(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械加工装置（１０）を用いて、チタン系材料で形成された被加工物（１６）を機械加工する方法であって、前記方法は、
（ａ）電源（２２）により導電性電極（１４）および前記被加工物（１６）に電力を供給すると共に、スピンドルアセンブリ（１２）内に収容された前記導電性電極（１４）を、前記チタン系被加工物（１６）に対して予め選択された距離および位置に提供する工程と、
（ｂ）前記機械加工装置（１０）の少なくとも２つの経路を通って流体電解質を循環させる工程であって、１つの経路は、スピンドルアセンブリ（１２）内の内部導管（３２）を含み、第２の経路が前記スピンドルアセンブリ（１２）の外側であって、少なくとも部分的に前記電極（１４）と前記被加工物（１６）との間のギャップ（２６）内にある外部導管（３４）を含む、工程と、
（ｃ）プランジング運動で前記電極（１４）を前記被加工物（１６）に対して動かして、高速電食（ＨＳＥＥ）処理を用いて、比較的高速で前記被加工物（１６）から材料を除去する工程と、を含み、
電流値が許容可能なしきい値を超えた場合、循環する電解質流体のフラッシング圧力値および電極（１４）の回転速度を自動機構によって同時に制御することで、ギャップにおけるデブリを除去し、ギャップを塞いでいる溶融金属の山もしくはブリッジを排出して前記被加工物（１６）からのチタン系材料の除去効率を最大にする、
方法。
【請求項２】
前記電極（１４）は、約７，０００インチ／分から約１２５，０００インチ／分の範囲の線速度で前記ＨＳＥＥ処理中に回転する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記線速度は、少なくとも約３６，０００インチ／分の線速度である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記電極（１４）は、少なくとも約１５ａｍｐｓ／ｍｍ2の電流密度の下で動作される、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記流体電解質は、前記被加工物（１６）および前記被加工物（１６）と前記電極（１４）との間の前記ギャップ（２６）を冷却し、また機械加工に起因するデブリを洗い流す、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記流体電解質は、前記被加工物（１６）と前記電極（１４）との間の放電を増大させるための１つまたは複数の添加剤を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記スピンドルアセンブリ（１２）は、前記電極（１４）を支持し、回転させるように構成された多軸機械に収容されるかまたは接続される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記多軸機械は、前記電極（１４）と前記被加工物（１６）との間に断続的な複数の電気アークを分配するように構成されたコントローラ（１８）と動作可能に通信する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記プランジング運動は、軸方向であって、材料の除去を必要とする前記被加工物表面に対してほぼ垂直である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記プランジング運動は、前記被加工物表面にポケットホールを切る、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記被加工物（１６）は、タービンエンジンまたは航空機の機体の一部の構成部品である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記電極（１４）は、前記被加工物（１６）と前記電極（１４）との間に電位差ΔＶを印加する前記電源（２２）により、しきい値電流で通電され、前記方法は、
（ｉ）機械加工中に、選択された間隔で前記電流を測定する工程と、
（ｉｉ）前記測定された電流が制御不能状態を指示するかどうかを判定するために、前記測定された電流を前記しきい値電流と比較する工程と、
（ｉｉｉ）制御不能状態の前記指示に応じて制御信号を生成する工程と、をさらに含み、
前記制御信号は、（Ｉ）電極回転速度または（ＩＩ）電解質フラッシング圧力の少なくとも一方の調整をもたらし、前記機械加工工程を制御状態に戻す、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
チタン系構成部品を機械加工する方法であって、前記構成部品に対して、導電性電極（１４）がプランジングしてポケットホールを形成する運動で制御可能に動き回転する高速電食（ＨＳＥＥ）処理を用いて、前記構成部品の選択領域から材料が除去され、
前記電極（１４）内の内部経路（３２）および前記電極（１４）の外側であって前記電極（１４）と前記構成部品との間のギャップ（２６）内にある外部経路（３４）の両方を通って、流体電解質が循環し、
電流値が許容可能なしきい値を超えた場合に前記循環する電解質流体の全圧力値および前記電極（１４）の回転速度は、自動機構によって同時に制御され、ギャップにおけるデブリを除去し、ギャップを塞いでいる溶融金属の山もしくはブリッジを排出することで前記構成部品からのチタン系材料の除去効率を最大にする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的には、金属構成部品の機械加工を対象とする。いくつかの特定の実施形態では、本開示は、先進的な構造の金属および合金から形成された構成部品の電気機械加工に関係する。
【背景技術】
【０００２】
先進的な金属材料は、航空機、自動車、ならびに工具および金型の製造業などの現代の製造業においてますます重要な役割を果たしている。その材料は、従来の材料と比べて、通常、大幅に改善された熱的、化学的、および機械的特性を示す。改善された特有の特性としては、強度、耐熱性、耐摩耗性、耐侵食性が挙げられる。適度な改善であっても、改善された製品の性能および製品設計を通して、製造業にかなりの経済的利益をもたらす可能性がある。
【０００３】
先進的な材料は、多くの所望の特性を示すが、それらは処理が非常に困難な場合がある。例えば、チタン合金などの特殊化された材料については、伝統的な機械加工および鋳造処理では不十分であることが多く、板や棒などを形成する際に大量のストックの除去を必要とする。さらに、その処理は、複数の仕上げ作業などの追加の処理によって補足される必要があることが多い。また、チタンおよびその合金の化学的および物理的特性は、穿孔作業を難しくする可能性があり、しばしば望ましくない大きな熱影響域をもたらすおそれがある（ＨＡＺ）。これらの理由により、全体としての処理コストが、鋼などの材料と比べてかなり高くなる可能性がある。
【０００４】
チタンおよびニッケルの超合金などの先進的な材料を処理するために、多くの技術が開発されている。放電加工（ＥＤＭ）は、主に硬質金属、すなわち従来の技術では機械加工が不可能な金属に対して用いられている機械加工方法である。この技術は、エネルギーが付与された電場の存在下で、電極（切削工具）と被加工物との間で急速に繰り返される電気アーク放電によって行われる。ＥＤＭ切削工具は、被加工物の非常に近くの所望の経路に沿って導かれるが、被加工物に接触することはない。この技術は、「電食」と呼ばれることがある。電解加工（ＥＣＭ）、電解研削（ＥＣＧ）、および電解放電加工（ＥＣＤＭ）を含む他の電気機械加工技術も当該技術分野において公知であり、全てが米国特許第７，７４１，５７６号（Ａ．Ｔｒｉｍｍｅｒ）に記載されている。
【０００５】
現行の電気機械加工処理は、多くの状況で許容可能であるが、様々な高性能合金のためのさらなる設計および性能の要求は、処理のかなりの進歩を追求することを促した。例えば、チタンおよびその合金から形成された特定の構成部品は、依然として機械加工が非常に困難な場合があり、それは、熱伝導率がより低く、加工領域を処理デブリから離しておくことができないためである。後述するように、機械加工デブリは、電食処理を危険にさらすおそれがあり、機械加工装置および被加工物の両方への損傷につながり得る。そのうえ、産業環境において高性能合金を機械加工するための材料除去速度（ＭＲＲ）を改善する必要性が依然として存在し、それは、過剰な加工時間および多くの他の処理工程の必要性が全体的なプロセスの経済的な採算性を減少させるおそれがあるからである。したがって、これらの課題のいくつかを解決する改良された電食処理は、当技術分野で歓迎されるであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／００４８６１２号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明の一実施形態は、機械加工装置を用いて、チタン系材料で形成された被加工物を機械加工する方法を対象とする。本方法は、
（ａ）電源により電極および被加工物に電力を供給すると共に、スピンドルアセンブリ内に収容された導電性電極を、チタン系被加工物に対して予め選択された距離および位置に提供する工程と、
（ｂ）機械加工装置の少なくとも２つの経路を通って流体電解質を循環させる工程であって、１つの経路は、スピンドルアセンブリ内の内部導管を含み、第２の経路がスピンドルアセンブリの外側であって、少なくとも部分的に電極と被加工物との間のギャップ内にある外部導管を含む、工程と、
（ｃ）プランジング運動で電極を被加工物に対して動かして、高速電食（ＨＳＥＥ）処理を用いて、比較的高速で被加工物から材料を除去する工程と、を含む。
【０００８】
別の実施形態は、チタン系構成部品を機械加工する方法を対象とし、構成部品に対して、導電性電極がプランジングしてポケットホールを形成する運動で制御可能に動き回転する高速電食（ＨＳＥＥ）処理を用いて、構成部品の選択領域から材料が除去され、電極内の内部経路および電極の外側であって電極と構成部品との間のギャップ内にある外部経路の両方を通って、流体電解質が循環する。本実施形態では、循環する電解質流体の全圧力値および電極の回転速度は、自動機構によって同時に制御され、構成部品からのチタンの除去効率を最大にする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のいくつかの実施形態による機械加工処理を実施するための装置の概略図である。
【図２】本発明の実施形態に用いられるスピンドルアセンブリを示す図である。
【図３】本発明のいくつかの実施形態による種々の機械加工工程の説明図である。
【図４】本発明のいくつかの実施形態による機械加工のための選択された制御およびモニタリング工程の説明図である。
【図５】本発明のいくつかの実施形態による、ポケットプランジングにより生じたホールの写真である。
【図６】本発明のいくつかの実施の形態による機械加工工程について、材料除去速度特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示に関しては、本明細書に開示する任意の範囲は包括的であって、組み合わせ可能である（例えば、「約２５ｗｔ％まで」、またはより具体的に「約５ｗｔ％から約２０ｗｔ％まで」という組成の範囲は、端点および範囲内の全ての中間値を含む）。さらに、本明細書の「第１の」、「第２の」などの用語は、いかなる順序、量、または重要性も意味するものではなく、１つの要素と別の要素とを区別するために用いられる。本明細書において、単数形での記述は、量の限定を意味するものではなく、参照される項目が少なくとも１つ存在することを意味する。さらに、近似する文言は、本明細書および特許請求の範囲の全体にわたってここで用いられるように、それが関連する基本的機能の変更をもたらすことなく許容範囲で変化することができる定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、例えば「およそ」という１つまたは複数の用語によって修飾される値は、指定された正確な値に限定されない。場合によっては、近似する文言は、値を測定するための機器の精度に対応してもよい。
【００１１】
チタンおよびその合金は、多くの重要な用途に使い道を見いだしており、それらは航空宇宙産業、原子力産業、および電子産業に関係している。しかし、前に述べたように、従来の技術は、多くの場合、チタンならびに他の硬質金属の機械加工には無効である。本明細書に記載の実施形態によれば、高速電食（ＨＳＥＥ）加工として知られている放電加工の特殊化したタイプを使用することにより、チタン系被加工物の効率的な機械加工を行うことができる。本明細書で用いる「チタン系」とは、重量で少なくとも約５０％のチタンを含有し、いくつかの実施形態では、重量で少なくとも約７５％のチタンを含有する合金を指す。いくつかの重要な実施形態では、このタイプの加工技術の恩恵を受ける被加工物は、タービンエンジンおよび航空機の機体の一部の構成部品である。
【００１２】
図１は、本発明のいくつかの実施形態による処理を実施するための例示的な機械加工装置１０である。工作機械１３の作動構成要素であるスピンドルアセンブリ１２は、回転工具電極１４を含み、それは図２により完全に示してある。スピンドルは、以下でさらに説明するように、通常、電極を所定の位置に保持し、回転工具は、フラッシングの際に、望ましい現象であり得る揺らぎを強化することができる。通常、スピンドルアセンブリは、電極を支持し、回転させるように構成された多軸機械に収容されるかまたは接続される。
【００１３】
被加工物１６は、通常、被加工物キャリア（図示せず）に支持されている。キャリアは、簡単のために「コンピュータ」または「コントローラ」と記載される、コンピュータ制御（例えば、サーボ制御１８）により被加工物キャリアを回転および並進させることによって、フライス工具に対して被加工物を保持し移動させる。コンピュータ１８は、ＥＥＭ数値制御プログラムを含む場合もあり、工作機械を操作するサーボおよび電子部品に制御信号を送信するために、記憶されているプログラムを実行する。コンピュータはまた、電源２２（後述する）とコンピュータとの間の信号通信リンクのためのインターフェースとして、プラグイン回路基板を含むことができる。種々の信号および制御／電源回路２０は、コンピュータ１８と動作条件を通信し、低流体および過熱状態などの場合の自動システム停止などの、コンピュータからの関連する制御信号を通信することができる。多軸運動能力をしばしば有する工作機械１３は、コンピュータ／コントローラ１８と動作可能に通信し、電極１４と被加工物１６との間の断続的な多数の電気アークの分配を可能にする構成を目的とすることがわかる。当業者であれば、機械加工装置の特定の設計に基づいて、制御回路の構成が大幅に変更されてもよいことを理解されたい。
【００１４】
上述したように、スピンドルアセンブリ１２は、通常、工作機械１３に搭載され、または取り付けられている。（図１に示すように取り付けられるのではなく、アセンブリ１２および工作機械１３を一体の形態とすることができる）。さらに、電極と被加工物１６との間のギャップの電食のために、工具電極１４にエネルギーを与える電源２２（多くの場合ＤＣ電源であるが、選択的にパルスモードにすることができる）が設けられる。（いくつかの関連する詳細は、Ｙｕａｎ他による米国特許第７，８２４，５２６号に提供されており、その内容は参照により本明細書に組み込まれる）。
【００１５】
第１の電位は、電源回路２０を介して工具電極１４に導通され得る。第２の電位は、電源回路２４を介して被加工物１６に導通され、ギャップ２６内の媒体を含む電気回路を形成することができる。これは、被加工物１６と工具電極１４との間のギャップ２６に放電（例えば電気アーク）を生成する。コンピュータ１８は、通常、コンピュータ１０のサーボを制御し、電極と被加工物との間の相対的な動きを行って、ギャップを制御する。このように、コンピュータ１８は、後述するように、スピンドルアセンブリ１２、付随する電源２２、および電解質ポンプの電気機械加工処理を監視し、制御する。
【００１６】
電源２２は、多くの場合、電圧測定手段、例えば電圧測定回路を含む。その回路は、電源回路２０、２４を介してギャップ２６の両端間の電圧を検出し、信号通信リンク３０を介してこのデータをコンピュータ１８内の回路基板プロセッサへ通信することができる。このようにして、ギャップ２６の放電状態および条件に関する情報を取得して利用することができ（上述した制御プログラムを用いて）、最適な機械動作のために、次に機械加工供給速度および電力プロファイルを制御するために使用される。
【００１７】
電力システムは、様々な他の特徴および装置を含むこともでき、それらの多くは、当該技術分野でよく知られている。非限定的な例としては、追加のマイクロプロセッサまたは他の計算デバイス、タイミング装置、パルス発生装置、電圧比較装置、およびデータ記憶装置などが挙げられる。過度の労力なしに、当業者であれば、本発明の範囲内の所与の実施形態に最適な特徴を選択することができるであろう。
【００１８】
本発明の機械加工装置は、流体電解質システムを含む。このようなシステムは、電気的侵食（電食）処理中に生じ得る熱の蓄積を最小にするために使用され、また機械加工される被加工物から侵食された粒子および他のデブリを洗い流す。ギャップ２６および周囲の領域からこれらの粒子を除去することは、電食処理を効率よく動作させるために非常に重要である。液体電解質循環システムは、必要とされる冷却およびフラッシング機能を提供するためにしばしば使用され、例えば、上述したＹｕａｎ他の特許に記載されている。電解質システムは、このタイプの機械加工処理に特有の電気熱的事象を駆動するための電気伝導性を提供するために、例えば、電圧破壊などの放電事象のタイミングのより多くの制御を提供するためにも重要である。流体電解質は、多くの場合、被加工物と電極との間の放電を増大させるための１つまたは複数の従来の添加剤を含む。
【００１９】
上述した好ましい実施形態では、流体電解質は機械加工装置の２つの経路を通って循環する。それらを図１に簡略化して示しており、１つの経路は内部導管３２を含み、工具１４を介してギャップ２６の方に進む。この経路は、代わりにスピンドル１２および工具１４を通って導かれてもよい。他の経路は外部導管３４を含み、それは電解液をギャップ２６の周囲の領域に直接導く。ポンプ３６を両方の流体の流れを導くために使用することができるが、代わりに他のポンプ装置、例えば複数のポンプを使用してもよい。
【００２０】
外部フラッシングに加えて内部フラッシングを使用することは、本発明の実施形態に非常に有利であり得る。内部フラッシングは、多くの場合、ギャップ領域でのより直接的な（そしてより高速な）冷却効果を提供し、それによって、外部フラッシングシステムによって提供される一般的な冷却作用を強化することができる。さらに、加工電極が後述するプランジング動作に使用されている場合には、電極が後退してデブリ除去を可能にするように、内部フラッシングは、より滑らかで清浄な被加工物表面を確保することができる。（プランジング動作は、通常、軸方向であって、被加工物表面に対してほぼ垂直である）。内部フラッシングを可能にするのに必要な周期的な空隙、すなわちフラッシングポートは、電気アークを断ち切り、熱処理の緩和を引き起こして、堆積した加工デブリを効果的に排出することを可能にする。いくつかの実施形態では、複数の軸ホール、例えば３つの軸外ホールを使用することが好ましいが、それは１つには、単一の軸フラッシングホールを用いることにより生じるピラーの発生を回避または最小限に抑えることができるためである。
【００２１】
図１に記載されたシステムは、様々な他の特徴を含むことができ、そのうちのいくつかは、Ｙｕａｎ他による参照した特許に記載されている。例えば、被加工物およびツールアセンブリは、保護シールド（図示せず）によって囲まれていてもよい。さらに、電解液回収タンク３８を、使用された電解質流体の全てを受け取るために配置することができ、それを従来の手段によって蓄積タンク４０に導くことができる。蓄積タンクは、電解流体からデブリを除去するための濾過ユニットを含むか、またはそれに取り付けることができ、流体を再利用する、例えば導管４２を介してポンプ３６に戻す準備ができていることを確実にすることができる。ポンプ３６はまた、上述したように、データ導管２１を介してコンピュータ１８と通信することができ、コンピュータへのデータ通信およびコンピュータからの制御通信を可能にする。このようにして、過熱または低流体流量などの状態が監視されている際に、必要に応じて、電解質の流量制御および機械加工を停止することができる。
【００２２】
図２は、スピンドル／工具アセンブリ５０の図であり、図１に一般的に示したアセンブリ１２／１４に類似している。アセンブリ５０は、被加工物５４からギャップ５２を越えて配置される。電源（この図には示さず）は、ギャップ５２に放電を発生させ、放電が被加工物を機械加工する。工具５６は、コレット６２により、回転可能なアダプタ軸６０の前方端５８に取り付けることができる。工具ホルダ６４は、通常、アダプタ軸６０の上端に固定され、スピンドル６６を保持して、コレット６８により位置合わせされる。しかし、当業者にとっては、スピンドルを適切な位置に保持する他の適切な手段は周知であろう。
【００２３】
このタイプの機械加工処理（例えば、ＨＳＥＥ処理）の原理によれば、電極５６が一連の放電中に回転して、被加工物の所望の電食を生じさせる。本発明に好適な実施の形態では、電極は、ＨＳＥＥ処理中に、少なくとも約３６，０００インチ／分、通常、約７，０００インチ／分から約１２５，０００インチ／分の範囲の線速度で回転する。非常に多くの場合、電極は、少なくとも約１５ａｍｐｓ／ｍｍ2の電流密度の下で動作する。好適なＨＳＥＥ技術に関する他の詳細は、米国特許第７，９７６，６９４号および第７，７４１，５７６号（Ｔｒｉｍｍｅｒ他）に見ることができ、両者は参照により本明細書に組み込まれる。
【００２４】
操作アセンブリ５０用の電源方式は、概して従来のものであり、詳細を図２に示す必要はない。（例示的な技術がＹｕａｎ他による参照する特許に記載されている）。通常、電源は、工具電極に取り付けられたリードと被加工物に取り付けられたリードとの間の電位差ΔＶのパルスを印加することにより、工具電極５６に通電する。電力は、固定・ロータ伝導装置（図示せず）により、工具電極に関連するリードと回転するアダプタ軸６０との間で伝送することができる。このような装置の例としては、電気ブラシ接点のアセンブリまたは回転変圧器の使用が挙げられる。
【００２５】
図２はまた、本発明の実施形態による、簡単な形態で内部フラッシングシステム７０を示す以上説明したように、電解液７２の流れは、好適な入口導管７４を通ってポンプ（図示せず）から供給される。それから、電解質流体は、アダプタ軸６０が回転している間に、アダプタ軸６０内の軸方向チャネルを通して導かれる。Ｙｕａｎ他の特許に記載されているように、ここでは具体的に示さないが、軸６０の一部の周囲に封止されている流体マニホールドは、電解液を収容し、導くために用いることができる。場合によっては、このような流体の流路は、「スピンドルを通る」フラッシングと呼ばれる。
【００２６】
それから、電解質流体は、工具導管７６に導かれ、１つまたは複数の開口部（具体的には図示せず）を通ってギャップ５２に出る。（開口部は、電極５６の下端７８に存在するであろう）。流体は、フラッシング動作により、冷却およびデブリ除去機能を提供する。以上説明したように、内部フラッシングは、本発明の実施形態のために、かなりの利点を提供することができる。（その他の詳細も、図１を参照して提供された。例えば、処理および再循環のために使用された電解液を受け取る回収タンクの使用である）。さらに、機械加工システムの好適な実施形態はまた、流体をギャップ領域に導くための外部フラッシングシステムを含む。簡潔にするために、そのシステムは、ここでは破線８０で示すだけである。
【００２７】
本発明の機械加工システムは、被加工物の選択された厚さを通す「プランジング」に非常に効果的であり、１つまたは複数の比較的大きいホールを形成することができる。例えば、ホールのパターンは、負に帯電した電極を正に帯電した被加工物の方に前進させることにより形成することができ、図３に示すように、一連のポケットホール８２を形成するのに十分なように被加工物を侵食することができる。ホールの形成は、構成部品の熱影響域（ＨＡＺ）のサイズを実質的に増大させることなく、相対的に高い材料除去速度を維持しつつ、積極的な機械加工パラメータを用いて、有利に行うことができる。
【００２８】
図３の左上部分は、ポケット８２が図１と同様の機械加工システムにより形成された試験片を示し、ポケット８２は下地基板まで貫通して延在し、隣接する図示するポケットは試験片を部分的にのみ通る。図の中央部分に示すポケットプランジの集合パターンは、上述したようにＣＮＣ制御され、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖなどの機械加工が難しい合金において、比較的大きな所望の開口領域８４を正確に形成することができる。図３の右下部分は、後加工技術によってクリーニングされ、平滑化された後の開口領域８４を示す。その領域対するクリーンなパス（プロファイルミリング）は、比較的「穏やかな」パラメータを用いて、プランジカットによるうねりを除去し、また、厚い改鋳層およびプランジングによって生じたＨＡＺも除去する。
【００２９】
本発明の好適な実施形態では、上述した機械加工システムに特に適した固有の制御技術によって、電食を制御することができる。この技術の態様は、米国特許第８，３２３，４７３号（Ｌｕｏ他）に記載されており、参照により本明細書に組み込まれる。図１は、電源２２が被加工物１６を機械加工する放電を生成するように構成されていることを説明するために用いることができる。上で言及したように、電源がΔＶのパルスを印加することによって工具電極１４に通電して、ギャップ２６に放電を発生させ、その放電が被加工物を選択的に侵食する。
【００３０】
パルス幅Δτ（タウ）を有する複数の印加パルスにより、複数のパルスオン状態およびパルスオフ状態を有する印加電圧波形が得られる。印加電圧波形に応答して、ギャップ２６における放電がギャップの電圧を表す電圧波形を生成し、電圧波形は複数の放電パルスを含む。（印加パルスを有する印加波形、および放電パルスを有する電圧波形は互いに異なることを理解されたい。）コンピュータ１８と関係するサーボコントローラ（すなわち、それらは統合されてもよく、あるいは別個のユニットであってもよい）は、ギャップ２６のサイズを制御することを含む全体的な機械加工装置の機械的運動、ならびに電極１４および被加工物１６の相対的な運動を制御するのに使用することができ、特定の加工条件に対して所望のアライメントを維持することができる。
【００３１】
したがって、コンピュータ／コントローラ１８は、電源２２、電極１４、および被加工物１６に結合されていることを理解されたい。コンピュータは、一般的に、いくつかの機能を実行するように構成される。そのうちのいくつかは、電源に対して、電極と被加工物との間の電位差ΔＶのパルスを印加するように指示すること、ギャップ２６の両端間の電圧を測定すること、選択された時間間隔を生成すること、時間の間隔（または遅延時間）が経過した後に測定を開始すること、電圧値を平均化すること、電圧値を比較すること、電流を測定すること、および電源などの特定の機能を調整する制御信号を生成することを含む。
【００３２】
当業者であれば、コンピュータ／コントローラ１８は、マイクロプロセッサもしくは他のタイプの計算装置、電圧および電流測定装置、タイミング装置、パルス発生装置、電圧比較装置、電流比較装置、データ記憶装置、ならびに様々な他の装置を含み得ることが理解されよう。これらの装置は、当該技術分野で一般に知られており、本発明の範囲から逸脱することなく、適切なバージョンを使用することができる。
【００３３】
図４は、図１のような例示的なシステムを使用して、本発明の実施形態により、被加工物からチタンを除去するための機械加工工程を監視し制御するための方法を示す図である。機械加工は、被加工物に対してステップ１００で開始され、特定の遅延時間ｔd後の時点で初期電圧が測定される（ステップ１０２）。いくつかの実施形態では、遅延時間は、印加電圧波形の印加パルスのパルスオン状態から測定される印加パルス幅Δτの半分に相当する。遅延時間ｔdは、印加パルス幅に対して変化させることができ、例えば印加パルス幅の２／３にすることができる。このような電圧の測定は、電圧波形の複数のパルスについてステップ１０４で繰り返され、各測定は印加波形の印加パルスのパルスオン状態の特定の遅延時間の後に完了する。
【００３４】
このタイプの機械加工作業は、通常、直流（ＤＣ）により行われるので、機械加工処理が開始して、定常状態になると、しきい値電流も印加電圧波形に対して測定される。機械加工中に、ステップ１０６では、通常、予め選択された間隔で、周期的に電流の測定が行われる。電流は、被加工物１６に対して、例えば、ギャップ領域２６（図１）では、被加工物に対する機械加工の効果と部分的に関係する。上述したように、フラッシング動作が行われた場合であっても、被加工物からのデブリまたは「チップ」がギャップに溜まる可能性がある。ギャップ領域からこれらのチップを排出するのに十分な力がない場合には、それらの存在は、溶融金属ブリッジの形成をもたらすおそれがあり、システムの電気的短絡を生じさせて、機械加工作業を停止させることがあり得る。
【００３５】
様々な実施形態では、ステップ１０８に従って、機械加工作業中に測定された電流をしきい値電流と比較する。以上説明したように、測定および比較は、コンピュータ／コントローラによって自動的に処理することができる。電流の過剰なまたは急激な増加は、デブリが上述したように蓄積され、工具電極からの放電に悪影響を与えるおそれがあることを示している。非限定的な例としては、２０ボルトの設定電位では、チタン構成部品に対する機械加工作業中の平均電流は約５００アンペアとすることができ、すなわち通常動作であり得る。予め選択された電流限界、すなわち７００〜９００アンペアを超える電流の急激な増加は、機械加工動作が仕様から外れていることを示しており、これはデブリの蓄積に起因する可能性が最も高い。
【００３６】
本発明の実施形態によれば、許容可能なしきい値を越える電流の増加は、関係するコンピュータ／コントローラ、例えば、図１のシステムにおける基地局１８を介して、ステップ１１０において制御信号を生成する。制御信号は、機械加工システムの２つの動作パラメータのうちの少なくとも１つを調整する。第１のパラメータは、工具の回転速度、例えば、図２に示す工具電極５６の回転速度である。前に述べたように、回転は、スピンドル６６および回転可能な軸６０により制御され、全てが図１に示すような電源によって電力供給される。一実施形態では、制御信号は、例えば図４のステップ１１２で、工具の回転速度を増加させるために電力供給を指示する。増加された回転速度は、ギャップ領域５２から電食されたチップおよび他のデブリを取り除き、ならびに／またはギャップを塞いでいる溶融金属の山もしくはブリッジを排出することができる。このようにして、例えば正常な電流パラメータへの戻りにより示されるように、処理を「制御中」状態に戻すことができる。
【００３７】
調整することができる第２のパラメータは、フラッシング圧力である。したがって、「制御不能」状態の場合には、制御信号は、フラッシングを制御するポンプ動作を増加させるために電力供給を指示することができる。例えば、図１の機械加工システムの場合には、電源２２は、コンピュータ１８によって制御され、内部（３２）および外部（３４）の電解質導管の一方または両方を通る電解液の流れを増加させることができる。（どのフラッシングシステムを調整するかという選択は、特定のタイプのシステムの実験によって、過度の労力なしに決定することができる）。フラッシング圧力の増加は、工具回転速度の調整の場合と同様に、システムが制御中の状態に戻されるまで、デブリを除去し、ギャップ領域に形成された溶融金属の塊を排出することができる。
【００３８】
本発明の実施形態について上述した技術は、機械加工処理を正常な状態に戻すために、非常に有利であり得る。また、それらは機械加工部位において必要とされるエネルギーの量を減少させ、それによって、電極および被加工物への損傷を最小にすることができる。いくつかの実施形態では、機械加工処理が制御不能である場合に、制御システムは電源をオフにするように指示することができる。一般に、これらの戦略のいずれか、または戦略の組み合わせを、機械加工システムの所望の特性に応じて、制御信号を適切に構成することによって用いることができる。
【００３９】
図５は、図２に示すようなスピンドル／工具アセンブリの使用に基づいて、上述したポケットプランジング技術（「Ｚ」方向のプランジ）により、試験片上に形成されたホールの写真である。各ホールまたは「ポケット」のサイズは、インチ／分（ＩＰＭ）単位の工具送り速度に部分的に依存する。図６は、図１と同様のシステムによる電食結果に基づく、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ（チタン−アルミニウム−バナジウム）で形成された被加工物によるグラフである。グラフは、アンペアを単位とするシステムの電流の関数として、材料除去速度（ＭＲＲ）を示す。平均電流の増加は、ＭＲＲ値にプラスの効果を有する。
【００４０】
さらに、当業者には明らかなように、本発明の趣旨から逸脱することなく、本発明の他の変形例（本明細書で具体的に説明されたものを越えて）が可能である。したがって、当業者によって企図された変形例は、本発明の範囲内にあるとみなすべきである。さらに、上述した特許、特許文献、および他の参考文献の全ては、参照により本明細書に組み込まれる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  機械加工装置
１２  スピンドルアセンブリ
１３  工作機械
１４  回転工具電極
１６  被加工物
１８  コンピュータ／コントローラ
２０  制御／電源回路
２１  データ導管
２２  電源
２４  電源回路
２６  ギャップ
３０  信号通信リンク
３２  内部導管
３４  外部導管
３６  ポンプ
３８  電解液回収タンク
４０  蓄積タンク
４２  導管
５０  スピンドル／工具アセンブリ
５２  ギャップ
５６  工具電極
５８  前方端
６０  アダプタ軸
６２  コレット
６４  工具ホルダ
６６  スピンドル
６８  コレット
７０  内部フラッシングシステム
７２  電解液
７４  入口導管
７６  工具導管
７８  下端
８０  破線
８２  ポケットホール
８４  開口領域
１００〜１１２  ステップ
【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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