(57)【要約】【課題】ボビンに巻かれたワイヤーの先端を電極として薄い板状の被加工物に丸孔や輪郭形状を穿孔する放電加工方法及び装置を提供すること。【解決手段】ボビンに巻かれたワイヤーの先端を電極としてテーブル上の被加工板の任意点に放電加工により丸孔または輪郭を穿孔加工するとき、ＸＹＺの三軸に回転Ｃ軸を加えた四軸制御放電加工機を設け、Ｚ軸ヘッドに設けられたガイドローラーセットによりワイヤーをＺ軸に沿って延伸し、ワイヤー把持部によりワイヤー先端を支える。ワイヤー先端をＣ軸テーブル上の被加工板の点Ｐに置き、Ｃ軸の旋回運動に同期してＸＹ軸の円弧補間のＮＣ運動を行えばワイヤー先端は点Ｐ上で相対的に自転する。この際ワイヤー電極と被加工板の間で放電加工をさせ、Ｚ軸方向にワイヤーを送ればワイヤー径の丸孔が穿孔される。また、この際前記同期ＮＣ運動命令に図形要素の偏差を加えればより大きな丸孔または所望の図形が穿孔される。【選択図】図１
2008000834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボビンに巻かれた細線ワイヤーの先端を電極として被加工物を穿孔加工する放電加工に於いて、
円弧補間機能を有するＸＹ軸と、垂直Ｚ軸及び旋回Ｃ軸とを有するＮＣ放電加工機を用い、
Ｚ軸ヘッドに設けられたガイドローラセットによりボビンから引き出したワイヤー電極をＺ軸に沿って延伸垂下させ、先端をチャックから繰り出し保持させるように構成して成り、
被加工物表面の指定位置Ｐにワイヤー電極の先端を位置決めし、前記Ｃ軸の旋回運動と前記ＸＹ軸の数値制御運動を、下記数式「数１」、「数２」、または「数３」で計算される補間運動に同期制御すると共にＺ軸に放電加工の送りサーボ運動を行わせることを特徴とする穿孔放電加工方法。
「数１」                  「数２」                  「数３」
Ｃ＝θｉ                    Ｃ＝θｉ                    Ｃ＝θｉ
Ｘｉ＝Ｒｓｉｎθｉ          Ｘｉ＝Ｒｓｉｎθｉ          Ｘｉ＝Ｒｓｉｎθｉ
Ｙｉ＝Ｒｃｏｓθｉ          Ｙｉ＝Ｒｃｏｓθｉ＋β      Ｙｉ＝Ｒｃｏｓθｉ＋ｑｉ
Ｆ：指定数                  Ｆ：指定数                  Ｆ：指定数
但し、ＲはＣ軸中心から点Ｐまでの距離、θｉはＣ軸の回転角、Ｆは送り速度でＣ軸回転速度を定めるもの。
【請求項２】
前記被加工物上の指定位置Ｐが、Ｃ軸中心から半径Ｒの線上に位置決めされていることを特徴とする請求項１に記載の穿孔放電加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＮＣ放電加工の分野であり、細孔の加工、微細形状のＮＣ放電加工に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
細孔の放電加工ではパイプ電極を使用し、電極を回転させ、また高圧の加工液を注入しながら行われる。電極径が細くなると長い電極を製作することが困難であり、高圧の加工液を注入しても効果的な流量を得ることが出来ない。
【０００３】
そのため、内燃機の燃料噴射オリフィスのような薄い円板に細孔を加工するような場合にはワイヤー電極を用いて放電加工が行われている。このような場合にはオリフィスの寸法精度、形状精度が高く要求されるが、電極を回転することが出来ないので要求に応ずることが難しい。例示される公知の方法ではワイヤー電極は被加工物に対して自転することはないから生成される加工孔の形状、寸法は電極断面に全く依存する（例えば、特許文献１、２参照。）。
さらに、高度の要求としては、例えば、前記応用事例における噴射条件を多様にするために、単なる円形だけではなく異形の形状を求められる場合もある。本発明は電極径を拡大したり、加工円の精度を高めたり、また非円形の加工孔の形成を実現することを可能にしている。
【０００４】
静止した電極を被加工体に対して相対的に自転させて放電加工する方法は本発明者が提案しており（例えば、特許文献３参照。）、また異形の輪郭についてのＮＣプログラムを簡便に作成する方法も本発明者等が既に提案している（例えば、特許文献４参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特表２００５−５３２９１４号公報
【特許文献２】米国特許第４７７１１５７号明細書
【特許文献３】特願２００６−０９２６１４号特許出願
【特許文献４】特願２００５−１６５４５８号特許出願
【特許文献５】特公平０４−０４０１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、例えば、ボビンに巻かれたような連続したワイヤー電極の先端により一以上の被加工板に丸孔を次々に多数穿孔すること、または異形の輪郭孔を多数穿孔することを課題とする。
従来技術ではボビンに巻かれたような連続ワイヤー電極を回転させて使用することは提案としては有るものの（例えば、特許文献５参照。）、精度の高い加工の実現は殆んど不可能であったが、本発明によればこれが可能になる。ワイヤー電極を連続使用するので電極消耗を考慮する必要がなく、電極回転と併せて放電加工が円滑に進行し、穿孔作業の能率が高まり、また形状精度が改善される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ボビンに巻かれたような連続ワイヤーの先端を電極として、薄い板状の被加工物に丸孔や輪郭形状を放電加工により穿孔する場合に次のようにする。
図１のようにＸＹＺＣ軸を備えるＮＣ放電加工機において、Ｃ軸テーブル１２上の被加工板１１の任意点Ｐに放電加工により丸孔または輪郭を穿孔加工するとき、機械本体近辺またはＺ軸ヘッドにワイヤーボビン７を取り付け、ガイドローラーセット８によりワイヤーをＺ軸に沿って延伸垂下させ、Ｚ軸ヘッドに設けたワイヤー繰り出し保持装置１９によりワイヤー６の先端を支える。
【０００８】
図３は、Ｃ軸旋回テーブル上に被加工物１１を載置してθ１〜θ２に旋回したときの説明図である。ワイヤー先端を被加工板の穿孔点Ｐに置きＣ軸の旋回運動による点Ｐの移動（Ｐ０〜  Ｐ１〜  Ｐ２  ）、をＸＹ軸のＮＣ円弧補間運動によって追従させる。このようにすると電極先端は常時点Ｐにあり、しかもワイヤー電極は点Ｐ上で相対的に自転する。この際ワイヤー電極と被加工板の間に放電加工電圧を印加して放電加工を行わせ、Ｚ軸方向にワイヤーを送ればワイヤー径δの丸孔が穿孔される。
【０００９】
このときＮＣプログラムは次の計算式「数１」によって作成される。
「数１」  
Ｃｉ＝θｉ
Ｘｉ＝Ｒｓｉｎθｉ
Ｙｉ＝Ｒｃｏｓθｉ
Ｆ＝指定数
ただし、ＲはＣ軸中心から点Ｐまでの距離、θｉはＣ軸の回転角、Ｆは送り速度であり、Ｃ軸回転速度を定めるものになる。
Ｚ軸方向への運動は、図１の放電加工電源１６内に装備された極間間隙サーボ制御機能の指令により、ＮＣ装置１７とドライブユニット１８を介してヘッド４が上下運動する。Ｃ軸の回転は穿孔終了まで繰り返される。
【００１０】
勿論、他の実施方法として、ワイヤー電極をローラーセットで挟持し極間電圧信号によりローラーを往復動作させて加工を進行させる方法や、前記ワイヤー繰り出し保持装置１９に補助運動軸を設けて、ワイヤー電極のみを独自にサーボ運動する方式も実施することができるが、ヘッド４を上下サーボ運動させることと同義である。
【００１１】
また、この際前記同期ＮＣ運動命令に図形要素の偏差を加えれば、より大きな丸孔または所望の図形が穿孔される。
例えば、ワイヤー電極（直径δ）より大きな丸穴を得たいときは、後述の実施例図４で説明するように、式「数１」のＹｉの式に定数βを加えて式「数２」を作る。
「数２」
Ｃｉ＝θｉ
Ｘｉ＝Ｒｓｉｎθｉ
Ｙｉ＝Ｒｃｏｓθｉ＋β
Ｆ＝指定数
式「数２」によれば、ワイヤー電極の軸心の円弧補間運動は点Ｏ’を中心とし半径Ｒの円であり、電極は（δ＋２β）の丸孔を加工しながら相対的に自転する。したがって放電加工間隙を考慮しないならば（δ＋２β）の径の円形孔を得る。送り速度Ｆは放電加工条件と除去量により適切な値を選定されるべきである。
【００１２】
さらに、異形の輪郭を得ようとするときは、前述拡大丸孔を得るときと同様な手続きにより、式「数１」のＹｉの式を変形する。すなわち定数βの替わりに変数ｑｉを加えて、式「数３」とする。ｑｉはθｉの関数であり図５で説明する輪郭形状の極座標の動径の値である
「数３」
Ｃｉ＝θｉ
Ｘｉ＝Ｒｓｉｎθｉ
Ｙｉ＝Ｒｃｏｓθｉ＋ｑｉ
Ｆ＝指定数
式「数３」によれば、楕円や複合図形のような非円形の輪郭形状が加工される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ボビンに巻かれたワイヤー電極を自転させながら放電加工を実施する方法を提供し、被加工板に円形または異形の輪郭を穿孔する作業を効率的に実施することが可能になった。
本発明のワイヤー電極を用いる放電加工は電極が連続供給される利点があるので電極消耗は全く障害とはならず、むしろ歓迎すべき特性となる。何故ならば電極消耗が加工の進行中適度の放電間隙を自動的に維持する結果となるからである。このように電極材料の選択が自由であり、また放電加工条件ならびに電極送りサーボシステムの技術的困難から開放されているので、通常の放電加工機の構成に付加すべき事項は特にない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１はＸＹＺ軸およびＸＹテーブル上に設置されるＣ軸テーブルであり、Ｘ、Ｙ、Ｚ、およびＣの四軸はＮＣ制御装置の指令によりＮＣ運動をおこなうＮＣ放電加工機である。被加工物はＣ軸テーブル上に取り付けられ、他方の電極はＺ軸に沿って運動するワイヤー電極である。ワイヤー電極の先端はＺ軸ヘッドに設けられたワイヤー繰り出し保持装置により先端を保持されて被加工物の指定点Ｐに対向する。
【００１５】
Ｃ軸を駆動して旋回するときＸ、Ｙ軸を被加工物の指定点Ｐに追従して式「数１」により同期運動させれば、ワイヤー電極はＰ点上を自転しながらＣ軸について公転運動を行うことになる。両極間に放電加工電圧パルスを印加して放電加工を行えば（このときＺ軸運動はサーボ制御運動であってＮＣ制御運動ではない。）、被加工物に電極径δの孔加工が進行する。Ｃ軸回転運動は穿孔終了まで続行される。加工の終了後Ｚ軸はＮＣ命令により上昇する。
【００１６】
前段の説明中のＮＣ運動命令の数式「数１」を、式「数２」に置換すれば孔径が
（δ＋２β）となり、また式「数３」に置き換えれば非円形の孔、たとえば楕円、複合図形が得られる。
【００１７】
ワイヤー電極は放電加工により消耗するので適宜に繰り出して補充しなければならない。ボビンはＺ軸ヘッドに取り付けられ、経路中にローラーを配置して前記ワイヤー繰り出し保持装置にワイヤー電極を供給する。
【００１８】
細い電極により深い穴を加工しようとするとき、すなわちアスペクト比の大きな場合には電極材料の剛性が高いことが望まれる。本発明の作用構造では、ワイヤー電極を保持するチャックから突き出た作用部分はワイヤー電極自身の剛性によって加工作用力に耐えているのであるから、高アスペクト比の加工の場合には電極材に剛性を付加強化する機構、たとえば電熱アニーリング機構を備えることもある。
【００１９】
そこで、ワイヤーガイドの手前に電流による加熱硬化を実現する機構を設けてワイヤー電極の剛性を改善する例を実施例に例示する。
【００２０】
また、穿孔終了検知手段を備えて加工終了信号を発するようにすることも必要であり実施例に例示する。
【００２１】
さらにまた、放電間隙に適切な条件を付与する支援手段として超音波振動子を電極に接触させることが可能である。電極は軽量であり非回転であるから振動子を密に接触させて効率よく超音波振動を伝播させることができる。
【実施例】
【００２２】
図１は本発明装置の概念図である。機械本体は  Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｃ軸の４軸ＮＣ工作機械であり、ベース１、Ｚ軸スライド４とガイド３を持つコラム２、Ｃ軸回転テーブル１２を備える。ＸＹテーブル１４とＹサドル１３を主要構成とし、Ｚ軸ヘッド４の前面には絶縁板５を介してワイヤー電極系統を配置するヘッドプレート１５が設けられている。Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｃの各軸運動はＮＣ制御装置１７により作動するドライブユニット１８からの駆動パルスにより動作する。放電加工作用はＣ軸テーブル１２に取り付けられる被加工物１１と、ボビン７からガイドホイール８を介して繰り出されるワイヤー電極６との間隙に、放電電圧パルスを印加して生ずる極微短間隙放電によるものであり、放電加工電源１６は給電線（Ａ）９および（Ｂ）１０によりパルス電流を供給するとともに、極間間隙を適正に維持し放電加工を円滑に進行させるため極間間隙の電圧を検出する手段により上下運動を制御する機能を備える。前記Ｃ軸回転テーブル１２は被加工物１１と同電位となり放電加工回路の一部となるが、保安上の配慮から機械本体から絶縁されることが望ましい。
【００２３】
なお、前記ワイヤー電極６を繰り出したり先端部をチャックする機構部分として、別に詳細説明する装置１９がある。また、放電間隙に供給されるべき加工液の供給手段については多様な公知手段を容易に選択できる。
【００２４】
本発明の特徴は、細くて長く連続したワイヤー電極を使用できることにある。電極材料の材質については、一般の放電加工に使用される黄銅、銅、タングステン、鋼線などである。片持ち支持される形態であるから曲げ剛性が強さが求められるため鋼線に黄銅、銅を被覆したものが適する。
【００２５】
被加工物の厚みは、ワイヤー電極の繰り出し保持装置１９からの突き出し量と関連する。電極径の範囲は０．０５ｍｍから３ｍｍ程度であるから、突き出し可能長さは電極径に応じて定まり、したがって被加工物の厚みが定まる。電極が自転することと消耗分を逐次補充できることにより高いアスペクト比の加工が可能になる。
【００２６】
図２の（Ａ）及び（Ｂ）は、ワイヤー電極の繰り出し系統図であり、図２の（Ａ）において、ヘッドプレート１５に取り付けられたボビン７から伸延されるワイヤー電極６がその先端を被加工物１１に対向するまでの経路を示すものである。ボビン７の軸にはブレーキ７ａが付されウェイト８ｄと共に系の張力を一定に保つ。ローラ８ｂ、８ｃはテンションローラである。ガイドローラ８以下は電極６を真直に保ち、また加工点で消耗した分を補給する。ボビン７に巻かれている間の曲がり、捩れを矯正し、また剛性を高めるために電熱加熱冷却の工程を与えるためにローラセット１０１，１０２，１０３，１０４、が用意される。ローラ１０１と１０２の間に電源１０５が挿入され、タイマースィッチ１０６により時間制御されアニーリングの目的を達成する。この工程を実施する時機を知るために前記ローラ８にエンコーダーが備えられる。ローラ１０４にはまた給電線９が接続され、他方の給電線１０とともに放電加工回路を形成する。給電子１０ａは旋回するテーブル１２に接触給電するユニットである。繰り出し保持装置１９ａの駆動源として圧縮空気の導管１９ｂが接続される。感知子１１０は加工が終了して電極６が被加工物１１を通過して接触したとき抵抗１１２を含む電源１１４の回路が閉じて発光体１１３により信号を発する。    
【００２７】
図２の（Ｂ）は、他の実施例として繰り出し保持装置１９ａを放電間隙信号により上下にサーボ運動制御させるようにしたもので、Ｚ軸スライド４を制御運動させる代わりに軽量部分を駆動することで制御性能を改善する。１５ｂは装置１９ａのための直線運動ガイドであり、スライド１９ｃとの間にリニヤモータセットを設けて目的を達成することが出来る。
【００２８】
図３は被加工物と電極の相対運動の説明図であり、また式「数１」の説明図でもある。テーブル１２に取り付けられる被加工物１１がＣ軸駆動によりθ１〜θ２に旋回するとき、図示するように  １１ａ〜１１〜１１ｂ  となる。他方電極先端はＸＹ座標上で〔Ｐ０  〜    Ｐ１    〜  Ｐ２  〕とＸＹ軸円弧補間運動で同期して追従する。そうすると被加工物の点Ｐにある電極は被加工物１１の上では相対的に自転していることがわかる。
すなわち、Ｃ軸回転数で電極が回転することとなり放電加工の能率および精度が改善される。電極回転の効果は極間の間隙維持やイオン排出のみならず、電極軸心の維持あるいは挫屈の復元等により形状精度を高める。
【００２９】
図４は式「数２」による相対運動の説明図であり、ワイヤー電極６の径をδとするとき、式「数２」によれば、ワイヤー電極６の軸心の円弧補間運動は点Ｏ’を中心とし半径Ｒの円であり、その軌跡はＲｆ（Ｐ〜Ｐ’）である。したがって、ＸＹ軸のＮＣ命令は単純な円弧補間命令を用いて達成される。電極６の加工軌跡は６ｂ（実線部分）となり、除去能率と周回速度が釣合っていれば一回の周回で点線で示される加工円６ａ（点線部分）  が得られる。前記釣り合いが満たされなかったり、電極消耗のため除去量が不足の場合は、ワイヤー電極６が被加工物１１を貫通しないから周回を繰り返す。
周回を繰り返すとき電極６の外周は、径（δ＋２β）の丸孔を加工しながら自転する。したがって放電加工間隙を考慮していないならば（δ＋２β）の径の円形孔を得る。送り速度Ｆは放電加工条件と除去量により適切な値を選定される。
このように、電極径よりも大きい穴を放電加工する場合には、はじめに前段図３で説明した方法で下孔を加工すると良い。送り速度は下孔のある場合は速い速度が可能であり、下孔がない場合には遅い速度になる。
前段の説明においてβ＝０とすれば、式「数２」は式「数１」となり、前段図３で説明した電極径δの孔の加工の説明と一致する。
【００３０】
図５の（Ａ）及び（Ｂ）は、式「数３」による相対運動の説明図であり、楕円を例示するが類似した輪郭形状に適用される。
輪郭内部に定点Ａを定め、極座標により角度θｉと動径ｑｉ  の関係を知る。その関係を式「数３」に代入する。  例示するように形状は滑らかに連続し、しかも完全に閉じた形状でなければならない。一例として図５の（Ａ）に楕円を例示し、その内部に定点Ａを定める。Ａを極座標の原点として輪郭線までの動径ｑとθの関係を全周にわたって求める。このθｉとｑｉの関係を、式「数３」に与えれば、前段図４の例と同様にして図５の（Ｂ）のように非円形の孔の放電加工が可能になるが、ＸＹ運動の軌跡は円ではないので単純な円弧補間命令を使用することが出来ない。θｉを密に分割して点列を密にとって直線セグメント補間にする方法、或いは点列を疎にとって連続する３点を通る円を逐次計算して円弧補間命令を接続する  ２  ｏｕｔ  ｏｆ  ３  の方法によって達成される。動径ｑとθの関係は計算により求めてもよいし、ＣＡＤなどの手段を用いても良い。
【００３１】
図６は繰り出し保持装置の一つの実施例である。
図６は実公昭６３−４２９８４を引用するので番号記号はこの段落固有のものとして説明する。この図は前記図２のワイヤ繰り出し装置１９の主要部分となる保持機構１９ａの実施例の詳細である。
装置を大きく区分すると、電極Ｗを摩擦保持するホールド部７０、シリンダ装置のシリンダボデイ１０および管胴４０、ガイドパイプ８５からなる。シリンダボデイ１０内にピストン２０と戻りバネ３０が設けられる。収縮可能なコレットチャック５０の把持部５２がワイヤ電極を把持または開放する。動作を制御するため開放制御リング６０が設けられており、また適度の摩擦抵抗をもたせた電極ガイド８０と弾性体８１が備えられる。動力は空気圧が用いられる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、ボビンに巻かれた細線ワイヤーの先端を電極として被加工物を穿孔加工する放電加工の加工性能及び加工精度の向上に有効なものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の概念を示す実施例の説明図。
【図２】図２の（Ａ）はワイヤー電極の繰り出し系統図、同（Ｂ）はＺ軸送りの変更例図。
【図３】被加工物とワイヤー電極とを数式「数１」によって制御駆動したときの相対運動の説明図。
【図４】同じく数式「数２」によって制御駆動したときの相対運動の説明図。
【図５】図５の（Ａ）及び（Ｂ）は、数式「数３」によって制御駆動したときの相対運動の説明図。
【図６】被加工体へ向けワイヤー電極を繰り出し保持する実施例装置の構成説明図。
【符号の説明】
【００３４】
１、  ベース
２、  コラム
３、  Ｚ軸スライドガイド
４、  ヘッド
５、  絶縁板
６、ワイヤー電極
７、  ボビン
８、ガイドホイール
９、  給電線Ａ
１０、  給電線Ｂ
１１、  被加工物
１２、Ｃ軸テーブル
１３、Ｙサドル
１４、ＸＹテーブル
１５、ヘッドプレート
１６、放電加工電源
１７、ＮＣ装置
１８、ドライブユニット
１９、ワイヤー繰出し保持装置
【図１】
2008000834.tif 000003
【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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