(57)【要約】【課題】放電加工機の主軸に設けられた被給電部材と電極ヘッドの給電部材との接触部における発熱による主軸の熱変位が加工精度に与える影響を低減させる。【解決手段】放電加工機は、電極３５を保持し回転させる主軸３１と、主軸３１と共に回転するように主軸３１の先端部に設けられた電極リング５９と、電極リング５９に接触する電極ブラシ６１とを備え、電極ブラシ６１を介して加工電源２７から主軸３１に保持される電極３５とワークＷとの間に電圧を印加することによって放電させ、ワークＷを加工する。さらに、放電加工機は、電極リング５９と電極ブラシ６１との接触部における発熱に起因した主軸３１の熱変位を補正し、電極リング５９と電極ブラシ６１との接触部における発熱による主軸３１の熱変位が加工精度に与える影響を低減させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を保持し回転させる主軸と、主軸と共に回転するように主軸の先端部に設けられた被給電部材と、被給電部材に接触する給電部材とを備え、給電部材を介して加工電源から主軸に保持される電極へ電流を供給して電極とワークとの間に電圧を印加することによって放電させ、ワークを加工する放電加工機であって、
前記被給電部材と前記給電部材との接触部における発熱に起因した前記主軸の熱変位による位置ずれを補正する位置補正部を備えることを特徴とした放電加工機。
【請求項２】
前記位置補正部は、主軸の回転速度と予め定められた時間当たりに前記加工電源から供給される電流量とに基づいて補正量を求め、求めた補正量分だけ送り軸の位置を補正する、請求項１に記載の放電加工機。
【請求項３】
前記主軸の回転速度及び前記加工電源から供給される電流量と前記主軸の熱変位量とを対応付ける関数又は誤差マップを記憶する変位量記憶部をさらに備え、前記位置補正部は、主軸の回転速度と予め定められた時間当たりに前記加工電源から供給される電流量とから、前記変位量記憶部に記憶された関数又は誤差マップに基づいて送り軸の位置の補正量を求める、請求項２に記載の放電加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主軸の先端部に設けられた被給電部材に給電部材を接触させることにより、給電部材及び被給電部材を介して加工電源から主軸に保持される電極へ電流を供給し、主軸に保持された電極によってワークを放電加工する放電加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電加工機では、加工電源から電極へ電流を供給し、加工液中に浸漬させたワークと電極との間に電圧を印加することによってワークと電極との極間に発生する放電現象を利用して、ワークを加工する。このような放電加工機では、穴加工などを行う際に、電極ヘッドに支持された主軸を使用してＺ軸周りに電極を回転させながらＺ軸方向の送りを与えてワークを加工することがある。このような場合、例えば特許文献１に示されているように、非回転部分である電極ヘッドから回転部分である主軸へ電流を供給するために、主軸の先端部に被給電部材として円板状又はリング状の給電板を設け、この給電板に電極ヘッドに設けられた給電部材である給電ブラシを接触させるようにしている。
【０００３】
ところで、放電加工機では、極間で発生する放電現象を利用して加工を行うので、放電エネルギにより加工液や周囲環境の温度が上昇し、この温度上昇により電極ヘッド及び主軸の熱変形を引き起こす。また、主軸を回転させる場合、主軸とそれを電極ヘッドに回転可能に支持するための軸受との間で主軸の回転時に発生する摩擦熱により、電極ヘッド及び主軸の温度が上昇し、この温度上昇により電極ヘッド及び主軸の熱変形を引き起こす。これらの熱変形は、熱変位による主軸の位置ずれを生じさせ、加工精度を悪化させる。このような問題を解消するために、特許文献２は、加工液の温度、周囲環境の温度及び主軸の回転速度を検出し、検出された加工液及び周囲環境の温度と主軸の回転速度とから、これらの変化による主軸の位置ずれ量を求め、求められた位置ずれ量分だけ主軸の位置を補正する放電加工装置を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２８９８２３３号公報
【特許文献２】特開平２−１１６４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、主軸を使用してＺ軸周りに電極を回転させながら加工を行う場合には、主軸の先端部に設けられた円板状又はリング状の給電板に電極ヘッドに設けられた給電ブラシを接触させることにより、加工電源から回転する主軸へ電流を供給している。このため、給電板と給電ブラシとの接触部では、主軸の回転時に給電ブラシと給電板との間で摩擦抵抗による摩擦熱が発生する。また、給電ブラシと給電板との接触圧は主軸を安定して回転させるために一定のレベル以下にしなければならないことから、給電ブラシと給電板とを十分に接触させることができず、給電ブラシと給電板との間の電気的抵抗が大きくなる。このため、給電ブラシと給電板との間に大きな電流が流れると大きなジュール熱が発生する。
【０００６】
したがって、給電ブラシと給電板との接触部に発生する摩擦熱及びジュール熱も主軸の熱変位を生じさせ、加工精度に悪影響を与える。しかしながら、給電ブラシと給電板との間に発生する熱が主軸に生じさせる熱変位はこれまで考慮されていなかった。このため、加工電源から電極に供給される電流値を変化させると、正確な主軸の熱変位を求めることができなくなり、十分な補正が行えなかった。
【０００７】
本発明は前述の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、放電加工機の主軸に設けられた被給電部材と電極ヘッドの給電部材との接触部における発熱による主軸の熱変位が加工精度に与える影響を低減させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の目的を達成するため、本発明によれば、電極を保持し回転させる主軸と、主軸と共に回転するように主軸の先端部に設けられた被給電部材と、被給電部材に接触する給電部材とを備え、給電部材を介して加工電源から主軸に保持される電極へ電流を供給して電極とワークとの間に電圧を印加することによって放電させ、ワークを加工する放電加工機であって、前記被給電部材と前記給電部材との接触部における発熱に起因した前記主軸の熱変位による位置ずれを補正する位置補正部を備える放電加工機が提供される。
【０００９】
放電加工機では、給電リングのような被給電部材と給電ブラシのような給電部材とを接触させて非回転部分の加工電源から回転部分の主軸に装着される電極へ電流を供給するため、被給電部材と給電部材との接触部で、主軸の回転時に摩擦熱が発生すると共に、主軸への電流供給によりジュール熱が発生する。このような摩擦熱やジュール熱による接触部の発熱は主軸に熱変位を生じさせる。本発明の放電加工機では、従来は考慮されていなかった被給電部材と給電部材との接触部で発生するこのような摩擦熱やジュール熱を考慮して、接触部の発熱に起因した主軸の熱変位による主軸の送り軸の位置ずれを補正するので、所望する位置に電極を正確に位置決めすることができる。また、被給電部材と給電部材との接触部の発熱に起因した主軸の熱変位には加工電源から電極へ供給される電流によって発生するジュール熱による熱変位も含まれるので、従来の放電加工機では、加工電源から電極へ供給される電流値を変化させると、主軸の熱変位を正確に補正することができなかったが、本発明の放電加工機では、接触部において発生するジュール熱も考慮しているので、加工電源から電極に供給される電流値を変化させても、主軸の熱変位を正確に求めることができ、加工電源から電極に供給される電流値の変化によらず、所望する位置に電極を正確に位置決めすることができる。
【００１０】
前記位置補正部は、主軸の回転速度と予め定められた時間当たりに前記加工電源から供給される電流量とに基づいて補正量を求め、求めた補正量分だけ送り軸の位置を補正することが好ましい。主軸の回転速度から摩擦熱を推定でき、加工電極から供給される電流量からジュール熱を推定できるので、主軸の回転速度と加工電源から供給される電流量とから、被給電部材と給電部材との接触部において発生する摩擦熱及びジュール熱に起因した主軸の熱変位を求めることができ、求めた熱変位を補正量とすれば送り位置の補正量を求めることができる。
【００１１】
例えば、前記放電加工機は、前記主軸の回転速度及び前記加工電源から供給される電流量と前記主軸の熱変位量とを対応付ける関数又は誤差マップを記憶する変位量記憶部をさらに備え、前記位置補正部は、主軸の回転速度と予め定められた時間当たりに前記加工電源から供給される電流量とから、前記変位量記憶部に記憶された関数又は誤差マップに基づいて送り軸の位置の補正量を求めることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の放電加工機では、主軸の回転により被給電部材と給電部材との接触部で発生する摩擦熱や主軸への電流の供給により被給電部材と給電部材との接触部で発生するジュール熱を考慮して、接触部の発熱に起因した主軸の熱変位を補正するので、所望する位置に電極を正確に位置決めすることができる。また、加工電源から電極に供給される電流値の変化によらず、所望する位置に電極を正確に位置決めすることができる。したがって、従来技術の放電加工機よりも加工精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による放電加工機の制御装置の機能ブロック図である。
【図２】本発明による放電加工機の正面図である。
【図３】図２に示されている放電加工機の電極ヘッドの要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明による放電加工機１１の実施の形態を説明する。
最初に、図２及び図３を参照して、本発明による放電加工機１１の全体構成を説明する。図２を参照すると、放電加工機１１は、ベッド１３と、ベッド１３上に固定されたコラム１５と、コラム１５上でＸ軸方向に移動可能なサドル１７と、サドル１７上でＹ軸方向に移動可能なラム１９と、ラム１９によって支持された電極ヘッド２１と、電極ヘッド２１内にＺ軸方向に移動可能に支持された主軸頭２３と、ベッド１３上に設けられたテーブル２５と、加工電源２７と、放電加工機１１の動作を制御する制御装置２９とを備える。また、主軸頭２３の先端には、後述するように主軸３１及び電極チャック３３を介して電極３５が装着され、テーブル２５上には放電加工されるワークＷが固定され、加工槽３７内の加工液に浸漬される。このような構成により、放電加工機１１は、テーブル２５に固定されたワークＷに対して電極３５をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に送りながら、加工電源２７により電極３５とワークＷとの間に加工電圧を印加して、ワークＷを所望形状に放電加工する。
【００１５】
図３に示されているように、電極ヘッド２１の内部には、Ｚ軸用送り軸モータ３９が設けられており、Ｚ軸用送り軸モータ３９の回転軸に送りねじ４３が連結されている。この送りねじ４３が、主軸頭２３の取付部４５に固定されたナット４７と係合しており、制御装置２９からの指令に応じてＺ軸用送り軸モータ３９により送りねじ４３が回転され、その回転方向に応じて主軸頭２３がＺ軸方向（図３の上下方向）に移動するようになっている。本発明の放電加工機は、主軸頭がＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動する形態に限らず、主軸頭とテーブルとが、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向に相対移動すればよい。
【００１６】
主軸頭２３の内部には、軸受４９を介して主軸３１が回転可能に支持されている。主軸３１は、電極ヘッド２１内に設けられた主軸モータ５３の回転軸５５にカップリング５７を介して連結されており、主軸モータ５３により回転駆動されるようになっている。この主軸３１の先端部には、電気的絶縁体を介して電極３５を装着するための円柱状の電極チャック３３が取り付けられており、電極チャック３３の外周面には、被給電部材として環状の給電リング５９が取り付けられている。
【００１７】
また、主軸頭２３の先端部には、給電リング５９に接触するように給電部材として給電ブラシ６１が設けられており、加工電源２７から配線を通して給電ブラシ６１に供給された加工電流を給電リング５９を介して電極３５に供給できるようになっている。給電ブラシ６１は、調節ねじ６３と付勢ばね６５とにより給電リング５９の外周面に向かって付勢され、給電リング５９と確実に接するようになっている。
【００１８】
次に、図１を参照して、制御装置の詳細な構成について説明する。
制御装置２９は、加工プログラム読取解釈部６７と、送り軸制御部６９と、位置補正部７１とを含む。加工プログラム読取解釈部６７は、加工プログラムを読み取り、解釈して、必要な動作を特定し、各部に指令を発する。このとき、加工電源２７は加工プログラムで定められた所定の周期でパルス電圧を印加して加工する。また、主軸３１も加工プログラムに従って所定の回転速度で回転する。送り軸制御部６９は、加工プログラム読取解釈部６７からの指令に応じて、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各送り軸モータを作動させ、電極ヘッド２１及び主軸頭２３を指令された量だけ移動させる。位置補正部７１は、主軸３１の回転により軸受４９で発生する熱や放電エネルギによる加工液の加熱による主軸３１の熱変位を求め、熱変位の分だけ主軸３１の位置を補正する。これらの補正は、主軸３１の回転速度や加工液及び周囲環境の温度を検出することにより行われる。主軸３１の回転速度や加工液及び周囲環境の温度を検出することにより、主軸３１の熱変位を補正する方法は、例えば特許文献２に開示されているように公知であるので、ここでは詳しく説明しない。なお、主軸３１の回転速度は、加工プログラムから求めてもよく、主軸３１を回転させる主軸モータ５３の回転をエンコーダなどを通じて検出することによって求めてもよい。
【００１９】
上述したように、放電加工機１１では、回転する主軸３１の先端部に電極チャック３３を通して装着された電極３５へ加工電源２７から電流を供給するために、電極チャック３３の外周面に取り付けられた給電リング５９と、加工電源２７に接続された給電ブラシ６１とを接触させるようにしている。このため、軸受４９の発熱や放電エネルギによる加熱だけでなく、給電リング５９と給電ブラシ６１との接触部における発熱も主軸３１の熱変位の要因となる。一方、給電リング５９と給電ブラシ６１との接触部における発熱は、給電リング５９と給電ブラシ６１との間の摩擦抵抗による摩擦熱と、給電リング５９と給電ブラシ６１との間の電気抵抗によるジュール熱とを含み、摩擦熱は主軸３１の回転速度から推定でき、ジュール熱は単位時間当たりに加工電源２７から供給される電流量と接触部の電気抵抗とから推定できる。接触部の電気抵抗はある程度ならし運転したものであれば、ほぼ安定した値を示すので定数とすることができることから、主軸３１の熱変位の熱時定数が分かれば、主軸３１の回転速度と、単位時間当たりに加工電源２７から供給される電流量とから、給電リング５９と給電ブラシ６１との接触部における発熱による主軸３１のＺ軸方向の熱変位を求めることができる。すなわち、加工中の電極３５の回転速度及び単位時間当たりに加工電源２７から供給される電流値と主軸３１のＺ軸方向の変位量とを対応させる関数又は誤差マップが分かっていれば、給電リング５９と給電ブラシ６１との接触部における発熱による主軸３１のＺ軸方向の熱変位を正確に求めることができる。
【００２０】
そこで、本発明の放電加工機１１では、位置補正部７１が給電リング５９と給電ブラシ６１との接触部における発熱による主軸３１の熱変位（特に、Ｚ軸方向の熱変位）をさらに求めることができるように、加工条件記憶部７３と、加工パルス計数部７５と、変位量記憶部７７とをさらに設けている。
【００２１】
加工条件記憶部７３は、加工電源２７から電極３５へ供給される電流値などの加工条件を記憶し、加工パルス計数部７５は、加工電源２７へ供給される単位時間当たりの加工パルスを計数する。また、変位量記憶部７７は、加工中の電極３５の回転速度及び加工電源３７から供給される単位時間当たりの電流値と主軸３１のＺ軸方向の変位量とを対応させる関数又は誤差マップを記憶する。
【００２２】
電極３５の回転速度及び単位時間当たりに加工電源２７から供給される電流量と主軸３１のＺ軸方向の熱変位量との対応関係を定める関数又は誤差マップは、主軸３１の回転速度と電流量との様々な組合せの下での飽和変位量へ増加していく様子及び飽和変位量から減少していく様子を示す推移曲線を定めるものであり、例えば、主軸３１の回転速度と単位時間当たりに加工電源２７から供給される電流量との組合せを様々に変えて、回転及び電流供給を継続したときと停止したときの主軸３１のＺ軸方向の熱変位の推移を測定する実験を行い、実験結果から、所定回転速度及び電流値の下で主軸３１のＺ軸方向の熱変位が一定となったときの飽和熱変位量と、Ｚ軸方向の熱変位量が増加していくときの上昇時熱時定数と、Ｚ軸方向の熱変位量が減少していくときの減少時熱時定数とを求めることにより、定めることができる。
【００２３】
位置補正部７１が変位量記憶部７７に記憶される関数又は誤差マップを用いて、設定されている主軸３１の回転速度と電流量の下で主軸３１の位置補正を行うときには、ある時点での主軸３１の熱変位量を特定し、関数又は誤差マップとして定められた所定の主軸３１の回転速度及び電流値の下での熱変位の推移曲線に沿って熱変位が推移すると仮定して、その時点から所定時間経過後の主軸３１の熱変位を求め、求められた熱変位量分だけ主軸３１の位置を補正する。本発明は、Ｚ軸方向の変位に限らず、Ｘ，Ｙ軸方向の変位を同様に補正できる。
【００２４】
このように、本発明の放電加工機１１では、位置補正部７１が、変位量記憶部７７に記憶された関数又は誤差マップを用いて、加工条件記憶部７３に記憶された加工電源からの供給電流値と、加工パルス計数部７５によって計数、検出された単位時間当たりの加工パルス数とから、給電リング５９と給電ブラシ６１との接触部における発熱による主軸３１のＺ軸方向の熱変位を補正するため補正量を求め、求められた補正量分だけ主軸３１のＺ軸方向位置を補正するように、送り軸制御部６９に位置補正指令を発する。したがって、加工条件の変更があったときでも、給電リング５９と給電ブラシ６１との接触部における発熱による主軸３１の熱変位も主軸３１の位置の補正に加味することが可能になり、所望のＺ軸方向位置（深さ方向）に電極３５を配置することができるようになるので、より精度のよい加工が実現される。
【符号の説明】
【００２５】
１１    放電加工機
２７    加工電源
２９    制御装置
３１    主軸
３５    電極
３９    送り軸モータ
５９    給電リング
６１    給電ブラシ
７１    位置補正部
７３    加工条件記憶部
７５    加工パルス計数部
７７    変位量記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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