(57)【要約】      （修正有）【課題】電気的機械加工装置および方法、ならびにハイブリッド機械加工システムおよび方法を提供する。【解決手段】電気的機械加工方法は、電極１１を備える電気的機械加工装置１０によって被加工物２０を機械加工するステップと、電極と被加工物とを通過する放電電流が放電電流基準よりも低い場合に電極の送り速度を第１の加速度で増大させるステップと、放電電流が放電電流基準よりも高い場合に、電極の送り速度を第２の加速度で減少させるステップであって、第２の加速度が第１の加速度の絶対値よりも高い絶対値を有する、ステップとを備える。【選択図】図１
2018065241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極（１１、３１）を備える電気的機械加工装置（１０）によって被加工物（２０、４０）を機械加工するステップと、
前記電極（１１、３１）と前記被加工物（２０、４０）とを通過する放電電流が放電電流基準よりも低い場合に前記電極（１１、３１）の送り速度を第１の加速度で増大させるステップと、
前記放電電流が前記放電電流基準よりも高い場合に、前記電極（１１、３１）の前記送り速度を第２の加速度で減少させるステップであって、前記第２の加速度が前記第１の加速度の絶対値よりも高い絶対値を有する、ステップと、
を備える電気的機械加工方法。
【請求項２】
定電圧源によって前記被加工物（２０、４０）および前記電極（１１、３１）に給電するステップを更に備える請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記電極（１１、３１）と前記被加工物（２０、４０）とを通過する放電電流を検出するステップと、
前記放電電流と前記放電電流基準とを比較するステップと、
を更に備える請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記電極（１１、３１）の前記送り速度を増大させる前記ステップは、オーバーライド比率基準よりも高い第１のオーバーライド比率を前記送り速度に乗じることを含み、前記電極（１１、３１）の前記送り速度を減少させる前記ステップは、前記オーバーライド比率基準よりも低い第２のオーバーライド比率を前記送り速度に乗じることを含む請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記第１のオーバーライド比率が
【数１】
2018065241.tif 000015
によって計算され、前記第２のオーバーライド比率が
【数２】
2018065241.tif 000016
によって計算され、Ｒ1が前記第１のオーバーライド比率を表わし、Ｒ2が前記第２のオーバーライド比率を表わし、Ｉrが瞬時放電電流を表わし、Ｉrefが放電電流基準を表わし、Ｉminが放電電流の最小値を表わし、Ｉmaxが放電電流の最大値を表わし、Ｒrefがオーバーライド比率基準を表わし、Ｒminが前記オーバーライド比率の最小値を表わし、Ｒmaxがオーバーライド比率の最大値を表わし、
【数３】
2018065241.tif 000017
である請求項４記載の方法。
【請求項６】
被加工物（２０、４０）を機械加工するための電極（１１、３１）と、
前記電極（１１、３１）と前記被加工物（２０、４０）とを通過する放電電流が放電電流基準よりも低い場合に前記電極（１１、３１）の送り速度を第１の加速度で増大させるとともに、前記放電電流が前記放電電流基準よりも高い場合に前記電極（１１、３１）の前記送り速度を第２の加速度で減少させるための送り速度調整器（１３、３３）であって、前記第２の加速度が前記第１の加速度の絶対値よりも高い絶対値を有する、送り速度調整器（１３、３３）と、
を備える電気的機械加工装置（１０）。
【請求項７】
前記放電電流を検出するために前記電極（１１、３１）と前記被加工物（２０、４０）とに結合される放電電流検出器（１２、３２）と、
検出された前記放電電流と前記放電電流基準とを比較するための比較器（１７、４６）と、
を更に備える請求項６記載の装置（１０）。
【請求項８】
前記被加工物（２０、４０）および前記電極（１１、３１）に給電するための定電圧源を更に備える請求項６記載の装置（１０）。
【請求項９】
前記電極（１１、３１）を保持するための工具ホルダ（１５、３５）と、
前記電極（１１、３１）を前記被加工物（２０、４０）に対して位置決めするために前記工具ホルダ（１５、３５）および前記被加工物（２０、４０）のうちの少なくとも一方と結合されるモーションユニット（１６、３６）と、
を更に備え、
前記送り速度調整器（１３、３３）は、前記モーションユニット（１６、３６）と結合されるとともに、前記モーションユニット（１６、３６）を制御することにより前記送り速度を増大または減少させるように構成される、請求項６記載の装置（１０）。
【請求項１０】
第１のモードで被加工物（２０、４０）を機械加工するためのカッタ（３７）と、
第２のモードで前記被加工物（２０、４０）を機械加工するための電極（１１、３１）と、
前記第１のモードにおいて前記被加工物（２０、４０）を機械加工するように前記カッタ（３７）を制御し、前記第２のモードにおいて前記電極（１１、３１）と前記被加工物（２０、４０）とを通過する放電電流が放電電流基準よりも低い場合には前記電極（１１、３１）の送り速度を第１の加速度で増大させるとともに、前記第２のモードにおいて前記放電電流が前記放電電流基準よりも高い場合には前記電極（１１、３１）の前記送り速度を第２の加速度で減少させるためのハイブリッドコントローラ（４４）であって、前記第２の加速度が前記第１の加速度の絶対値よりも高い絶対値を有する、ハイブリッドコントローラ（４４）と、
を備えるハイブリッド機械加工システム（３０）。
【請求項１１】
前記第１のモードで前記カッタ（３７）を保持するとともに、前記第２のモードで前記電極（１１、３１）を保持するための工具ホルダ（１５、３５）と、
前記工具ホルダ（１５、３５）を前記被加工物（２０、４０）に対して位置決めするために前記工具ホルダ（１５、３５）および前記被加工物（２０、４０）のうちの少なくとも一方と結合されるモーションユニット（１６、３６）と、
を更に備え、
前記ハイブリッドコントローラ（４４）は、前記モーションユニット（１６、３６）と結合されるとともに、前記モーションユニット（１６、３６）を制御することにより前記送り速度を増大または減少させるように構成される、請求項１０記載のシステム（３０）。
【請求項１２】
カッタ（３７）、電極（１１、３１）、および、工具ホルダ（１５、３５）を備えるハイブリッド機械加工システムを使用する機械加工方法において、
第１のモードで前記システムを動作させるステップであって、
前記工具ホルダ（１５、３５）を用いて前記カッタ（３７）を保持し、および、
前記カッタ（３７）を用いて被加工物（２０、４０）を機械加工する、
ことを含むステップと、
第２のモードで前記システムを動作させるステップであって、
前記工具ホルダ（１５、３５）を用いて前記電極（１１、３１）を保持し、
前記電極（１１、３１）を用いて被加工物（２０、４０）を機械加工し、
前記電極（１１、３１）と前記被加工物（２０、４０）とを通過する放電電流が放電電流基準よりも低い場合に前記電極（１１、３１）の送り速度を第１の加速度で増大させ、
前記放電電流が前記放電電流基準よりも高い場合に、前記電極（１１、３１）の前記送り速度を第２の加速度で減少させる、
ことを含み、前記第２の加速度が前記第１の加速度の絶対値よりも高い絶対値を有する、ステップと、
を備える機械加工方法（５０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、一般に、電気的機械加工装置および方法、ならびにハイブリッド機械加工システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気的な機械加工は、放電を使用して所望の形状が得られる製造プロセスである。電極と被加工物との間で急速に繰り返す一連の放電によって材料が被加工物から除去される。従来の電気的機械加工方法は、効率および安定性が低いという問題を有する。
【０００３】
従来の機械加工プロセスの組合せは、通常、２つ以上の独立した機械加工装置を順に必要とし、また、それぞれの機械加工装置は、特定のハードウェアリソースおよびソフトウェアリソースを必要とし、したがって、システム設計における高い複雑度と、工具の組立ておよび分解のための時間を要するプロセスとがもたらされる。
【０００４】
したがって、前述の問題のうちの少なくとも１つを解決するための新規な電気的機械加工装置および方法、ならびにハイブリッド機械加工システムおよび方法を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【０００５】
１つの態様において、電気的機械加工方法は、電極を備える電気的機械加工装置によって被加工物を機械加工するステップと、電極と被加工物とを通過する放電電流が放電電流基準よりも低い場合に電極の送り速度を第１の加速度で増大させるステップと、放電電流が放電電流基準よりも高い場合に、電極の送り速度を第２の加速度で減少させるステップであって、第２の加速度が第１の加速度の絶対値よりも高い絶対値を有する、ステップと、を備える。
【０００６】
他の態様において、電気的機械加工装置は、被加工物を機械加工するための電極と、送り速度調整器とを備える。送り速度調整器は、電極と被加工物とを通過する放電電流が放電電流基準よりも低い場合に電極の送り速度を第１の加速度で増大させるとともに、放電電流が放電電流基準よりも高い場合に電極の送り速度を第２の加速度で減少させるように構成され、この場合、第２の加速度は、第１の加速度の絶対値よりも高い絶対値を有する。
【０００７】
他の態様において、ハイブリッド機械加工システムは、第１のモードで被加工物を機械加工するためのカッタと、第２のモードで被加工物を機械加工するための電極と、ハイブリッドコントローラとを備える。ハイブリッドコントローラは、第１のモードではカッタを制御して被加工物を機械加工するように構成される。また、ハイブリッドコントローラは、第２のモードにおいて電極と被加工物とを通過する放電電流が放電電流基準よりも低い場合には電極の送り速度を第１の加速度で増大させるとともに、第２のモードにおいて放電電流が放電電流基準よりも高い場合には電極の送り速度を第２の加速度で減少させるように構成され、この場合、第２の加速度は、第１の加速度の絶対値よりも高い絶対値を有する。
【０００８】
他の態様において、ハイブリッド機械加工システムを使用する機械加工方法は、第１のモードでシステムを動作させるステップと、第２のモードでシステムを動作させるステップとを備え、この場合、ハイブリッド機械加工システムは、カッタ、電極、および、工具ホルダを備える。第１のモードでシステムを動作させるステップは、工具ホルダを用いてカッタを保持し、および、カッタを用いて被加工物を機械加工することを含む。第２のモードでシステムを動作させるステップは、工具ホルダを用いて電極を保持し、電極を用いて被加工物を機械加工し、電極と被加工物とを通過する放電電流が放電電流基準よりも低い場合に電極の送り速度を第１の加速度で増大させ、放電電流が放電電流基準よりも高い場合に電極の送り速度を第２の加速度で減少させることを含み、第２の加速度は、第１の加速度の絶対値よりも高い絶対値を有する。
【０００９】
本開示のこれらおよび他の特徴、態様、ならびに利点は、同様の特徴が図面の全体にわたって同様の部分を表わす添付図面を参照して以下の詳細な説明が読まれると、より良く理解されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の典型的な実施形態に係る電気的機械加工装置を示す概略図である。
【図２】本開示の典型的な実施形態に係るハイブリッド機械加工システムを示す概略図である。
【図３】本開示の典型的な実施形態に係る電気的機械加工装置の送り速度のオーバーライド比率と電気的機械加工装置の放電電流との間の関係を示すグラフである。
【図４】本開示の典型的な実施形態に係る電気的機械加工方法を示すフローチャートである。
【図５】本開示の典型的な実施形態に係るハイブリッド機械加工システムを使用する機械加工方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
これらの実施形態を簡潔に説明するために、１つ以上の特定の実施形態では、実際の実装の特徴の全てが記載されるとは限らない。任意のそのような実際の実装の開発では、任意のエンジニアリングプロジェクトまたは設計プロジェクトの場合のように、実装間で異なる場合があるシステム関連およびビジネス関連の制約の遵守などの開発者の特有の目標を達成するために多数の実装特有の決定がなされなければならないことが理解されるべきである。また、そのような開発努力は、複雑で時間を要するかもしれないが、それにもかかわらず、本開示の利益を有する当業者にとって設計、製作、および、製造の決まりきった取り組みであることが理解されるべきである。
【００１２】
別段に規定されなければ、本明細書中で使用される技術用語および科学用語は、本開示が属する技術分野における当業者によって共通に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書中で使用される「第１」、「第２」、「第３」、「第４」などの用語は、任意の順序、量、または、重要性を示さず、むしろ、１つの要素を他の要素から区別するために使用される。また、「１つの（ａ）」および「１つの（ａｎ）」なる用語は、量の制限を示さず、むしろ、参照された項目のうちの少なくとも１つの存在を示す。「または」なる用語は、包括的であるとともに挙げられた項目のいずれか１つ、幾つか、または、全てを意味するように意図される。本明細書中での「含む」、「備える」または「有する」およびその変形の使用は、その後に挙げられる項目およびその等価物ならびに付加的な項目を包含するように意図される。
【００１３】
１つの態様において、本開示の実施は、部品機械加工で幅広く使用され得る電気的機械加工装置に関連する。幾つかの実施形態において、電気的機械加工装置は、ＨＳＥＥプロセスを行なう高速電食（ＨＥＳＳ）装置であり、例えば高力合金を荒削りするためにBlueArc（登録商標）を適用できる。
【００１４】
図１は、被加工物２０を機械加工するための本開示の典型的な実施形態に係る電気的機械加工装置１０の概略図を示す。
【００１５】
図１を参照すると、電気的機械加工装置１０は電極１１と送り速度調整器１３とを備える。電極１１は、被加工物２０を所定の送り速度で機械加工するように構成される。送り速度調整器１３は、電極と被加工物とを通過する放電電流が放電電流基準よりも低い場合に電極１１の送り速度を第１の加速度で増大させるように構成される。送り速度調整器１３は、放電電流が放電電流基準よりも高い場合に電極の送り速度を第２の加速度で減少させるように構成される。第２の加速度は、第１の加速度の絶対値よりも高い絶対値を有する。本明細書中で使用される第１または第２の加速度が平均加速度であってもよい。本明細書中で使用される「絶対値」とは、その符号を問わず、負でない数値のことである。
【００１６】
電気的機械加工装置１０は、電極１１が被加工物２０の近傍に位置されるときに被加工物および電極のうちの一方に陽極として他方に陰極として給電して電極１１と被加工物２０との間に放電をもたらすために電極１１と被加工物２０とに結合される電源１４を更に備える。この場合には、電極１１と被加工物２０とを通過する放電電流が生成され、また、機械加工プロセスの間にわたって放電電流が変化する。幾つかの実施形態において、電源１４は、機械加工プロセスの間にわたってほぼ不変のままである予め設定された電圧を出力するための定電圧源を備える。
【００１７】
電気的機械加工装置１０は放電電流検出器１２と比較器１７とを更に備える。放電電流検出器１２は、放電電流を検出して瞬時放電電流を得るために電極１１と被加工物２０とに結合される。比較器１７は、検出された瞬時放電電流と放電電流基準とを比較して比較結果を得るように構成される。送り速度調整器１３は、比較結果にしたがって電極の送り速度を増大または減少させる。放電電流基準は、電気的機械加工装置の動作条件に基づいて予め決定することができる。例えば、放電電流基準は、放電電流の最大値、放電電流の最小値、オーバーライド比率基準、または、これらの組合せに基づいて予め決定されてもよい。幾つかの実施形態では、放電電流基準が２５００Ａに設定される。
【００１８】
電気的機械加工装置１０は工具ホルダ１５とモーションユニット１６とを更に備える。電極１１は工具ホルダ１５によって保持される。モーションユニット１６は、工具ホルダ１５および電極１１を被加工物２０に対して位置決めするために工具ホルダ１５および被加工物２０のうちの少なくとも一方と結合される。図１に示される実施形態において、モーションユニット１６は、工具ホルダ１５および電極１１を被加工物２０に対して移動させるように工具ホルダ１５と結合される。幾つかの他の実施形態において、モーションユニット１６は、被加工物を電極に対して移動させるために被加工物と結合されてもよい。
【００１９】
電気的機械加工装置１０が作動しているとき、電源１４は、電極１１および被加工物２０に給電するためにＯＮに切り換えられる。モーションユニット１６は、電極１１を初期送り速度で被加工物２０へ向けて進むように駆動させる。電極１１が被加工物２０の近傍にあるときに電極１１と被加工物２０とを通過する放電電流を生成することができる。放電電流は、機械加工プロセス中に負荷条件指標と見なされ、そのため、瞬時放電電流に基づいて送り速度を調整できる。
【００２０】
送り速度調整器１３は、比較結果にしたがって電極１１の送り速度を調整するためにモーションユニット１６と結合される。具体的には、送り速度調整器１３は、モーションユニット１６を制御することによって送り速度を増大または減少させる。瞬時放電電流が放電電流基準よりも低い場合、送り速度調整器１３は、電極１１の送り速度を第１の加速度で増大させて、機械加工効率を向上させる。瞬時放電電流が放電電流基準よりも高い場合、送り速度調整器１３は、電極１１の送り速度を第２の加速度で減少させて、機械加工プロセスのより良い安定性を得る。前述したように、第２の加速度は第１の加速度の絶対値よりも高い絶対値を有し、このことは、機械加工プロセスの安定性を更に高めることができるとともに過速度または過電流の状態を避けることができるように、電極の送り速度がその減少よりもゆっくりと増大することを示唆する。
【００２１】
幾つかの実施形態において、送り速度調整器１３は、オーバーライド比率基準よりも高い第１のオーバーライド比率を送り速度に乗じることによって送り速度を増大させ、また、オーバーライド比率基準よりも低い第２のオーバーライド比率を送り速度に乗じることによって送り速度を減少させる。オーバーライド比率基準は、電気的機械加工装置の動作条件に基づいて予め決定することができる。幾つかの実施形態において、オーバーライド比率基準は、オーバーライド比率の最大値、オーバーライド比率の最小値、放電電流基準、または、これらの組合せに基づいて予め決定されてもよい。例えば、オーバーライド比率基準が１００％に設定されてもよい。したがって、第１のオーバーライド比率は１００％よりも高く、また、第２のオーバーライド比率は１００％よりも低い。
【００２２】
より具体的には、送り速度調整器１３は、送り速度をＦt1＝Ｆr＊Ｒ1により計算される第１の目標送り速度値に調整することによって送り速度を増大させるとともに、送り速度をＦt2＝Ｆr＊Ｒ2により計算される第２の目標送り速度値に調整することによって送り速度を減少させ、この場合、Ｆt1は第１の目標送り速度を表わし、Ｆt2は第２の目標送り速度を表わし、Ｆrは瞬時送り速度を表わし、Ｒ1は第１のオーバーライド比率を表わし、Ｒ2は第２のオーバーライド比率を表わす。
【００２３】
幾つかの実施形態において、電気的機械加工装置１０は、
【００２４】
【数１】
2018065241.tif 000003
によって第１のオーバーライド比率を計算するとともに
【００２５】
【数２】
2018065241.tif 000004
によって第２のオーバーライド比率を計算するための計算機１９を備え、この場合、Ｉrは瞬時放電電流を表わし、Ｉrefは放電電流基準を表わし、Ｉminは放電電流の最小値を表わし、Ｉmaxは放電電流の最大値を表わし、Ｒrefはオーバーライド比率基準を表わし、Ｒminはオーバーライド比率の最小値を表わし、Ｒmaxはオーバーライド比率の最大値を表わす。
【００２６】
【数３】
2018065241.tif 000005
は第１の加速度に関連し、
【００２７】
【数４】
2018065241.tif 000006
は第２の加速度に関連し、また、
【００２８】
【数５】
2018065241.tif 000007
である。放電電流の最小値Ｉmin、放電電流の最大値Ｉmax、オーバーライド比率の最小値Ｒmin、および、オーバーライド比率の最大値Ｒmaxは、電気的機械加工装置の動作条件に基づいて予め決定できる。
【００２９】
一般に、送り速度のオーバーライド比率と瞬時放電電流との間の関係は、図３に示される折れ線７０として示すことができる。折れ線７０は第１の線分７１と第２の線分７２とを備える。第１の線分７１は、第１のポイントＡと第２のポイントＢとの間で画定される直線であり、これは、第１のオーバーライド比率と放電電流との間の関係を示す。第２の線分７２は、第２のポイントＢと第３のポイントＣとの間で画定される直線であり、これは、第２のオーバーライド比率と放電電流との間の関係を示す。第１のポイントＡは、瞬時放電電流が放電電流の最小値Ｉminに等しいとともにオーバーライド比率がオーバーライド比率の最大値Ｒmaxに等しい状態を示す。第２のポイントＢは、瞬時放電電流が放電電流基準Ｉrefに等しいとともにオーバーライド比率がオーバーライド比率基準Ｒrefに等しい状態を示す。第３のポイントＣは、瞬時放電電流が放電電流の最大値Ｉmaxに等しいとともにオーバーライド比率がオーバーライド比率の最小値Ｒminに等しい状態を示す。図３に示されるように、第１および第２の線分は異なる傾きを有する。第１の線分７１は
【００３０】
【数６】
2018065241.tif 000008
に等しい第１の傾きを有し、第２の線分７２は
【００３１】
【数７】
2018065241.tif 000009
に等しい第２の傾きを有する。前述したように、第１の傾き
【００３２】
【数８】
2018065241.tif 000010
は、第２の傾き
【００３３】
【数９】
2018065241.tif 000011
の絶対値よりも低い絶対値を有する。図３に示される実施形態では、Ｉrefが２５００Ａに設定され、Ｒrefが１００％に設定され、Ｉminが０に設定され、Ｉmaxが３０００Ａに設定され、Ｒminが０％に設定され、Ｒmaxが１２０％に設定される。
【００３４】
幾つかの他の実施形態では、装置の性能を更に向上させることができるように、折れ線が異なる傾きを有する３つ以上の線分を備えてもよい。
【００３５】
幾つかの実施形態において、電気的機械加工装置１０は、電源１４をＯＮまたはＯＦＦに切り換えるための電源コントローラ１８を更に備える。電気的機械加工装置１０は、瞬時放電電流、第１のオーバーライド比率、第２のオーバーライド比率、目標送り速度、放電電流基準、オーバーライド比率基準、放電電流の最小値および最大値、ならびにオーバーライド比率の最小値および最大値のうちの少なくとも１つを記憶するためのデータ記憶ユニット２１を更に備えてもよい。電気的機械加工装置１０は、放電電流検出器１２、比較器１７、送り速度調整器１３、電源１４、電源コントローラ１８、計算機１９、および、データ記憶ユニット２１の間で信号を通信するための通信ユニット２２を更に備えてもよい。
【００３６】
送り速度調整器１３、比較器１７、放電電流検出器１２、電源コントローラ１８、計算機１９、データ記憶ユニット２１、および、通信ユニット２２は、互いから独立して構成されてもよい。あるいは、それらのうちの少なくとも幾つかが一体化されてもよい。例えば、図１に示されるように、放電電流検出器１２および通信ユニット２２がインタフェース回路２３として一体化され、一方、送り速度調整器１３、比較器１７、電源コントローラ１８、計算機１９、および、データ記憶ユニット２１が電気的機械加工コントローラ２４として一体化される。
【００３７】
また、本開示の実施形態は、機械的な機械加工機能と電気的な機械加工機能とを組み合わせるハイブリッド機械加工システムについても言及する。２つの機能は、システムを簡略化してコストを低減するために、ハードウェアリソースおよびソフトウェアリソースを共有する。
【００３８】
図２は、本開示の典型的な実施形態に係るハイブリッド機械加工システム３０の概略図を示す。ハイブリッド機械加工システム３０は、ベース４９上に装着される被加工物４０を機械加工するように構成される。ハイブリッド機械加工システム３０は、カッタ３７、電極３１、および、ハイブリッドコントローラ４４を備える。
【００３９】
ハイブリッド機械加工システム３０は、２つの作動モード、すなわち、第１のモードおよび第２のモードを有するとともに、２つのモード間で自由に切り換えられ得る。第１のモードにおいて、ハイブリッドコントローラ４４は、回転、切削、および、ドリル加工などの機械的機械加工方法によって被加工物４０を機械加工するようにカッタ３７を制御する。第２のモードにおいて、ハイブリッドコントローラ４４は、電気的機械加工方法によって被加工物４０を機械加工するように電極３１を制御する。第１のモードは、高い機械加工精度を有する微細な機械加工プロセスを被加工物に対して行なうために使用することができ、また、第２のモードは、高い機械加工効率を有する粗い機械加工プロセスを被加工物に対して行なうために使用することができる。被加工物を正確に機械加工する必要があるときには、第１のモードが選択される。被加工物を粗く機械加工する必要があるときには、第２のモードが選択される。幾つかの実施形態において、被加工物は、被加工物の不必要な部分を効率的に除去して粗い形状を形成するために第２のモードによって機械加工された後、寸法精度および表面品質を高めるために第１のモードによって正確に機械加工され得る。被加工物は、機械加工継続時間を減らして機械加工効率を高めることができるように、組立てプロセスまたは分解プロセスを何ら伴うことなく機械加工プロセス全体にわたってベース上に装着される。
【００４０】
ハイブリッド機械加工システム３０は、第１のモードでカッタ３７を保持するとともに第２のモードで電極３１を保持するための工具ホルダ３５と、工具ホルダ３５（およびカッタ３７または電極３１）を被加工物に対して位置決めするために工具ホルダ３５および被加工物４０のうちの少なくとも一方と結合されるモーションユニット３６とを更に備える。ハイブリッドコントローラ４４は、モーションユニット３６と結合されてモーションユニット３６を制御することによってカッタ３７または電極３１の送り速度を調整するように構成される送り速度調整器３３を備える。
【００４１】
ハイブリッド機械加工システム３０は、電源３４および放電電流検出器３２を更に備える。ハイブリッドコントローラ４４は比較器４６を備える。電源３４、放電電流検出器３２、および、比較器４６は、第２のモードで作動する。電源３４は、電極３１および被加工物４０と結合されて電極３１および被加工物４０に給電するように構成される。放電電流検出器３２は、電極３１と被加工物４０とを通過する瞬時放電電流を検出するために電極３１と被加工物４０とに結合される。比較器４６は、瞬時放電電流と放電電流基準とを比較して比較結果を得るように構成される。ハイブリッドコントローラ４４における送り速度調整器３３は、比較結果に基づいて電極３１の送り速度を増大または減少させるように構成される。送り速度調整器３３の特定の制御方法は、図１に示されるような送り速度調整器１３の制御方法と同様であるため、ここでは繰り返さない。
【００４２】
ハイブリッドコントローラ４４は、電源コントローラ３８、計算機３９、および、データ記憶ユニット４１を更に備えてもよく、これらは、図１に示される電気的機械加工装置１０の対応する構成要素と同様であり、ここではその説明を繰り返さない。
【００４３】
ハイブリッド機械加工システム３０は、放電電流検出器３２、ハイブリッドコントローラ４４、および、電源３４の間で信号を通信するための通信ユニット４２を更に備える。幾つかの実施形態において、通信ユニット４２は、インタフェース回路４３として放電電流検出器３２と一体化されてもよい。
【００４４】
一般に、第１のモードおよび第２のモードは、ハードウェアリソースを省くことができるように、工具ホルダ３５、モーションユニット３６、および、送り速度調整器３３を少なくとも共有し、それにより、回路構造が簡略化されるとともに、製造コストが低減される。
【００４５】
幾つかの実施形態において、ハイブリッド機械加工システム３０は、カッタと、工具ホルダと、モーションユニットと、コンピュータ数値制御器（ＣＮＣ）とを備える機械的機械加工装置に基づいて製造される。機械的機械加工装置が軽量機械加工装置であってもよい。ＣＮＣは、所定のオーバーライド比率に基づいて工具ホルダ（およびカッタ）の送り速度を調整するように構成される。ハイブリッド機械加工システムを形成するために、電極、インタフェース回路、および、電極制御モジュールが機械的機械加工装置に加えられる。具体的には、第２のモードにおいて、インタフェース回路は、電極とＣＮＣとの間に結合されるとともに、電極から瞬時放電電流を取得してそれを電極制御モジュールへ送信するように構成される。電極制御モジュールは、瞬時放電電流に基づいてオーバーライド比率を計算するとともに、そのオーバーライド比率をＣＮＣへ与えるように構成される。その後、ＣＮＣは、オーバーライド比率にしたがって、工具ホルダおよび電極の送り速度を調整する。電極制御モジュールがＣＮＣと一体化されてもよい。このようにすると、ＣＮＣは、第２のモードにおいて放電電流に基づき電極の送り速度を調整でき、また、電気的機械加工方法が機械的機械加工装置に組み込まれる。
【００４６】
また、本開示の実施形態は、機械加工効率と機械加工安定性とをうまく釣り合わせることができる電気的機械加工方法についても言及する。
【００４７】
図４は、本開示の典型的な実施形態に係る電気的機械加工方法５０を示すフローチャートである。図４を参照すると、電気的機械加工方法５０はステップ５１−５５を備える。
【００４８】
ステップ５１では、被加工物が電気的機械加工装置によって機械加工される。幾つかの実施形態において、電気的機械加工装置は、被加工物に対してＨＳＥＥプロセスを行なう高速電食（ＨＥＳＳ）装置である。電気的機械加工装置は、被加工物を所定の送り速度で機械加工する電極を備える。被加工物および電極は電源によって給電される。幾つかの実施形態では、電源が定電圧源である。
【００４９】
ステップ５２では、電極と被加工物とを通過する放電電流が検出され、瞬時放電電流が得られる。
【００５０】
ステップ５３では、瞬時放電電流が放電電流基準と比較されて、比較結果が得られる。放電電流基準は、電気的機械加工プロセスの動作条件に基づいて予め決定されてもよい。
【００５１】
瞬時放電電流が放電電流基準よりも低い場合には、ステップ５４が行なわれる。ステップ５４では、電極の送り速度が第１の加速度で増大される。送り速度の増大は、オーバーライド比率基準よりも高い第１のオーバーライド比率を送り速度に乗じることを含む。オーバーライド比率基準は、電気的機械加工プロセスの動作条件に基づいて予め決定されてもよい。幾つかの実施形態では、オーバーライド比率基準が１００％に設定される。この場合、第１のオーバーライド比率は１００％よりも高い。送り速度の増大は、Ｆt1＝Ｆr＊Ｒ1によって計算される第１の目標送り速度に送り速度を調整することを含み、この場合、Ｆt1は第１の目標送り速度を表わし、Ｆrは瞬時送り速度を表わし、また、Ｒ1は第１のオーバーライド比率を表わす。
【００５２】
幾つかの実施形態では、第１のオーバーライド比率が
【００５３】
【数１０】
2018065241.tif 000012
によって計算され、この場合、Ｉrは瞬時放電電流を表わし、Ｉrefは放電電流基準を表わし、Ｉminは放電電流の最小値を表わし、Ｒrefはオーバーライド比率基準を表わし、また、Ｒmaxはオーバーライド比率の最大値を表わす。
【００５４】
瞬時電流が放電電流基準よりも高い場合には、ステップ５５が行なわれる。ステップ５５では、第１の加速度の絶対値よりも高い絶対値を有する第２の加速度で電極の送り速度が減少される。送り速度の減少は、オーバーライド比率基準よりも低い第２のオーバーライド比率を送り速度に乗じることを含む。幾つかの実施形態では、オーバーライド比率基準が１００％に設定される。この場合、第２のオーバーライド比率は１００％よりも低い。送り速度の減少は、Ｆt2＝Ｆr＊Ｒ2によって計算される第２の目標送り速度に送り速度を調整することを含み、この場合、Ｆt2は第２の目標送り速度を表わし、また、Ｒ2は第２のオーバーライド比率を表わす。
【００５５】
幾つかの実施形態では、第２のオーバーライド比率が
【００５６】
【数１１】
2018065241.tif 000013
によって計算され、この場合、
【００５７】
【数１２】
2018065241.tif 000014
であり、Ｉmaxは放電電流の最大値を表わし、また、Ｒminはオーバーライド比率の最小値を表わす。
【００５８】
幾つかの実施形態では、瞬時放電電流が放電電流基準付近で安定するまで、前述のステップ５４またはステップ５５の後にステップ５２−５５が複数回繰り返される。
【００５９】
本開示に開示される電気的機械加工方法は、送り速度を自動的に調整して、安定した機械加工プロセスを達成するとともに、短絡および電極の破損を回避できる。
【００６０】
また、本開示の実施形態は、図２に示されるようなカッタ、電極、および、工具ホルダを備えるハイブリッド機械加工システムを使用する機械加工方法についても言及する。
【００６１】
図５は、本開示の典型的な実施形態に係るハイブリッド機械加工システムを使用する機械加工方法６０を示すフローチャートである。方法の動作が機能ブロックとして示されるが、ブロックの順序および図５に示される様々なブロック間の動作の分離は、限定しようとするものではない。例えば、ブロックが異なる順序で行なわれてもよく、また、１つのブロックと関連付けられる動作が、１つ以上の他のブロックと組み合わされてもよく、または、多数のブロックに更に分けられてもよい。
【００６２】
図５を参照すると、方法６０はステップ６１−６８を備え、この場合、ステップ６１−６２は、第１のモード、すなわち、機械的機械加工モードでシステムを動作させることに言及する。システムを第１のモードで動作させることは、ステップ６１およびステップ６２にそれぞれ示されるように、工具ホルダによりカッタを保持して、カッタで被加工物を機械加工することを含む。
【００６３】
ステップ６３−６８は、第２のモード、すなわち、電気的機械加工モードでシステムを動作させることについて言及する。ステップ６３では、工具ホルダが電極を保持するように動作される。幾つかの実施形態では、電極が工具ホルダと組み付けられる前にカッタが工具ホルダから分解される。その後、ステップ６４に示されるように、被加工物が電極によって機械加工される。
【００６４】
ステップ６５−６８は、図４に示されるステップ５２−５５と同様であり、そのため、ここでは繰り返されない。
【００６５】
当業者であれば理解できるように、本開示は、この開示の技術的思想または本質的特徴から逸脱することなく他の特定の形態で具現化されてもよい。したがって、本開示および該開示中の説明は、以下の特許請求の範囲に記載される開示の範囲についての例示であって、開示の範囲を限定しようとするものではない。
【符号の説明】
【００６６】
１０  電気的機械加工装置
１１  電極
１２  放電電流検出器
１３  送り速度調整器
１４  電源
１５  工具ホルダ
１６  モーションユニット
１７  比較器
１８  電源コントローラ
１９  計算機
２０  被加工物
２１  データ記憶ユニット
２２  通信ユニット
２３  インタフェース回路
２４  電気的機械加工コントローラ
３０  ハイブリッド機械加工システム
３１  電極
３２  放電電流検出器
３３  送り速度調整器
３４  電源
３５  工具ホルダ
３６  モーションユニット
３７  カッタ
３８  電源コントローラ
３９  計算機
４０  被加工物
４１  データ記憶ユニット
４２  通信ユニット
４３  インタフェース回路
４４  ハイブリッドコントローラ
４６  比較器
４９  ベース
５０  電気的機械加工方法
【図１】
2018065241.tif 000018
【図２】
2018065241.tif 000019
【図３】
2018065241.tif 000020
【図４】
2018065241.tif 000021
【図５】
2018065241.tif 000022
【外国語明細書】
2018065241000001.pdf