌ねじカプラ
４００  上側サーボモータ
４０２  第１の電気接続エンクロージャ
４０４  上側サーボモータ電力ケーブル
４０６  第２の電気接続エンクロージャ
４０８  上側サーボモータエンコーダケーブル
４１０  上側可撓性カップリング
４１２  運動変換デバイス
４１４  下側サーボモータ
４１６  第３の電気接続エンクロージャ
４１８  下側サーボモータ電力ケーブル
４２０  第４の電気接続エンクロージャ
４２２  下側サーボモータエンコーダケーブル
４２４  下側可撓性カップリング
４２６  駆動シャフト
４３０  スリップリングアセンブリ
４３２  スリップリングドラム
４３４  締結具通路
４３６  ドラム面
４３８  内部接触表面、内側表面
４４０  ベアリングシャフトシート
４４２  ローラボールベアリング
４４４  ケーブル結合部分
４４６  可撓性シャフトカプラ
４４８  締結具ディスク
４５０  締結具通路
４５２  一対の面
４５４  接触延長部
４５６  キャップスクリュ
４５８  ローラボールベアリング
４６０  電流供給導体
４６２  バスバー
４６４  電気接続部
４６６  ブラシホルダ
５００  代替の操縦可能な電極位置決めシステム
５０２  代替の電力送達システム
５０４  電流供給導体
５０６  ブラシホルダ
５０８  代替のバスバー
５１０  接続開口
５１２  開口
５１４  ラグコネクタ
５２０  フラッシング流体ホース
５２２  フラッシング流体取付具
５３０  制御システム
５３２  コントローラ
５４０  電力／電流
Ｄ  外径
Ｌ１  第１の長さ
Ｌ２  第２の長さ
Ｘ  軸
Ｙ  軸
Ｚ  軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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